Исследование показателя активности воды при вакуумой сушки яблок и груш, произрастающих в южных регионах РК

МРНТИ65.33.29                          

В последние годы учеными аграриями Казахстана созданы различные сорта яблок и груш, которые отличаются от традиционных сортов высокоуражайностью и содержанием антиоксидантных веществ и химическим составам [1]. Новые сорта яблок и груш могут быть использованы как биологически активные вещества в виде сухих веществ в пищевой промышленности для обогащения состава пищевых продуктов с целью придания им функциональной направленности.

Однако, эти сорта яблок и груш, как и многие другие плодово-ягодные культуры относятся к сезонным продуктам, и они массово выспевают в летний период года. Поэтому для круглогодичного обеспечения потребности населения и пищевой промышленности биологически активными веществами их необходимо подвергать сушке.

Как известно, что от процентного содержания влаги в яблоках и грушах зависят их физико-химические свойства, органолептические показатели. Кроме того, от содержание влаги зависят условия и продолжительность срока их хранения [2]. Однако, при сушки яблок и груш из-за удаления влаги изменяются качественные показатели и сроки их хранения.

В настоящее время в теории сушки изменение содержания влаги пищевых продуктов описывается показателем – удельным со- держанием влаги. К сожалению этот показатель не учитывает всего комплекса взаимодействий между влагой и другими компонентными составляющими продукта [6].

В настоящее время многими исследователями, занимающимися в области сушки пищевых продуктов, доказано, что одним из важных характеристик, описывающих изменения качественных показателей, является показатель активности воды [3], а также созданы высокоточ-ные современные аппараты для его определения [4]. Активность воды является универсаль-ным термодинамическим критерием оценки состояния воды в продукте. В последние годы многими исследователями это показатель применяется как инструмент оценки изменения технологических свойств продуктов и контролирования качественных показателей продукта и его продолжительности хранения [5,6,7].

В последние годы для сушки пищевых продуктов используются различные способы [8,9,10,11]. Среди этих способов сушки, с точки зрения сохранения исходного качества продукта, и особенно витаминного состава, перспективным является их сушка в замороженном состоянии в вакууме, т.е. вакуум -сублимационная сушка [12]. Однако этот метод является продолжительным и тре-бует больших энергетических затрат. По нашему мнению, следующим после вакуум-сублимационной сушки перспективным яв- ляется сушка пищевых продуктов в вакууме с невысокой температурой. Преимуществом этого способа сушки по сравнению с традиционными конвективными сушками является то, что герметичность сушильной камеры дает гарантию против загрязнения продукта пылью из окружающего воздуха и окисления его кислородом воздуха [13,14,15]. Кроме того при вакуумной сушке продуктов не так нарушается его витаминный состав.

На основании вышеизложенного в данной работе авторами поставлена цель: иссле- дование активности воды в различных сортах яблок и груш при их вакуумной сушки.

Предмет исследования: сорта яблок: Байтерек, Саркыт и Сая, и сорта груши: Сый-лык, Жаздык и Нагима, свежесобранные в 2021 году зимного созревания.

Активность воды определяли с помощью анализатора активности воды - AQUALAB 4TE.

Для измерения массы продукта в процессе сушки использовали лабораторные элек тронные весы марки- CAS MWP-300H.

Описание экспериментальной установки (рис.1)

Рисунок – 1 Унифицированная экспериментальная установка.

Унифицированная экспериментальная установка состоит из двух блоков, которые собранны воедино в раму. Блок А - вакуум-су-шильный аппарат и Блок В – низкочастотный вакуум - ультразвуковой аппарат. Общими для двух аппаратов является: десублиматор, вакуум насос и холодильная машина.

Блок А - вакуум-сушильный аппарат: -1 - крышка аппарата; 2 - вентиля крышки; 3-кран для впуска воздуха; 4- вакуумный кран; 5 - расширительный бачок; 6 - вакуумная камера аппарата; 7 - вакуумный манометр; 8 - десублиматор; 9 - холодильная трубка; 10 -сливной кран; 11 - емкость для сбора жидкости; 12 - вентиль для слива жидкости; 13 -вакуумный насос.

Методика проведения эксперимента на вакуум-выпарном аппарате

Перед проведением опытов на вакуум-выпарном аппарате его необходимо вывести на рабочий режим. Для этого с целью улавливания водяных паров, испаряющихся из высушиваемого продукта, вначале включается холодильная машина, охлаждающая десублиматор вакуум-выпарного аппарата. За- тем, предварительно установив на пульте управления необходимую температуру водяной рубашки цилиндрического корпуса -обычно около +40ºС, включается система нагрева вакуумной камеры. По достижению заданной температуры воды в цилиндрическом корпусе (+40ºС) и температуры в сублиматоре (от -20ºС и ниже) вакуум-выпарной аппарат готов к работе. После этого в камеру вакуум-выпарного аппарата загружается предварительно подготовленный к вакуумной сушке продукт. Подготовка высушиваемого продукта осуществляется следующим образом. Перед сушкой продукт тщательно промывается в проточной холодной воде, подвергается механической очистке и из него удаляется сердцевина продукта, т.е. косточки. Далее если продукт сушится кусками, то разрезается толщиной 2,7...3 мм в виде полукольца и размещается в сетчатом цилиндрическом противне, а если сушится в виде пастообразной массы, то вначале разрезается на дольки, затем измельчается на мельнице до состояния пастообразной жидкой массы, затем заливается в цилиндриче- ские противни аппарата толщиной 2,5...3 мм. Затем противни с продуктом размещаются в ярусном порядке в вакуумной камере, и закрыв крышкой камеры включается вакуумный насос.

По окончании опыта выключение ва-куум-выпарного аппарата осуществляется в обратном порядке. В начале выключается вакуум-насос, затем холодильный агрегат и сеть питания, а далее для открытия крышки аппарата открыв вентиль, впускается воздух в вакуум-выпарной аппарат. Открутив вентили крышки, поочередно снимаются противни, находящиеся в ярусном порядке. Затем отделив противни от высушенного продукта, последний подвергается измельчению на мельнице до фракции порядке 0,7... 1 мм.

Методика определения активности воды - аw

Перед сушкой каждый противень с высушиваемым продуктом взвешивается, затем из продукта производится забор некоторой части для изучения - аw с помощью анализатора активности воды - AQUALAB 4TE. Далее через определенный промежуток времени сушки, останавливая вакуум-выпарной аппарат из продукта, производится забор некоторой части для определения активности воды, соответствующей к этому моменту времени сушки. Эксперименты по забору части образца для изучения- аw продолжают до тех пор, пока разница массы противни с продуктом между предыдущим взвешиванием не достигнет постоянной массы или разница должна быть не более сотой доли.

Результаты и их обсуждение

Результаты экспериментальных исследований активности воды в процессе сушки сортов яблок и груш приведены на рисунке 2.

Продолжительность сушки, τ, час

а)

Продолжительность сушки, τ, час

б)

Рисунок 2. Зависимость активности воды от продолжительности сушки: а - для сортов яблок; б – для сортов груш.

Анализ рисунка 2 показывает, что в процессе сушки как яблок, так и груш показатель активности воды изменяется неоднозначно: в первые четыре часа времени сушки монотонно снижается, а в последующем сушки резко падает. Например, если для сортов яблок снижение активности воды в первые четыре часа сушки в среднем составляет 1,14-2,27 %, то для сортов груш это показатель имеет значения 1,30-3,04%. Анализ динамики изменения активности в отрезке времени от четырех часов до конца процесса сушки показывает рез- кое снижение активности воды. Например, для яблок в отрезке времени от 6 часов до 8 часов показатель активности воды снижается на 5,36-7,59%, а в конце периода сушки его значение достигается до 22,38-25,01%, а для груш в отрезке от 6 часов до 8 часов времени сушки активность воды снижается на 6,57-9,86%, а в последующие отрезки времени уменьшается на 14,75-20,44%.

Зависимость активности воды от продолжительности сушки наилучшим образом описывается уравнением следующего вида:

а w = А∙τ⁵ +В∙τ⁴ +С∙τ³+D∙τ² +Е∙τ+ К

Числовые значения коэффициентов А, В, С, D, Еи К приведены в таблице 2.

Таблица 2 - Числовые значение коэффициентов А, В, С, D, Е и К

Продукт	Значений коэ			фициентов			Достоверность аппроксимации R2
	А	В	С	D	Е	К
яблоки
Байтерек	-4∙10-5	2∙10-4	-5∙10-3	0,019	-0,057	0,96	1,0
Саркыт	-3∙10-5	9∙10-4	3∙10-3	-0,007	-0,027	0,94	1,0
Сая	-2∙10-5	2∙10-4	0,008	0,035	-0,022	0,95	0,996
груши
Сыйлык	0	9∙10-5	-1∙10-3	0,003	-0,011	0,95	0,997
Жаздык	0	0	-3∙10-3	0,016	-0,41	0,95	0,985
Нагима	0	0	-3∙10-3	0,020	-0,046	0,96	0,995

Таким образом, полученные данные свидетельствуют о том, что когда из продукта удаляется свободно-связанная влага, изменение активности воды принимает монотонно снижающий характер. После достижения критической влажности W кр , и до завершения периода падающей сушки, активность воды имеет нелинейный ломаный характер.

Заключение, выводы

Исследованиями установлено, что во всех исследованных сортах яблок и груш наблюдается следующая закономерность: в первые четыре часа времени сушки показатель активности воды монотонно снижается, а в последующее время сушки резко падает. Такая закономерность объясняется тем, что после четырех часов времени сушки из продукта постепенно удаляется часть оставшейся слабосвязанной влаги, а затем связанная влага.

Исследованиями установлено, что в процессе сушки фруктов активность воды, характеризующая свойства продукта, снижается: для сортов яблок от 1,0 до 0,62±0,01, для сортов груши этот показатель уменьшается от 1,0 до 0,65±0,04.

Авторы выражают признательность за финансовую поддержку Министерству сельского хозяйства Республики Казахстан программно-целевого финансирования (BR-10764977) и директору ТОО «Асыл Арман Казахстан» Архабаевой Алме Нураловне за софинансирование.