Исследование термовлажностных режимов концентрирования молочно-растительного сырья при пониженном давлении Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

Инженерия

ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕРМОВЛАЖНОСТНЫХ РЕЖИМОВ КОНЦЕНТРИРОВАНИЯ МОЛОЧНО-РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ ПРИ ПОНИЖЕННОМ ДАВЛЕНИИ

С. В. ДОРОХИН,

аспирант, Воронежский государственный университет 394061, г. Воронеж, пр. Труда, д. 12, кв. 40;

тел.89081452922;

ин^^енерных технологии e-mail: [email protected]

Ключевые слова: концентрирование, экстракция, кинетика, двухстадийный режим, молочно-растительный продукт.

Keywords: concentration, extraction, kinetics, a two-phasic regime, a dairy-vegetative product.

Одним из ведущих направлений пищевой технологии является разработка и организация промышленного производства новых продуктов здорового питания, имеющих высокую пищевую и биологическую ценность, сбалансированных в соответствии с физиологической потребностью человека. Рациональное и здоровое питание человека может быть достигнуто созданием комбинированных продуктов сбалансированного состава с прогнозируемыми свойствами. Поэтому в последние годы наметилась устойчивая тенденция создания комбинированных продуктов из молочного сырья с добавлением компонентов растительного происхождения.

В настоящее время вопрос получения комбинированных молочно-растительных продуктов с использованием нескольких растительных компонентов в смеси не достаточно изучен в теоретическом и практическом плане. Поэтому отсутствие научных данных по приготовлению таких пищевых продуктов сдерживает возможность разработки новых технологий и рецептур.

Целью работы является исследование основных кинетических закономерностей процесса концентрирования молочно-растительного сырья методом двухстадийного выпаривания для определения рациональных термовлажностных режимов данного процесса, что позволит уменьшить энергозатраты и увеличить качество готового продукта.

Объектом исследования была смесь, состоящая из 45 % экстрагированной пахты, 33 % пюре груши, 12 % пюре облепихи и 10 % пюре айвы [1, 2, 3].

Для увеличения биологической ценности продукта [4, 5, 6], а также для обогащения растительным белком предварительно проводили процесс ступенчатой экстракции чечевицы пахтой.

Для проведения процесса экстракции чечевицы цельное зерно чечевицы дробилось до прохода 80 % через сито 1 мм.

Экстрагирование белка из чечевицы пахтой проводилось с использованием метода мацерации [7]. Метод мацерации широко применяется для получения вытяжек при производстве водных экстрактов [8, 9]. В связи с тем что экстрагент при этом расходуют в два приема, такую мацерацию называют дробной, или бисмацерацией. Из закона диффузии следует, что эффект экстрагирования

повышается, если процесс вести не всем количеством экстрагента сразу, а несколькими порциями его последовательно. В общем виде бисмацерация проводится так: измельченное растительное сырье помещают в мацера-ционный бак, где его заливают 4-6-кратным количеством экстрагента и оставляют на 6-12 ч. при периодическом помешивании. После этого вытяжку сливают, остаток слегка отжимают, полученную при этом жидкость прибавляют к первоначально слитой. Остаток после выжимания вновь заливают 3-4-кратным количеством экстрагента и оставляют на 4-6 ч., после чего вытяжку сливают, остаток окончательно отжимают и присоединяют к объединенным вытяжкам.

Первая ступень экстракции проходила в течение 2-х ч. при постоянном перемешивании при температуре 323 К. Гидромодуль составлял 1:4. Полученный экстракт сливали в приемную емкость.

На второй ступени оставшийся осадок экстрагировали свежей пахтой при постоянном перемешивании при температуре 313 К. Гидромодуль составлял 1:3. Полученный экстракт сливали в приемную емкость.

На третьей ступени осадок, оставшийся после второй стадии, повторно экстрагировали свежей пахтой при комнатной температуре в течение 2 ч. Гидромодуль составлял 1:2. Полученный экстракт сливали в приемную емкость.

Оставшийся осадок центрифугировали при 4500 об./мин. в течение 20 мин. для более полного отделения экстракта от осадка. Полученную вытяжку смешивали с экстрактами, полученными при первой, второй и третьей стадиях бисмацерации.

Анализ полученного экстракта проводили в аккредитованной испытательной лаборатории пищевых продуктов ГОУ ВПО «ВГТА»: массовые доли влаги, сухих веществ, белка определяли общепринятыми методиками по ГОСТ 5867-90, ГОСТ 3626-73, ГОСТ 25179-90, титруемую кислотность — по ГОСТ 3624-92, содержание аминокислот — методом высокоэффективной жидкостной хроматографии на хроматографе «Милихром».

В результате трехступенчатой экстракции [10] чечевицы пахтой извлечение белков составило 19 % от общего содержания белка в чечевице (табл. 1).

Таблица 1

Ступенчатая экстракция чечевицы пахтой

Ступень экстракции Гидромодуль Температура, К Время экстракции, ч Кислотность, °Т СВ, % Количество белка, %

1 1:4 323 2 19 11,29 5,65

2 1:3 313 1 19 10,98 4,69

3 1:2 294 2 19 9,65 3,64

Сумма 1:10 4 20 14,4 6,6

Инженерия Д7

дом аминокислотного скора:

БЦ = 100 - КРАС

АС = -

12,0

Р,

кПа

10,0

9,0

8,0

7,0

6,0

5,0

4,0

г(п 1 -0 — 0,15-1,5-40,0 20,12-1,2-45,0 3-а —0,10-1,5-45,0 4-к —0,10-1,2-50,0 5-« — 0,12-1,5-50,0

7/ \Лй

і у '4

• ЕП~'е\ (

ґ""о ° 5 N. А 2

1/1 3

5 і

0

60

120

18

240

300

360 т, с 420

Рисунок 1

Сравнительная характеристика аминокислотногоскора молочно-растительного продукта с идеальным белком по шкале ФАО/ВОЗ

Рисунок 2

Зависимость изменения величины разряжения в вакуум-камере от времени при следующих режимах обработки (первое число — давление нагнетания, МПа;

второе — диаметр сопловой форсунки, мм; третье — температура стенки вакуум-камеры, °С)

Биологическую ценность продукта (%) считали мето-

(1),

КРАС = ^ДРАС/8 где ДРАС — разность аминокислотного скора для каждой незаменимой аминокислоты по сравнению с одной из наиболее дефицитной. Расчет аминокислотного скора сводится к вычислению процентного содержания каждой из аминокислот в исследуемом белке по отношению к их содержанию в белке, принимаемом за эталонный (по ФАО/ФОЗ), по следующей формуле:

АКХ. 1000%

АКС (2),

где АКС — содержание аминокислот в стандартном белке (по ФАО/ФОЗ); АКХ — содержание аминокислот в исследуемом белке.

В результате биологическая ценность готового продукта составила 86 % (рис. 1) [11, 12].

Исследование процесса выпаривания молочнорастительного сырья методом сброса давления осуществляли на экспериментальной установке, которая включала в себя подогреватель, винтовой насос, вакуум-камеру, конденсатор, измерительные емкости для конденсата и вакуум-насос [13, 14]. Внутренняя поверхность вакуум-камеры обогревалась водой. Вакуум-камера имела смотровое окно для визуального контроля за протеканием процесса обезвоживания молочно-растительного сырья методом сброса давления, геометрией факела распыла продукта, санитарной очистки и мойки. Рядом с вакуум-камерой установлен подогреватель, из которого продукт с помощью винтового насоса нагнетается в форсунку, установленную на верхней крышке вакуум-камеры.

Процесс концентрирования молочно-растительного сырья исследовали в следующих диапазонах изменения технологических параметров: давление нагнетания продукта — 1,0.. .1,5-105 Па, диаметр струйной форсунки — 1,0...1,5 10-3 м, температура стенки вакуум-камеры — 313.323 К.

Процесс концентрирования проходил в две стадии [15]. На первой стадии предварительно измельченное фруктовое пюре смешивали с пахтой и нагревали до температуры 335.348 К. Данная температура выбрана

60

120

180

240

300

360

Рисунок 3

Зависимость изменения величины разряжения в вакуум-камере от температуры испаряемых паров при следующих режимах обработки (первое число — давление нагнетания, МПа; второе — диаметр сопловой форсунки, мм; третье — температура стенки вакуум-камеры, °С)

как предельная, выше которой происходит денатурация молочного белка, а также происходит разрушение термолабильных веществ в молочно-растительной смеси. Далее данная смесь под давлением распыливается с помощью сопловой форсунки в вакуум-камере. При этом в вакуум-камере в результате резкого перепада температуры и давления происходит мелкодиспергиро-ванное распыление продукта, сопровождающееся мгновенным испарением части влаги, содержащейся в смеси в перегретом состоянии.

На второй стадии капельки смеси достигали вертикальной стенки вакуум-камеры и оседали на ней, образуя пленку продукта, постепенно (по мере увеличения ее толщины) двигающуюся вниз по вертикальной стенке под действием сил тяжести. В связи с тем что боковая стенка вакуум-камеры была оборудована греющей рубашкой, происходил нагрев стекающей вниз пленки смеси до температуры кипения при данной

Инженерия

Таблица 2

Химический состав молочно-растительной смеси

Показатель Ед. изм. Исходное сырье Концентрат

Пахта Айва Облепиха Груша

Вода % 86,70 84,00 83,00 85,00 54,7

Белок % 3,60 0,60 1,20 0,40 3,92

Жир % 3,20 0,50 5,40 0,30 1,23

НЖК % 0,70 0,10 2,20 0,00 1,18

МДС % 4,78 7,60 5,70 9,80 13,66

Крахмал % 0,00 2,00 0,00 0,50 0,74

Углеводы % 4,78 9,60 5,70 10,30 14,38

ПВ % 0,00 3,60 2,00 2,80 3,04

ОК % 0,40 0,90 2,00 0,50 1,36

Зола % 0,72 0,80 0,70 0,70 1,44

Na мг% 59,87 14,00 4,00 14,00 66,88

К мг% 147,18 144,00 193,00 155,00 309,88

Са мг% 137,20 23,00 22,00 19,00 145,90

Мд мг% 12,56 14,00 30,00 12,00 29,22

Р мг% 89,72 24,00 9,00 16,00 98,26

Fe мг% 0,20 3,00 1,40 2,30 2,64

В1 мг% 0,05 0,02 0,03 0,02 0,08

В2 мг% 0,19 0,04 0,05 0,03 0,20

РР мг% 0,10 0,10 0,40 0,10 0,28

С мг% 1,89 23,00 200,00 5,00 57,60

ЭЦ ККал 52,00 48,00 34,00 47,00 95,58

величине разряжения. Таким образом, на второй стадии при достижении смеси температуры кипения происходило выпаривание влаги из нее до достижения заданной влажности.

Анализ кривых, приведенных на рис. 2 и 3, показывает наличие двух четко выраженных стадий процесса концентрирования молочно-растительной смеси. На первой стадии процесса концентрирования смеси происходит увеличение давления с 4.5 кПа до 10.12 кПа (рис. 2) при соответствующем снижении температуры продукта в вакуум-камеры (рис. 3). Затем после прохождения максимальных значений давления наступает вторая стадия процесса концентрирования, на которой происходит снижение давления при дальнейшем понижении температуры продукта в вакуум-камере.

Подобный характер изменения баротермического режима молочно-растительной смеси в вакуум-камере на этой стадии был обусловлен требованиями максимального сохранения качества готового продукта. Данная особенность организации и проведения второй стадии процесса концентрирования молочнорастительной смеси достигалась за счет рационального подвода теплоты к вертикальной стенке вакуум-камеры с целью предотвращения перегрева и подгорания продукта на стенке вакуум камеры, а также из-за опасения ухудшения его качественных показателей, обусловленных разложением термолабильных веществ.

Регулируемый подвод теплоты к вертикальной стенке вакуум-камеры обеспечивал заданный характер изменения баротермического режима молочно-растительной смеси в вакуум-камере.

Таким образом, проведенные исследования основных кинетических закономерностей процесса концентрирования молочно-растительной смеси позволили не только выявить характер изменения величины разряжения в вакуум-камере и динамику изменения температуры продукта, но и подобрать наиболее рациональный режим кипения с целью сохранения высокого качества готового продукта — зависимости 4 и 5 (рис. 2, 3), для которых характерны следующие органолептические показателями.

Внешний вид, консистенция. Однородная по всей массе концентрата. До-пускаются точечные вкрапления кожицы и семян, наличие твердых крупиц мякоти груши и айвы.

Вкус и запах. Приятные, свойственные фруктам в смеси после тепловой обработки. Допускается слабо-выраженный привкус растительного белка.

Цвет. Однородный по всей массе, свойственный использованным фруктам в смеси после тепловой обработки. Допускаются более темные оттенки из темноокра-шенных фруктов.

Выводы. Рекомендации.

Определены аттестованными методиками в аккредитованной испытательной лаборатории пищевых продуктов Воронежской государственной технологической академии физико-химические показатели готового продукта (табл. 2) и в результате лабораторных исследований подтверждены рациональные технологические параметры и компонентные соотношения получения молочно-растительных продуктов.

Литература

1. Остроумов Л. А., Бобылин В. В., Остроумова Т. А., Брагинский В. И., Вождаева Л. И. Комбинированные молочные

Инженерия Д7

белковые продукты с использованием растительного сырья // Хранение и переработка сельхозсырья. 2008. № 8. С.28-30.

2. Арсеньева Т. П., Баранова И. В. Основные вещества для обогащения продуктов питания // Пищевая промышленность. 2007. № 1. С. 6-8.

3. Спиричев В. Б. Медико-биологические аспекты обогащения пищевых продуктов витаминами и минеральными веществами // Федеральный и региональный аспекты политики здорового питания : материалы междунар. симп. Новосибирск, 2002. С. 45-66.

4. Ковров А. В., Бритиков В. Г. Проблемы создания нового поколения отечественных продуктов питания повышенной и биологической ценности // Хранение и переработка сельхозсырья. 1998. № 11. С. 20.

5. Идз М. Д. Витамины и минеральные вещества : полный медицинский справочник. СПб. : Комплект, 1995. 503 с.

6. Химический состав и энергетическая ценность пищевых продуктов : справочник Мак Канса и Уиддоусона / пер. с англ., под ред. А. К. Батурина. СПб. : Профессия, 2006. 416 с.

7. Экстракция как метод разделения и концентрирования [Электронный ресурс]. URL: http://www.pereplet.ru/ obrazovanie/stsoros/790.html.

8. Цельный белок из растительных продуктов. Теория [Электронный ресурс]. URL: http://www.dietaonline.ru/ artides/artide.php?id=629.

9. Методы экстракции растительного и животного сырья. Очистка первичной вытяжки от балластных веществ. Выпаривание. Выпарные аппараты. Побочные явления при выпаривании. Сушка [Электронный ресурс]. URL: http://fromserge.narod.ru/lecture/L6.htm.

10. Скворцов Е. В., Фомина В. А. Исследование методов получения концентратов белков ржи // Химия и компьютерное моделирование. Бутлеровские сообщения. 2004. № 1. Т. 5. С. 36-38.

11. Донченко Л. В., Надыкта В. Д. Безопасность пищевой продукции. М. : Пищепромиздат, 2001. 528 с.

12. Панин Л. Е. Современные технологии переработки природного растительного сырья в оптимизации питания населения // Высокоэф. биотехнологии нового поколения в производстве экологически безопасных продуктов питания и биопрепаратов для населения : материалы междунар. науч.-практ. конф. Новосибирск, 2002. С. 11-14.

13. Остриков А. Н., Игнатов В. Е., Добромиров В. Е., Шевцов А. А. Расчет и конструирование машин и аппаратов пищевых производств : учеб. пособие для вузов. Воронеж : ВГТА, 1997. 192 с.

14. Вертяков Ф. Н., Остриков А. Н., Магомедов Г. О. Новая технология производства пюреобразных фруктовых концентратов // Материалы IV международной научно-практической конференции «Потребительский рынок: качество и безопасность товаров и услуг». Орел : ОрелГТУ, 2007. С. 467-468.

15. Остриков А. Н., Вертяков Ф. Н. Исследование кинетики процесса концентрирования плодоовощного сырья методом двухстадийного выпаривания // Хранение и переработка сельхозсырья. 2008. № 9. С. 28-29.

ИССЛЕДОВАНИЕ ОСОБЕННОСТЕЙ ПРОИЗВОДСТВА ПЛАВЛЕНОГО СЫРНОГО ПРОДУКТА С РАСТИТЕЛЬНЫМИ ИНГРЕДИЕНТАМИ

С. О. СОХРЯКОВ, аспирант,

Е. А. МОЛИБОГА, кандидат технических наук,

заведующая Центральной учебно-научной лаборатории

аграрно-технологических исследований, 644074, г. Омск, ул. 70 лет Октября, д. 15/1, кв. 216;

r г тел. 89039250347;

Омский ГАУ e-mail; [email protected]

Ключевые слова: плавленый сырный продукт, кедровые орехи, функциональные продукты.

Keywords: smelt of cheese product, pine nuts, functional products.

Использование нетрадиционных источников сырья пищевую ценность продукта за счет легкоусвояемых угле-(немолочного происхождения — в основном растительных водов, пектинов, минеральных солей, содержащихся в пло-белоксодержащих и жировых) служит основой разработки дах и ягодах, улучшить органолептические показатели обо-новых технологий молочных продуктов. Это позволяет не гащенных продуктов, а также повысить содержание вита-только решить экономические задачи, но и повысить их минов [1].

пищевую и биологическую ценность путем регулирования Растительные добавки могут вноситься в молочные

жирнокислотного состава и увеличения содержания эссен- продукты на разных стадиях технологического процесса и циальных жирных кислот [2]. в различном виде: в виде экстрактов, концентратов, сиро-

Функциональные молочные продукты могут быть пов, соков, пюре, порошков, в измельченном виде и др. В эффективны при предупреждении сердечно-сосудистых, производстве молочных и молокосодержащих продуктов желудочно-кишечных заболеваний, остеопороза, рака и используются как целые части растения, так и его отдель-других заболеваний. ные фракции.

Дополнительное внесение натуральных фруктово- Расширение ассортимента выпускаемой продукции и,

ягодных наполнителей позволяет значительно повысить как следствие этого, появление у потребителей молочных