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

Автор: Шингисов А. У., Алибеков Р. С., Еркебаева С. У., Майлыбаева Э. У., Тастемирова У. У.

Журнал: Вестник Алматинского технологического университета @vestnik-atu

Рубрика: Технология пищевой и перерабатывающей промышленности

Статья в выпуске: 1 (139), 2023 года.

Бесплатный доступ

В статье изучены закономерности изменения активности воды в процессе вакуум-сушки сортов яблок: Байтерек, Саркыт и Сая и сортов груши: Сыйлык, Жаздык и Нагима. Исследованиями установлены, что во всех исследованных сортах яблок и груш наблюдаются следующая закономерность: в первые четыре часа времени сушки показатель активности воды монотонно снижается, а последующие времени 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 установлены, что в процессе сушки фруктов активность воды, характеризующая качественные свойства продукта, снижается: для сортов яблок от 1,0 до 0,62±0,01, для сортов груши это показатель уменьшается от 1,0 до 0,65±0,04. На основе математической обработки экспериментальных данных установлена степенная зависимость активности воды от продолжительности сушки. Установленная закономерность изменения активности воды от продолжительности сушки в последующих работах будет использована для определения оптимального режима сушки яблок и груш с целью производства качественных сухих их порошков для пищевой промышленности.

Еще

Вакуумная сушка, активность воды, яблоки, груши

Короткий адрес: https://sciup.org/140297821

IDR: 140297821   |   DOI: 10.48184/2304-568X-2023-1-19-24

Текст научной статьи 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.

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

  • Стратегия развития плодоводства и сохранения биоразнообразия экосистем дикоплодовых видов на юге и юго-востоке Казахстана // Рекомендации Казахского НИИ плодоводства и виноградарства. – Алматы, 2015. – 45 с.
  • Шалтумаев Т.Ш., Могильный М.П. Использование показателя «активность воды» при определении безопасности бисквитных продуктов//Известия вузов пищевая технология, 2010. - № 1. - С. 93-96
  • Моргунова А.В. Изучение показателя активности воды в замороженных мясопродуктах // Техника и технология пищевых производств. 2016. Т. 43. - № 4. - с. 50-56.
  • Цуканов М.Ф., Черноморец А.Б. Технологические аспекты показателя «активность воды» и его роль в обеспечении качества продукции общественного питания//Технико-технологические проблемы сервиса, 2010. - №1. - с. 58-63
  • Фатьянов Е.В., Алейников А.К., Евтеев А.В. Активность воды в пищевых продуктах//Сборник статей XII Национальной научно-практической конференции «Технологии и продукты здорового питания», г. Саратов, 17–18 декабря 2020 г. - с. 688-695.
  • Ермолаев В.А, Шушпанников А.Б. Исследование показателя активности воды сухих молочных продуктов//Научный журнал «Техника и технология пищевых производств», Кем ГУ, 2014г. - с.56-59.
  • Герасимов Д.В. Исследование методов обработки воды и водной составляющей восстановленных молочных продуктов и их влияние на показатель активности воды/ Д.В. Герасимов, Е.П. Сучкова // Научный журнал НИУ ИТМО. Серия «Процессы и аппараты пищевых производств», 2013. - №2. - с.36-41.
  • Молибога Е.А. Показатель активности воды как предмет управления качеством//Технические науки, ФГОУ ВПО «Омский государственный аграрный университет» 2021. - №4. - с. 102-105
  • Тарасенко Т.А., Євлаш В.В. и др. Теоретичне дослідження способів сушіння овочів та фруктів //Науковийвісник ЛНУВМБТ імені С.З. Ґжицького, Том 17, № 4 (64). – 2015. - с.148-154.
  • Алексеев Г.В, Егорова О.А., Леу А.Г., Дерканосова А.А. Особенности сушки порошковых пищевых продуктов в псевдоожиженном режиме //Вестник ЮУрГУ. Серия «Пищевые и биотехнологии». 2017, Т. 5. - № 4. - с. 34–40.
  • Семенов Г.В. Краснова И.С. Петков И.И. Выбор режимных параметров вакуумной сублимационной сушки сухих термолабильных материалов с заданным уровнем качества//Вестник МАХ № 1, 2017. - с. 18-24.
  • Кольцов Р.П. Особенности вакуумной сушки плодов и овощей// Наука и образование Мичуринский государственный аграрный университет Т 5, № 2. – 2022. - с. 159-163.
  • Дикий Н.П. и др. Некоторые особенности термовакуумной сушки// Вопросы атомной науки и техники. 2007, № 4. Серия: Вакуум, чистые материалы, сверхпроводники (16). - с. 53 – 57.
  • Махамбетов Э.М., Ворошилин Р.А. Способы сушки пищевых продуктов // Инновации в пищевой промышленности: образование, наука, производство. Материалы V всероссийской научно-практической конференции. Благовещенск, 2022г. - с. 116-121.
  • Цапенко Л.А., Казанцева Е.С. Способы сушки плодов и овощей//Молодежь и Наука. Уральский государственный аграрный университет 2019. - № 1. – с. 48-51.
Еще
Статья научная