CC BY
170
УДК: 582.912.46:536.422.4:66.049.6:664.8 (045)
Технология получения и оценка качества
сублимированного порошка из ягод брусники
Е. В. Алексеенко, д-р техн. наук, профессор; Е. А. Быстрова, аспирант; Г. В. Семенов, д-р техн. наук, профессор Московский государственный университет пищевых производств В. Я. Черных, д-р техн. наук, профессор
Научно-исследовательский институт хлебопекарной промышленности, Москва
Порошковые технологии являются наиболее перспективными на-правлениямипри решении вопросов комплексной переработки сельскохозяйственного сырья и дикоросов. Современные способы высушивания предоставляют уникальные возможности для получения полидисперсных порошков с максимальным сохранением природных компонентов растительного сырья и использования их при производстве обогащенных и функциональных пищевых продуктов.
Неоспоримыми достоинствами плодово-ягодных порошков являются:
расширение ассортимента натуральных рецептурных ингредиентов для производства массовых видов пищевых продуктов;
простота их использования в существующих и вновь создаваемых технологиях;
минимальные затраты при транспортировке и хранении;
высокая концентрация и сохранность биологически активных соединений исходного природного сырья; увеличение сроков годности. Одним из наиболее современных способов получения растительных порошков является вакуумная сублимационная сушка [1, 2, 3]. Плоды и ягоды во время сушки не подвергаются воздействию высоких температур, что позволяет максимально сохранить биологическую ценность сырья. Продукты, полученные с использованием этой технологии, отличаются высоким качеством и хорошей восстанавливающей способностью.
Существенныеминусы сублимационной сушки - относительно большие (в сравнении с обычной тепловой сушкой при атмосферном давлении) удельныеэнергетические затраты, а также сложное дорогостоящее оборудование.
Физическая основа технологии вакуумной сублимационной сушки базируется на использовании фазового перехода «лед-пар» из предварительно замороженного материала. В соответствии с этим, эта технология включает три этапа:
замораживание - важнейший этап, во многом формирующий уровень качества конечного высушенного продукта. Конечная температура замороженного продукта растительного происхождения должна обеспечить вымораживание порядка 85...90% влаги [1];
сублимация - основной этап по длительности процесса, в течение которого происходит удаление замороженной части влаги фазовым переходом «лед-пар»;
удаление остаточной влаги -период убывающей скорости сушки, во время которого удаляется связанная, незамерзающая влага.
Соотношение количества влаги, удаляемой на этапе сублимации и на стадии досушки, зависит от температуры сублимации, а также от те-плофизических характеристик каждого конкретного вида сырья. В конечном итоге получают продукт с массовой долей влаги 2-10%, что создает возможность длительного хранения в герметичной упаковке в условиях нерегулируемых температур.
Цель исследования - получение порошка из ягод брусники с применением технологии вакуумной сублимационной сушки и оценка его качества по органолептическим и физико-химическим показателям.
При разработке технологии порошкового продукта из ягод брусники ключевой мотивацией стало наиболее полное использование всего комплекса биологически активных и других ценных природных компонентов сырья. Следует учитывать, что в силу сложной природной организации растительной ткани значительная доля биологически активных веществ ягод не проявляет свою физиологическую активность, будучи прочно связанной с определенными клеточными структурами. И лишь часть их растворена в клеточном соке и является биодоступной. Извлечение биологически активных соединений ягод и перевод их в растворимое состояние возможно за счет гидролитического расщепления структурных биополимеров ягод. Поэтому базовым элементом в технологии порошкового продукта из ягод брусники было применение на стадии предобработки ферментных препаратов, гидролизующих некрахмальные полисахариды, что способствует обогащению соковой фракции (растворимой части продукта) дополнительным количеством природных компонентов ягод, обладающих биологической активностью и обусловливающих всю палитру вкуса, цвета и аромата.
Предварительную обработку ягод брусники проводили с использованием композиции ферментных препаратов на основе РапидазаСК и 1_ат1пехВв2, обеспечивающей увеличение доли соковой фракции на 26% и существенное обогащение сока экстрактивными веществами ягод: сахарами, белком, минеральными веществами, полифенольными соединениями, в том числе, антоциа-нами, катехинами и проантоциани-
динами [4]. Усиливаются процессы экстракции органических кислот, в том числе, имеющих важное технологическое значение бензойной и салициловой кислот, обладающих антисептическими свойствами. Под действием ферментов интенсифицируется процесс выделения клеточного сока из ягод, и в общем балансе влаги в продукте увеличивается доля так называемой свободной влаги, что позволяет смягчить режимы высушивания и минимизировать потери биологически активных веществ ягод. Ферментные препараты вносили в мезгу ягод, вели гидролиз в течение 2 ч при температуре 40... 45 °С. По истечении времени гидролиза ферменты инактивировали нагреванием. Предварительно ферментированную мезгу ягод брусники подвергали сублимационной сушке.
Сушка ягодной мезги осуществлялась на экспериментальном стенде СВП - 0,36 (рис. 1), предназначенном для исследования в лабораторных условиях процессов вакуумного обезвоживания широкого спектра жидких, пастообразных и твердых материалов (лекарственные травы, фрукты, овощи, пищевые красители, ферменты, мясо, рыба, молоко и продукты на их основе и др.)
Принципиальной особенностью конструкции является наличие двух систем вакуумирования и холодос-набжения. Первая из них позволяет реализовать традиционную вакуумную сублимационную сушку фазовым переходом «лед-пар», вторая - обезвоживание в режиме вакуумного испарения. Эти два режима могут быть совмещены в рамках единого цикла сушки, в любых сочетаниях длительности каждого из них.
Перед началом работы проводят санитарную обработку сушильной камеры, противней, измерительных частей термопар, а также другой тары, контактирующей с объектом сушки. Предварительно ферментированную мезгу из ягод брусники помещали на противни из нержавеющей стали, в продукт устанавливали термопары для контроля температуры (рис. 2). Противни с сырьем размещали в морозильной камере с температурой воздуха порядка -20 °С. По окончании цикла замораживания противни с замороженным сырьем помещали в вакуумную камеру стенда СВП -0,36.
Вакуумная сублимационная сушка осуществлялась при следующих режимных параметрах:
температура на этапе
удаления влаги фазовым
Рис. 1. Лабораторный комплекс СВП - 0,36 (1 - вакуумная камера; 2 - холодильная станция - 2 шт.; 3-вакуумная станция; 4-пульт управления; 5 - пульт управления среднетемпературной холодильной машиной; 6-пульт управления низкотемпературной холодильной машиной; 7-персональный компьютер оператора)
Таблица 1
Органолептические показатели порошкового концентрата ягод брусники
Показатель Характеристика
Консистенция Цвет Вкус и аромат Мелкодисперсный рассыпчатый порошок Характерный брусничный Вкус и аромат хорошо выражены. Вкус -приятный, характерно-кислый, свойственный спелым ягодам брусники. Аромат - насыщенный, свойственный ягодам брусники. Без постороннего привкуса и запаха
переходом «лед - пар» составила -22. - 24 °С;
максимальная температура на этапе досушивания 380 °С;
среднее давление в камере 70-80 Па;
общая продолжительность сушки 12 ч; массовая доля влаги в конечном продукте 5%.
Высушенный продукт представлял собой довольно плотный слой с хрупкой консистенцией. После этапа сушки мезгу измельчали. Продукт был характерного брусничного цвета с выраженным вкусом и ароматом, свойственным ягодам брусники (табл. 1, рис. 3).
Основополагающей характеристикой порошковых продуктов является оценка их гранулометрического со-
Рис. 3. Измельченный порошок брусники, полученный на экспериментальной сублимационной установке СВП - 0,36
Он зависит от способов механической обработки ягод, способов получения порошка, массовой доли влаги в готовом продукте.
Для определения полного гранулометрического состава полидисперсного порошка ягод брусники использовали информационно-измерительную систему ГИУ-1, созданную в МГТУ имени Н. Э. Баумана на базе микроскопа «Биолам - И» (рис. 4). Принцип действия ГИУ-1 основан на анализе изображений, полученных с помощью микроскопа «Биолам - И» для порошка, напыленного на предметное стекло. Анализ изображений осуществляется с использованием специализированного
Размер частиц, мм
Рис. 5. Гистограмма распределения частиц порошка брусники по размеру
Таблица 2
Распределение частиц в ПКБ по размеру
Показатель Размер частиц, мкм
1-2 10 30 50 65 80 95 110 130
Содержание, % 75 1,4 4 6 5,5 4 2,4 1 0,5
става. Известно, что в порошках дисперсная фаза - твердое вещество, а дисперсионная среда - воздух [5]. Размер частиц одного и того же продукта может значительно колебаться.
программного обеспечения Flour 32 [6].
Данная система контроля подходит для полидисперсных порошков, средний эквивалентный
диаметр частиц которых не более 500 мкм.
В ходе анализа дисперсности порошкового концентрата брусники (ПКБ) просуммировано 11032 частиц. Среднее эквивалентное значение диаметра частиц составило 53 мкм. Коэффициент асимметрии 0,5; коэффициент вариации 0,48; среднеквадратичное отклонение 0,024. Как видно из графика (рис. 5) и табл. 2, в полидисперсном порошке ягод брусники присутствуют частицы от 10 до 130 мкм.
Как видно из табл. 2, основной является фракция с частицами 2 мкм и менее, количество наиболее крупных частиц (130 мкм) составило всего 0,5 %, среднее значение крупности частиц 53 мкм - около 6%. Полученный порошковый концентрат ягод брусники можно считать мелкодисперсным и отнести к подгруппе - пудры, порошков с размером частиц менее 2^10-6 м. Результаты оценки органолептических показателей и гранулометрического состава порошка ягод брусники дают основание рассматривать его в качестве перспективного пищевого ингредиента в составе рецептур продуктов питания.
ЛИТЕРАТУРА
1. Семенов, Г. В. Вакуумная сублимационная сушка/Г. В. Семенов. - М.:ДеЛи плюс, 2013. -264с.
2. Антипов, С. Т. Современные технологии при получении плодово-ягодных порошков/С. Т. Антипов, А. А. Жашков// Вестник ТГТУ. - 2010. -Т. 16. - № 2.
3. Семенов, Г. В. Современные направления научных исследований и технические решения по интенсификации процесса сублимационной сушки в пищевой промышленности, фармпроиз-водствах и прикладной биотехнологии. Ч. 1/ Г. В. Семенов, М. С. Булкин,
A. В. Кузенков //Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Процессы и аппараты пищевых производств». - 2015. - № 1. -С. 187-202.
4. Алексеенко, Е. В. Мониторинг эффективности применения ферментных препаратов для обработки ягод брусники при получении сока/Е. В. Алексе-енко, Е. А. Быстрова //Вестник Воронежского гос. ун-та инж. технологий. -2015. - № 3. - С. 203-207.
5. Гельфман, М. И. Коллоидная химия/ М. И. Гельфман, О. В. Ковалевич,
B. П. Юстратов. - 5-е изд. стер. - СПб.: Лань, 2010. - 336с.
6. Гранулометрическое измерительное устройство. Гранулометр ГИУ - 1М. Программа Flour. Общее описание. ЗАО «Центр прикладной физики МГТУ имени Н. Э. Баумана», 2015. - 20с.
REFERENCES
1. Semenov G.V. Vakuumnaya sublimatsionnaya sushka [Vacuum freeze drying]. Moscow, DeLi plyus Publ., 2013. 264 p.
2. Antipov S.T., Zhashkov A.A. [Modern technologies in the production of fruit and berry powders]. Vestnik TGTU, 2010, vol. 16, no. 2. (In Russ.)
3. Semenov G. V., Bulkin M.S., Kuzenkov A.V. [Modern trends in research and
technical solutions to intensify the process of freeze-drying in the food industry, pharmaceutical production and Applied Biotechnology]. Part 1. Nauchnyi zhurnal NIU ITMO. Seriya «Protsessy i apparaty pishchevykh proizvodstv», 2015, no. 1, pp. 187-202. (In Russ.)
4. Alekseenko E.V., Bystrova E.A. [Monitoring the effectiveness of the use of enzyme preparations for processing berries cranberries in the production
of juice]. Vestnik Voronezhskogo gos. un-ta inzh. Tekhnologii, 2015, no. 3, pp. 203-207. (In Russ.)
5. Gel'fman M.I., Kovalevich O.V., Yustratov V. P. Kolloidnaya khimiya [Colloid chemistry]. 5 ed. St. Petersburg, Lan' Publ., 2010. 336 p.
6. Granulometric measuring device. Granulometer GIU - 1M. The Flour program. General description. Center for Applied Physics Bauman Moscow State Technical University, 2015. 20 p. (In Russ.)
Технология получения и оценка качества сублимированного порошка из ягод брусники
Ключевые слова
вакуумная сублимационная сушка; гранулометрический состав; замораживание; органолептические показатели; порошок ягод брусники; предварительная ферментативная обработка
Реферат
В статье представлены результаты исследования порошкового продукта (порошкового концентрата) из ягод брусники, полученного на основе ферментативно обработанной мезги ягод и с применением технологии вакуумной сублимационной сушки. Предварительную обработку ягод проводили с использованием композиции ферментных препаратов на основе РапидазаСК и 1ат1пехВв2, обеспечивающей увеличение доли соковой фракции на 26 % и обогащение сока экстрактивными веществами ягод: сахарами, белком, минеральными веществами, органическими кислотами, полифенольными соединениями, в том числе, антоцианами, катехинами и проантоцианидинами. Ферментные препараты вносили в мезгу ягод, вели гидролиз в течение 2 ч при температуре 40...45°С. По истечении времени гидролиза ферменты инактиви-ровали нагреванием. Предварительно ферментированную мезгу ягод брусники подвергали вакуумной сублимационной сушке. Сушку ягодной мезги осуществляли на экспериментальном стенде вакуумных процессов МГУПП. Подобраны оптимальные условия получения порошка, при которых удается максимально сохранить биологически активные вещества и природные компоненты ягод. Показано, что при помощи вакуумной сублимационной сушки возможно получить полидисперсный порошковый концентрат с массовой долей влаги 5 %. Изучены органолептические показатели порошкового концентрата ягод брусники. Дана оценка полного гранулометрического состава полидисперсного порошка ягод брусники с использованием информационно-измерительной системы на базе микроскопа «Биолам-И» МГТУ имени Н. Э. Баумана. Анализ гранулометрического состава выявил наличие в порошке ягод брусники частиц размером от 10 до 130 мкм. Основной является фракция с частицами 2 мкм и менее (75%), что позволяет полученный порошковый концентрат ягод брусники считать мелкодисперсным и отнести к подгруппе пудры (порошки с размером частиц менее 2Ч0-6 м).
Авторы
Алексеенко Елена Викторовна, д-р техн. наук, профессор, Быстрова Екатерина Александровна, аспирант, Семенов Геннадий Вячеславович, д-р техн. наук, профессор Московский государственный университет пищевых производств, 125080, Москва, Волоколамское шоссе, д. 11, elealekseenk@rambler.ru; tixoxod@list.ru; sgv47@yandex.ru ЧерныхВалерий Яковлевич, д-р техн. наук, профессор НИИхлебопекарнойпромышленности, 107553, Москва, ул. Большая Черкизовская, д. 26А, polybiotest@rambler.ru
Technology of Obtaining and Evaluation of the Quality of Freeze Dried Powder from Red Whortleberry
Key words
vacuum freeze-drying; granulometric composition; freezing; sensory characteristics; red whortleberry powder; enzyme pretreatment
Abstracts
The article presents the results of studies on the preparation of powder product (powder concentrate) from the red whortleberry on the basis of the enzymatic treated pulp of the berries and with the method of vacuum freeze-drying. Pre-processing of berries red whortleberry was carried out using the composition of enzyme preparations on the basis of Rapidash CR and Laminex BG2, providing an increase in the proportion of juice of the fraction is 26% and significant enrichment of the juice of extractive substances of the fruit sugars, protein, mineral substances, organic acids, polyphenol compounds, including anthocyanins, catechins and proanthocyanidins. Enzyme preparations were added to the pulp of the berries, were hydrolysis for 2 hours at a temperature of 40-45 °C. After the time of hydrolysis enzymes have been inactivated heating. Pre-fermented pulp of the berries red whortleberry were subjected to freeze-drying. Drying berry pulp was carried out at the experimental stand the vacuum process of the MGUPP. The optimum conditions for obtaining the powder, with which it is possible to preserve biologically active substances and natural components of the berries. Found that by vacuum freeze-drying is possible to polydisperse powder concentrate with a moisture content of 5%. Studied organoleptic characteristics of the powder concentrate of berries of red whortleberry. The estimation of the full grain-size composition of polydispersed powder of the berries red whortleberry with the information-measuring system on the base of the microscope «Biolam-I» MGTU im. N. Uh. Bauman. The analysis of granulometric composition revealed the presence in the powder of the berries cranberries particle size of from 10 to 130 |_im. The main fraction with particles of 2 |_im or less (75%), which allows the obtained powder concentrate of berries of bilberry is considered fine and is attributed to the subgroup of powder - powders with a particle size of less than 2^10-6 m.
Authors
Alekseenko Elena Viktorovna, Doctor of Technical Science, Professor, Bystrova Ekaterina Aleksandrovna, Graduate Student, Semenov Gennady Vyacheslavovich, Doctor of Technical Science, Professor
Moscow State University of Food Production, 11, Volokolamskoye Shosse, Moscow, 125080, elealekseenk@rambler.ru; tixoxod@list.ru; sgv47@yandex.ru
Chernykh Valeriy Yakovlevich, Doctor of Technical Science, Professor Research Institute of Baking Industry, 26A, Bolshaya Cherkizovskaya St., Moscow, 107553, polybiotest@rambler.ru
