CC BY
92
УДК 664.8.03
Разработка технологии производства пищевой добавки
из вторичных ресурсов переработки яблок
Н. Н. Корнен, канд. техн. наук, В. В. Лисовой, канд. техн. наук, Г. А. Купин, канд. техн. наук, А. Н. Матвиенко
Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции
Одной из основных составляющих здорового питания является наличие широкого ассортимента специализи-
Таблица 1
Общий химический состав и состав биологически активных веществ яблочных выжимок
Значение показателя
Показатель Выжимки В пересчете на а. с. в.
Массовая доля влаги, % 67,90 -
Массовая доля углеводов, %: 30,22 94,14
моносахаридов 12,60 39,25
дисахаридов 4,50 14,02
крахмала 1,80 5,60
пищевых волокон: 11,32 35,26
пектина 1,26 3,93
протопектина 2,16 6,73
целлюлозы 3,79 11,80
гемицеллюлоз 4,11 12,80
Массовая доля белков, % 0,85 2,61
Массовая доля органиче-
ских кислот,в пересчете на яблочную кислоту, % 0,55 1,71
Массовая доля минеральных веществ, % 0,48 1,51
Массовая доля витаминов, мг / 100 г: С 4,87 15,17
РР 0,95 2,99
Р 27,89 86,90
Массовая доля Р-активных веществ, мг / 100 г 332,05 1034,30
Массовая доля каротинои-дов, мг/ 100 г 0,17 0,53
нагрева.
Рис. 1. Влияние режимов обработки яблочных выжимок в ЭМП СВЧ на количество связанной влаги, перешедшей в свободную
рованных и обогащенных пищевых продуктов [1-3]. Однако создание таких продуктов не представляется возможным без включения в их состав добавок, содержащих комплекс биологически активных веществ.
В качестве перспективных источников сырья для создания биологически активных пищевых добавок практический интерес представляют вторичные растительные ресурсы, из которых особое внимание заслуживают яблочные выжимки.
Однако яблочные выжимки содержат в своем составе до 70% влаги, что требует их обязательной сушки. К сожалению, существующие режимы сушки не позволяют в максимальной степени сохранить термолабильные биологически активные вещества, содержащиеся в яблочных выжимках.
Одним из эффективных физических методов воздействия на растительные объекты с целью интенсификации технологических процессов являются электромагнитные поля сверхвысоких частот (ЭМП СВЧ) [4, 5].
Цель исследования - выявление влияния ЭМП СВЧ на эффективность сушки яблочных выжимок и разработка технологии производства пищевой добавки.
В табл. 1 приведены усредненные данные, характеризующие общий химический состав и состав биологически активных веществ яблочных выжимок, образующихся при производстве натурального сока из смеси яблок поздних сроков созревания.
Из данных табл. 1 видно, что яблочные выжимки являются источником таких биологически активных веществ, как пищевые волокна, в том числе пектин, витамины С, РР, Р-активные вещества, включая витамин Р, каротиноиды и минеральные вещества. При этом витамин С, Р-активные вещества, а также каротиноиды относятся к термолабильным биологически активным веществам и максимальное сохранение их со-
держания в процессе сушки выжимок является обязательным условием.
Известно, что наиболее низких температурных режимов сушки растительного сырья можно достичь при осуществлении его сушки в ИК-сушилках [6, 7]. Однако продолжительность процесса ИК-сушки составляет 4 ч и более, что приводит, с одной стороны, к увеличению потерь термолабильных биологически активных веществ, содержащихся в сырье; с другой стороны, к увеличению энергозатрат и снижению производительности.
Известно, что влага, содержащаяся в объектах растительного и животного происхождения, находится в нескольких состояниях, а именно, в прочносвязанном, связанном и свободном; при этом также известно, что ЯМ-релаксационные характеристики протонов воды в указанных объектах коррелируют с содержанием влаги [8].
С применением метода ЯМ-релаксации нами установлено, что протоны воды, содержащейся в яблочных выжимках, представлены тремя компонентами с различными временами спин-спиновой релаксации (Т20. При этом первая компонента протонов воды с временем спин-спиновой релаксации 225 мс характеризует молекулы воды, находящиеся в яблочных выжимках в свободном состоянии, вторая компонента с временем спин-спиновой релаксации 44 мс - молекулы воды в связанном состоянии, а третья компонента с временем спин-спиновой релаксации 6,5 мс - молекулы воды в прочносвязанном состоянии.
Учитывая, что амплитуда ЯМР-сигналов протонов воды является количественной характеристикой системы, установлено, что в яблочных выжимках содержание свободной влаги составляет 66,2%, связанной -30,1% и прочносвязанной - 3,7% от общего содержания влаги.
Для определения эффективности влияния подготовки яблочных выжимок к сушке их обрабатывали в электромагнитном поле СВЧ-диапазона с различным темпом повышения температуры от 0,2 °С /с до 0,8 °С /с для достижения температуры 60 °С, а затем определяли их ЯМ На рис. 1 приведены полученные результаты.
Из представленной диаграммы видно, что максимальный переход связанной влаги в свободную наблюдается при обработке яблочных выжимок в ЭМП СВЧ-диапазоне с темпом нагрева 0,6 и 0,8 °С /с.
На следующем этапе исследования определяли эффективность предва-
RESOURCE-SAVING TECHNOLOGIES
85,
рительной обработки яблочных выжимок в ЭМП СВЧ перед ИК-сушкой.
Данные, характеризующие эффективность влияния предварительной обработки яблочных выжимок в ЭМП СВЧ на среднюю скорость сушки, приведены в виде диаграммы на рис. 2.
Из приведенной диаграммы видно, что наиболее высокая средняя скорость сушки яблочных выжимок отмечена при предварительной их обработке в ЭМП СВЧ при темпе нагрева 0,6 и 0,8 °С /с. Полученные данные объясняются влиянием ЭМП СВЧ указанных параметров на количество связанной влаги, перешедшей в свободную, что позволяет интенсифицировать процесс сушки.
Следует отметить, что время сушки контрольного образца составляет 240 мин, а обработанного в ЭМП СВЧ при темпе нагрева 0,6 °С /с -120 мин, т. е. предварительная обработка позволила сократить время сушки в два раза, при этом средняя скорость сушки обработанного образца в 1,8 раза выше по сравнению со средней скоростью сушки контрольного образца.
Учитывая, что разработка режимов подготовки к сушке и собственно ИК-сушки яблочных выжимок должна основываться на максимальном сохранении в высушенном продукте термолабильных биологически активных веществ, т. е. обеспечить минимальные их потери в процессе
Таблица 2
Технологические стадии производства пищевой добавки «Порошок
яблочный»
Технологическая стадия Значение технологической стадии
Подготовка яблочных выжимок к сушке путем обработки в ЭМП СВЧ:
удельная мощность, Вт/дм3 300
время обработки, с 55
темп нагрева до температуры 60 °С, °С /с 0,6
Сушка обработанных яблочных выжимок в ИК-
сушилке до влажности не более 8%:
температура, °С 60
время сушки, мин 120
Охлаждение и просеивание высушенных яблочных
выжимок:
температура, °С 22 ± 2 °С
диаметр сита, мм 10
Грубое измельчение (дробление):
размер частиц, мм, не более 0,4
температура, °С 22 ± 2 °С
Тонкое измельчение, рассев и магнитная сепарация:
температура, °С 22 ± 2 °С
размер частиц, мкм, не более 100
Фасование в тару: масса нетто, кг 5; 10; 15; 20; 25
Таблица 3
Показатели качества пищевой добавки «Порошок яблочный»
Показатель Характеристика и значение показателя
Внешний вид Тонкодисперсный сыпучий порошок без посторонних и крупных включений, без признаков комкования
Цвет Светло-желтый
Вкус и запах Свойственный вкусу и запаху сушеных яблок, без посторонних привкусов и запахов
Растворимость в воде при 20 °С Не растворима
Полная набухаемость при 90 °С В течение 5 мин
Массовая доля, %:
влаги 7,80
пищевых волокон 32,50
Массовая доля металлоприме-сей, мг / 1кг продукта Отсутствуют
Минеральные примеси Отсутствуют
Растительные примеси Отсутствуют
Посторонние примеси Отсутствуют
лет журналу
■ II
\l ш ш ш
Рис. 2. Влияние предварительной обработки яблочных выжимок в ЭМП СВЧ на среднюю скорость ИК-сушки: К - контроль; обработанные в ЭМП СВЧ при темпе нагрева: 1-0,4 °С /с; 2-0,6 °С /с; 3-0,8 °С/с
45 40
к 35 Е g?0
'С. fc
g S 25
I Ё>
£ о
EL & is 10
11 с
о
ИЩА контроль;
tsss обработка в ЭМП СВЧ.
37.5
\ 8,7
I 2 3
Рис. 3. Влияние предварительной обработки яблочных выжимок в ЭМП СВЧ перед ИК-сушкой на величину потерь биологически активных веществ (1 - витамин С; 2 - Р-активные вещества; 3 - каротиноиды) в процессе сушки
Рис. 4. Структурная схема производства пищевой добавки «Порошок яблочный»
сушки, определяли величину потерь витамина С, Р-активных веществ и каротиноидов при высушивании.
На рис. 3 приведены в виде диаграммы данные, характеризующие потери термолабильных биологически активных веществ в процессе сушки яблочных выжимок по разработан-
ным режимам и потери в контрольном образце (ИК-сушка при 60 °С без предварительной обработки).
Установлено, что потери биологически активных веществ в процессе ИК-сушки яблочных выжимок, предварительно обработанных в ЭМП СВЧ, значительно ниже по сравнению с потерями биологически активных веществ в процессе сушки контрольного образца.
В табл. 2 приведены технологические режимы производства пищевой добавки «Порошок яблочный», а на рис. 4 - структурная схема ее производства.
В табл. 3 приведены показатели качества пищевой добавки «Порошок яблочный».
На основании проведенных исследований были разработаны технические условия ТУ 9164-394-0480134614 «Пищевая добавка. Порошок яблочный» и технологическая инструкция по производству пищевой добавки из яблочных выжимок.
Технология производства добавки из яблочных выжимок запатентована и имеет ноу-хау [9].
ЛИТЕРАТУРА
1. Основы государственной политики Российской Федерации в области здорового питания населения на период до 2020 года. Распоряжение Правительства РФ от 25 октября 2010 г., № 1873-р. - 4 с.
2. Спиричев, В. Б. Обогащение пищевых продуктов витаминами и минеральными веществам/ В. Б. Спиричев, Л. Н. Шатнюк, В. М. Позняковский. - Новосибирск: Сиб. унив. изд-во, 2004. -548 с.
3. Корнен, Н. Н. Методологические подходы к созданию продуктов здорового питания/Н. Н. Корнен, Е. П. Викторова, О. В. Евдокимова // Вопросы питания. - 2015. - Т. 84. - № 1. - С. 95-99.
4. Демирова, А. Ф. Высокотемпературная тепловая стерилизация консервированного компота из груши с двухступенчатым нагревом плодов в ЭМП СВЧ/А. Ф. Демирова [и др.] // Вестник МАХ. - 2015. - Вып. № 1. - С. 1-28.
5. Хантургаев, А. Г. Кинетика извлечения кедрового масла спиртом этиловым в электромагнитном поле СВЧ/А. Г. Хантургаев [и др.] // Изв. вузов. Пи-
щевая технология. - 2007. -.№ 1. -С. 67-69.
6. Демидов, А. С. Сушка семян подсолнечника инфракрасным излучением/А. С. Демидов, Б. А. Вороненко, С. Ф. Демидов // Новые технологии. -2011. - № 3. - С. 25-30.
7. Алтухов, И. В. Инфракрасная сушка сахаросодержащих корнеплодов для питания больных сахарным диабетом / И. В. Алтухов // Достижения науки и техники АПК. - 2013. - № 12. -С. 66-68.
8. Верещагина, А. П. Применение метода ядерно-магнитной релаксации для исследования состояния влаги в пищевых продуктах / А. П. Верещагина, О. С. Агафонов, Н. Н. Корнен // Мат-лы Международной науч.-практ. конф. «Инновационные исследования и разработки для научного обеспечения производства и хранения экологически безопасной сельскохозяйственной и пищевой продукции». - Краснодар: ВНИИТТИ, 2015. - 364-367с.
9. Патент 2562517 Российской Федерации. Биологически активная добавка к пище/Заявл. 19.05.2014. Опубл. 20.08.2015. Бюл. № 23.
Разработка технологии производства пищевой добавки из вторичных ресурсов переработки яблок
Ключевые слова
биологически активные вещества; ИК-сушка; метод ядерно-магнитной релаксации; пищевая добавка; технология; электромагнитные поля сверхвысоких частот; яблочные выжимки
Реферат
Представлены экспериментальные данные, позволяющие обосновать эффективность и целесообразность применения в качестве сырья для производства пищевой добавки вторичных растительных ресурсов, образующихся при производстве натурального яблочного сока, а именно, яблочных выжимок. Впервые с применением метода ядерно-магнитной релаксации установлено, что обработка яблочных выжимок в электромагнитном поле сверхвысоких частот оказывает влияние на перераспределение содержащейся в выжимках связанной и свободной влаги: максимальный переход связанной влаги в свободную отмечен при обработке яблочных выжимок в электромагнитном поле сверхвысоких частот (ЭМП СВЧ) с темпом нагрева (повышения температуры) 0,6 °С /с до температуры 60 °С. Установлено, что обработка яблочных выжимок в электромагнитном поле сверхвысокой частоты при выявленных режимах позволяет повысить среднюю скорость последующей ИК-сушки выжимок в 1,8 раза, а также сократить время ИК-сушки в два раза по сравнению с ИК-сушкой контрольного образца яблочных выжимок (без предварительной обработки в ЭМП СВЧ). Предварительная обработка яблочных выжимок в ЭМП СВЧ при выявленных режимах позволяет при их последующей ИК-сушке снизить потери витамина С - на 22,7, каротиноидов - на 22,0 и Р-активных веществ - на 19,9% соответственно по сравнению с контрольным образцом. Разработаны технологические режимы производства пищевой добавки из яблочных выжимок, обеспечивающие максимальное сохранение в ее составе термолабильных биологически активных веществ - витамина С, каротиноидов и Р-активных веществ. На основании проведенных исследований разработан комплект технической документации, включающий ТУ 9164-394-04801346-14 «Пищевая добавка. Порошок яблочный» и технологическую инструкцию по производству пищевой добавки из яблочных выжимок. Разработанная технология запатентована и имеет ноу-хау.
Авторы
Корнен Николай Николаевич, канд. техн. наук, Лисовой Вячеслав Витальевич, канд. техн. наук, Купин Григорий Анатольевич, канд. техн. наук, Матвиенко Алина Николаевна Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции, 350072, Краснодар, ул. Тополиная Аллея, д. 2, [email protected]
Development of technology for the production of food additives from secondary resources processing apples
Key words
apple pomace; biologically active substances; the method of nuclear magnetic relaxation; IR drying; the electromagnetic field of ultrahigh frequency; food additive technology
Abstracts
Experimental evidence to substantiate the effectiveness and appropriateness of use as a raw material for the production of secondary food additive plant resources, resulting in the production of natural apple juice, namely apple pomace. First using the method of nuclear magnetic relaxation found that treatment of apple pomace in an electromagnetic field at microwave frequencies influences redistribution contained in refuse bound and free water, namely, the maximum transition bound moisture in a free marked when handling apple pomace in the electromagnetic polesverhvysokih frequencies rate of heating (temperature rise) 0.6 °C / s to a temperature of 60 °C. Found that treatment of apple pomace in an electromagnetic field at microwave frequency identified modes allows to increase the average speed of the IR-drying subsequent pomace 1.8 times as well as reduce IR drying time 2 times as compared with the IR drying control sample apple pomace (without pretreatment microwave EMF). Pretreatment apple pomace in the EMF when the identified microwave modes allows for subsequent drying to reduce IR losses of vitamin C - 22.7% carotenoids - 22.0% and R-active substances - by 19.9% as compared with the control sample. The technological modes of production of the food additive from apple pomace, providing maximum preservation in its composition thermolabile biologically active substances - vitamin C, carotenoids and P-active substances. Based on studies developed a set of technical documentation, including specifications 9164-394-04801346-14 «nutritional supplement. Powder of apple «and technological instructions for the production of food additives from apple pomace. The developed technology is patented and has the know-how.
Authors
Kornen Nikolai Nikolaevich, Candidate of Technical Sciences, Lisovoy Vyacheslav Vitalyevich., Candidate of Technical Sciences, Kupin Gregory Anatolyevich, Candidate of Technical Sciences Matvienko Alina Nikolaevna
FSBSI «Krasnodar Research Institute of Storage and Processing of Agricultural Products» 2, Poplar Avenue, Krasnodar, 350072 e-mail: [email protected]
