Анализ влияния температуры на процесс вакуумного обезвоживания черемши

Введение. Черемша представляет собой дикий чеснок, относящийся к семейству луковых. Различают несколько разновидностей черемши, наиболее распространенными из которых являются лук медвежий (Allium ursinum) и победный (Allium victorialis) [1]. Данный продукт еще с давних времен использовался не только в качестве пищи, но и как лекарственное средство, что обусловлено особенностями его химического состава. В черемше содержится аскорбиновая кислота, витамины группы В, РР, β-каротин, а также белки, пищевые волокна, углеводы, растворимые минеральные и безазотистые экстрактивные вещества, фитонциды и др. [2].

Химический состав зрелого растения приведен в таблице 1 [1].

Таблица 1

Средние показания по химическому составу зрелой черемши, %

Показатель	Значение
Влага	86,9
Сухие вещества	13,1
Белок	2,1
Жир	0,3
Клетчатка	1,2
Азотистые вещества	3,2
Безазотистые экстрактивные вещества	7,5
Зола	1,0

Ввиду своей биологической ценности черемша может использоваться при производстве различных пищевых продуктов, например хлебобулочных [3] и кондитерских изделий [4]. Для сглаживания сезонности выработки данной продукции и продления ее сроков хранения целесообразно использовать такую технологию консервирования, как сушку.

Поскольку черемша содержит в себе термолабильные компоненты, которые необходимо сохранить в ходе переработки, то в данном случае эффективным методом обезвоживания может являться вакуумная сушка при пониженной температуре.

При вакуумной сушке снижается температура кипения влаги, содержащейся в продукте, что дает возможность осуществлять процесс при температуре, не превышающей температуру денатурации компонентов. Кроме того, вакуумная сушка характеризуется достаточно высокими технико-экономическими показателями [5, 6].

Цель работы . Исследование процессов сушки черемши при различных температурных параметрах.

Задачи : проанализировать кинетику вакуумной сушки черемши; провести ее физико-химический анализ до и после вакуумной сушки; подобрать эффективную температуру вакуумной сушки.

Объекты и методы исследований . В качестве объекта исследований выступала черемша свежая. Для выполнения экспериментальных исследований использовалась вакуумная сушильная установка, разработанная на кафедре теплохладотехники. Данная установка включает рабочую камеру, вакуумный насос и холодильную машину, испаритель которой размещен в десублиматоре, соединенном с рабочей камерой (рис. 1).

Рис. 1. Рабочая камера вакуумной сушильной установки: 1 – корпус; 2 – теплоизоляция камеры; 3 – инфракрасные лампы; 4 – резиновое уплотнение; 5 – оргстекло; 6 – поджимное кольцо;

7 – поджимная пластина; 8 – поддон; 9 – тензодатчик

Сушку осуществляли при остаточном давлении 4± 0,5 кПа до достижения содержания влаги не более 5 % (данный показатель используется в большинстве случаев, по литературным данным [7, 8]). В качестве источника теплоты использовались инфракрасные лампы, работающие в импульсном режиме подвода теплоты.

Содержание золы определяли по ГОСТ ISO 762-2013. Концентрацию белка определяли методом Дюма с помощью анализатора белкового азота «Rapid N Cube». Концентрацию витамина С определяли по ГОСТ 24556-89.

Концентрацию сахаров оценивали по ГОСТ 29030-91. Кислотность в продукте определяли по ГОСТ ISO 7502013. Содержание жиров оценивали по ГОСТ 8756.21-89.

Результаты и их обсуждение . Проводили эксперименты по вакуумной сушке черемши при температуре в камере 30, 40 и 50 °С. В ходе эксперимента регистрировали изменение массы образца и по полученным данным рассчитывали изменение влагосодержания в продукте. Результаты приведены на рисунке 2.

ЕЕ 1    2 —А— 3]

Рис. 2. Графики зависимости влагосодержания в черемше от продолжительности вакуумной сушки при температуре в камере: 1 – 30 °С; 2 – 40 °С; 3 – 50 °С

Продолжительность вакуумной сушки черемши при температуре в камере 30, 40 и 50 °С составила соответственно 430, 360 и 280 мин. По данным, представленным на рисунке 2, была расчитана скорость удаления влаги по следующей формуле:

W - W _{υ =}    i - 1       i _,

τ где Wi-1 и Wi – влагосодержание соответственно в i-1-й и i-й момент времени; τ – время между данными моментами.

Результаты расчета представлены на рисунке 3.

Рис. 3. Графики зависимости скорости удаления влаги в черемше от продолжительности вакуумной сушки при температуре в камере: 1 – 30 °С; 2 – 40 °С; 3 – 50 °С

При температуре в камере 30 °С наибольшая скорость удаления влаги наблюдалась через 150–210 мин после начала процесса сушки и составляла 20–23 %/ч. При температуре в камере 40 и 50 °С максимум скорости наблюдается через 150 и 130 мин и составляет 26 и 34 %/ч соответственно. После указанных промежутков времени происходит постепенное снижение скорости обезвоживания.

Далее был проведен анализ качественных показателей свежей черемши до и после вакуумной сушки. Результаты приведены в таблице 2.

Таблица 2

Показатель	Свежая черемша	После сушки при t=30 °С	После сушки при t=40 °С	После сушки при t=50 °С
Влага, %	87,2	4,9	4,9	4,7
Сухие вещества, %	12,8	95,1	95,1	95,3
Белки, г/100г сух. вещества	2,6	12,4	11,8	4,2
Жиры, г/100г сух. вещества	0,2	0,9	0,8	0,6
Кислотность, мл/100г сух. вещества	33,7	28,4	26,0	23,2
Сахара, г/100г сух. вещества	31,8	112,4	103,9	88,5
Витамин С, мг/100г сух. вещества	156	101	89	54
Зола, г/100г сух. вещества	1,5	7,4	8,5	9,7

Химический состав черемши до и после вакуумной сушки

При обезвоживании происходит повышение концентрации сухих веществ относительно абсолютной массы продукта. Однако, благодаря термическому воздействию, происходит денатурация компонентов и их частичная потеря. Так, например, при температуре 50 °С наблюдается существенное снижение содержания белка по сравнению с сушкой при температуре 40 ºС. При повышении температуры сушки происходит снижение кислотности продукта, содержания сахаров и витамина С. Что касается последнего, то даже при наиболее низкой температуре сушки (в данном случае 30 °С) наблюдаются существенные потери данного компонента. Иными словами, сам процесс сушки отрицательно сказывается на содержании витамина С. Содержание золы, по мере увеличения температуры сушки, несколько повышается.

Из результатов анализа кинетики и физикохимического состава продукта можно заключить о целесообразности вакуумной сушки черемши при температуре 40 °С. Технологическая схема выработки сухой черемши представлена следующим образом (рис. 4).

Рис. 4. Технологическая схема производства сушеной черемши

Выводы . Таким образом, в ходе проведенной работы была изучена кинетика вакуумной сушки черемши, проанализировано влияние сушки на физико-химический состав продукта, установлена целесообразность осуществления данного процесса при температуре 40 °С. Представленные результаты исследований могут быть полезны работникам пищевой промышленности в области консервирования растительного сырья.