CC BY
46
Деяю теоретичш та практичш шдходи до виробництва цукат1в на основ1 рослинно1 сировини
Непочатих Тетяна Анатолпвна
Харювський торговельно-економiчний тститут Кшвського нацюнального торговельно-економiчногоутверситету, кандидат техтчних наук, доцент кафедри товарознавства та
експертизи якостi товарiв, доцент, Украта
Анотащя. Стаття присвячена вивченню впливу зовшшшх ф1зичних чинниюв на прискорення процесу виробництва цукат1в. Встановлено, дифуз1я цукрового сиропу в рослинну сировину здшснюеться кап1лярними силами, тобто силами змочування. На цей процес основний вплив здшснюе пориспсть сировини. Скоротити час приготування цукат1в можна шляхом штучного збыьшення пористост1 рослинно! сировини або руйнування клггинно! оболонки (мембрани) рослинно! сировини.
КЛючовi слова: катляр; порист1сть; дифуз1я; рослинна сировина; цукат.
Вступ
Асортимент цукристих кондитерських виробiв представлених на укра-!нському ринку, надае споживачам широкi можливостi для вибору виробiв вiдповiдно з !х iндивiдуальними смаками, але це в основному такi вироби, як карамель, цукерки та шоколад. Фруктово-ягщш вироби, до яких i належать цукати, виробляються в незначнш кiлькостi, що може бути пов'язано з рiз-ними причинами.
Аналiз в^чизняно! та закордонно! л^ератури показав, що iснуе дуже багато способiв виробництва цукатiв, але !х виробництво, особливо в Укра!ш недостатньо розвинене. Науковi розробки, якi стосуються виробництва цу-катiв, вiдрiзняються довготривалими процесами приготування та жорстки-ми режимами обробки, що погано впливае на яюсть готово! продукцп [1-2, 6].
Науковi розробники цукатiв часлше обирають наступнi шляхи виробництва: використання вторинно! рослинно! сировини (шкурки свiжi та кон-сервованi, порошки); нарiзання рiзними розмiрами i формами; бланшуру-вання; уварювання плодiв та овочiв пiд тиском; рiзнi варiацii iз цукровим сиропом (додавання соку шших плодiв, бiлковомiсних, цукрозам^них iнгредiе-нтiв та iн.); сушшня. Практично у всiх випадках вщбуваеться зниження хар-чово! цiнностi сировини на кшцевому етапi виробництва.
Шдвищення якостi цукатiв вiдбуваеться на етапах пщбору сировини, умов зберiгання готового продукту, а також на вивченш впливу рiзних чин-никiв на процес дифузп цукрового сиропу в рослинну сировину. Ця сировина являе собою катлярно-пористе тгло з рiзними формами зв'язку вологи, що накладае вiдповiдний вiдбиток на строк !х приготування. Причиною цього е рiзнi форми дифузп! цукрового сиропу в рослинш тканини; молекулярна ди-фузiя, що супроводжуеться об'емним (молярним) перемщенням цукрового
ISSN 2413-9009
сиропу i вибiркова дифузiя, що викликана осмотичними явищами. При цьому загальне перемщення цукрового сиропу лiмiтуeться швидюстю його дифу-зiйного перенесення, який значно менше швидкостi молекулярного руху сиропу пiд дieю капiлярних сил.
У зв'язку з цим постае завдання дослiдження рослинно! сировини з метою виявлення найбгльш придатно! для виробництва цука^в, тобто сировини, яка б мала максимальне значення коеф^ента молекулярно! дифузп й мь нiмальне вибiрковоi. Для цього не обов'язково вимiрювати швидкiсть дифу-зГ! рiзних видiв сировини, а достатньо визначити !хш фiзико-механiчнi характеристики. З щею метою необхiдно визначити фiзичнi характеристики рiз-них сортiв гарбузiв та моркви: порислсть, густину, клiтинну проникшсть, структурно-механiчнi властивостi та iн.
Плоди й овочi являють собою складш гетерогеннi бiологiчнi системи, фiзичнi та структурно-мехашчш властивостi яких визначаються хiмiчним складом, видовими особливостями структури, а також такими фiзичними параметрами як густина ^зична та iстинна), твердкть, пористiсть. З iншого боку плоди й овочi рослинного походження е катлярно-пористими за структурою i коло!дними за природою. Тому !м притаманна наявнiсть мiцел порiв-нянних з мжрокатлярами, у яких волога зв'язана адсорбцшними й осмотичними силами, тобто волога, що знаходиться усередиш плодiв i овочiв, мае рь зну енергiю зв'язку iз скелетом. Найпростiшою фiзичною моделлю плодiв i овочiв може служити гетерогенна система, що складаеться з трьох фазових складових: твердого скелету, рщини (соку), що заповнюе порожнечi ^жкль тинники), скелету i паропов^ряно! сумш^ що заповнюе вiльний вiд вологи об'ем мiкрокапiлярiв. Кожна з фракцш вiдрiзняеться iндивiдуальними фiзи-ко-хiмiчними й структурно-мехашчними властивостями, що залежать вщ природи речовини, температури i вмшту вологи. Тверда фаза чи скелет структури рослинно! тканини складаеться з кл^ковини, вуглеводiв, крохмалю, бглюв, причому концентрацiя компонентiв рiзна в рiзних частинах овочiв (внутрiшнi й зовшшш шари моркви вiдрiзняються за фiзичними показника-ми).
Кiнетику процесу дифузп цукрового сиропу в рослинну сировину мож-на розглянути теоретичним шляхом, виходячи з того, що рослинна сировина е катлярно-пористим т!лом, i й просочування рiдиною е результатом дп ка-пiлярних сил (сил змочування).
Результати дослщження
Швидкiсть пщйому рiдини (сиропу) по окремому катляру визначаеть-ся за формулою (1):
dz t'
dt acosO r
— =-х -
(1)
ТРАЕКТОРИЯ НАУКИ www.pathofscience.org
Международный электронный научный журнал. - 2016. - № 6(11) ISSN 2413-9009
де i - довжина стовпчика рщини в катляра м;
т - час просочування, с;
а - поверхневий натяг рщини, Н/м;
ц - динамiчна в'язгасть рщини, Па-с;
в - кут змочування катляра, град;
r - радiус катляра, м.
Для зручносл подальших перетворень введемо позначення (2):
acose
~л-= С' (2)
4ц
де с - константа для обрано! пари рослинна сировина-сироп, м/с.
Тодi формула (1) набувае вигляду (3)
di r г„л
— = c- • (3)
dT i
Вирiшення цього рiвняння за початково! умови i (т=0)=0 даеться за формулою (4):
i = 42crT. (4)
У реальному зразку сировини товщиною d присутш капiляри з рiзними радiусами r в iнтервалi r^n < r < rmx . Враховуючи це, введемо коефщент за-повнення аг капiлярiв за формулою (5):
i / 1 к-
aj=-L = — 2crT . (5)
На початку процесу просочування (т = 0) ц = 0 для вах капiлярiв, при т > 0 в зразку е катляри, частково - а < 1 - i повшстю (а = 1) заповненi рщи-ною. Вiдповiдний радiус rra, для якого а = 1 (ця умова виконуеться i для кат-лярiв з r > rm), визначаеться умовою (6):
O = ~A2crmT = 1. (6)
d
Звiдки для rra отримуемо вираз (7):
d 2
rm = d-. (7)
2ст
TRAEKTORIA NAUKI www.pathofscience.org
International electronic scientific journal. - 2016. - № 6(11) ISSN 2413-9009
При зб!льшенш т величина тт зменшуеться до . При вщомому а(т) можна визначити вмкт рщини в капiлярах (об'емний вмкт) за формулою (8):
Wk = Pc x Jrmix a(r)f (r)dr, (8)
pi 1 - П min
де pc - густина сиропу, кг/см3;
pt - iстинна густина рослинно! сировини, кг/см3;
П - об'емна порислсть сировини;
a(r) - визначаеться формулою (5);
f (r) - диференцiальна функцiя розподiлу капiлярiв (пор) за радiусами.
Враховуючи визначення (7), можна надати формулi (8) такий вигляд: Wk = px-Пгx^xJ^JTf (r)dr +px-П;xJ^ f (r)dr. (9)
P 1 — П d rmin P 1 — П rmin
За малих т основний внесок дае перший iнтеграл, i в цьому випадку спостер^аеться рiвняння (10):
wk = к4Г. (10)
Така залежшсть пiдлягае перевiрцi експериментальним шляхом. При великих т Wk прямуе до граничного значення (11):
Pc x-П
Р 1 - П
W = p x——. (11)
гран -iT-T V J
Наприклад, для гарбуза можна прийняти таю значення р1 = 1400 кг/м3, П=0,28, а для цукрового сиропу - рс= 1600 кг/см3. Тодi формула (11) дае Ш = 0,44. Вологiсть свiжого гарбуза становить 0,85 ... 0,91, природна
порислсть - 0,12 ... 0,17. Це означае, що гарбуз метить, окрiм катлярно!, ще й осмотичну вологу, яка мщно пов'язана зi структурою сировини i практично не бере учасл в процесi 11 просочування цукровим сиропом.
Для визначення залежносп Жк (г) згiдно з формулою (9) необхщно знати функцiю розподiлу капiлярiв за розмiрами - / (г). И' можна визначити за формулою (12):
\ b — c + aln r f aln r + b^
f (r ) =-2-exP--, (12)
^ r
r 2
де a, b - постшш величини, якi знаходяться з десорбцшно! криво! [4].
Тод^
Ж = ЖТ
а 1п г + Ь
г
(13)
де ЖТ - значення пгроскотчного вологовмiсту.
Для гарбуза а = 0,948, Ь = 2,365, ЖТ = 0,77, тодi формула (12) приймае такий вигляд (14):
И ч 1,42 + 0,9481П г ( 0,9481П г + 2,365л f (г) =-2-exP
(14)
При вiдомому виглядi f (г ) формулу (9) можна звести до виразу (15)
Т1Г Рс П Ж = — х
Р 1 - П
Гт
11(Гт ) + 12(Гт )
(15)
де 1 = Jгf (г¥г , 12 = ^ f (г)йг,
(16)
1нтеграли (16) можна обчислити графiчним шляхом з використанням значень П, рс, рг i для гарбуза з наведеними вище значеннями цих величин результати обчислення наведен в табл. 1.
Таблиця 1 - Розрахунковi значення iнтегралiв 11 i 12
Г
1
Гт , НМ 1/Гт, ИМ1'1 , ИМ1'1 12 1 Л Г V т ' +12 Л Г V т Ж
100,0 0,01 2,67 0,00 0,27 0,27 0,12
25,0 0,04 2,00 0,20 0,40 0,60 0,26
9,0 0,11 1,30 0,40 0,43 0,83 0,36
3,0 0,32 0,80 0,50 0,46 0,96 0,42
0,5 2,00 0,00 1,00 0,00 1,00 0,44
Залежшсть Жк (гт ) перераховуеться в Жк (г) 1з використанням (7).
Аналiзуючи проведенi теоретичнi викладки, можна зробити тага ви-сновки:
1. 1з формули (9) виходить, що в початковий перiод просочення сиро-вини цукровим сиропом основний внесок у зб!льшення вмiсту сухих речовин дае перший штеграл. А тому, тага фiзичнi характеристики цукрового сиропу, як поверхневий натяг, в'язгасть, змочування мають мiнiмальний вплив на швидгасть просочення сировини цукровим сиропом.
TRAEKTORIÄ NAUKI www.pathofscience.org
International electronic scientific journal. - 2016. - № 6(11) ISSN 2413-9009
2. На другому еташ просочення сировини цукровим сиропом основний внесок в приркт вм^ту сухих речовин вносить другий штеграл, величина якого, як виходить з таблиц 1, спрямовуеться до одинищ. Тобто, збгльшення вм^ту сухих речовин у даному випадку, в основному, визначаеться порислс-тю сировини i лише незначною мiрою на цей процес впливае густина сиро-вини.
Щ теоретичнi результати пщлягають порiвнянню з експерименталь-ними даними. Тому в подальшому було проведено експериментальш досль дження впливу фiзичних чинникiв, а саме тиску атмосферного повггря на га-нетику просочування рослинно! сировини (гарбуза) цукровим сиропом. Екс-периментально дослiджено вплив надлишкового тиску повiтря i його розрь дження [3]. Для цього дослщження було виготовлено установку, схема яко! наведено на рис. 1.
4
3
Примiтки: 1 - корпус цилшдра; 2 - термопара; 3 - прилад для вимiрювання темпе-ратури сиропу; 4 - кришка установки; 5 - манометр.
Рис. 1. Схема установки для вим1рювання надлишкового тиску повггря 1
температури сиропу:
Результати насичення цукат1в цукровим сиропом при тиску 1,5 х105 наведено на рис. 2.
В якосл рослинно! сировини використано зразки гарбуза сорту Мозо-левський, яга здр1бнеш на дзиговш овочер1зщ та висушеш змшаним тепло-пщводом (ЗТП-сушшня) до залишково! вологост 8 ... 10 % (методику ЗТП-сушшня викладено в пращ [5]). Зразки гарбуза мктилися в ситечко, що зану-рювалося пот1м у пщ1гр1тий до температури 70 ... 75 °С цукровий сироп при концентрацп вода-цукор 1:2 [7]. Дослщження проводились при надлишкових тисках 0,5 х105 Па, 1,0 х105 П, 1,5 х105 Па, яга показали що величина надм1р-ного тиску чинить незначний вплив на швидгасть просочування кашляр1в гарбуза цукровим сиропом.
72
71,4
43
Рисунок 2 - Кшетика вм^ту розчинних сухих речовин (РСР) у цукатах пщ час
виробництва за рiзних умов
Таким чином, результати дослщження (рис. 2) пщтверджують теоре-тичш основи, як викладеш вище: дифузiя цукрового сиропу в рослинну си-ровину здшснюеться капiлярними силами (силами змочування). На цей про-цес основний вплив здшснюе пористiсть сировини. Скоротити час приготу-вання цукатiв можна шляхом штучного збгльшення пористостi рослинно!' сировини або руйнування клггинно'1 оболонки (мембрани) рослинно'1 сиро-вини.
Перелiк використаних джерел
1. Боровський В. Цукати з овочiв та фруктiв / В. Боровський, В. Ратуш-няк, О. Голшько // Харчова i переробна промисловiсть. - 1995. - № 311. - С. 19-21.
2. Даурский А. Н. Цукаты и подварки: новые технологические решения / А. Н. Даурский [и др.] / / Пищевая промышленность. - 1996. - № 2. - С. 5.
3. Захаренко В. А. Влияние физических факторов на формирование качества цукатов / В. А. Захаренко [и др.] // Товари XXI стол^тя : матерiали Мiжнар. наук.-практ. конф., 24-25 жовтня 2002 р. : у 2 ч. - Полтава : РВВ ПУСКУ, 2002. - Ч II. - С. 55-57.
4. Захаренко В. А. Нахождение аналитического выражения для кривых сорбции-десорбции сыпучих материалов/ В. А. Захаренко // Механика сыпучих материалов : тезисы докладов 5-й Всесоюзной научной конференции, 1719 сентября 1991 г. - Одесса : [Б. и.], 1991. - С. 65.
т-60"1, с
p03paxyHK0Bi значення за формулою (1) експериментальш даш при P=1,5*100000 Па
5. Погожих Н. И. Основы технологии и теории сушки пищевых материалов смешанным теплоподводом / Н. И. Погожих. - Харьков : [Б. и.], 1997. -361 с.
6. Способ производства цукатов : авт. св-во 976933 СССР, МКИ3 А23L1/06 / Л. И. Мироненко, О. А. Кремнев, В. Р. Боровский, М. Д. Коросташ, Л. М. Мишнаевский. - № 3251738/28-13 ; заявл. 20.02.81 ; опубл. 30.11.82, Бюл. № 44. - 2 с.
7. Цукати. Техшчш умови : ДСТУ 6075:2009 - [Чинний вщ 2009-01-20]. -Ки!в : Держспоживстандарт Украши, 2010. - 18 с.
© Т. А. Непочатих
Some theoretical and practical approaches to the production of candied fruit based on raw plant materials
Nepochatykh Tetyana
Kharkiv Institute of Trade and Economics of Kyiv National University of Trade and Economics, Associate Professor of Commodity expertise and quality of goods, PhD in Technics, Associate
Professor, Ukraine
Abstract. This article deals with studying the impact of external physical factors on the acceleration of the process of candied fruit production. It is proved, that the diffusion of sugar syrup into raw plant carried in by capillary forces, or the forces of wetting. The porosity of materials affects this process the most. To reduce cooking time is possible by artificial increasing the porosity of plant material or by the destruction of the cell membrane of the plant material.
Keywords: capillary; porosity; diffusion; plant material; candied fruit.
© T. Nepochatykh
