Исследование реологических свойств пасты на основе свекольных выжимок

В плодоовощной отрасли при получении основной продукции сопутствующим является образование следующих вторичных сырьевых ресурсов (ВСР) и отходов производства: вы-терки (яблочные и томатные), выжимки (виноградные, яблочные, темноокрашенных ягод), семена томатные, плодовые косточки, овощные очистки (морковные, свекольные, кабачковые, баклажановые), покровные листья капусты и створки зеленого горошка.

Вторичные сырьевые ресурсы и отходы плодоовощной отрасли классифицируются по такому основному признаку, как стадия технологического процесса. ВСР и отходы образуются в результате очистки, протирания, прессования, резки, просеивания.

Агрегатное состояние вторичных сырьевых ресурсов твердое; по материалоемкости они являются малотоннажными ресурсами; полная степень использования за исключением отходов, образующихся от переработки темноокрашенных

ягод и плодов; безвредное влияние на окружающую среду, при этом отходы характеризуются коротким сроком хранения, поэтому необходима их быстрая переработка или утилизация. В состав ВСР и отходов входят белки, жиры, углеводы, а также различные минеральные вещества, витамины и пищевые волокна [1].

Количество вторичных сырьевых ресурсов, образующихся в процессе переработки фруктового и овощного сырья, составляет от 5 до 85% от первоначальной массы сырья пошедшего на переработку, при этом их вид обусловлен сырьем и методом его переработки. Так, при переработке зеленого горошка (при учете ботвы) образуется высокое количество отходов – 80%, картофеля в продукты питания – 30–40%, а при производстве фруктовых и овощных соков прямого отжима – в среднем 55–60%. До 70% вторичных сырьевых ресурсов плодоовощной отрасли используется в кормовых целях (для сельскохозяйственных птиц и животных) [2, 3].

Определенная доля вторичного сырья и отходов применяется в качестве удобрений и семенного материала. На промышленную переработку в продукцию направляется в среднем 30% вторичного сырья. На консервных заводах отходы, образующиеся при переработке фруктов и овощей, некондиционное сырье, а также вторичное сырье перерабатывают на следующую продукцию: фруктовые и овощные порошки, пектин, сухие выжимки, пюре, красители, ароматические вещества, крахмал, этиловый спирт, углеводы, биохимический уксус, заливочные жидкости, лечебно-профилактические препараты и прочее [4, 5, 8–10].

Результаты и обсуждения

Цель работы – исследование возможности применения выжимок производства свекольного сока прямого отжима в технологии овощной пасты.

Выжимки характеризуются высокой вязкостью, что затрудняет процесс их протирания. Для снижения вязкости фруктовых и овощных масс согласно литературным данным применяются ферментные препараты. Применение ферментных препаратов и мультиферментов при производстве фруктовых и овощных паст имеет свои недостатки: во-первых, увеличивается продолжительность переработки выжимок, т. к. затрачивается дополнительное время на процесс ферментации; во-вторых, происходит удорожание пасты из-за высокой цены ферментных препаратов; в-третьих, в результате разрушения пектиновых веществ и клетчатки снижается пищевая ценность готовой пасты. Помимо этого, на сегодняшний день во многих странах мира действует запрет на применение мультэн-зимных ферментных препаратов в технологии продуктов питания [6].

Поэтому наши исследования были направлены на поиск альтернативного способа регулирования вязкостных свойств свекольных выжимок с целью их дальнейшей переработки в пасту.

Известным способом снижения вязкости фруктовых и овощных масс является использование крахмальной патоки. Нами исследовано влияние высокоосахаренной крахмальной патоки в дозировке 10, 20 и 30% на вязкостные свойства пасты из свекольных выжимок, прошедших СВЧ–обработку при следующем рациональном режиме: мощность – 800 Вт, время – 160 с, удельная работа – 640 Вт/г ·с, температура нагрева выжимок 92 °С.

Пасту получали следующим способом: свекольные выжимки после СВЧ–нагрева смешивали с подогретой до 40 °С высокоосаха-ренной крахмальной патокой в количестве 10, 20 и 30% к массе выжимок и подавали смесь в протирочную машину от производителя «МАПП» с диаметром отверстий сит № 1–1,2 мм и № 2–0,8 мм. Далее полученную пасту подогревали до 70 °С в котле пищеварочном электрическом КПЭМ-60/7. С помощью дозатора для вязких продуктов РТ-АКФ-3 стеклянные банки наполняли горячей пастой. Наполненные пастой банки укупоривали лакированными крышками типа III (евро-твист) и направляли в стерилизатор СТО 2.00.000 для пастеризации при следующем режиме: с/б III-58–250 20–20– 25/95 °С (противодавление 117 кПа).

Контролем служило пюре, полученное из выжимок без добавления крахмальной патоки. Вязкость опытных образцов пасты из свекольных выжимок с различной дозировкой крахмальной патоки измеряли с помощью вибровискозиметра SV-10.

По результатам исследований были получены зависимости изменения эффективной вязкости свекольной пасты от дозировки крахмальной патоки и температуры нагрева (рисунки 1, 2). Из рисунков 1–2 видно, что введение крахмальной патоки в выжимки, наряду с увеличением температуры нагрева в диапазоне от 25 до 60 °С способствует снижению эффективной вязкости, полученной после протирания выжимок пасты.

0       10       20       30

Рисунок 1. Зависимость эффективной вязкости свекольной пасты от температуры при дозировке патоки, %: 0, 10, 20, 30

Figure 1. The dependence of the effective viscosity of beet paste from the temperature at the dosage of starch syrup, %: 0, 10, 20, 30

Дозировка патоки, % Dosage of starch syrup, %

25      30      40      50      60

Рисунок 2. Зависимость эффективной вязкости свекольной пасты от содержания патоки при температуре, °С: 25, 30, 40, 50, 60

Figure 2. The dependence of the effective viscosity of beet paste from the content of starch syrup at a temperature, °С: 25, 30, 40, 50, 60

Свекольная паста состоит из пюре и крахмальной патоки. Пюре свекольных выжимок является двухфазной системой, которая состоит из твердой фазы (мякоти) и жидкой фазы (сока). Твердая (дисперсная) фаза включает в себя разрушенные и неразрушенные частицы растительной ткани. Исходя из этого влияние крахмальной патоки на эффективную вязкость пасты можно объяснить следующими механизмами: изменением объемной доли дисперсной фазы и дисперсионной среды, осмотическим давлением и вероятным снижением процесса структурообразования массы.

Одними из компонентов пюре из выжимок являются полисахариды, содержащиеся в пюре, а именно целлюлоза, которая нерастворима в воде, обладает развитой системой тончайших субмикроскопических капилляров и большим количеством гидроксильных групп, что обусловливает ее способность поглощать и удерживать воду. Таким образом, в набухшем полимере содержится вода в двух состояниях: связанная (гидратированная) и свободная (капиллярная). При смешивании выжимок с крахмальной патокой происходит сольватация молекул глюкозы, мальтозы и декстринов, в результате чего свободная влага мигрирует из микрокапилляров полимера. Это приводит к уменьшению свободной и увеличению связанной влаги. При этом увеличивается доля дисперсионной среды (жидкости), что приводит к уменьшению прочности контактов частиц дисперсной фазы, в результате этого происходит снижение эффективной вязкости пасты.

При добавлении крахмальной патоки увеличивается массовая доля сухих веществ в жидкой фазе (рисунок 3). В результате этого происходит разность концентраций сухих веществ в клеточном соке (С 1 ) и межклеточном соке (С 2 ). Это обусловливает возникновение осмотического давления в системе «клетка – жидкая фаза» [7].

Молекулы воды мигрируют в жидкую фазу через полупроницаемую мембрану клетки. Введение крахмальной патоки в выжимки снижает их вязкость, т. е. приводит к разжижению массы, что в итоге облегчает процесс протирания и получения пасты (рисунок 4).

Рисунок 3. Изменение массовой доли сухих веществ свекольной пасты при внесении патоки в дозировке, %: 0, 10, 20, 30

Figure 3. The change in the mass fraction of solid of beet paste with starch syrup at the dosage, %: 0, 10, 20, 30

Для количественной оценки степени снижения вязкости использовали показатель – степень разжижения, который рассчитывали, как разность между начальной и конечной вязкостью, выраженной в процентах к начальной вязкости. Степень разжижения свекольной пасты в зависимости от дозировки крахмальной патоки представлена на рисунке 4.

Из рисунка 4 видно, что повышение дозировки крахмальной патоки приводит к увеличению степени разжижения, так при дозировке 10% степень разжижения составляет 24,7%, при 20% – 45,1%, при 30% – 60,7%).

Введение крахмальной патоки в свекольные выжимки, как уже было сказано, приводит не только к снижению вязкости системы, но замедляет или ограничивает возможный процесс структурообразования.

Патока играет роль полиэлектролита, т. е. уменьшает поверхностное натяжение пектинового раствора и снижает его студнеобразующие свойства. Кроме того, возможен распад водородных связей между этерифицированными остатками галактуроновой кислоты и ослабление их гидрофобного взаимодействия, а также разрушение хелатных связей с участием ионов Ca2+ и Mg2+ между неэтерифицированными остатками галактуроновой кислоты в цепях рамногалактуронана. Хелатные связи распадаются в ходе ионообменных реакций. В результате образуются нерастворимые или малорастворимые соли кальция и магния с различными органическими кислотами и пектинами, которые присутствуют в клеточном соке и патоке.

Разработанная технологическая схема производства свекольной пасты на основе выжимок представлена на рисунке 5.

Рисунок 4. Зависимость степени разжижения свекольной пасты от дозировки патоки при температуре 60 °C

Figure 4. The dependence of the dilution rate of beet paste from the dosage of starch syrup at a temperature of 60 °C

Рисунок 5. Технологическая схема производства свекольной пасты

Figure 5. Technological scheme of beet paste production

Заключение

Таким образом, применение крахмальной патоки при получении пасты из свекольных выжимок производства сока прямого отжима дает возможность целенаправленно регулировать вязкость овощной массы, создавая лучшие условия для дальнейших технологических операций таких, как протирание, гомогенизация, фасование, транспортирование.