Обезвоживание растительного сырья для разнообразия космического меню

Оригинальная статья /Originalarticle УДК: 633/635-021.51:664.8.047

В шестидесятые годы прошлого века, на заре освоения космоса, многие специалисты счита- ли, что оптимальной формой продуктов в условиях невесомости будут таблетки, содержащие необходимые микро- и макроэлементы, витамины, белки, жиры и т.п. Спустя некоторое время стало понятно, что комфортно космонавт (или астронавт) чувствовать себя может, только когда потребляет привычные продукты питания. Особенность современного космического питания в том, что используют много сублимированных продуктов. Понятно, что вакуумная сублимационная сушка (ВСС) позволяет серьёзно снизить массу продукта (до 0.1-0.25 частей от первоначального значения – что важно именно для космонавтики), при этом сохраняя все его полезные свойства [1-3]. На сегодняшний день ассортимент таких продуктов состоит из более двухсот наименований, это и готовые супы, вторые блюда, творожные и фруктовые десерты, мучные кондитерские изделия, соки и т.д. Достаточно добавить подогретую воду в специальный пакетик и можно ее употреблять.

Главной особенностью ВСС, является соблюдение технологии обезвоживания, которое включает в себя предварительного замораживания продукта. Если для готового продукта не требуется сохранения своей первоначальной формы и геометрических размеров, то обезвоживание можно осуществить способом низкотемпературной вакуумной сушки (НВС), что целесообразней с точки зрения снижения удельных энергетических затрат на сушку. Метод обезвоживания способом НВС принципиально отличается ВСС тем, что обезвоживание объекта происходит в вакуумной камере не обязательно предварительно замороженного, а с положительной температурой, что, в свою очередь, обес- печивает:

• 1    - сокращение продолжительности процесса сушки за счет кипения и испарения влаги, а не сублимации её;

• 2    - завершать процесс сушки практически на любой стадии, чем обеспечивается заранее принятая конечная влагосодержание готового изделия (от 3-х до 50-ти %).

Разработка космического питания – это, без сомнения, важная научно-практическая задача для современных различных отраслей науки [4-7]. Условия космоса, сложности доставки и хранения требуют безукоризненно качественного сырья, специальной подготовки всех ингредиентов продукта, специализированной упаковки для сохранности и удобства использования [8-9]. Космическая пища должна обладать высокими вкусовыми качествами и максимально походить на свои зем- ные аналоги.

Актуальность работы обусловлена необходимостью поиска способов сохранения нутриентного состава витаминного и другого необходимого сырья для создания готовых пищевых изделий, которые смогут разнообразить рацион питания космонавтов с учетом среды их обитания.

Цель исследования

Сравнение способов обезвоживания растительного сырья и создание готовых пищевых изделий с определенной степенью дегидратации, рекомендуемых для питания космонавтов.

Исследовать и сравнить способы обезвоживания: сублимационная и низкотемпературная и конвективная сушка (горячим воздухом).

Определить влияние на качественные характеристики пищевых продуктов тремя способами обезвоживания, для получения так называемых «фрипсов» из плодов киви, разновидности снеков так же широко применяемых и разрабатывающихся в современной промышленности [10-14].

Условия,материалы и методы

Во Всероссийском научно-исследовательском институте холодильной промышленности – филиале ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова» разрабатываются технологии обезвоживания продуктов питания.

Биохимические исследования и дегустационную оценку по органолептическим показателям проводили во Всероссийском научно-исследовательский институте овощеводства – филиале Федерального государственного бюджетного научного учреждения «Федеральный научный центр овощеводства» (ВНИИО – филиал ФГБНУ ФНЦО). Сухое вещество определяли по ГОСТ 28561–90 путем высушивания навески при температуре 105°C до появления постоянной массы; витамин С – по ГОСТ 24556–89 путем его экстрагирования раствором соляной кислоты с последующим визуальным титрованием; сахара – по ГОСТ 8756.13–87, основанном на способности карбонильных групп сахаров восстанавливать в щелочной среде оксид меди (I) до оксида меди (II); нитраты – по ГОСТ 29270–95 ионометрическим методом. Органолептические свойства - по ГОСТ 8756.1-2017 «Продукты переработки фруктов, овощей и грибов. Методы определения органолептических показателей, массовой доли составных частей, массы нетто или объема».

В качестве исследуемого продукта были рассмотрены «фрипсы» из плодов киви (Актинидия деликатесная – Actinidia deliciosa (A. Chev.) C. F. Liang & A. R. Ferguson).

Фрипсы – это своеобразные чипсы из фруктов и ягод, дольки фруктов и ягод, высушенные при минимальном термическом воздействии, именно поэтому они сохраняют максимальное количество полезных веществ. Фруктовые чипсы, в отличие от сухофруктов – не засахариваются при изготовлении и хранении. По факту – это те же ягоды и фрукты, только порезанные на слайсы и высушенные до определенного конечного влагосодержания.

В качестве объекта исследования использовали 2 сорта киви разной окраски плодов: зеленые Хейворд (производство Турция) и желтые Голд (производства Китай).

Плоды киви, используемые в опытах, соответствовали высшему и первому классу по ГОСТ 31823-2012 «Киви, реализуемые в розничной торговле. Технические условия». Плоды были свежие, целые, чистые, здоровые, твердые, в стадии товарной зрелости, хорошо сформировавшиеся, без стебля, не перезревшие, без повреждений насекомыми – вредителями и болезнями, без излишней внешней влажности, типичной для помологического сорта формы и окраски.

Результаты и их обсуждение

Продолжительный период времени во Всероссийском научно-исследовательском институте холодильной промышленности – филиале ФГБНУ «ФНЦ пищевых систем им. В.М. Горбатова» проводится серия экспериментов по обезвоживанию растительного и мясорастительного сырья разными способами сушки, что позволила получить широкий спектр данных. Были проведены эксперименты и осуществлен сравнительный анализ продолжительности обезвоживания между сублимационной и низкотемпературной вакуумной сушкой, а также анализ качества и органолептики. Данные исследования отражены в материалах конференции «Искусственный холод в XXI веке», поэтому в данной статье сублимационный способ полностью рассматриваться не будет.

Кратко о технологии продукта. Для устранения микробиологической опасности кроме традиционной подготовки исходное сырье (и мясное, и растительное) дополнительно обрабатывается натуральным биокон- сервантом. Сырье измельчается до нужной консистенции в куттере или блендером. Мясное и растительное сырье смешивается в любой выбранной пропорции и формуется с помощью кулинарного шприца или иначе. При необходимости придать нужную форму готовому изделию можно с помощью пресса. Для исключения «прилипания» высушиваемый продукт размещается на тефлоновой подстилке в вакуумной камере, в которой и происходит процесс вакуумного обезвоживания при давлении 3-10 мм ртутного столба до заданной конечной влажности. Ниже на рисунке 1 показаны этапы процесса приготовления «чипсов» из мясорастительного сырья с добавлением ягод методом низкотемпературной вакуумной сушки. На рисунке 2 хорошо видно, что при «правильной» влажности готовый продукт не крошится и не ломается. Предложенным способом можно реализовывать практически любые сочетания исходных продуктов: с мясом, без мяса только с растительной продукцией, использовать мясо птицы или рыбы.

Рис. 1.Технологический процесс подготовки и обезвоживания многокомпонентого сырья методом НВС

Fig. 1. Technologicalprocessofpreparation and dehydration ofmulti-componentraw materialsusing the LTVD method

Рис.2.Обезвоженные методом низкотемпературной вакуумной сушки «рулоны» из измельченных остатков манго и клубники с остаточной влажностью 15-20%

Fig.2.“Rolls” ofcrushed m ango residuesand strawberriesdehydrated by LTVD (low temperature vacuum drying)with a residualmoisture contentof15-20%

Обработку продукта можно выполнять, например высокоэффективным консервантом, обладающим и антисептическими, и пробиотическими свойствами (разработка – Всероссийский научно-исследовательский институт пищевой биотехнологии (ВНИИПБТ) – филиал ФГБУН "Федеральный исследовательский центр питания, биотехнологии и безопасности пищи):

• -    однопроцентный водный раствор спиртового уксуса, содержащий Lactobacillus plantarum В-578/25 и полученный методом ферментации уксуснокислых бактерий;

• -    однопроцентный водный раствор молочной кислоты, содержащий Propionibacterium freudenreichii subsp. shermanii Ас-103/12 и полученный методом ферментации молочнокислых бактерий.

На рисунке 3 представлена диаграмма изменения температуры продукта, на которой можно четко видеть принципиальное различие двух способов вакуумного обезвоживания: ВСС и НВС – в первом случае объект заморожен (BCDE), а во втором – нет (BFE).

Рис.3.Диаграмма равновесного состояния (тройной точки)воды.ВСС и НВС

Экспериментальные исследования по вакуумной сушке проводились на установке фирмы Hetosicc. Подогрев сырья осуществлялся контактным способом от нагревательных полок до температуры 40оС. В качестве теплоносителя внутри полок для подогрева использовалась вода. Температуру измеряли двумя термометрами ТРМ-200 ОВЕН (предел основной допустимой погрешности: ±0,5%), значение вауума – электронным вакуумметром Меродат и дублировали стрелочным вакуумметром ВО11201 (класс точности 0,4). Максимальное значение разряжения составляло 200 Па. Значение начальной и конечной влажности определяли с помощью анализатора влажности AND ML-50 (погрешность содержания влаги 0,1/1%).

Кроме продуктовых изделий из свежих плодов ягод и фруктов, были предложены и рассмотрены, многокомпонентные готовые к употреблению продукты, содержащие термически обработанное или не обработанное белковое сырье животного происхождения в различном сочетании с растительным. Овощи и плоды как продукты питания являются практически единственными поставщиками витаминов, пектиновых волокон и активной клетчатки, минеральных элементов щелочного характера, органических кислот и углеводов. Дефицит этой части рациона – самая распространенная ошибка питания, которая может привести к весьма серьезным отрицательным последствиям.

Экспериментально были установлены для разных видов продукции физические параметры сушки как вакуумной сублимационной, так и модифицированной технологии – вакуумной сушки без замораживания сырья.

Проанализировав проблемы питания космонавтов в условиях космического полёта, рядом авторов отмечены следующие проблемы, с которыми космонавты сталкиваются: продукты должны иметь низкий вес и объём, быть готовы к употреблению и при этом не портится при хранении в кабине корабля, имеющей температуру воздушной среды 20…25°С. Кроме того, во время приема пища не должна быть источником загрязнения воздушной среды мелкими частицами, которые могли бы попадать с вдыхаемым воздухом в дыхательные пути [7,15,16]. Если с первыми тремя проблема

Рис.4.Изменение температуры исследуемого образца по времени

справляются любые виды обезвоживания, то последнее условие не всегда выполнимо при сублимационной сушке.

Чтобы решить эту проблему, лучше всего подходит вакуумная сушка без замораживания сырья – низкотемпературная вакуумная сушка. Поскольку сухой продукт может крошиться и превращаться в мелкую пыль, что категорически невозможно допустить на борту обитаемого космического корабля или станции, то мы предлагаем для космического питания конечное значение влагосо-держания готового продукта доводить до определенного коридора значений в 15-30%. Продукты с такой остаточной влажностью - не крошатся и не разваливаются на мелкие частицы, при этом могут быть многокомпонентными (мясо + овощи + фрукты + ягоды + сыр + и т.п.) – по консистенции, например, как сыровяленая колбаса или сухофрукты.

Экспериментально была подтверждена особенность модифицированной технологии сушки – вакуумной сушки без замораживания сырья: возможность проводить обезвоживание продукта до заданной конечной влажности, т.к. кипение и испарение влаги происходит по всему объему высушиваемого объекта. При сублимации (ВСС) этот же процесс повторить практически невозможна, т.к. объект заморожен, а сублимация льда происходит с его поверхности и прервать этот процесс до полного его испарения - сублимации из средних слоев нельзя.

На рисунке 4 представлен характерный график изменения температур в процессе обезвоживания свежих плодов манго. На данном графике показана разница в продолжительности обезвоживания плодов манго при одинаковом тепло подводе, двумя разными способами вакуумной сушки, черными линиями показаны моменты остановки процесса обезвоживания до заданного значения конечного влагосодержания именно при обезвоживании способом НВС (25, 15 и 5%), чего нельзя сделать при способе ВСС.

В результате исследований составлены сравнительные таблицы содержания полезных веществ и витаминов в исследуемых продуктах, выявлены энергетические преимущества и положительное влияние на структуру продукта низкотемпературной вакуумной сушки. При проведении сравнения качественных показателей готовых пищевых продуктов после обезвоживания было выявлено, что два рассмотренных способа вакуумной сушки сопоставимы между собой и значительно эффективнее, чем конвективное обезвоживание. Поэтому мы решили сравнить новую технологию низкотемпературной вакуумной сушки (без замораживания сырья) сравнить с обычной конвективной сушкой

Рис.5.Содержание сухого вещества в сырье и готовом продукте (фрипсах)плодов киви,высушенном разными видами сушки

Fig.5.Contentofdry substancesin raw materialsand finished product(frips)ofkiwifruitsdried by differenttypesofdrying

Рис.6.Содержание витамина С в сырье и готовом продукте (фрипсах)плодов киви,высушенном разными видами сушки

Fig.6.Contentofvitamin C in raw materialsand finished product(frips)ofkiwifruits,dried by differenttypesofdrying

(сушка горячим воздухом), так как именно при этих видах сушки возможно не доводить продукт до высокой степени обезвоживания.

В процессе сушки удаляется влага и продукт становится более концентрированным, поэтому содержание всех биохимических показателей качества увеличивается естественным образом. Так, в сырых плодах киви содержится 12,9-13,7% сухого вещества. Конвективную и вакуумную сушку без замораживания сырья доводили до содержания сухого вещества на уровне 82,3-86,8% (рис. 5).

При выборе объектов исследований в первую очередь учитывают содержание в исходном сырье витамина С и готовых фрипсах. Полученные экспериментальным путем показатели качества высушенных и свежих продуктов представлены на рисунке 6.

Сравнивая полученные данные, следует отметить, что новая технология сушки – низкотемпературная вакуумная сушка, лучше сохраняет витамин С. Так в фрипсах из желтых плодов киви сорта Голд, высушенных вакуумной сушкой без замораживания сырья, содержание витамина С было выше на 18,6 мг/100 г, чем у фрипсов, высушенных конвективной сушкой. Также и у фрипсов из плодов зеленого киви сорта Хейворд при низкотемпературной вакуумной сушке витамина С было больше на 87,8 мг/100 г, чем при конвективной сушке.

Исходя из экспериментальных данных (рис. 7), установлено, что сахара хорошо сохраняются при обеих видах сушки. Новая технология сушки – низкотемпературная вакуумная сушка имеет тенденцию по лучшему сохранению сахаров в готовом продукте. Так, в фрипсах из желтых плодов киви сорта Голд, высушенных вакуумной сушкой без замораживания сырья, сумма сахаров была выше, чем у фрипсов, высушенных конвективной сушкой, на 1,6%. Также и у фрипсов из плодов зеленого киви сорта Хейворд при вакуумной сушке сумма сахаров была больше на 1,53%, чем при конвективной сушке.

Рис.9.Внешний вид фрипсов плодов киви сорта Голд,полученных вакуумной сушкой (слева)и конвективной сушкой (справа) Fig.9.Appearance offripsofGold variety kiwifruitsobtained by vacuum drying (left)and convective drying (right)

Киви Голд

низкотемпературной вакуумной сушки перед конвективной, поэтому для получения фрипсов рекомендуется использовать именно низкотемпературную вакуумную сушку.

Заключение

На основании проведенных экспериментальных исследований и обработки полученных результатов сделаны следующие выводы:

Вкус                       Консистенция

• ♦ сырье —♦—конвективная сттпка -♦-вакуумная сушка

• 3.    Показатели качества готового сухого продукта, высушенного представленными способами, сопоставимы, содержание витаминов и микроэлементов находится на почти одинаковом уровне,поэтому при выборе вида сушки можно рекомендовать способ НВС, как менее энергетически затратный.

• 4.    По основным биохимическим показателям качества низкотемпературная вакуумная сушка превосходит конвективную при изготовлении фрипсов из растительного сырья.

• 5.    Органолептическая оценка растительного сырья и фрипсов, полученных из плодов киви разными видами сушки, показала, что фрипсы, высушенных низкотемпературной вакуумной сушкой (без замораживания сырья), значительно превосходят фрипсы, высушенные конвективной сушкой по всем показателям.

Рис.10.Профилограмма результатов органолептической оценки плодов киви сорта Голд и Хейворд в качестве сырья и в качестве фрипсов,полученных разными видами сушки

Fig.10.Profilogram ofthe resultsoforganoleptic evaluation ofkiwifruitsofthe Gold and Hayward varietiesasraw m aterialsand asfrips obtained by differenttypesofdrying

Исходя из того, что при сушке содержание сухого вещества в готовом продукте увеличилось в 6,3 раза, следует отметить, что содержание нитратов в полученных фрипсах было невысоким, что свидетельствует о том, что переработка растительного сырья, в том числе и тепловая обработка в виде сушки, уменьшают содержание нитратов (рис. 8). При этом вакуумная сушка меньше разрушала нитраты, как более щадящая.

Органолептическая оценка растительного сырья и фрипсов, полученных из плодов киви разными видами сушки, показала, что фрипсы, высушенные вакуумной сушкой без замораживания сырья, значительно превосходят фрипсы, высушенные конвективной сушкой по всем показателям (рис. 9-10).

Сравнивая органолептические и биохимические показатели качества, следует отметить преимущества

Aboutthe Authors:

Sergey S.Borzov – Junior Researcher,

Laboratory of Refrigeration Systems and

Thermophysical Measurements, ,

Nikolay E.Kaukhcheshvili – Cand. Sci. (Engineering),

Head of the Laboratory of Frozen and Dehydrated Food Products, , SPIN-code: 7195-0990

Elena V. Yanchenko – Cand. Sci. (Agriculture),

Leading Researcher, , SPIN-code: 6301-7782

ISSN 2618-7132 (Online) Овощи России №2 2024      [ 50 ] Vegetable crops of Russia №2 2024 ISSN 2072-9146 (Print)