CC BY
46
УДК 664.83, 664.85
ПОЛУЧЕНИЕ ОПТИМАЛЬНЫХ РЕЖИМОВ ПРОЦЕССА ОБЖАРИВАНИЯ ЛОМТИКОВ ПЛОДОВ ЯБЛОК И КОРНЕПЛОДОВ КАРТОФЕЛЯ
OPTIMUM CONDITIONS OF PREPARATION ROASTING FRUIT SLICES
OF APPLES AND POTATO ROOT
Н.М. Антонов, доктор технических наук, профессор Н.И. Лебедь, кандидат технических наук, доцент
N.M. Antonov, N.I. Lebed
Волгоградский государственный аграрный университет Volgograd State Agricultural University
В технологии производства чипсов используется метод консервирования материалов с помощью обезвоживания в жировой среде. Для того чтобы подготовить материал для реализации процесса, а именно плодов яблок и корнеплодов картофеля, необходимо провести подготовительные операции, наиболее энергоемкой из которых является обжаривание материала в жировой среде. Предлагается устройство для обжаривания плодов и корнеплодов на чипсы, позволяющее повысить сроки хранения сельскохозяйственной продукции методом консервирования нагревом. Приводится теория вопроса обезвоживания путем обжаривания в жировой среде, конструкция предлагаемого устройства и принцип его работы. Выдвигается гипотеза, что прогоркание жировой составляющей готовых изделий (чипсов) является одной из главных причин, способствующей порче обжаренных продуктов при хранении. Следовательно, необходимо стремиться к минимальному содержанию жира в готовом продукте. В связи с этим, авторами проведен эксперимент, где в качестве выходного показателя был принят фактор, учитывающий сохранность продукта при последующем хранении - количество впитанного материалом масла при обжаривании, %. Для опытов были взяты кисло-сладкие сорта яблок: Антоновка обыкновенная, Джонатан и Семеренко. Проведенные экспериментальные исследования позволили получить оптимальные технологические режимы обезвоживания ломтиков обжариванием: температура обжаривания 180 °С, время обжаривания - 2,5 мин для картофеля и 3 мин для плодов яблок, предварительная сушка материала при 125 °С в течение 10 мин. Данные технологические режимы позволяют достичь минимального значения количества впитанного масла продуктом - 28.. .40 %.
The chip manufacturing technology uses a canning material through dehydration in adipose medium. In order to prepare the material for the realization of the process, namely fruits apples and potatoes root crops, it is necessary to carry out preparatory operations, most of which is energy-intensive material frying fat medium. An apparatus for roasting fruits and root crops on the chips is used, which allows to increase the shelf life of agricultural products preservation heating method. We present a theory of matter by dehydration-frying in fatty environment, the design of the device and how it works. The hypothesis is made that the rancidity of fat component of finished products (chips) is one of the main reasons contributing to deterioration of fried foods during storage. Consequently, it is necessary to seek a minimum fat content in the finished product. In this regard, the authors conducted an experiment where as the output indicator has been accepted factor that takes into account the safety of the product during subsequent storage - the number of oil-soaked material when frying,%. For the experiments, sour-sweet apples were taken: Antonovka ordinary, Jonathan and Semerenko. The experimental studies provide optimal technological modes of dehydration frying slices: roasting temperature of 180 ° C, roasting time - 2.5 minutes for the potatoes and apples for 3 minutes, fruits, pre-drying of the material at 125 ° C for 10 minutes. These technological modes allow to reach the minimum amount of co-product of oil-soaked - 28 ... 40 %.
Ключевые слова: устройство для обжаривания, обжаривание, сельскохозяйственная продукция, корнеплоды, плоды, жировая среда, масло.
Key words: device for frying, roasting, agricultural products, root crops, fruits, fatty medium oil.
Введение. Для России обеспечение населения продукцией переработки (свежими овощами, консервами, соленьями, маринадами и др.) особенно актуально, т.к. большая часть ее территории не имеет благоприятных климатических условий для выращивания овощей и фруктов. Производство плодоовощного сырья традиционно сосредоточено в южных и некоторых центральных районах европейской части страны. Транспортировка свежих плодов и овощей в удаленные регионы осложнена значительными расстояниями, большими затратами, потерями продукции. В нашей стране и за рубежом получили широкое распространение продукты, употребляемые между основными приёмами пищи - «снэки». В эту группу входят и «чипсы» [4].
В технологии производства «чипсов» используется метод консервирования материалов с помощью обезвоживания в жировой среде. Для того чтобы подготовить материал для реализации процесса, а именно плодов яблок и корнеплодов картофеля, необходимо провести подготовительные операции, наиболее энергоемкой из которых является обжаривание материала в жировой среде [9, 10].
Основные стадии приготовления натуральных чипсов включают нарезку ломтиками очищенного материала и обжарку ломтиков в горячем масле до достижения содержания влаги около 5.. .7 % по весу с последующей упаковкой.
Обычно сырые ломтики имеют содержание влаги от 75 % до 85 % по весу в зависимости от сорта и условий окружающей среды при выращивании. Когда ломтики обжаривают в горячем масле, содержащаяся в них влага кипит. В результате этого разрушаются стенки клеток, крахмал становится желеобразным и плавится, и в ломтиках образуются отверстия и пустоты, которыми может поглощаться масло, содержание которого достигает от 30 % до 45 % по весу.
Важной задачей перерабатывающей промышленности, в частности повышения сохранности продукции, является автоматизация технологических процессов на наиболее энергоемком участке технологической линии консервирования нагревом, а именно обжаривания в жировой среде. Поэтому решение проблемы разработки технических средств для осуществления обжаривания сельскохозяйственных материалов непрерывного типа с минимальными затратами энергии является актуальной и значимой задачей для агропромышленного комплекса.
Процесс обжаривания чипсов характеризуется видимой и истинной ужаркой [8].
Под видимой ужаркой понимают разницу массы до обжаривания (Р^) и после обжаривания (Р2). Масса полуфабриката после обжаривания изменяется как за счёт удаления воды, так и за счёт впитывания растительного масла. Видимую ужарку Увид (в %) определяют по формуле (1):
Увид=^Х100%. (1)
Знание процента видимой ужарки необходимо для контроля работы устройства для обжаривания.
Под истинной ужаркой понимают убыль влаги при обжаривании. Истинную ужарку необходимо знать тогда, когда нужно определить площадь поверхности нагревательных элементов.
Истинную ужарку в процентах (УИСТ) определяют по формуле (2):
У , М(МО-Увид) (2)
ист вид ' 100 з
где М - количество впитанного материалом масла при обжаривании, %, которое, в свою очередь, определяется по формуле (3):
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА, НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
(3)
где М\ - количество масла до обжаривания, кг; М2 - количество масла после обжаривания, кг; Р2 - масса материала после обжаривания, кг.
Для осуществления метода консервирования обезвоживанием разработаны устройства для обжаривания непрерывного типа (патенты №101332 РФ, №111988 РФ) [1, 7].
Устройство работает следующим образом.
Продукт перемещается нижней ветвью загрузочного транспортера. Исходный материал через парубок 4 и нижнюю ветвь загрузочного ленточного транспортера 2 скребками 16 в перфорированном корпусе 17 подается в емкость 10 с нагретой до определенной температуры жировой средой. Далее продукт за счет всплывания перемещается от загрузочного 2 к верхней ветви выгрузного 3 ленточного транспортера до момента захвата его скребками 16 и выгрузки. Обжаренный продукт через патрубок 5 отправляется на дальнейшую обработку. Излишки масла стекают через отверстия выгрузной части перфорированного корпуса 17 и посредством лотка 8 направляются в емкость 10 с жировой средой.
Предлагаемое устройство позволяет повысить уровень механизации и автоматизации технологических процессов, а также снизить затраты энергии и исключить ручной труд на участке тепловой обработки обжариванием сельскохозяйственных материалов.
Однако, для оптимизации конструктивных параметров устройства необходимо учитывать е режимы технологического процесса, в частности время и температуру обжаривания.
Обжаривание в масле при высокой температуре практически полностью инакти-вирует всю, включая споровою, микрофлору и ингибирует ферментные системы. Современные способы упаковки натуральных чипсов также ограничивают развитие микроорганизмов. Поэтому, прогоркание жировой составляющей готовых изделий является одной из главных причин, что способствует порче обжаренных продуктов. Ограниченный срок потребления чипсов обусловлен высоким содержанием жира в готовом продукте, который портится при хранении.
Материалы и методы. С целью получения оптимальных технологических режимов обезвоживания обжариванием плодов яблок в жировой среде, нами проводились экспериментальные исследования.
7
Рисунок 1 - Устройство для обжаривания
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
Для реализации исследования нами был применен эксперимент с использованием факторов, выбранных в результате теоретических исследований [5, 6].
Таблица 1 - Факторы, их уровни и интервалы варьирования
Факторы Уровни факто ра
х1 - температуры жировой среды, °С 160 140 180
х2 - время обжарки, мин 4 3 5
В качестве выходного показателя на этапе лабораторных исследований был принят выходной фактор, учитывающий сохранность продукта при последующем хранении (Ы) - количество впитанного материалом масла при обжаривании, %. При этом учитывалась относительная влажность чипсов после обжарки, которая должна составлять не более 7 % [2].
Для исследования использовались яблоки сладких и кисло-сладких сортов Антоновка обыкновенная и Джонатан [4, 7].
Плоды нарезались на ломтики толщиной 2 мм (рисунок 2а), при этом выбранная толщина регламентировалась рекомендациями по обжарке сырья на чипсы. Измельчение материала на ломтики проводилось с помощью разработанных ранее измельчителей [2, 3].
а б в
Рисунок 2 - Ход опыта
Ломтики взвешивались до обжаривания и после него (рисунок 2 б, в). Обжаривание производилось во фритюрнице на различных температурных, временных режимах, а также исходных состояниях сырья по влажности.
При этом для нахождения значения впитанного масла продуктом производили измерение массы фритюрницы с маслом до обжаривания и после (рисунок 3). Полученное значение выражалось в процентах к массе обжаренного продукта. Для поддержания оптимального количества масла для работы фритюрницы производилось его необходимое доливание.
Рисунок 3 - Измерение массы фритюрницы
Результаты и обсуждение. Результаты исследований представлены в таблице и на рисунках 4, 5.
Температурный режим в 140 °С вызывал недостаточную обжарку материала, который не приобрел хрустящей корочки, т.е. «проварился» на всех временных режимах. При этом относительная влажность чипсов не обеспечивала соответствие техническим требованиям их изготовления.
Увеличение площади поверхности ломтика увеличивает его способность впитывать масло и уменьшает время жарки.
Рекомендуем для производства яблочных чипсов использовать плоды с меньшим количеством редуцирующих сахаров - кислые сорта яблок, в частности «Семерен-ко». При этом, карамелизация сахаров такого обрабатываемого материала во время температурной обработки будет оптимальна по органолептическим характеристикам. Использование «сладких» сортов при обжаривании придает ломтикам темный цвет еще до готовности, сопровождающийся запахом «жженого сахара».
С увеличением времени нахождения (3—4—5 мин) ломтиков в нагретом масле количество впитанного ломтиками масла возрастает почти линейно. Дело в том, что влага, выходя в виде пара из толщи ломтика, разрывает его структуру и, тем самым, увеличивает площадь его поверхности, а, следовательно, и его способность впитывать масло.
Увеличение температуры обжаривания (140—>160—>180 °С) на одном и том же временном режиме снижает количество впитанного ломтиком масла (рисунок 4). Это связано с изменением структуры материала, а именно при низкой температуре, ломтик не прожаривается, его ткань разрыхляется и лучше впитывает масло.
Таблица - Результаты исследований
Температура, °С Время, мин Масса ломтиков до обжаривания, г Масса ломтиков после обжаривания, г Масса фри-тюрницы. с маслом до обжаривания, г Масса фри-тюрницы с маслом после обжаривания, г Процент масла на обжарку, % Видимая ужарка, о/ % Истинная ужарка, о/ %
140 3 23 18 1278 1268 55,55 21,73 65,21
140 4 25 19 1270 1259 57,89 24 68
140 5 21 15 1263 1253 66,66 28,57 76,19
160 3 16 10 1253 1248 50 37,5 68,75
160 4 18 9 1240 1235 55,55 50 77,77
160 5 19 13 1240 1232 61,53 31,57 73,68
180 3 18 12 1232 1227 41,66 33,33 61,11
180 4 21 17 1225 1217 47,05 19,04 57,14
180 5 14 9 1217 1212 55,55 35,71 71,42
Нами было проведено предварительное исследование по изучению влияния исходной влажности материала на свойства готового обжаренного продукта. С этой целью исследуемые ломтики высушивали в течение 10 мин при 125 °С, взвешивали и обжаривали в соответствии со схемой опыта. Выяснено, что предварительный «съем» влаги с ломтиков до обжаривания сокращает время обжаривания, следовательно, и количество впитанного масла (для температуры 180 °С - время обжарки сократилось в 2
НИЖНЕВОЛЖСКОГО АГРОУНИВЕРСИТЕТСКОГО КОМПЛЕКСА: НАУКА И ВЫСШЕЕ ПРОФЕССИОНАЛЬНОЕ ОБРАЗОВАНИЕ
раза и составило 1,5 мин). При предварительной сушке происходит снижение влажности и увеличение содержания сухих веществ. Предварительная сушка увеличивает прочностные свойства ломтиков и готовых чипсов, препятствуя их разрушению в процессе обжаривания и последующего хранения в упаковке. Однако, при низкой остаточной влажности, ломтики выходят ломкими, жесткими и подгорают.
Рисунок 4 - Зависимость количества впитанного ломтиком масла в % к массе обжаренного ломтика от времени обжарки при разных временных режимах
Рисунок 5 - Ломтики яблок, обжаренные на различных режимах
Проведенные экспериментальные исследования позволили получить оптимальные технологические режимы обезвоживания ломтиков обжариванием: температура обжаривания 180°С, время обжаривания - 2,5 мин для картофеля и 3 мин для плодов яблок, предварительная сушка материала при 125°С в течение 10 мин. Данные технологические режимы позволяют достичь минимального значения количества впитанного масла продуктом - 28..40 %.
Заключение. Прогоркание жировой составляющей готовых изделий (чипсов) является одной из главных причин, способствующей порче обжаренных продуктов при хранении. Следовательно, необходимо стремиться к минимальному содержанию жира в готовом продукте. Проведенные экспериментальные исследования позволили получить оптимальные технологические режимы обезвоживания ломтиков обжариванием: температура обжаривания 180 °С, время обжаривания - 2,5 мин для картофеля и 3 мин для плодов яблок, предварительная сушка материала при 125 °С в течение 10 мин. Данные технологические режимы позволяют достичь минимального значения количества впитанного масла продуктом - 28.. .40 %.
Библиографический список
1. Антонов, Н.М. Разработка технологии и устройства для обжаривания зерна ячменя в среде нагретого кормового жира |Текст1 : монография / Н.М. Антонов, Н.И. Лебедь, Е.И. Казанцева. - Волгоград: ФГБОУ ВПО Волгоградский ГАУ, 2015. - 132 с.
2. Измельчитель плодов и корнеплодов [Текст] : патент на полезную модель РФ № 141014, B02C18/14; / Н.М. Антонов, Н.И. Лебедь, А.К. Мамахай, А.С. Венецианский (Россия). - № 2014100716/13; заявл. 09.01.2014; опубл. 27.05.2014. 2 с.
3. Измельчитель плодов и корнеплодов [Текст] : патент на полезную модель РФ № 152461, B02C18/14; / Н.М. Антонов, Н.И. Лебедь (Россия). - № 2014151300/13; заявл. 17.12.2014; опубл.27.05.2015. 2 с
4. Королев, А.А. Разработка технологии плодоовощных чипсов [Текст] : автореф. дисс. кандидата технических наук: 05.18.01 / А.А. Королев. - Москва, 2013. - 24 с.
5. Лагутин, М.Б. Наглядная математическая статистика [Текст] : учебное пособие / М Б. Лагутин. - М.: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2007. - 472 с.
6. Монтгомери, Д.К. Планирование эксперимента и анализ данных [Текст]/ Д.К. Монтгомери. - Л.: Судостроение, 1980. - 384 с.
7. Устройство для приготовления корма [Текст] : патент на полезную модель РФ №11988, A23N17/00/ Н.М. Антонов, Г.И. Ивко, Е.И. Макевнина и др. Заявл. 29.07.2011; опубл. 10.01.2012.
8. Щеглов, Н.Г. Технология консервирования плодов и овощей [Текст]/ Н.Г. Щеглов -М.: Издательство «Палеотип» , 2002 - 380 с.
9. Lebed, N.I. Influence of a zigzagging lo-cation of the knives in the cutting unit on the energy con-sumption dur-ing the cutting process of horticultural produce / N.M. Antonov, N.I. Lebed, A.M. Makarov. - Электронный периодический научный журнал «Journal of Food Process Engineering». 2015. №3 C.262-270.URL: http://authorservices.wiley.com/bauthor/onlineLibraryTPS. asp?D0I=10.1111/jfpe. 12162&ArticleID=1420272 (дата обращения 19.04.2015).
10. Lebed, N.I. Energetic calculation of an apple chopper with zigzagging knife location in the cutting unit / N.M. Antonov, N.I. Lebed, A.M. Makarov. - Электронный периодический научный журнал «Journal of Food Process Engineering». 2016: doi: 10.1111/jfpe. 12352.
Reference
1. Antonov, N. M. Razrabotka tehnologii i ustrojstva dlya obzharivaniya zerna yachmenya v srede nagretogo kormovogo zhira [Tekst] : monografiya / N.M. Antonov, N.I. Lebed', E.I. Kazanceva.
- Volgograd: FGBOU VPO Volgogradskij GAU, 2015. - 132 s.
2. Izmel'chitel' plodov i korneplodov [Tekst] : patent na poleznuyu model' RF № 141014, B02C18/14; / N. M. Antonov, N. I. Lebed', A. K. Mamahaj, A. S. Venecianskij (Rossiya). -№ 2014100716/13; zayavl. 09.01.2014; opubl. 27.05.2014. 2 s.
3. Izmel'chitel' plodov i korneplodov [Tekst] : patent na poleznuyu model' RF № 152461, B02C18/14; / N. M. Antonov, N. I. Lebed' (Rossiya). - № 2014151300/13; zayavl. 17.12.2014; opubl.27.05.2015. 2 s
4. Korolev, A. A. Razrabotka tehnologii plodoovoschnyh chipsov [Tekst] : avtoref. diss. kan-didata tehnicheskih nauk: 05.18.01 / A. A. Korolev. - Moskva, 2013. - 24 s.
5. Lagutin, M. B. Naglyadnaya matematicheskaya statistika [Tekst] : uchebnoe posobie / M. B. Lagutin. - M.: BINOM. Laboratoriya znanij, 2007. - 472 s.
6. Montgomeri, D. K. Planirovanie ]ksperimenta i analiz dannyh [Tekst]/ D. K. Montgomeri.
- L.: Sudostroenie, 1980. - 384 s.
7. Ustrojstvo dlya prigotovleniya korma [Tekst] : patent na poleznuyu model' RF №11988, A23N17/00/ N. M. Antonov, G. I. Ivko, E. I. Makevnina i dr. Zayavl. 29.07.2011; opubl. 10.01.2012.
8. Scheglov, N. G. Tehnologiya konservirovaniya plodov i ovoschej [Tekst]/ N. G. Scheglov -M.: Izdatel'stvo "Paleotip" , 2002 - 380 s.
9. Lebed, N.I. Influence of a zigzagging lo-cation of the knives in the cutting unit on the energy con-sumption dur-ing the cutting process of horticultural produce / N.M. Antonov, N.I. Lebed, A.M. Makarov. - Jelektronnyj periodicheskij nauchnyj zhurnal "Journal of Food Process Engineering". 2015. №3 S.262-270.URL: http://authorservices.wiley.com/bauthor/onlineLibraryTPS.asp?D0I=10.1111 /jfpe. 12162&ArticleID =1420272 (data obrascheniya 19.04.2015).
10. Lebed, N.I. Energetic calculation of an apple chopper with zigzagging knife location in the cutting unit / N.M. Antonov, N.I. Lebed, A.M. Makarov. - Jelektronnyj periodicheskij nauchnyj zhurnal "Journal of Food Process Engineering". 2016: doi: 10.1111/jfpe. 12352.
E-mail: nik8872@yandex.ru
УДК 62-732
СНИЖЕНИЕ ОБВОДНЁННОСТИ ДИЗЕЛЬНОГО ТОПЛИВА ПРИ ЭКСПЛУАТАЦИИ АВТОТРАКТОРНОЙ ТЕХНИКИ
THE REDUCTION OF WATER CONTENT OF DIESEL FUEL IN THE OPERATION OF AUTOMOTIVE VEHICLES
Б. П. Загородских, доктор технических наук, профессор С. В. Абрамов, кандидат технических наук Д. С. Маяков, инженер
B. P. Zagorodskih, S. V. Abramov, D. S. Mayakov
ФГБОУ ВО «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова» Saratov State Agrarian University named after N. I. Vavilov
Рассмотрены требования к чистоте дизельного топлива, используемого в качестве источника энергии для мобильных сельскохозяйственных транспортных средств, оснащённых дизельными двигателями. Выявлено, что вода, находящаяся в дизельном топливе, приводит к преждевременному выходу из строя прецизионных деталей дизельной топливной аппаратуры. При этом при поставке дизельного топлива к потребителю значительно повышается его обводнённость вследствие воздействия на него различных факторов. Проанализировано влияние обводнённости дизельного топлива на работоспособность дизельной топливной аппаратуры дизельных двигателей. Выявлено, что используемые в настоящее время при эксплуатации сельскохозяйственной техники средства очистки дизельного топлива не в полной мере обеспечивают чистоту дизельного топлива. Для улучшения качества используемого дизельного топлива предложена установка, которую предлагается использовать в процессе заправки мобильной сельскохозяйственной техники, принцип действия которой заключается в охлаждении обводнённого дизельного топлива ниже температуры кристаллизации воды с дальнейшим его пропусканием через фильтрующую перегородку, которая позволяет значительно повысить эффективность удаления воды из дизельного топлива при заправке мобильных машин.
The requirements to the purity of the diesel fuel used as an energy source for mobile agricultural vehicles equipped with diesel engines. It is revealed that the water contained in the diesel fuel, leading to premature failure of the precision parts of diesel fuel injection equipment. In this case, when the supply of diesel fuel to the consumer significantly increases its water cut due to the impact on it of various factors. The effect of the water content of diesel fuel on the performance of diesel fuel injection equipment diesel engines. It is revealed that currently used in the operation of farm equipment cleaning diesel fuel does not fully ensure the purity of diesel fuel. To improve the quality of the diesel fuel proposed to install a proposed EC-use in the process of refueling mobile agricultural equipment, the principle of which consists in cooling the watered diesel fuel below the crystallization temperature of the water with its further passing through the filter wall, which allows to significantly increase the efficiency of removing water from diesel fuel during refueling of mobile machines.
Ключевые слова: прецизионные детали, обводнённость дизельного топлива, снижение обводнённости дизельного топлива.
Key words: precision parts, the water content of diesel fuel, the reduction of water content of diesel fuel.
Введение. Основным потребителем дизельного топлива является сельское хозяйство. Это связано с тем, что основная часть мобильных машин сельскохозяйственного назначения оснащены дизельными двигателями. Основным недостатком дизельных двигателей является повышенная требовательность к качеству используемого дизельного топлива, от которого напрямую зависит их надёжность.
