Новый вид сушки топинамбура

Важнейшей задачей сельскохозяйственных производителей является не только производство и переработка сельскохозяйственного сырья, но и обеспечение сохранности его качества в процессе хранения. Одним из способов повышения сохранности продуктов является их консервирование обезвоживанием в результате применения различных способов сушки.

Растительное сырье как объект сушки характеризуется большим количеством воды и малым содержанием сухих веществ. Основная часть воды находится в свободном виде и только около 5 % связано с клеточными коллоидами и прочно удерживается. Этим объясняется легкость высушивания плодоовощного сырья до влажности 12–14 % и затрудняет удаление остаточной влаги. Таким образом, растительное сырье представляет собой сложный структурный объект сушки и обезвоживание его без потерь пищевых качеств является трудной задачей [4]. Высушенный пищевой продукт должен иметь высокие показатели качества, как органолептические, так и физико-химические. Оптимальный режим сушки должен осуществляться при минимальном затрате тепла, энергии и заключаться в максимальном сохранении химико-технологических показателей качества сырья, используемого для сушки.

По способу подвода тепла к сырью различают следующие виды искусственной сушки: конвективную – путем непосредственного соприкосновения продукта с сушильным агентом, чаще всего воздухом; контактную – передачей тепла от теплоносителя к продукту через разделяющую их стенку; радиационную – передачей тепла инфракрасными лучами; диэлектрическую – токами высокой и сверхвысокой частоты; вакуумную и ее разновидность – сублимационную [4].

Самым распространенным способом сушки овощей, широко применяемым в перерабатывающей промышленности в настоящее время, является конвективный, разновидностью которого является тепловая сушка. Преимуществом этого способа является возможность регулирования температуры высушиваемого материала, простое устройство оборудования. Недостатком является то, что градиент температуры направлен в сторону, противоположную градиенту влагосодержания, что тормозит удаление влаги из материала. Сушка продукта таким способом неизбежно сопровождается потерями тепла на нагрев конструкций и окружающей среды. При интенсификации процессов такой сушки продуктов необходимо повышать температуру теплоносителя, что влечет перегрев продукта, особенно на стадии досушки. Испарение влаги происходит только с поверхности, что приводит к появлению пленки, затрудняющей сушку и ухудшающей качество продукта: изменяется цвет, вкус и естественный аромат продукта, снижается его восстанавливаемость при замачивании. Высокая температура и высокая продолжительность сушки способствуют развитию окислительных процессов и приводят к потерям витаминов и биологически активных веществ в сухопродукте, не способствуют подавлению первичной микрофлоры [4].

Более совершенными и эффективными способами обезвоживания, направленными на обеспечение максимальной сохранности пищевых и вкусовых достоинств продукта, а также высокую эффективность процесса, являются инфракрасный, микроволновый, сублимационный способы, сушка со смешанным теп-лоподводом.

Наряду с вышеуказанными способами в настоящее время стала применяться сушка конвективно-вакуум-импульсным (КВИ) воздействием. При импульсном вакуумировании предварительно нагретого материала интенсифицируются внешний и внутренний тепло- и массообмен за счет мощного градиента давления; процесс влагоудаления интенсифицируется в 5–10 раз с миграцией части влаги на поверхность материала и в сушильную камеру в виде жидкости, минуя фазовый переход в пар. Сокращается длительность процесса и исключается перегрев продуктов не только в первом периоде сушки, но и после удаления свободной влаги. Помимо влаги, происходит активное удаление кислорода из пустот и капилляров, разрушение части межклеточных мембран, что ведет к подавлению окислительно-восстановительных реакций (гибнет часть бактерий), в итоге комплексного воздействия КВИ режимов возникает консервирующий эффект. При КВИ-сушке предельно допустимая температура нагрева фруктов, ягод составляет не выше 56-60 ° С, некоторых цветов и трав - не выше 38-40 ° С, овощей - 60-70 ° С. Подвод тепла к материалу производится конвекцией [2].

Длительность КВИ-сушки разнообразных растительных материалов составляет 40–90 мин, процесс ведется без их перегрева, с максимальным сохранением в высушенных продуктах качественных характеристик исходного сырья – биологически активных компонентов (витаминов, органических кислот, микроэлементов и пр.).

Топинамбур ( Helianthus tuberosus L .) – ценное пищевое сырье, широко распространенное по всей территории России, в том числе и Сибири. Интерес к данной культуре вызван уникальным химическим составом, особенно углеводным комплексом, значительную часть которого составляют фруктоолигосахариды и инулин [1]. Способы переработки топинамбура направлены на сохранение биологически активных веществ с целью дальнейшего использования его в рецептурах продуктов питания различного назначения.

Появление новых технологий переработки предполагает возможность максимально высокой сохранности пищевых веществ. В настоящее время порошок топинамбура производится перерабатывающими предприятиями ООО «Эспланда-Южная» (Краснодар), ООО «Рязанские просторы» (г. Рязань), ООО «Тер-ра» (г. Хотьково, Московская область) и др., где сушка продукта осуществляется конвективным способом.

До настоящего времени сушка КВИ-способом клубней топинамбура не использовалась.

Цель исследований . Изучение химического состава порошка топинамбура, полученного конвективно-вакуум-импульсным способом (КВИС) и сравнение результатов с данными сушки конвективным способом (КС) (традиционным).

Материалы и методы исследований . Материалом исследований служил порошок, полученный различными способами сушки при одинаковых температурных режимах.

Клубни топинамбура сорта «Интерес» урожая 2010 г. промывались, очищались, нарезались кубиками 10*10*10 мм, укладывались на сетчатые поддоны слоем 30–40 мм и подвергались сушке конвективным способом (КС) (традиционным) при температуре 70 ° С (рекомендуемой по данной технологии) до остаточной влажности 7–8 %.

Аналогично нарезанные клубни топинамбура укладывались на поддоны слоем 30–40 мм и подвергались сушке конвективно-вакуум-импульсным способом (КВИС) на установке ВИКУС-2Р при температуре 70 ° С, давлении 0-0,04 МПа до остаточной влажности 7-8 %. Температура, значение вакуума, время сушки и значение влаги в сырье и конечном продукте осуществлялось автоматически.

Высушенный топинамбур измельчали в порошок на вальцовой мельнице. Крупность помола составляла до 0,3 мм.

В работе использовались общепринятые органолептические, физико-химические, биохимические, микробиологические методы исследований в соответствии требованиями нормативной документации на данный вид продукции. Статистическая обработка результатов проводилась с использованием программы «Statistica-6.0». Для оценки измерений использовались непараметрические тесты (Уилкоксона, Манн-Уитни). Различия считались достоверными при 95 % уровне значимости (р<0,05).

Результаты исследований и их обсуждение. Результаты исследований по содержанию основных пищевых веществ порошка конвективно-вакуум-импульсной и конвективной сушки представлены в табл. 1.

Таблица 1

Содержание основных пищевых веществ в порошке топинамбура при различных способах сушки (в пересчете на сухое вещество)

Показатель	Порошок топинамбура конвективно-вакуум-импульсной сушки	Порошок топинамбура конвективной сушки
Зола, г	6,158 ± 0,042ª	6,033 ± 0,061b
Белок, г	8,967 ± 0,084ª	8,7 ± 0,100b
Жиры, г	0,467 ± 0,011ª	0,383 ± 0,04b
Общее кол-во сахаров, г	70,25 ± 0,214b	71,33 ± 0,167ª
В т.ч.: инулин, г	9,75 ± 0,1ª	7,46 ± 0,02b
пектин, г	9,267 ± 0,102ª	8,433 ± 0,042b
клетчатка, г	2,117 ± 0,060ª	2,033 ± 0,21b

Примечание. Различными буквами обозначены внутригрупповые различия, множественное сравнение средних, LSD-тест, p<0,05.

Анализ полученных данных показал, что при сушке топинамбура конвективно-вакуум-импульсным способом сохранность всех основных пищевых веществ выше, чем при традиционном, кроме общего количества сахаров. Содержание таких функционально-физиологических веществ, как белков, выше на 3 %, инулина – на 23,5, пектина – на 9, клетчатки – на 4 %. Общее содержание сахаров в порошке сушки конвективным способом несколько выше, чем в порошке КВИС. Это можно связать с длительностью конвекционной сушки (4,5 ч), при которой наблюдается более интенсивный гидролиз инулина на фруктозаны и моносахариды, повышающий общее содержание сахара.

При конвективно-вакуум-импульсной сушке топинамбура наблюдается более высокая сохранность витаминов и минеральных веществ. Сравнительное содержание витаминов и минеральных при различных способах сушки показано на рис. 1–3.

Рис. 1. Содержание некоторых видов витаминов в порошке топинамбура при различных видах сушки (в пересчете на сухое вещество) (М ± m, тест Манн-Уитни, p<0,05)

При сушке КВИС сохранность витамина С выше на 20,7 %, В1 – на 31,5, В2 – на 26,8 %, чем при конвективной.

Рис. 2. Содержание основных макроэлементов в порошке топинамбура при различных видах сушки (в пересчете на сухое вещество) (М ± т, тест Манн-Уитни, p<0,05)

Рис. 3. Содержание железа и меди в порошке топинамбура при различных видах сушки (в пересчете на сухое вещество) (М ± т, тест Манн-Уитни, p<0,05)

Таким образом, в порошке сушки КВИС сохранность минеральных веществ выше, чем в порошке КС: кальция на 12,3 %, калия – на 7,7, фосфора – на 8,6, железа – на 6,8, меди – на 3,7 %.

Проведена оценка обеспечения потребности организма человека в основных биологически-активных пищевых веществах за счет порошка топинамбура КВИС согласно МР 2.3.1.2432-08 (табл. 2).

Исследования показали, что порошок топинамбура конвекционно-вакуум-импульсной сушки можно считать источником пектиновых веществ, инулина, витамина В2, дополнительным источником белка. 100 г порошка обеспечивают суточную потребность человека в аскорбиновой кислоте на 18 %, в витамине В1 – на 19,1, железе – на 48,6/87,5 % (соответственно для женщин и мужчин). Результаты исследований позволяют считать порошок топинамбура КВИС функциональным продуктом [3].

Таблица 2

Показатель	Порошок топинамбура КВИС	Суточная потребность, мг, г/сут.	Степень обеспечения жен/муж, %
Белок, г	8,967 ± 0,084	74/89	12,1/10,0
Инулин, г	9,75 ± 0,10	10	97,5
Пектиновые вещества, г	9,267 ± 0,102	2	463,35
Витами С, мг	16,39 ± 0,10	90	18,21
Витамин В1, мг	0,273 ± 0,016	1,5	18,2
Витамин В2, мг	3,70 ± 0,100	1,8	205,6
Kалий, мг	691,0 ± 0,45	2500	27,64
Фосфор, мг	423,0 ± 1,00	800	52,88
Кальций, мг	150,0 ± 0,52	1000	15,0
Железо, мг	8,473 ± 0,240	18/10	47,1/84,73
Медь, мг	4,932 ± 0,015	12	41,1

Оценка пищевой ценности порошка топинамбура КВИ-сушки (100 г)

Важным моментом является продолжительность сушки при одном и том же значении температуры (70 ° С), время сушки КВИС составило 1,5 ч, что в 3 раза меньше по сравнению с традиционной. Этот факт существенно влияет на органолептические показатели порошка: порошок сушки КВИС имеет более светлый цвет, менее сладкий вкус, что расширяет рамки его использования в качестве добавки в различные виды продуктов.

Определены показатели безопасности свежеприготовленного порошка и в контрольных точках хранения (СанПиН 2.3.2.1078-01). С учетом коэффициента запаса определен срок хранения порошка топинамбура КВИС – 8месяцев (МУК 4.2.1847-04).

Выводы

Сушка топинамбура конвекционно-вакуум-импульсным способом приводит к более высокой сохранности всех пищевых и биологически-активных веществ по сравнению с конвективным способом. Представленные результаты позволяют считать порошок топинамбура сушки КВИС функциональным пищевым продуктом или функциональной пищевой добавкой для производства различных видов продуктов питания повышенной пищевой ценности.