CC BY
18
ТЕХНОЛОГИИ И ОБОРУДОВАНИЕ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ -о □-----------------
Досліджено кінетику температури під час заморожування та розморожування плодових напівфабрикатів-добавок в формі начинок. Досліджено зміни кількості вимороженої та невимороженої вологи в плодових напівфабрикатах-добавках в формі начинок в процесі зберігання
Ключові слова: начинка, волога, кінетика
Исследована кинетика температуры при замораживании и размораживании плодовых пастоподобных полуфабрикатов-добавок в форме начинок. Исследовано изменение количества вымороженной и не вымороженной влаги в плодовых полуфабрикатах-добавках в форме начинок в процессе хранения
Ключевые слова: начинка, влага, кинетика
The kinetics of temperature at freezing and unfreezing of fruit half-staffs was researched. The content of frozen and non-frozen water in fruit half-staffs at storage was determined Key words: half-staff, water, kinetics
УДК 620.2:664.647.3
ДОСЛІДЖЕННЯ СТАНУ ВОЛОГИ ПАСТОПОДІБНИХ НАПІВФАБРИКАТІВ В ПРОЦЕСІ ЗАМОРОЖУВАННЯ, РОЗМОРОЖУВАННЯ, ЗБЕРІГАННЯ
А.О. Пак
Кандидат технічних наук, старший викладач Кафедра енергетики та фізики* Контактний тел. (057) 349-45-00 Е-mail: pak_andr@mail.ru
А.В. Євтушенко
Аспірант
Кафедра товарознавства в митній справі* *Харківський державний університет харчування та
торгівлі
вул. Клочківська, 333, м. Харків, Україна
Вступ
Останнім часом в харчовій промисловості особливий інтерес виробники приділяють до технологій, що передбачають тривалі терміни зберігання продуктів високого ступеню готовності. Споживчі та технологічні властивості продуктів з тривалим терміном придатності, і, перш за все, такий показник як підвищена здатність продукту тривало зберігати свої властивості, значною мірою зумовлені складом і вмістом вологи, її формами і енергіями зв’язку [1].
1. Постановка проблеми у загальному вигляді
Стан води в харчових продуктах досліджують різними методами, але всі вони засновані на тій властивості зв’язаної води, що ця фракція за своїми фізичними і хімічними характеристиками відрізняється від звичайної об’ємної води. Фракція зв’язаної води відрізняється від об’ємної води своєю молекулярною рухливістю, діелектричними властивостями, коефіці-
єнтом заломлення світла, схильністю до замерзання і рядом інших характеристик.
2. Мета та завдання статті
Метою роботи є дослідження стану вологи у плодових пастоподібних напівфабрикатах-добавках у формі начинок в процесі заморожування, розморожування та зберігання.
3. Виклад основного матеріалу дослідження
З метою дослідження процесів, що відбуваються під час заморожування та розморожування, було досліджено кінетику температури під час даних операцій.
Кінетика заморожування отримувалась наступним чином. В досліджуваний зразок, що знаходився у паронепроникній ємності, розміщали термопари. Дану ємність поміщали у низькотемпературний калориметр [2], вхідна температура в якому підтриму-
З
валась постійною та дорівнювала -80°С. При цьому реєструвався сигнал від термопар, що знаходились в зразку, на вході та виході із калориметру. Експеримент закінчувався при досягненні однакової температури на вході та виході вимірювального прибору.
Відомо, що зміни продукту після заморожування визначаються характером процесу розморожування: чим менші відмінності між характером кінетики заморожування та кінетики розморожування, тим менші зміни якості продукту. На рис. 1 представлені пронормовані кінетики заморожування (1) та розморожування (2) для яблучно-абрикосової (ЯА) (а), яблучно-абрикосово-сливової (ЯАС) (б) та абрикосово-сливової (АС) (в) начинок.
Рис. 1. Кінетика заморожування (1) та розморожування (2) для ЯА (а), ЯАС (б) та АС (в) начинок
Як видно з рис. 1, гістерезис має місце, але він незначний, що дає підстави вважати: зміни якісних показників фруктових начинок, які відбулись під час розморожування через гістерезис, є несуттєвими.
За отриманими даними було також побудовано залежність різниці між температурою на вході та температурою на виході (Д;) від температури зразка (;зр) в процесі заморожування (рис. 2) та розморожування (рис. 3). Для отриманих залежностей ділянки, на яких різниця температур між входом та виходом калориметру (Д;) постійна, відповідають процесу кристалізації вологи в зразку, а температура в середині досліджуваного являється температурою кристалізації даної вологи. Значення Д; при цьому пропорційне кількості вологи, що кристалізується. Дані ділянки мають визначену ширину, обумовлену розміром зразка, його теплопровідністю та швидкістю заморожування.
-80 -60 -40 -20 0 20 40
Рис. 2. Залежність різниці температур вхід-вихід калориметру від температури зразка під час заморожування
Отримані залежності для досліджуваних фруктових начинок мають п’ять характерних ділянок. Перша
ділянка (І) відповідає охолодженню зразка, а саме, сухих речовин, вільної та зв’язаної вологи, до температури кристалізації вільної вологи; друга (ІІ) - кристалізації вільної вологи зразку; третя (ІІІ) - охолодженню сухих речовин, зв’язаної вологи та льоду, що утворився в процесі кристалізації вільної вологи, до температури кристалізації зв’язаної вологи. Четверта ділянка (IV) відповідає процесу кристалізації зв’язаної вологи; п’ята (V) - охолодженню зразка до кінцевої температури калориметру, а саме -80 °С.
-80 -60 -40 -20 0 20 40
Рис. 3. Залежність різниці температур вхід-вихід калориметру від температури зразка під час розморожування
Криві, отримані під час заморожування трьох досліджуваних зразків, мають однаковий характер. Відмінності у поведінці спостерігаються лише на другій та четвертій ділянках, які відповідають процесу кристалізації вологи. З отриманих залежностей видно, що друга ділянка, на якій відбувається кристалізація вільної вологи, найбільшу ширину має для ЯА начинки, а найменшу - для АС начинки. Четверта ділянка, на якій відбувається кристалізація зв’язаної вологи, навпаки, найширша для АС начинки, і найвужча - для ЯА. З виду залежностей видно, що більша частина зв’язаної вологи кристалізується за температури від -30°С до -35°С. Оскільки в замороженому стані знаходиться більша частина зв’язаної вологи, то зміни якості фруктових начинок в процесі зберігання за даних температур будуть мінімальними. Таким чином, це свідчить про те, що пониження температури зберігання відносно -35°С є нераціональним.
Після досягнення зразком температури калориметра у попередньому експерименті, тобто температури -80°С, температуру на вході калориметра підвищували до 25°С та підтримували постійною. При цьому реєструвався сигнал від термопар, що знаходились у зразку та різницю температур вхід-вихід. Криві, отримані під час розморожування (рис.3), теж мають п’ять характерних ділянок. Перша ділянка (І) відповідає підігріву зразка, до температури плавлення льоду, що утворився при кристалізації зв’язаної вологи; друга (ІІ) - його плавленню; третя (ІІІ) - підігріву зразку до температури плавлення льоду, що утворився в процесі кристалізації вільної вологи. Четверта ділянка (^) відповідає процесу плавлення льоду, утвореного при кристалізації вільної вологи; п’ята (V) - підігріву зразка до кінцевої температури калориметра, яка дорівнює 25°С. Як і при заморожуванні відмінності у поведінці залежностей різних зразків виникають на етапах плавлення (ІІ та ^ ділянки) льоду, що утворився під час кристалізації вологи. Друга ділянка найширша для АС та найвужча для ЯА начинки, а четверта найвужча для АС та найширша для ЯА начинки.
Пояснити отриманий результат можна наступним чином. Загальний вологовміст фруктових начинок, який розраховується за формулою: т„
де тв - маса вологи, яку утримує зразок; тср. - маса сухих речовин зразка, дорівнює для ЯА начинки 4,3, ЯАС начинки - 4,0, для АС - 3,8 кг/кг.
Значення вологовмісту досліджуваних фруктових начинок відрізняється не більше ніж на 10%, тобто кількість вологи, яка кристалізується при охолодженні даних зразків до температури -80°С практично однакова. Таким чином ширина другої та четвертої ділянок, як при заморожувані, так і при розморожуванні визначається співвідношенням вільна:зв’язана волога.
Дослідження змін кількості вимороженої та неви-мороженої вологи в плодових напівфабрикатах-добав-ках в формі начинок в процесі зберігання проводилось низькотемпературним калориметричним методом. Даний метод заснований на вимірі кількості теплоти, що виділяється під час кристалізації вільної вологи в харчовій сировині. Ідея методу полягає у вимірі сигналу диференціальної термопари, яка реєструє зміну температури потоку холодного повітря, що омиває вологий матеріал [3].
Об’єктами дослідження були фруктові начинки з додаванням пектину [4] (ЯА, ЯАС, АС) як свіжоприго-товлені так і після 9 міс. зберігання.
На рис. 4 приведені апроксимаційні функції сигналів отриманих під час заморожування свіжоприготов-лених фруктових начинок та після 9 місяців зберігання. На осі ординат відкладено різницю температур (0) між входом та виходом, а на осі ординат - час (т).
ню змін у співвідношенні між вимороженою та невимо-роженою вологою.
Таблиця 1
Кількість вимороженої та невимороженої вологи у фруктових начинках
Найменування начинки Кількість невимороженої вологи, відн.од. Кількість вимороженої вологи, відн.од.
свіжоприготовлені
ЯА 0,57 0,43
ЯАС 0,62 0,38
АС 0,65 0,35
після 9 місяців зберігання
ЯА 0,45 0,55
ЯАС 0,56 0,44
АС 0,61 0,39
Висновки
Рис. 4. Апроксимаційні функції сигналів отриманих під час заморожування свіжоприготовлених (1, 2, 3) та після зберігання (4, 5, 6) фруктових начинок: 1, 4 — ЯА,
2, 5 - ЯАС, 3, 6 - АС
В табл. 1 наведені значення кількості вимороженої та невимороженої вологи у досліджуваних об’єктах розраховані за апроксимаційними функціями.
Кількість вимороженої вологи у зразку АС найменше і дорівнює 0,35 відн.од., що в 1,1 разу менше, ніж у ЯАС та у 1,2 рази менше ЯА, що обумовлено більшою кількістю пектину у АС начинці у порівнянні з двома іншими.
В процесі зберігання з вологою в начинках відбулись наступні зміни: кількість вимороженої вологи у начинці ЯА збільшилась в 1,3 рази; в начинці ЯАС - в 1,15 рази; в начинці АС - в 1,1 рази. Збільшення кількості вимороженої вологи пояснюється гідролізом цукрів, дубильних і пектинових речовин. Дані реакції супроводжуються збільшенням кількості вільної вологи.
Таким чином, отримані результати свідчать про те, що додавання пектину сприяє, по-перше, збільшенню кількості невимороженої вологи, а, по-друге, зменшен-
Досліджено кінетику заморожування та розморо-ження фруктових начинок. Відзначено, що відмінності у кінетиці для різних зразків, а саме звужування, або розширення, спостерігаються на ділянках, які залежать від кількості вологи, яка на них кристалізується.
Встановлено, що оскільки за температури нижче -35°С більша частина зв’язаної вологи знаходиться в замороженому стані, то пониження температури зберігання відносно даного значення є нераціональним. Досліджено гістерезис між кінетиками заморожування та розморожування. Відзначено, що гістерезис має місце як для зв’язаної, так і для вільної вологи, але він несуттєвий, що дає підстави вважати зміни якісних показників фруктових начинок під час розморожування несуттєвими.
Низькотемпературним калориметричним методом визначено кількість вимороженої та невимороженої вологи у свіжоприготовлених фруктових начинках та після 9 міс. збеігання. Встановлено, що в процесі зберігання через гідроліз цукрів, дубильних і пектинових речовин, кількість вимороженої вологи збільшується, а невимороженої відповідно зменшується.
Література
1. Вода в пищевых продуктах / Под общ. ред. Р.Б. Дакуорта /
Пер. с англ. - М.: Пищевая промышленность, 1980. - 375с.
2. Погожих М. І. Характеристики приладу для визначення
вільної та зв’язаної вологи низькотемпературним кало-риметрим методом / М. І. Погожих, М. М. Цуркан, А. О. Пак // Обладнання та технології харчових виробництв: Темат. зб. наук. наук. пр. - Донецьк: ДонДУЕТ ім. М. Туган-Барановського, 2005. - Вип. 13. - С. 177-185.
3. Погожих Н.И., Потапов В.А., Пак А.О. Способ опреде-
ления свободной и связаной влаги // Науковий вісник Полтавського університету споживчої кооперації України. Серія «Технічні науки».- 2004. - №2(13). - С.44-48.
4. Євтушенко А.В. Оптимізація споживних властивостей
та розробка рецептури фруктових начинок // СхідноЄвропейський журнал передових технологій. - 2010. -№2/6(44). - С.67-69.
w =
т
с.р
з
