CC BY
19
ВЫБОР ОПТИМАЛЬНОЙ ТЕХНОЛОГИИ СУШКИ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ КАЧЕСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ГОТОВОЙ ПРОДУКЦИИ
Арипов М.М.1, Маматов Ш.М.2, Кадиров У.Р.3 ®
1 2 Ассистент кафедры «Технология пищевых продуктов»; д.т.н., зав. кафедры
«Биотехнология»; заместитель декана «Менеджмент и маркетинг».
Ташкентский химико-технологический институт (Узбекистан)
Аннотация
Статья посвящена изучению процесса вакуумной инфракрасной сушки овощей как метода консервирования продукта и влияния на его качество. Обоснованы режимы сушки -температура, при которой осуществляется вакуумная инфракрасная сушка овощей и продолжительность процесса, на примере картофеля, моркови и лука репчатого. Основное внимание уделено к изменению влажности и активности воды.
Ключевые слова: инфракрасная сушка, углеводы, аскорбиновая кислота, вакуум, картофель, морковь, лук.
Введение. Сушка растительного сырья и гидробионтов - сложный комплексный нестационарный процесс тепло- и массообмена, сопровождающийся целым рядом физических, биохимических и микробиологических изменений, которые позволяют увеличивать сроки хранения готовых продуктов.
В основу сушки пищевого сырья положен известный и широко распространенный принцип консервирования - анабиоз, а именно его разновидность - ксеноанабиоз. Основным консервирующим фактором является обезвоживание продукта, обуславливающее торможение в нем биохимических и ферментативных процессов, а также прекращения жизнедеятельности большинства микроорганизмов, вызывающих порчу.
Задачей совершенствования технологии сушки овощного сырья является разработка и внедрение алгоритмов и методик управления процессами, протекающими в материале, подверженном сушке, с целью получения продукта высокого качества с определенными органолептическими, физико-химическими и структурно-механическими показателями. Решение существующей проблемы удаления влаги из материала должно базироваться как на изучении свойств материала, так и на научном обосновании параметров технологического процесса.
Существуют различные способы сушки влажных компонентов в зависимости от способа энергоподвода. Выбор рациональных режимов процесса удаления влаги и конструктивных особенностей сушильного устройства, зависит от свойств высушиваемого материала, а также технологии его производства.
В сложившейся ситуации, важным фактором корректировки рациона питания, являются специализированные продукты на основе сочетания сырья растительного и животного происхождения, создаваемые с учетом физиологических потребностей стареющего организма.
Главным препятствием в решении этой задачи является сезонный характер переработки сельскохозяйственного сырья. Для сохранения целевых свойств геродиетических продуктов необходимо обеспечить щадящую тепловую обработку, позволяющую максимально сохранить биологически активные вещества исходного сырья.
К сожалению, в настоящее время в нашей стране нет эффективных технологий и специализированного оборудования для низкотемпературной сушки овощного сырья.
Неферментативные потери сахаров при сушке возникают благодаря реакциям меланоидинообразования и карамелизации сахаров.
® Арипов М.М., Маматов Ш.М., Кадиров У.Р., 2017 г.
ИК-вакуумная сушка картофеля с ИК предварительной обработкой способствует получению готового продукта с максимальным содержанием крахмала по истечении 2-х часового процесса сушки, которая составляет 62,3%, с применением СВЧ и ИК-СВЧ предварительных обработок, соответственно составляет 61,6% и 61,2%, а без предварительной обработки 61,27%.
Динамика потерь крахмала в пересчете на сухое вещество в процессе сушки образцов картофеля приведена на рис. 14.
На рис.15 приведены результаты исследований процесса ИК-вакуумной сушки моркови в течение 2,5 часов без предварительной обработки, а также с ИК, СВЧ, ИК-СВЧ предварительными обработками. В образцах сушеной моркови наивысшая концентрация сахаров наблюдается при применении ИК предварительной обработки и составляет 55,9%.
При предварительной обработке в электромагнитном поле СВЧ и комбинированном ИК-СВЧ диапазонов массовые доли остаточных сахаров одинаковы и составляют по 54,92%. При сушке без предварительной обработки достигается всего 43,9%-ный рубеж массовой доли сахаров в образце, а за 3 часа сушки повышается до 56,01%.
Приведен характер изменения содержания сахаров в высушиваемых образцах лука репчатого при ИК-вакуумной сушке, без предварительной обработки и с использованием всех трех рассматриваемых способов предварительной обработки в течение 2,5 часов ИК-вакуумной сушки. Из графиков видно, что сахара имеют наибольшую концентрацию в образцах сушеного лука при применении предварительной ИК-обработки и составляют 63,37 %. При предварительной обработке в электромагнитном поле СВЧ и ИК-СВЧ диапазонов содержание массовой доли сахаров одинаковы и составляют 54,92 %. При сушке без предварительной обработки за 2,5 часа достигается всего 49,74 %-ный рубеж массовой доли сахаров в высушиваемом образце, а за 3 часа повышается до 65,95 %.
Анализы проведенных экспериментов наглядно демонстрируют, что ИК-вакуумная сушка лука с ИК предварительной обработкой позволяет сократить время сушки примерно на 30 мин и экономить затраты энергии.
На рис. 16 представлен характер изменения массовой доли сахаров в сухом веществе образцов лука. Графики демонстрируют образующиеся потери сахаров, которые несколько выше по сравнению с образцами моркови и картофеля.
-(у1) ИК-вакуумная сушка
-----(у2) ИК-вакуумная сушка с ИК пред. обработкой
..........(у3) ИК-вакуумная сушка со СВЧ пред. обработкой
(у4) ИК-вакуумная сушка с ИК-СВЧ пред. обработкой
(у1) ИК-вакуумная сушка
(у2) ИК-вакуумная сушка с ИК пред. обработкой (у3) ИК-вакуумная сушка со СВЧ пред. обработкой (у4) ИК-вакуумная сушка с ИК-СВЧ пред. обработкой
Рис. 14. Графики зависимости содержания Рис. 15. Графики изменения массовой массовой доли крахмала в сухом веществе доли сахаров в сухом веществе по времени в образцах сушеного картофеля сушки в образцах сушеной моркови
(у1) ИК-вакуумная сушка (у2) ИК-вакуумная сушка с ИК пред. обработкой ......... (у3) ИК-вакуумная сушка со СВЧ пред. обработкой
(у4) ИК-вакуумная сушка с ИК-СВЧ пред. обработкой
Рис. 16. Графики зависимости содержания массовой доли сахаров в сухом веществе от времени сушки в образцах сушеного лука репчатого
По данным, приведенных графиков можно сделать вывод, что наименьшие потери сахаров наблюдаются в образцах сушеного лука, полученных с применением ИК предварительной обработки. Улучшены также органолептические показатели конечного продукта по сравнению с овощами.
На рис.17 представлено графическое изображение характера количест-венных изменений витамина С в высушиваемых образцах картофеля при ИК-вакуумной сушке, без предварительной обработки и с использованием всех трех рассматриваемых способов предварительной обработки.
Полученные результаты показывают, что содержание аскорбиновой кислоты в образцах высушиваемого картофеля при двухчасовой ИК-вакуумной сушке с ИК предварительной обработкой составляют 72,4 мг%, а с предварительной обработкой в электромагнитном поле СВЧ и ИК-СВЧ диапазонов, соответственно 60,1 мг% и 64,2 мг%, при ИК-вакуумной сушке без предвари-тельной обработки - 65,1 мг%.
Показатель содержания витамина С в образце сушеного картофеля, полученного ИК-вакуумной сушкой с ИК предварительной обработкой выше.
На основании данных графиков можно снова сделать вывод, что наименьшие потери витамина С наблюдаются в образцах сушеного картофеля, полученных при ИК-вакуумной сушке с предварительной ИК-обработкой.
50
О
и к
70
50
оЗ О
(Я X
8 ес 30
й т
10
\
\
\ -------
3 9
■ 5.4е-005*х3 + 0.014*х2 - 1.1*х + 95
У1 =
3 9
у2= - 0.00013*х3 + 0.03*х2 - 1.8*х + 94 у3 = - 0.0002*х3 + 0.042*х2 - 2.4*х + 93
3 2
у4 = - 0.00019*х3 + 0.042*х2 - 2.4*х + 94
50 100 120
Время сушки, мин
о
40
Д о"
К й
Й н
^ о
« £
О (и
« т
30
20
о
10
3 2
у1 = 5.7е-006*х - 0.0009*х - 0.092*х + 44
32 у2= - 2.5е-005*х + 0.0078*х - 0.66*х + 44
32 у3= - 3.2е-005*х + 0.01*х - 0.86*х + 44
32 у4= - 2.2е-005*х + 0.0079*х - 0.75*х + 44
50 100 150
Время сушки, мин
0
0
0
0
_ (у1) ИК-вакуумная сушка
(у2) ИК-вакуумная сушка с ИК пред. обработкой '■' (у3) ИК-вакуумная сушка со СВЧ пред. обработкой '" (у4) ИК-вакуумная сушка с ИК-СВЧ пред. обработкой
-(у1) ИК-вакуумная сушка
------(у2) ИК-вакуумная сушка с ИК пред. обработкой
...........(у3) ИК-вакуумная сушка со СВЧ пред. обработкой
-------(у4) ИК-вакуумная сушка с ИК-СВЧ пред. обработкой
Рис. 17. Графики изменений содержания
витамина С в сухом веществе по времени сушки в образцах сушеного картофеля
Рис. 18. Графики изменений содержания
витамина С в сухом веществе по времени сушки в образцах сушеной моркови
На рис. 18 приведен график роста массовой доли аскорбиновой кислоты в образцах моркови в процессе их сушки.
Содержание аскорбиновой кислоты при ИК-вакуумной сушке с предварительной обработкой в электромагнитном поле ИК и ИК-СВЧ диапазонов в течении 2,5 часов значительно превышает рекомендуемый по ГОСТ 52622-2006 (10 мг%) и составляет соответственно 28,5 и 25,46 мг%, а с предварительной обработкой в электромагнитном поле СВЧ диапазона доля витамина С достигает всего 23,6 мг%. В процессе ИК-вакуумной сушки без предварительной обработки длительный период нагрева не способствует значительному сохранению витамина С. За 2,5 часов сушки составляет 22,4 и за 3 часов - 16,1 мг%.
Из данных графиков приведенных на рис. 19-20 очевидно, что для каждого способа сушки имеются временные рубежи, по истечении которых заканчивается рост доли витамина С. Для сушки в ИК-вакуумной установке с предварительной обработкой в электромагнитном поле ИК, СВЧ и ИК-СВЧ диапазонов - это 2,5 часа, без предварительной обработки - 3 часа. При их превышении содержание аскорбиновой кислоты снижается. Это объясняется тем, что увеличивается поверхность соприкосновения продукта с кислородом воздуха, окислительные реакции приводят к количественной потере ценных компонентов.
Динамика изменений количественных показателей содержания аскорби-новой кислоты в сухом веществе, позволяет определить потери витамина С в процессе рассматриваемых способов сушки образцов моркови. По этим кривым можно выполнить расчеты потерь витамина С на оптимальных временных рубежах сушки для каждого способа.
Эти графики показывают, что наименьшие потери витамина С наблюдаются в образцах сушеной моркови, полученных после использования обработки в электромагнитном поле ИК диапазона до основной сушки.
Последовательность изменения содержания витамина С, кривые изменения, показывает существование определенной закономерности изменения количества аскорбиновой кислоты в процессе сушки образцов выбранных для сушки овощей.
Витамин С концентрируется в высушиваемых образцах лука и достигает максимального значения по истечении 2,5 часов сушки - 46,8 мг% при ИК-вакуумной сушке с
применением ИК предварительной обработки. Это больше требуемого по ГОСТ (12,00 мг%) в четыре раза. Максимальное содержание аскорбиновой кислоты с использованием СВЧ-ной предварительной обработки достигается в высушиваемых образцах в течении 2,5 часов и составляет 40,1 мг%, с использованием совмещенного способа предварительной обработки (ИК-СВЧ) - 38,4, а без предварительной обработки - 42,3 мг%. Дальнейшая сушка лука без предварительной обработки в течение 3 часов приводит к снижению количества аскорбиновой кислоты до 37,8 мг%. Преимущество ИК-вакуумной сушки с ИК предварительной обработкой красноречиво показывают цифровые данные.
По аналогии на рис.19 показана динамика изменения количественных показателей содержания витамина С в сухом веществе в образцах сушеного лука в процессе сушки.
На основании данных графиков можно сделать вывод, что наименьшие потери витамина С наблюдаются в образцах сушеного лука, полученных при ИК-вакуумной сушке с ИК предварительной обработкой.
100
О
5 ^
Я и
я 2
2 „
ей и
И Н
И о
те
ч
о «
те «
се о
и х
о ^
8 °
се и
80
60
40
20
у1 = - 4.4е-005*х3 + 0.014*х2 - 1.3*х + 1 у2= - 6.5е-005*х3 + 0.021*х2 - 1.9*х + 9 у3= - 8.8е-005*х3 + 0.026*х2 - 2.2*х + 9
3 2
у4= - 9.2е-005*х3 + 0.027*х2 - 2.2*х + 9
50 100
Время сушки, мин
150
0
0
(у1) ИК-вакуумная сушка (у2) ИК-вакуумная сушка с ИК пред. обработкой (у3) ИК-вакуумная сушка со СВЧ пред. обработкой (у4) ИК-вакуумная сушка с ИК-СВЧ пред. обработкой
Рис. 19. Графики изменений содержания витамина С в сухом веществе по времени сушки в образцах высушиваемого лука репчатого
Содержание витамина С в образцах сушеного картофеля, моркови и лука репчатого полученного ИК-вакуумной сушкой с ИК предварительной обработкой выше.
Необходимо выбрать оптимальную технологию из рассмотренных четырёх вариантов. Рассматриваемая технология сушки включает два этапа: А, В. Полученный результат обозначим Б. Математически это можно выразить в виде следующего уравнения
А+В =Б1 (4.1)
А - процесс подготовки материала к сушке; В - процесс сушки (в нашем случае ИК-вакуумная сушка).
Включаем к этой схеме предварительную обработку С. С представляет собой кратковременную обработку материала с импульсным энергоподводом ИК диапазона (соответственно Е - предварительная обработка в электромагнитном поле СВЧ диапазона, СЕ - предварительная обработка в электромагнитном поле ИК-СВЧ диапазона). Тогда для процесс сушки получим еще 3 разных технологий:
А+С+В= Б2 (4.2)
А+Е+В= Б3 А+СЕ+В= Б,
(4.3)
(4.4)
Если процессы А=сопб1 и В=сопб1;, т.е. неизменимый для всех случи, то придется выбрать оптимальной технологии исходя из результата и поставляя только один критерий т.е. качеству продукта.
Таблица 4.1
Экспериментально полученные результаты при сушке моркови
Полученные результаты Аскорбиновая кислота Сахаров
16,1 43,9
Б2 28,4 55,9
Бз 23,6 54,92
Б4 25,46 54,92
Используя самый простой метод - метод сравнения в оптимизации процесса сушки для всех выбранных овощей, получили оптимальным вторую технологию, результат, при котором обозначен как Б2. Это сушка с предварительной обработкой в электромагнитном поле ИК диапазона.
Для сравнительного анализа были выбраны образцы сушеных овощей с оптимальными показателями массовой доли влаги и сахаров и содержанием витаминов в течении 2,5 часов с предварительной обработкой в электромагнитном поле ИК, СВЧ и ИК-СВЧ диапазонов и образцы высушенные в ИК-вакуумной установке в течении 3 часов без предварительной обработки.
Таблица 4.2
Сравнительный анализ органолептической оценки качества образцов сушеного картофеля
(форма нарезки - стружка)
Наимено- Результаты органолептической оценки качества
вание образцов сушеной картофеля
показате- ИК-вакуумная ИК-вакуумная ИК-вакуумная ИК-вакуумная
лей сушка без сушка с ИК сушка с СВЧ сушка с ИК-СВЧ
предваритель- предварительной предварительной предварительной
ной обработки обработки обработки обработки
Внешний Частицы целые, Частицы целые, Частицы целые, су- Частицы целые, су-
вид и кон- сухие, сухие, слегка хие, слегка хрупкие, хие, выражен-ным
систенция выраженным хрупкие, с тонким без выраженного плотным поверхно-
плотным поверхностным поверхностного стным каркасом. На
поверхностным каркасом. На каркаса. На изломе из-ломе слегка слои-
каркасом. На изломе слегка пористые стые
изломе слегка пористые
слоистые
Желтый, Желтый, Желтый,
Цвет Желтый, однородный, неоднородный, неоднородный,
неоднородный, яркий, яркий яркий
ненасыщенный.
насыщенный насыщенный насыщенный
Встречаются
частицы с серо-
черным оттенком
В таблице 4.2. представлены результаты исследования органолептических
показателей - внешнего вида, цвета и консистенции образцов сушеного картофеля. Данные таблицы подтверждают преимущества совмещенного с ИК предварительной обработкой способа ИК вакуумной сушки картофеля.
Литература
1. Мама1юу Sh. Influence of temperature on moisture change when drying vegetables in IR - vacuum installation// Science, Technology and Higher Education: Materials of the Ill-international research and practice conference Vol. II. - Westwood (Canada), 2013. - pp. 456-459.
2. Маматов Ш.М., Додаев К.О. Исследование оптимизации процесса теплообмена в технологии сушки овощей// Вестник Тамбовского университета. - Тамбов, 2013. - № 5. - С. 2504-2506.
