CC BY
85УДК 664.8.037.521
doi: https://doi.org/10.36107/spfp.2019.175
Влияние акустического замораживания на
показатели структуры
клубники
Семёнов Геннадий Вячеславович
ФГБОУВО «Московский государственный университет пищевых производств» Адрес: 125080, город Москва, Волоколамское шоссе, дом 11
E-mail: sgv47@yandex.ru
Краснова Ирина Станиславовна
ФГБОУ ВО «Московский государственный университет пищевых производств» Адрес: 125080, город Москва, Волоколамское шоссе, дом 11
E-mail: ira3891@mail.ru
Хвыля Сергей Игоревич
Всероссийский научно-исследовательский институт холодильной промышленности - филиал ФГБНУ
«Федеральный научный центр пищевых систем им. В.М. Горбатова» РАН Адрес: 127422, город Москва, ул. Костякова, дом 12
E-mail: gistolab@yandex.ru
Исследование посвящено вопросам изменения структуры клубники, предварительно замороженной традиционным способом в условиях естественной конвекции или замороженной с наложением микровибрации. Микровибрацию создавали в воздушной среде морозильной камеры в лабораторном устройстве ABAT-20/1-AEF, оснащенным цифровым синтезатором частот оригинальной конструкции, с генерации электромагнитных полей мощностью от 1 до 500 Вт/м3 с пакетами одно и двух полярных прямоугольных импульсов в диапазонах частот 10 мГц - 5000 кГц. Замороженные в двух вариантах ягоды подвергали вакуумной сублимационной сушке на оригинальном лабораторном стенде СВП-0,36. Температура сублимации составляла минус 30 + 1°С, на этапе досушкитемпература была равной38-40 °С. Общаядлительность цикла высушивания составила 14-16 часов в зависимости от размера ягод. Ягоды сушили до конечной влажности 1,7%. В высушенных образцах изучали микроструктуру и оценивали показатели пенетрации, предельного напряжения сдвига, водопоглощения, определяли сорбционные свойства и органолептические показатели. Отмечено, что наложение микровибрации позволяет формировать мелкокристаллическую структуру льда и обеспечивать сохранность тканевых структур в высушенных продуктах. Исследования микроструктуры показали, что уровень сохранности клеточных структур при наложении микровибрации составляет 60-70%, в сопоставлении с 25-30% при традиционном замораживании. Выявлено, что применение микровибрации в процессах замораживания позволяет улучшить структурно-механические характеристики высушенных ягод клубники и их сохранность в процессе фасовки и транспортировки. Органолептические показатели у исследуемых образцов при двух вариантах замораживания остаются практически одинаковыми. В результате проведенных исследований отмечено, что наибольший эффект от наложения микровибраций отмечен для ягод меньшего размера.
Ключевые слова: микровибрация; клубника; вакуумная сублимационная сушка; микроструктура; структурно-механические показатели; сорбционные свойства
Балаболин Дмитрий Николаевич
ООО «Акустическая заморозка» Адрес: 109316, город Москва, ул. Талалихина, дом 31 E-mail: dbalabolin@gmail.com
Введение
В настоящее время признано, что вакуумная сублимационная сушка является одним из лучших методов удаления влаги и получения готового продукта высшего качества и длительного хранения (Дондокова, Битуева, Антипов, 2016, с. 37-48; Овчарова, Абреч, Непорожняя, 2008, с. 1415; Христюк, Сязин, Мякинникова, 2014, с. 78-80; Marques, Silveira, Freire, 2006, с. 457-463). В пищевой промышленности наиболее широко этот метод применяют для получения высококачественных быстрорастворимых сортов кофе и цикория, для сушки заквасок молочнокислых микроорганизмов и различных ферментов. (Похиленко, Баранов, Детушев, 2009, с. 99-121; Burmester, Pietsch, Eggers, 2011, с. 1344 - 1352; Gaidhani, Harwalkar, Bhambere, Nirgude, 2015, с. 516-543). Тем не менее, вакуумная сублимационная сушка обладает огромным потенциалом для развития в нашей стране и для консервирования других пищевых продуктов.
Современный потребитель требует более высокое качество продуктов питания. Вакуумная сублимационная сушка, не смотря на высокое качество готовой продукции, всё ещё остается дорогостоящим и длительным методом, и высокие затраты на организацию процесса производства ограничивают её широкое применение в промышленных масштабах в пищевой промышленности. В связи с чем, проводят большое количество исследований в нашей стране и в мире по оптимизации процесса замораживания и сублимационной сушки, сокращению времени сушки и получению продукта заданного уровня качества (Крумликов, Остроумов, Сухих, Кригер, 2016, с. 25-30; Семёнов, Булкин, Кузенков, 2015, с. 187-202; Kozak, Dziki, Krzykowski, Rudy, 2011, с. 134-141; Koroishi, Boss, Wolf Maciel, Filho, 2009, с. 425-441; Tarafdar, Shahi, Singh, Sirohi, 2017, с. 1-6; Salazar, Alvarez, Orrego, 2018, с. 192-204).
Как известно, решающее влияние на показатели качества сублимированных продуктов и интенсивность последующего процесса обезвоживания оказывает замораживание. На этапе замораживания формируется кристаллическая структура, при этом форма и размер кристаллов льда, их распределение в замороженном материале, изменение физико-химических показателей зависит от режимных параметров процесса и свойств объектов замораживания. Вопросам замораживания в технологии консервирования термолабильных материалов и использованию вакуумной
сублимационной сушки посвящена обширная литература (Постольски, Груда, 1974; Семёнов, Краснова, 2018; Ишевский, Давыдов, 2007, с. 43-59; Колодязная, Кипрушкина, Бараненко, Румянцева, Шестопалова, 2013, с. 24-28; Воскобойников, 2015, с. 21-23; Ciurzynska, Lenart, 2011, с. 165-171; Rey, May, 2001, с. 163-164). Однако до сих пор вопросы получения более мелких однородных кристаллов, способных сохранить клеточные структуры остаются актуальными. Особенно это относится к фруктам и ягодам с нежной структурой, например, землянике садовой (клубнике). Более жесткие и плотные ягоды, лучше подвергаются обработке и транспортировке и имеют более длительный срок хранения и более привлекательный внешний вид, чем мягкоплодные ягоды. В связи с этим, актуальным является поиск различных методов, обеспечивающих более плотную структуру при замораживании и последующей обработке ягод.
На современном этапе наиболее
распространенным методом обеспечения мелкокристаллической структуры в
замораживаемых объектах является применение метода «шоковой заморозки». Он достигается использованием высоких скоростей воздуха (более 10 м/с) в низкотемпературных морозильных камерах с температурой воздуха на уровне минус 40-45°С. Оборудование для шоковой заморозки достаточно сложное и дорогостоящее. Его применение требует высоких затрат электроэнергии и способствуют усушке продукта (Сороко, Усеня, 2011, с. 63-67; Беляева, 2017, с. 40-43; Celli, Ghanem, Su-Ling Brooks, 2017, с. 280-304). Альтернативным методом формирования мелкокристаллической структуры может являться воздействие микровибрацией на ягоды при замораживании. В связи с чем, целью исследования являлось оценить влияние микровибрации на структурные показатели замороженной и сублимированной клубники.
В соответствие с целью в исследовании поставлены следующие задачи:
• определить влияние микровибрации на микроструктуру замороженной и высушенной сублимационной сушкой клубники.
• исследовать влияние микровибрации на показатели пенетрации и предельного напряжения сдвига замороженной и высушенной сублимационной сушкой клубники.
• оценить сорбционные свойства сублимированной клубники после обработки микровибрацией.
Материалы и методы исследования
Объекты и методы исследования
Объектом исследований являлись ягоды земляники садовой (клубники) (лат. «Fragaria x ananassa», сорт «Азия», Россия), собранные 18 июня 2018 года (Агрохолдинг «Совхоз имени Ленина»). Размер ягод составлял 25-35 мм в диаметре, с ярко выраженной окраской и характерным ароматом.
Замораживание
Ягоды замораживали двумя способами. Половину ягод замораживали традиционным способом при минус 30°C в условиях конвективного теплообмена. Вторую часть замораживали в тех же условиях, при дополнительном воздействии на ягоды микровибраций, создаваемых в воздушной среде морозильной камеры по определенной программе. В лабораторном устройстве ABAT-20/1-AEF использован цифровой синтезатор частот оригинальной конструкции, имеющий возможность генерации электромагнитных полей мощностью от 1 до 500 Вт/м3 с пакетами одно и двух полярных прямоугольных импульсов в диапазонах частот 10 мГц - 5000 кГц. В замороженных ягодах исследовали микроструктуру и структурно-механические характеристики.
Вакуумная сублимационная сушка
Вакуумную сублимационную сушку ягод осуществляли на сублимационном лабораторном стенде СВП-0.36 (Семёнов, Краснова, 2018).
Замороженные ягоды размещали на двух металлических противнях, каждый вариант заморозки на отдельном противне. Температура сублимации составляла минус 30 + 1°C, температура на этапе досушки была равной 38-40°C.
Длительность цикла высушивания контролировали по датчикам, вставленным в ягоды. Общее время высушивания составило 14-16 часов в зависимости от размера ягод. Массовая доля влаги в высушенных ягодах составляла в среднем 1,7%. В замороженных и сублимированных ягодах исследовали микроструктуру и структурно-механические характеристики. Общая схема замораживания и сублимационной сушки ягод представлена на Рисунке 1.
Рисунок 1. Схема производства ягод клубники.
Микроструктурные исследования
Для микроструктурного исследования
замороженной клубники с целью определения степени разрушения тканей при разных режимах замораживания применяли следующую методику (Хвыля, 2016, с. 2-5; Хвыля, Гиро, 2015). Из ягод без размораживания и отепления вырезали кусочки размером 20 х 20 х 10 мм, которые монтировали на предметные столики криостата. Максимально быстро, чтобы избежать размораживания и изменения микроструктурной организации тканей образцы переносили в камеру замораживающего микротома MIKROM-525 с установленной температурой минус 20°C. Толщина изготавливаемых срезов составляла около 25 мкм. Полученные срезы монтировали на предметные стекла, переносили в комнатные условия и подсушивали. Затем срезы окрашивали гематоксилином Эрлиха и свежим водно-спиртовым эозином. Препараты заключали в глицерин-желатин. Анализ структуры клубники и ее фотографирование проводили с использованием светового микроскопа AxioImager.A1 (Zeiss, Germany). Обработку иллюстративного материала осуществляли с помощью программы ACDS 8 PRO.
Исследования пенетрации и предельного напряжения сдвига
Замороженные ягоды дефростировали перед определением значений пенетрации и предельного напряжения сдвига. Дефростацию осуществляли посредством естественного отепления ягод при комнатной температуре 22-23°C.
Полное размораживание ягод достигалось в этих условиях через 2,5-3 часа. Значения пенетрации и предельного напряжения сдвига определяли при комнатной температуре. Ягоды клубники фиксировали на измерительной платформе и проводили измерения на самой высокой точке
ягоды клубники, поэтому небольшие различия в геометрии поверхности вызывали наименьший эффект. Также все ягоды не имели рельефных различий. Измерения проводили с помощью моторизованного устройства для испытания материалов (пенетрометр ПМДП), оснащенного тензодатчиком на 100 Н и цилиндрическим конусом с углом вершины 60°С. Измеряли глубину погружения индентора и сопротивление продукта погружению индентора в течение 60 секунд.
Величину пенетрации определяли по формуле Ребиндера П.А.:
Органолептическая оценка сублимированных ягод
Органолептическую оценку сухих и восстановленных после регидратации
сублимированных ягод клубники проводили согласно ГОСТ32896-2014.Фрукты сушеные. Общие технические условия. Ягоды восстанавливали путем погружения в воду комнатной температуры до полного их обводнения. Далее ягоды извлекали из воды и располагали на сетчатой поверхности для стекания лишней влаги. После чего проводили их органолептическую оценку.
P = k-m/h2, (1)
где k - коэффициент, зависящий от угла конуса (k
= 2.1 H/кг);
m - масса конуса со штангой (50.69 * 10-3 кг); h - глубина погружения конуса, м Предельное напряжение сдвига определяли по аналогичной формуле, где h - глубина погружения конуса в течение 60 секунд.
Исследование водопоглощения
Степень гидратации сублимированных образцов ягод (Д) определяли по изменению массы клубники до и после регидратации путем погружения ягод в емкость с водой комнатной температуры на 5-7 часов, до полного увлажнения. Затем ягоды вынимали, давали стечь лишней влаге и взвешивали:
m2 - m, ___
A = —-1 х 100
m
(2)
Ф =
mA - m3 ___
—4-1 х 100
m
(3)
Статистическая обработка данных
Статистическую обработку экспериментальных данных проводили с помощью метода математической статистики.
Среднее арифметическое значение: M =
Z N
h
Среднее
квадратичное
а =
Z (N - M)2
h -1
Средняя квадратичная ошибка: m =
отклонение:
а
4h-\
Критерийдостоверности средней арифметической:
M
t =
m
где т! - масса клубники до регидратации, г т2 - масса клубники после регидратации, г
Исследование сорбционных свойств
Гигроскопичность сублимированных образцов ягод (ф) оценивали по изменению массы клубники, находящейся в помещении при комнатной температуре 22-23°С и влажности окружающего воздуха 68%. Взвешивание ягод производилось непосредственно после окончания сублимационной сушки, а затем через каждые 24 часа в течение трех суток:
Критерий достоверности между двумя средними арифметическими:
ta=^T-лК
м - мп
2 , 2 +к
(3)
где т3 - масса клубники непосредственно после окончания сублимационной сушки, г т4 - масса клубники через каждые 24 часа в течение трех суток, г
где ^ величина значения каждого наблюдения; h - число наблюдений.
Результаты и их обсуждение
Анализмикроструктурытканейягод,замороженных традиционным способом, показал, что по всей толщине образца, включая внешнюю часть ягод и их глубокие слои, сформировались крупные кристаллические структуры, не окрашиваемые гистологическими красителями. Отмечено, что материал, не воспринимающий использованные красители, образуется из цитоплазматического содержимого при замораживании ягод (Рисунок 2а).
а б
Рисунок 2. Микроструктура тканей ягоды клубники замороженной традиционным способом. Ув. объектив 20х. а - внутренней части, б - наружной поверхности.
В образцах клубники, замороженной традиционным способом наблюдалось частичное разрушение клеточных стенок как наружной части ягод, так и клеток, формирующих основную массу плода (Рисунок 2). Использование традиционного режима замораживания привело к фрагментации клеточных оболочек при визуальной оценке препаратов ориентировочно на 60-70% от общего количества внешних клеточных структур. Более прочные клетки сосудистой системы ягод разрушались в меньшей степени.
Анализ изменений микроструктуры тканей ягод клубники, замороженной с помощью микровибрации, проведенный в аналогичных условиях, показал, что по всему объему замороженных ягод, включая их внешнюю часть и более глубокие слои, сформировались крупные структуры кристаллизованной влаги. Так же, как и в случае применения традиционного режима замораживания, в клетках произошли процессы деструкции клеточного материала, проявляющиеся визуально, прежде всего, в частично разрушении клеточных стенок. В то же время степень наблюдаемых деструктивных изменений микроструктуры тканей ягод при использовании данного режима существенно меньше по сравнению с традиционным режимом замораживания и при визуальной оценке препаратов составила ориентировочно 25-35% от общего количества внешних клеточных структур. Снижение степени разрушений отмечено как на внешней части ягод, так и в более глубоких слоях тканей плода (Рисунок 3).
Срезы сублимированной клубники, замороженной
традиционным способом и с помощью микровибрации, представлены на Рисунке 4.
Анализ структурных особенностей
сублимированной клубники показал, что срез ягод, замороженных с дополнительной обработкой микровибрации даже в глубине сублимированной ягоды демонстрирует существенно большую сохранность клеточных стенок. Он характеризуется отчетливыми, сохранными и более контрастными клеточными стенками при более мелких цитоплазматических полостях, утративших воду в процессе сублимации.
Для подтверждения микроструктурных изменений проведены исследования по определению структурно-механических характеристик ягод клубники дефростированных после заморозки и регидратированных после сублимационной сушки. Результаты представлены в Таблице 1.
Данные таблицы свидетельствуют о том, что прочность как ягод, замороженных традиционным способом, так и ягод, замороженных с наложением микровибрации после дефростации значительно снижается, по сравнению со свежими ягодами. Отмечено, что в ягодах, замороженных с помощью микровибрации, значения исследуемых показателей более высокие по сравнению с традиционно замороженной клубникой, что свидетельствует о лучшей сохранности структуры ягод. Однако разница в показателях невелика.
Аналогичная зависимость показателей выявлена при исследовании сублимированных образцов клубники. Механическая прочность
Рисунок 3. Микроструктура тканей ягоды клубники, замороженной с микровибрацией. Ув. объектив 20х, а - внутренняя часть, б - наружная поверхность.
а б
Рисунок 4. Срез ягоды сублимированной клубники Ув. 5х: а - предварительно замороженные традиционным способом; б - предварительно замороженные с микровибрацией.
Таблица 1
Структурно-механические показатели ягод клубники
Пенетрация", Предельное напряжение
кПа сдвига"' кПа
15,50±0,61 10,41±0,20
0,61±0,03 0,41±0,12
0,71±0,13 0,48±0,03
0,49±0,14 0,42±0,17
0,55±0,03 0,47±0,15
а Усредненные данные по 15 ягодам каждого вида.
Свежие ягоды
Ягоды, дефростированные после традиционной заморозки
Ягоды, дефростированные после заморозки с микровибрацией
Регидратированные сублимированные ягоды, предварительно замороженные традиционным способом
Регидратированные сублимированные ягоды, предварительно замороженные с микровибрацией
сублимированной клубники, предварительно замороженной с микровибрацией, оказалась выше на 8-10% по сравнению с сублимированными ягодами, предварительно замороженными традиционным способом.
Ещё одной важной характеристикой структуры сублимированных продуктов являются сорбционные свойства, такие как степень гидратации при восстановлении и скорости поглощения влаги из окружающей среды (гигроскопичность). Данные по уровню регидратации сублимированных ягод клубники представлены в Таблице 2.
После регидратации в течение 5 часов масса сублимированных ягод, замороженных традиционным способом, увеличилась на 73,4%. Масса ягод, подверженные заморозке с дополнительной микровибрацией увеличилась, лишь до 67,7%. Такая разница не является значительной и связана с тем, что более мелкая капиллярная структура сухих ягод, подверженных микровибрации, препятствует проникновению влаги внутрь в центр ягоды. Далее ягоды
находились в воде ещё 2 часа и степень увлажнения ягод обоих вариантов замораживания оказалась практически одинаковой и равной 75%.
Результаты исследования сорбционной способности сублимированных ягод представлены на Рисунке 5.
В условиях промышленного производства исключительно важную роль играет поглощение влаги сублимированными ягодами из окружающей среды. Этот параметр влияет на выбор технологии упаковки, допустимого времени нахождения ягод на открытом воздухе без упаковки, а также типа упаковочного материала. Исследования гигроскопичности клубники показали, что сублимированная клубника, замороженная с наложениеммикровибрации,увеличиваетсявмассе за счёт естественного поглощения влаги из воздуха более интенсивно. Для обеспечения сохранности качества высушенных сублимированных ягод их следует упаковывать в свето-газо-непроницаемую металлизированную полимерную пленку. Такая закономерность является еще одним доказательством факта формирования
Таблица 2
Уровень поглощения влаги сублимированными ягодами при погружении в воду комнатной температуры
Образец
Средняя масса образцов сублимированных ягод, г
Средняя масса восстановленных образцов, г
Масса поглощенной влаги, г
Доля поглощенной влаги, % к общей массе
Сублимированные ягоды, предварительно замороженные традиционным способом
Сублимированные ягоды, предварительно замороженные с микровибрацией
2,81+0,14
2,31+0,13
10,71+0,2
7,23+0,14
7,9+0,1
4,9+0,2
73,4+0,17
67,7+0,15
2,50
после сушки 24 часа 48 часов 72 часа
Сублимированная клубника замороженная традиционным способом Сублимированная клубника, замороженная с микровибрацией
Рисунок 5. Изменение массы сублимированных ягод в процессе хранения на открытом воздухе при температуре 22-23 °С и относительной влажности 68%.
микрокристаллической структуры и, как следствие, более мелких капилляров в высушенных ягодах. Полученные данные соответствуют известной закономерности увеличения сорбционной способности сухих капиллярно-пористых тел по мере уменьшения размеров капилляров, что приводит к пропорциональному увеличению площади поглощения влаги (Поповский, Бантыш, Ивасюк, 1975; Sagara, 2001, с. 183-190; Segura, Oyarzún, 2012, с. 2102-2109; Harnkarnsujarit, Kawai, Watanabe, Suzuki, 2016, с. 10-20).
Конечнойцельюполучениясухихсублимированных ягод является их использование в пищевой промышленности как самостоятельного продукта, либо в составе рецептур различных пищевых продуктов. В соответствие с этим, проведена органолептическая оценка сублимированных сухих и восстановленных исследуемых ягод.
При дегустации сухих сублимированных ягод до регидратации дегустаторы отметили несколько более яркую окраску у сублимированных ягод после замораживания в обычном режиме. На разрезе (предварительно свежие ягоды были разрезаны пополам, до начала эксперимента) у сублимированных ягод после акустической заморозки лучше сохранилась естественная структура тканей ягод клубники. Сублимированные ягоды двух вариантов представлены ниже на Рисунке 6. Дегустаторы не выявили различий во вкусе и аромате исследуемых образцов.
заметных отличий между образцами. Дегустаторы улавливали только незначительные отличия по вкусу и цвету в одном или в другом варианте образца. При этом отмечена несколько более плотная консистенция у ягод, предварительно замороженных с микровибрацией.
Выводы
Отличительной особенностью предложенной технологии замораживания является
дополнительное воздействие на ткани объекта в процессе заморозки акустических волн, передаваемых через воздушную окружающую среду и вызывающих в тканях микровибрации. В замороженных ягодах формируется мелкокристаллическая структура льда, обеспечивающая сохранность тканевых структур. Воспринимаемые поверхностью замораживаемого объекта колебания распространяются внутрь объекта с затуханием тем большим, чем больше расстояние от его поверхности. По мере замораживания внешних частей объекта, скорость распространения колебаний в них увеличивается (скорость механических волн в твердом теле выше примерно в два раза), а затухание уменьшается. Это позволяет в значительной мере нивелировать влияние формы и взаимного расположения замораживаемых материалов на конечный результат.
При органолептической оценке восстановленных Проведенные исследования показали, что сублимированных ягод после регидратации, как и в замораживаниеягодклубникипридополнительном образцах до регидратации, дегустаторы не выявили воздействии на ягоды микровибрацией оказывает
а б
Рисунок 6. Сухие сублимированные ягоды: а - предварительно замороженные традиционным способом, б - предварительно замороженные с микровибрациеи.
положительное влияние как на само замороженное сырьё, так и на его структурные характеристики в высушенном сублимацией состоянии.
Выявлено, что замораживание с применением микровибрации повышает механическую прочность как замороженных, так и сублимированных ягод. Это обстоятельство показывает, что микровибрация позволяет повысить сохранность клубники при ее транспортировке и фасовке.
Исследования, проведенные с использованием ягод клубники, позволяют сделать достаточно обоснованный прогноз о том, что заморозка с микровибрацией в сравнении с традиционной заморозкой ягод мелкого размера с плотной оболочкой (смородина, крыжовник, земляника, клюква и т.д.) позволит получить более значимые преимущества при их сублимационной сушке. Особо важную положительную роль это играет для транспортировки хрупких высушенных ягод.
Литература
Беляева М.А. Оптимизация технологических регламентов и аппаратурного оформления процесса замораживания плодов (на примере клубники) // Пищевая промышленность. 2017. № 3. С. 40-43. Воскобойников В.А. Основные методы производства инстант-продуктов // Пищевая промышленность. 2015. № 7. С. 21-23. Дондокова С.А., Битуева Э.Б., Антипов А.В. Использование сублимационной сушки в производстве мясных продуктов // Научное обозрение. Технические науки. 2016. № 4. С. 3748.
Ишевский А.Л., Давыдов И.А. Замораживание как метод консервирования пищевых продуктов // теория и практика переработки мяса. 2007. № 2. С. 43-59.
Клочкова Т.И., Шпрах З.С. Организация, масштабирование и оптимизация производства лиофилизированных препаратов // Российский биотерапевтический журнал. 2006. Том 5. № 3. С. 115-122.
Колодязная В.С., Кипрушкина Е.И., Бараненко Д.А., Румянцева О.Н., Шестопалова И.А. Продовольственная безопасность и холодильная технология // Вестник МАХ. 2013. № 1. С. 24-28. Крумликов В.Ю., Остроумов Л.А., Сухих С.А., Кригер О.В. Подбор параметров стабилизации (замораживание и сушка) симбиотического
консорциума с целью получения закваски прямого внесения // Техника и технология пищевых производств. 2016. Том 42. № 3. С. 25-30.
Овчарова Г.П., Абреч М.Ю., Непорожняя Е.Ю. Функциональные продукты сублимационной сушки // Пищевая промышленность. 2008. № 2. С. 14-15.
Поповский В.Г., Бантыш Л.А., Ивасюк Н.Т. Сублимационная сушка пищевых продуктов растительного происхождения. М.: Пищевая промышленность, 1975. 336 с.
Постольски Я., Груда 3. Замораживание пищевых продуктов. М.: Пищевая промышленность, 1974. 607 с.
Похиленко В.Д., Баранов А.М., Детушев К.В. Методы длительного хранения коллекционных культур микроорганизмов и тенденции развития // Известия высших учебных заведений. Поволжский регион. 2009. № 4(12). С. 99-121.
Семёнов Г.В., Булкин М.С., Кузенков А.В. Современные направления научных исследований и технические решения по интенсификации процесса сублимационной сушки в пищевой промышленности, фармпроизводствах и прикладной
биотехнологии (Часть 1) // Вестник МАХ. 2015. № 1. С. 187-202.
Семёнов Г.В., Краснова И.С. Сублимационная сушка пищевых продуктов. М.: ДеЛи плюс, 2018. 292 с.
Сороко О., Усеня Ю. Анализ способов замораживания пищевых продуктов // Наука и инновации. 2011. № 5(99). С. 63-67.
Хвыля С.И. Гистологический метод оценки влияния замораживания и хранения на микроструктуру мяса // Холодильная техника. 2016. № 11. С. 2-5.
Хвыля С.И., Гиро Т.М. Оценка качества и биологической безопасности мяса и мясных продуктов микроструктурными методами. Саратов: СГАУ, 2015. 240 с.
Христюк А.В., Сязин И.Е., Мякинникова Е.И. Технология плодовых и овощных криопорошков // Современные проблемы качества и безопасности продуктов питания в свете требований технического регламента таможенного союза: материалы международной научно-практической конференции (26 марта 2014 г). Краснодар: КГТУ, 2014. С. 78-80.
Burmester K., Pietsch A., Eggers R. A basic investigation on instant coffee production by vacuum belt drying // Procedia Food Science. 2011. Iss. 1. P. 1344-1352. https://doi.org/10.10Wj.profoo.2011.09.199.
Celli G.B., Ghanem A., Su-Ling Brooks M. Influence of freezing process and frozen storage on the quality of fruits and fruit products // Food Reviews International. 2016. Vol. 3. Iss. 32. P. 280-304.
https://doi.org/10.1080/87559129.2015.1075212.
Ciurzynska A., Lenart A. Freeze-Drying - Application in Food Processing and Biotechnology - a Review // Pol. J. Food Nutr. Sci. 2011. Vol. 3. Iss. 61. P. 165171. https://doi.org/10.2478/v10222-011-0017-5.
Gaidhani K.A., Harwalkar M., Bhambere D., Nirgude P.S. Lyophilization / freeze drying - a review // World Journal of Pharmaceutical Research. 2015. Vol. 8. Iss. 4. P. 516-543.
Harnkarnsujarit N., Kawai K., Watanabe M., Suzuki T. Effects of freezing on microstructure and rehydration properties of freeze-dried soybean curd // Journal of Food Engineering. 2016. Iss. 184. P. 10-20. http://dx.doi.org/10.10Wj. jfoodeng.2016.03.014.
Koroishi E.T., Boss E.A., Wolf Maciel M.R., Filho R.M. Process development and optimization for freeze-drying of natural orange juice // Journal of Food Process Engineering. 2009. Vol. 3. Iss. 32. P. 425-441. https://doi.org/10.1111/j.1745-4530.2007.00225.x/
Kozak P., Dziki D., Krzykowski A., Rudy S. Optimization of energy consumption in the freeze drying process of champignon (Agaricus Bisporus L.) // TEKA Kom. Mot. i Energ. Roln. - OL PAN. 2011. P. 134-141.
Marques L.G., Silveira A.M., Freire J.T. Freeze-Drying Characteristics of Tropical Fruits // Drying Technology. 2006. Vol. 4. Iss. 24. P. 457-463. https://
doi.org/10.1080/07373930600611919. Rey L., May J. Freeze-drying/Lyophilization of pharmaceutical and biological products. Book reviews // Eur. J. Pharm. Biopharm. 2001. Iss. 51. P. 163-164.
Sagara Y. Advances in Transport Phenomena during Freeze-Drying of Food Materials: Fundamentals and Applications // Food Science and Technology Research. 2001. Vol. 3. Iss. 7. P. 183-190. http:// dx.doi.org/10.3136/fstr.7.183. Salazar N.A., Alvarez C., Orrego C.E. Optimization of freezing parameters for freeze-drying mango (Mangifera indica L.) slices // Drying Technology. 2018. Vol. 2. Iss. 36. P. 192-204. https://doi.org/10.1 080/07373937.2017.1315431 Segura L.A., Oyarzún C.A. Experimental evidence of mass transfer mechanisms during freeze-drying in a capillary porous medium // International Journal of Refrigeration. 2012. Vol. 8. Iss. 35. P. 2102-2109. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2012.08.014 Tarafdar A., Shahi N.Ch., Singh A., Sirohi R. Optimization of Freeze-Drying Process Parameters for Qualitative Evaluation of Button Mushroom (Agaricus bisporus) Using Response Surface Methodology // Journal of Food Quality. 2017. URL: https://www.hindawi.com/journals/ jfq/2017/5043612/ (accessed 11.06.2019).
doi: https://doi.org/10.36107/spfp.2019.175
The Influence of Micro-Vibration on the Structure of
Freeze-Dried Strawberry
Gennadiy V. Semenov
Moscow State University of Food Production 11 Volokolamskoe highway, Moscow, 125080, Russian Federation
E-mail: sgv47@yandex.ru
Irina S. Krasnova
Moscow State University of Food Production 11 Volokolamskoe highway, Moscow, 125080, Russian Federation
E-mail: ira3891@mail.ru
Sergey I. Khvylia
All-Russian Scientific Research Institute of Refrigeration Industry - branch of V.M. Gorbatov Federal Research Center for Food Systems of Russian Academy of Science 12, Kostyakova str., Moscow, 127422, Russian Federation
E-mail: gistolab@yandex.ru
Dmitry N.Balabolin
Acoustic Freezing Ltd. 31, Talalikhina str., Moscow, 109316, Russian Federation
E-mail: dbalabolin@gmail.com
The structure of freeze-dried strawberries, frozen in the traditional method and freeze-dried strawberries frozen with micro-vibration is shown in this research. Micro-vibrations created in the air of the freezer according to a specific program. A digital frequency synthesizer that generates 250 W/m3 electromagnetic field rectangular pulse packets in the frequency bands of 2,500 kHz to 5,000 kHz creates micro-vibrations. Frozen berries were dried on the lab scale freeze dryer SVP-0,36. The primary temperature was minus 30+1°C. Secondary drying was carried out at a temperature of 38-40°C. The total duration of the drying cycle was 14-16 hours, depending on the size of the strawberries. The final moisture content of the freeze-dried strawberries was 1,5-1,7%. Microstructure, penetration, shear stress, absorption, sorption and sensitive analysis were determined in the freeze-dried samples. It is noted that microvibration allows the formation of a fine-crystalline structure of ice and retains the cellular structures in the dried strawberries. Researches of the microstructure showed that freezing with micro-vibration remain 60-70% cellular structures, compared with 25-30% of cellular structures preserved during traditional freezing. It was determined that the use of micro-vibration in freezing allows to improve the structural and mechanical characteristics of freeze-dried strawberries and their preservation during packaging and transportation. The sensitive characteristics of the test samples were almost identical. As a result of the research, it was noted that the greatest effect from micro-vibrations was observed for smaller strawberries.
Keywords: micro-vibration; strawberry; vacuum freeze drying; microstructure; texture analysis; hygroscopic analysis
References
Belyayeva M.A. Optimizatsiya tekhnologicheskikh reglamentov i apparaturnogo oformleniya protsessa zamorazhivaniya plodov (na primere klubniki) [Optimization of technological regulations and hardware design of the process of freezing fruits (for example, strawberries)]. Pishchevaya promyshlennost [Food industry], 2017, no. 3, pp. 40-
43.
Voskoboynikov V.A. Osnovnyye metody proizvodstva instant-produktov [The main methods of production of instant-products]. Pishchevaya promyshlennost [Food industry], 2015, no. 7, pp. 2123.
Dondokova S.A., Bituyeva E.B., Antipov A.V. Ispolzovaniye sublimatsionnoy sushki v proizvodstve myasnykh produktov [The use of freeze-drying for the production of meat products]. Nauchnoye obozreniye. Tekhnicheskiye nauki
[Scientific review. Technical science], 2016, no. 4, pp. 37-48.
Ishevskiy A.L., Davydov I.A. Zamorazhivaniye kak metod konservirovaniya pishchevykh produktov [Freezing as a method of food preservation]. Teoriya i praktika pererabotki myasa [Theory and practice of meat processing], 2007, no. 2, pp. 43-59.
Klochkova T.I., Shprakh Z.S. Organizatsiya, masshtabirovaniye i optimizatsiya proizvodstva liofilizirovannykh preparatov [Organization,scaling and optimization of the production of lyophilized preparations]. Rossiyskiy bioterapevticheskiy zhurnal [The Russian biotherapeutic journal], 2006, vol. 5, no. 3, pp. 115-122.
Kolodyaznaya V.S., Kiprushkina Ye.I., Baranenko D.A., Rumyantseva O.N., Shestopalova I.A. Prodovolstvennaya bezopasnost i kholodilnaya tekhnologiya [Food safety and refrigeration technology]. Vestnik MAKH [Bulletin MAKH], 2013, no. 1, pp. 24-28.
Krumlikov V.Yu., Ostroumov L.A., Sukhikh S.A., Kriger O.V. Podbor parametrov stabilizatsii (zamorazhivaniye i sushka) simbioticheskogo konsortsiuma s tselyu polucheniya zakvaski pryamogo vneseniya [Choice of stabilization parameters (freezing and drying) of symbiotic consortium to obtain a starter of direct inoculation]. Tekhnika i tekhnologiya pishchevykh proizvodstv [Technique and technology of food production], 2016, vol. 42, no. 3, pp. 25-30.
Ovcharova G.P., Abrech M.Yu., Neporozhnyaya Ye.Yu. Funktsionalnyye produkty sublimatsionnoy sushki [Functional products of freeze-drying]. Pishchevaya promyshlennost [Food industry], 2008, no. 2, pp. 1415.
Popovskiy V.G., Bantysh L.A., Ivasyuk N.T. Sublimatsionnaya sushka pishchevykh produktov rastitelnogo proiskhozhdeniya [Freeze drying of foods of plant origin]. Moscow: Pishchevaya promyshlennost, 1975, 336 p.
Postolski Ya., Gruda Z. Zamorazhivaniye pishchevykh produktov [Freezing food]. Moscow: Pishchevaya promyshlennost, 1974, 607 p.
Pokhilenko V.D., Baranov A.M., Detushev K.V. Metody dlitelnogo khraneniya kollektsionnykh kultur mikroorganizmov i tendentsii razvitiya [Methods of long-term storage of collection cultures of microorganisms and development trends]. Izvestiya vysshikh uchebnykh zavedeniy. Povolzhskiy region [Proceedings of higher educational institutions. Volga region], 2009, vol. 12, no. 4, pp. 99-121.
Semenov G.V., Krasnova I.S. Sublimatsionnaya sushka pishchevykh produktov [Freeze-drying food]. Moscow: DeLi plus, 2018, 292 p.
Semenov G.V., Bulkin M.S., Kuzenkov A.V. Sovremennyye napravleniya nauchnykh
issledovaniy i tekhnicheskiye resheniya po intensifikatsii protsessa sublimatsionnoy sushki v pishchevoy promyshlennosti, farmproizvodstvakh i prikladnoy biotekhnologii (Chast 1) [Modern directions of scientific research and technical solutions for the intensification of the process of freeze-drying in the food industry, pharmaceutical production and applied biotechnology (Part 1)]. Vestnik MAKH [Bulletin MAKH], 2015, no. 1, pp. 187202.
SorokoO.,UsenyaYu.Analiz sposobov zamorazhivaniya pishchevykh produktov [Analysis of methods for freezing food products]. Nauka i innovatsii [Science and innovation], 2011, vol. 99, no. 5, pp. 63-67.
Khvylya S.I. Gistologicheskiy metod otsenki vliyaniya zamorazhivaniya i khraneniya na mikrostrukturu myasa [Histological method of assessing the impact of freezing and storage on the microstructure of meat]. Kholodilnaya tekhnika [Refrigeration equipment], 2016, no. 11, pp. 2-5.
Khvylya S.I., Giro T.M. Otsenka kachestva i biologicheskoy bezopasnosti myasa i myasnykh produktov mikrostrukturnymi metodami [Evaluation of the quality and biological safety of meat and meat products by microstructural methods]. Saratov: SGAU, 2015, 240 p.
Khristyuk A.V., Syazin I.Ye., Myakinnikova Ye.I. Tekhnologiya plodovykh i ovoshchnykh krioporoshkov [Technology of fruit and vegetable cryo-powders]. In Sovremennyye problemy kachestva i bezopasnosti produktov pitaniya v svete trebovaniy tekhnicheskogo reglamenta tamozhennogo soyuza: materialy mezhdunarodnoy nauchno-prakticheskoy konferentsii [Modern problems of quality and food safety in the light of the requirements of the technical regulations of the Customs Union: materials of the international scientific and practical conference], 2014, pp. 78-80.
Burmester K., Pietsch A., Eggers R. A basic investigation on instant coffee production by vacuum belt drying. Procedia Food Science, 2011, no. 1, pp. 1344-1352. https://doi.org/10.10Wj.profoo.2011.09.199.
Celli G.B., Ghanem A., Su-Ling Brooks M. Influence of freezing process and frozen storage on the quality of fruits and fruit products. Food Reviews International, 2016, vol. 3, no. 32, pp. 280-304. https://doi.org/10.1080/87559129.2015.1075212.
Ciurzynska A., Lenart A. Freeze-Drying - Application in Food Processing and Biotechnology - a Review. Pol. J. Food Nutr. Sci, 2011, vol. 3, no. 61, pp. 165171. https://doi.org/10.2478/v10222-011-0017-5.
Gaidhani K.A., Harwalkar M., Bhambere D., Nirgude P.S. Lyophilization / freeze drying - a review. World Journal of Pharmaceutical Research, 2015, vol. 8, no. 4, pp. 516-543.
Harnkarnsujarit N., Kawai K., Watanabe M., Suzuki
T. Effects of freezing on microstructure and rehydration properties of freeze-dried soybean curd. Journal of Food Engineering, 2016, no. 184, pp. 10-20. http://dx.doi.org/10.1016/j. jfoodeng.2016.03.014. Koroishi E.T., Boss E.A., Wolf Maciel M.R., Filho R.M. Process development and optimization for freeze-drying of natural orange juice. Journal of Food Process Engineering, 2009, vol. 3, no. 32, pp. 425-441. https://doi.org/10.1111/j.1745-4530.2007.00225.x/ Kozak P., Dziki D., Krzykowski A., Rudy S. Optimization of energy consumption in the freeze drying process of champignon (Agaricus Bisporus L.). TEKA Kom. Mot. i Energ. Roln. - OL PAN, 2011, pp. 134-141. Marques L.G., Silveira A.M., Freire J.T. Freeze-Drying Characteristics of Tropical Fruits. Drying Technology, 2006, vol. 4, no. 24, pp. 457-463. https:// doi.org/10.1080/07373930600611919. Rey L., May J. Freeze-drying/Lyophilization of pharmaceutical and biological products. Book reviews. Eur. J. Pharm. Biopharm., 2001, no. 51, pp. 163-164.
Sagara Y. Advances in Transport Phenomena during Freeze-Drying of Food Materials: Fundamentals and Applications. Food Science and Technology Research, 2001, vol. 3, no. 7, pp. 183-190. http:// dx.doi.org/10.3136/fstr.7.183. Salazar N.A., Alvarez C., Orrego C.E. Optimization of freezing parameters for freeze-drying mango (Mangifera indica L.) slices. Drying Technology, 2018, vol. 2, no. 36, pp. 192-204. https://doi.org/10 .1080/07373937.2017.1315431 Segura L.A., Oyarzun C.A. Experimental evidence of mass transfer mechanisms during freeze-drying in a capillary porous medium. International Journal of Refrigeration, 2012, vol. 8, no. 35, pp. 2102-2109. http://dx.doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2012.08.014 Tarafdar A., Shahi N. Ch., Singh A., Sirohi R. Optimization of Freeze-Drying Process Parameters for Qualitative Evaluation of Button Mushroom (Agaricus bisporus) Using Response Surface Methodology. Journal of Food Quality, 2017. URL: https://www.hindawi.com/journals/ jfq/2017/5043612/ (accessed 11.06.2019).
