CC BY
35
ТЕПЛО И ХОЛОД В ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВАХ
¡ТЕМА НОМЕРАМ
УДК 664.1.048.5
Ресурсосберегающая переработка плодово-ягодного сырья
при пониженных температурах
Ключевые слова: плодово-ягодное сырье; ресурсосбережение; низкотемпературная переработка; обезвоженный сок.
А.А. Емельянов, д-р техн. наук, проф.
Орловский государственный технический университет
Существуют различные методы переработки плодово-ягодного сырья, оптимальные режимы которых позволяют не только сохранять сырье, но и получать на его основе продукты высокой пищевой и биологической ценности. Один из методов переработки - сушка плодово-ягодного сырья, реализуемая при различных способах подвода энергии (конвективная, распылительная, сублимационная, электромагнитным полем и др.). Однако классические методы сушки не предусматривают мер по сохранению и использованию природной влаги сырья. Даже при сублимационной сушке, в которой применяют различные приемы удаления десуб-лимата (механическое, термический удар, плавление, ультразвук и др.), в основном ограничиваются его эвакуацией [1].
Учитывая, что плодово-ягодное сырье на 80-90 % состоит из воды, сбережение удаляемой из сырья влаги позволит не только сохранить природный продукт, обладающий уникальными свойствами, но и найти возможности для его широкого практического использования. Удаляемая из сырья влага обладает характерными особенностями плодово-ягодного сырья, содержит весь спектр его биологически активных веществ и может быть использована как в качестве функциональной питьевой воды, так и в качестве осно-
Сырье
Сок прямого отжима
Дистиллят
Выжимки
1
Сухие выжимки
Концентрат
Обезвоженный сок
Паста
Гранулы
Порошок
Схема переработки сырья
вы при разработке новых напитков функционального назначения.
Сухие вещества, входящие в состав плодово-ягодного сырья, в свою очередь, разделяют на растворимые и нерастворимые, что позволяет выделять, помимо жидкой фракции, еще две составляющие, в основном состоящие из растворимых и нерастворимых сухих веществ исходного сырья. Разделение сырья на жидкую и сухие фракции с существенно различными свойствами дает основания для повышения эффективности переработки и ресурсосбережения и расширяет возможности применения плодово-ягодного сырья при производстве продуктов функционального назначения.
С целью минимизации потерь исследована ресурсосберегающая низкотемпературная переработка плодово-ягодного сырья путем разделения его на фракции: обезвоженный сок, сухие выжимки мякоти и дистиллят сока прямого отжима. Схема переработки сырья приведена на рисунке.
Согласно приведенной схеме, предварительно подготовленное сырье физическим путем разделяли на сок прямого отжима и выжимки мякоти. Сок выпаривали в вакууме при остаточном давлении 6-10 Па и температуре 30...50 °С с получением концентрата и дистиллята сока прямого отжима. Подведенная мощность и скорость удаления влаги, приведенные к единице выпариваемой жидкости, соответственно, составили К1/в0 « 270 Вт/кг и 60 %^ч-1 [2]. Концентрированный сок и выжимки мякоти сушили в течение пяти дней при атмосферном давлении и температуре до 50 °С с получением обезвоженного сока и сухих выжимок. В зависимости от типа сырья обезвоженный сок принимал вид пасты или гранул после осуществления экструзии. При необходимости гранулированный сок размельчали в порошок непосредственно перед использованием. Переработка при температурах 30...50 °С минимизирует затраты энергии и потери биологической ценности сырья. Кроме того, вакуумное выпаривание позволяет сохранять природную влагу сырья в виде дистиллята сока прямого отжима. Дистиллят является натураль-
ной питьевой водой, содержащей весь спектр биологически активных веществ исходного сырья [3].
Ресурсосберегающая переработка реализована на ягодах клюквы и плодах тыквы.
После предварительной подготовки клюква была центрифугирована. Выход составил: сок прямого отжима -86 %; выжимки - 14 %. С помощью вакуумного выпаривания сок разделен на концентрат влажностью 76 % и дистиллят сока прямого отжима. Выход дистиллята составил 53 % от массы исходного сырья. В результате сушки концентрата и выжимок мякоти при атмосферном давлении с применением экструзии и размельчения получены порошкообразные сок влажностью 6 % в количестве 7,9 % и выжимки влажностью 4 % в количестве 3,6 % от массы исходного сырья.
Таким образом, переработка клюквы завершилась получением трех фракций, выход которых составил (мас. %): обезвоженный сок - 7,9; сухие выжимки мякоти - 3,6; дистиллят сока прямого отжима - 53.
Соотношение масс выжимок, сока и дистиллята оказалось равным 1:2:15. Потери сырья, составившие 35,5 %, следует отнести к потерям влаги, сопровождавшим конвективную сушку концентрата и выжимок.
В экспериментах с тыквой из плодов выделено 74 % мякоти. Центрифугированием мякоть разделена на сок прямого отжима и выжимки, выход которых от массы мякоти составил: сок-74 %, выжимки - 26 %. Выпариванием в вакууме сок разделен на концентрат влажностью 70 % и дистиллят сока прямого отжима. Выход дистиллята -61,8 % от мякоти тыквы. Концентрат и выжимки сушили в течение пяти дней при температурах до 50 °С.
В результате низкотемпературной ресурсосберегающей переработки мякоть тыквы представлена в виде трех фракций, выход которых составил (мас. %): обезвоженный сок - 4,9; сухие выжимки - 3,5; дистиллят сока прямого отжима - 61,8.
Соотношение масс выжимок, сока и дистиллята оказалось равным 1:1,4:18. Потери мякоти в количестве 29,8 % следует отнести к потерям влаги, сопровождавшим конвективную сушку концентрата и выжимок.
HEAT AND COLD IN FOOD PRODUCTION
Массовая доля сухих веществ во фракциях мякоти (%): сок - 73; выжимки - 94; дистиллят - 5,95.
Сухие вещества мякоти тыквы, составившие в целом 10,5 %, равномерно распределены между фракциями: сок - 34 %; выжимки - 31; дистиллят -35 %. Однако из-за различия масс концентрации компонентов фракций существенно отличаются.
С помощью стандартных методик исследованы физико-химические свойства обезвоженного сока, сухих выжимок и дистиллята сока прямого отжима мякоти тыквы, установлено распределение отдельных компонентов мякоти между фракциями.
В табл. 1 представлена пищевая ценность плода [4] и мякоти тыквы, а также ее распределение между фракциями мякоти.
Из табл. 1 следует, что полученные экспериментальные результаты по пищевой ценности мякоти соответствуют известным данным для плода тыквы. Все фракции обладают пищевой ценностью при неравномерном распределении компонентов. Так, две трети сырого протеина мякоти сосредоточено в обезвоженном соке, одна треть - в выжимках, а дистиллят практически его не содержит. Основная масса клетчатки и пектина (до 80 %) содержится в выжимках, оставшаяся часть клетчатки находится в соке, а пектина - распределена между соком и дистиллятом в соотношении 1:2. Дистиллят содержит основную массу сахаров и жиров (до 90 %), а также две трети золы. Оставшаяся часть сахаров распределена между соком и выжимками в соотношении 2:1, оставшаяся часть золы распределена между соком и выжимками поровну. Органические кислоты распределены между соком, выжимками и дистиллятом в соотношении 1:2:2.
В табл. 2 показано содержание витаминов в плоде [4] и мякоти тыквы, а также их распределение между фракциями мякоти.
Из табл. 2 следует, что по отношению к пищевой ценности витамины мякоти более равномерно распределены между фракциями. Две трети витаминов А сосредоточены в обезвоженном соке, треть витамина А- в выжимках. Массовая доля витамина А пересчитана по экспериментально определенным данным для в-каротина в соотношении 1:6. Витамин С распределен между выжимками, соком и дистиллятом в соотношении 1:3:4. От половины до двух третей витаминов группы В находится в дистилляте, оставшаяся часть распределена между соком и выжимками в пропорции 2,2 - 2,6:1.
В табл. 3 представлено содержание макро- и микроэлементов в плоде [4] и мякоти тыквы, а также их распределение между фракциями мякоти.
Из табл. 3 следует, что основная масса минеральных веществ мякоти (К, Ыа, Са, Мд, Б, Со, Си, Ы1, Сг, 7п) скон-
центрирована в дистилляте и составляет от 73 % для калия до 100 % для хрома. Кремний распределен поровну между соком и выжимками и отсутствует в дистилляте. Марганец содержится только в выжимках. Фосфор распределен между выжимками, дистиллятом и соком в соотношении 1:2:2. Железо распределено между соком, дистиллятом и выжимками в соотношении 1:4:5.
Таким образом, рассмотрена ресурсосберегающая переработка плодово-ягодного сырья, включающая разделение сырья на фракции: обезвоженный сок, сухие выжимки мякоти и дистиллят сока прямого отжима. Переработка реализована на клюкве и мякоти тыквы. Показано, что исходное сырье неравномерно распределено между выделенными фракциями (мас. %): обезвоженный сок - 5-8; сухие выжимки - 3,5; дистиллят - 5362. Потери составляют 3036 % и приходятся на потери влаги при конвективной сушке концентрата и выжимок. Сухие вещества равномерно распределены между фракциями, однако из-за различия масс фракций концентрации компонентов в них существенно отличаются. Установлено распределение пищевых и биологических составляющих между фракциями. Предлагаемая переработка сохраняет до 70 % природной влаги плодово-ягодного сырья в виде дистиллята сока прямого отжима. Дистиллят содержит основную массу минеральных веществ (К, Ыа, Са, Мд, Б, Со, Си, Ы1, Сг, 7п) от 73 % для калия до 100 % для хрома, от половины до двух третей витаминов группы В и до 80-90 % жиров и сахаров мякоти тыквы.
Выделенные фракции богаты биологически активными веществами и могут быть использованы при разработке функциональных продуктов питания. Сохраняемая природная влага является питьевой водой функционального назначения и может быть использована в качестве основы для разработки функциональных напитков.
ЛИТЕРАТУРА
1. Камовников Б. П., Малков Л. С., Воскобойников В. А. Вакуум-сублимационная сушка пищевых продуктов. (Основы теории, расчет и оптимизация). - М.: Агропромиздат, 1985.
Таблица 1
Пищевая ценность плода и мякоти тыквы и ее распределение между фракциями
Показатель
Плод, г/100 г
Мякоть, г/100 г
Обезвоженный сок, %
Сухие выжимки, %
Дистиллят, %
Сырой протеин
Жиры
Сахара
Редуцирующие сахара
Клетчатка
Пектин
Органические кислоты
1,0 0,1 4,0 0,7
1,2 0,3 0,1
2,0 0,08 3,8 2,5
0,24 0,05
61 11 7 6
18 16 23
38 8 4 3
82 53 38
81
91
31 39
Зола 0,6 0,1 20 18 62
Таблица 2
Содержание витаминов в тыкве и мякоти и между фракциями их распределение
Показатель Плод, мг/100 г Мякоть, мг/100 г Обезвоженный сок, % Сухие выжим ки, % - Дистиллят, %
Ретинол (А) 1,5 6,9 60 35 5
Тиамин (В1) 0,05 0,09 26 10 64
Рибофлавин (В2) 0,06 0,03 32 13 55
Пиридоксин (В6) 0,1 0,03 37 17 46
Ниацин (РР) 0,5 1,3 22 10 68
Аскорбиновая 8 0,4 35 12 52
кислота (С)
Всего: 10,21 8,8 - - -
Таблица 3
Содержание макро- и микроэлементов в плоде и мякоти
тыквы и их распределение между фракциями
Показатель Плод, мг/100 г Мякоть, мг/100 г Обезвоженный сок, % Сухие выжимки, % Дистиллят, %
Калий (К) 204 45 16 11 73
Натрий (Ыа) 4 0,9 17 6 77
Кальций (Са) 25 31 11 12 77
Кремний (БО - 1,1 48 52 -
Магний (Мд) 14 6,2 9 6 85
Фосфор (Р) 25 1,8 37 22 41
Сера (Б) 18 10,3 10 5 85
Железо ^е) 0,4 0,19 10 47 43
Кобальт(Со) 0,001 0,01 7 4 89
Марганец (Мп) 0,04 0,02 - 100 -
Медь (Си) 0,18 0,85 7 5 88
Никель (N0 - 0,008 7 5 88
Хром (Сг) - 0,02 - - 100
Цинк (7п) 0,24 0,92 7 4 89
Всего 291 98 - - -
2. Емельянов А.А.. Долженков В.В., Емельянов К.А. Вакуумный дистилля-тор//ПТЭ. 2008. № 5. С. 146-149.
3. Патент РФ № 2351238. Способ получения ароматизированной воды/ А.А. Емельянов, К.А. Емельянов. 2009. Бюл. № 10.
4. Энциклопедия центра Эмос. Химический состав пищевых продуктов. Тыква. http://www.sunduk.ru/Encycl/ Index.html
