Ресурсосберегающая переработка плодово-ягодного сырья при пониженных температурах

А. А. Емельянов
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. Одним из методов переработки является 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 десублимата (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 основы при разработке новых напитков функционального назначения.

Сухие вещества, входящие в состав плодово-ягодного сырья, в свою очередь, разделяются 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 рис. 1.

Согласно приведенной схеме, предварительно подготовленное сырье физическим путем разделялось на сок прямого отжима и выжимки мякоти. Сок выпаривался в вакууме при остаточном давлении  Па и температуре  ○С с получением концентрата и дистиллята сока прямого отжима. Подведенная мощность и скорость удаления влаги, приведенные к единице массы выпариваемой жидкости, соответственно, составили  Вт/кг и 60 %∙ч-1 [2]. Концентрированный сок и выжимки мякоти сушились 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 размельчался в порошок непосредственно перед использованием. Переработка при температурах  ○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 натуральной 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, масс. %:
- 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 составил 61,8 % от мякоти тыквы. Концентрат и выжимки сушились в течение пяти дней при температурах до 50 ○С.

В результате низкотемпературной ресурсосберегающей переработки мякоть тыквы представлена в виде трех фракций, выход которых составил, масс. %:
- 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.
Массовая доля сухих веществ во фракциях мякоти составила:
- 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, и установлено распределение отдельных компонентов мякоти между фракциями.

В таблице 1 представлена пищевая ценность плода [4] и мякоти тыквы, а также ее распределение между фракциями мякоти.

Из таблицы 1 следует, что полученные экспериментальные результаты по пищевой ценности мякоти, в целом, 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 таблице 2 дано содержание витаминов в плоде [4] и мякоти тыквы, а также их распределение между фракциями мякоти.

Из таблицы 2 следует, что, по отношению к пищевой ценности, витамины мякоти более равномерно распределены между фракциями. Две трети витамина А сосредоточено в обезвоженном соке, треть – в выжимках. Массовая доля витамина А пересчитана по экспериментально определенным данным для β-каротина в соотношении 1/6. 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. Витамин С распределен между выжимками, соком и дистиллятом в соотношении 1/3/4.

В таблице 3 представлено содержание макро- и микроэлементов в плоде [4] и мякоти тыквы, а также их распределение между фракциями мякоти.

Из таблицы 3 следует, что основная масса минеральных веществ мякоти (K, Na, Ca, Mg, S, Co, Cu, Ni, Cr, Zn) сконцентрирована 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, масс. %: обезвоженный сок – (5 – 8); сухие выжимки – 3,5; дистиллят – (53 – 62). Потери составляют (30 – 36) % 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 (K, Na, Ca, Mg, S, Co, Cu, Ni, Cr, Zn) 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 – 288с.
2.    Емельянов А.А.. Долженков В.В., Емельянов К.А. Вакуумный дистиллятор // 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


Ключевые слова: плодово-ягодное сырье, ресурсосбережение, низкотемпературная переработка, обезвоженный сок, сухие выжимки мякоти, дистиллят сока прямого отжима.

Статья опубликована в журнале "Пищевая промышленность" N 7, 2009, C.28-29