Перспективы совершенствования технологий переработки яблочного сырья

При этом реализуемые технологии их переработки имеют недостаточно высокую степень утилизации вторичных отходов, являющихся дополнительным пищевым ценным сырьем для получения других готовых продуктов. Из всего объема ежегодно образующихся отходов плодов до 70% используется на корм сельскохозяйственным животным и птице в свежем и переработанном виде. Часть яблочных отходов перерабатывается на пектин на специальных производствах

Используемые способы и оборудование технологических линий для переработки плодов, производства сушеных изделий отличаются низкой тепловой эффективностью и степенью использования потенциала теплоносителя, высокими удельными энергетическими затратами на единицу высушенного продукта, значительной продолжительностью процесса и не предусматривают энергоэффективную переработку растительного сырья с наиболее полной рекуперацией отходов [4–7].

На основе изучения объекта исследования и различных аппаратурно – технологических схем переработки яблок отмечено, что вторичное сырье обладает высокой энергетической и биологической активностью, поддается ферментативной и микробиологической биоконверсии и различным видам переработки [2, 3].

Яблоки содержат ценные для питания человека вещества: сахара, белки, жиры, органические кислоты, минеральные соли, пектиновые, дубильные, ароматические и другие вещества, витамины и ферменты. Яблоки имеют значительное содержание воды (в зависимости от сорта80..87,5%). Продукт практически лишен жиров, однако имеет в своем составе углеводы, содержание которых составляет в среднем 11,8%. При этом моно- и дисахариды – около 9%. Сахара, содержащиеся в плодах, состоят преимущественно из моносахаридов – фруктозы и глюкозы. Они очень хорошо усваиваются, не оказывают вредного влияния.

Состав зеленого яблока отличается от состава красных и желтых. В красных и желтых больше сахара и меньше яблочной кислоты. В желтых меньше, чем в красных и зеленых железа, но больше пектина. В красных яблоках содержится бета-каротин.

Отходы при переработке яблок отличаются высокой пищевой и кормовой ценностью, обладают полезными микро- и макроэлементами [1, 2]. По химическому составу вторичное яблочное сырье мало отличаются от основного продукта.

Ключевым вопросом комплексной переработки яблочного сырья является отсутствие эффективных машинно-аппаратурных схем использования ценных пищевых отходов.

Цель работы – разработка ресурсосберегающей аппаратурно – технологической схемы линии сушеных яблок и яблочных чипсов с определением наиболее эффективных направлений совершенствования технологий переработки отходов яблочного сырья.

Материалы и методы

В качестве объекта исследования использовали яблоки сорта «Антоновка», «Синап» и «Богатырь» в виде пластин с овальным поперечным сечением и размерами 1,0 ×2,0 ×10,0 мм, которые предварительно очищали от остатков оболочки и отсортировывали с целью выравнивания гранулометрического состава и обеспечения однородности структуры продукта.

Цель работы достигается использованием переменных режимов СВЧ – конвективной сушки яблок на основе определения рациональных технологических режимов теплового воздействия в соответствии с кинетическими закономерностями влагопереноса.

Достижение цели обеспечивается результатами исследований процессов влагопоглощения и влагоудаления с использованием осциллирующей обработки сырья в виде сыпучего продукта при активных гидродинамических режимах слоя в установках непрерывного действия рециркуляционного типа.

Решение поставленных задач основывается на анализе экспериментальных кинетических закономерностей сушки яблок и их вторичного сырья, а также тепловой и эксергетической эффективности исследованных влаготепловых процессов переработки яблок и созданной ресурсосберегающей технологической схемы для производства сушеной продукции [3, 7].

Для определения влагосодержания яблочного сырья использован метод высушивания до постоянной массы в соответствии с требованиями ГОСТ 15113.4–77 «Концентраты пищевые. Методы определения влаги».

Процесс сушки яблочного сырья исследовали в следующих диапазонах изменения технологических параметров: температура теплоносителя – (417…424) К; удельная нагрузка сырья (пластин яблок) на газораспределительную решетку – (12…70) кг/м2; скорость потока сушильного агента – (0,8…6,3) м/с; частота пульсаций потока теплоносителя – (0…2) Гц; мощность СВЧ-излучения магнетрона – (160…800) Вт.

Исследование закономерностей теплового воздействия на яблоки осуществляли методом неизотермического анализа на комплексном термоанализаторе TGA-DSC фирмы Mettler-ToledoSTAR ^е в атмосфере воздуха с постоянной скоростью нагрева 3 К/мин до 423 К.

Результаты и обсуждение

В процессе теплового воздействия в яблоках происходят значительные физико-химические изменения, в результате которых высвобождается вода, определяющая характер происходящих преобразований веществ [3]. За счет испарения влаги и разложения сахаров, клетчатки и других органических соединений масса продукта снижается, что приводит к изменениям энергии активации, показателя реакции, температурного коэффициента скорости дегид-ратациии предэкспоненциального множителя.

При этом происходит уменьшение прочности структуры вследствие частичного гидролиза клетчатки, целлюлозы и других сложных углеводов, из которых состоят стенки клеток и межклеточные перегородки [2, 3].

Для всех исследуемых сортов яблок на кривой DTA в интервале температур 366–376 К отмечается эндотермический эффект, характеризуемый отрывом молекул воды и испарением более связанной влаги, что также сопровождается изменением массы на кривой TGA и эффектом на кривой DTG, характеризующим скорость данного процесса. При повышении температуры до 473–493 К отмечается значительная деструкция веществ, снижения массы образца и появление дополнительного эндотермического эффекта на кривой DTA.

В качестве основного производства при переработке яблок рассматриваетсяполучение сушеных изделий и их полуфабрикатов, а также яблочных чипсов.

Скомпонована линия основного производства для переработки плодов и получения сушеных яблок, яблочных чипсов и яблочных полуфабрикатов. Разработанная ресурсосберегающая технологическая схема линии показана на примере производства сушеных яблок и яблочных чипсов (рисунок 1).

Рисунок 1. Ресурсосберегающая технологическая схема линии для производства сушеных яблоки яблочных чипсов

Figure1. Resource-saving process technological scheme of the line for dried apples and apple chips manufacturing

Технологическая линия производства сушеных яблок и яблочных чипсов включает моечную машину, инспекционный транспортер, калиброватель, машину для удаления семенного гнезда и устройство резки плодови овощей на пластины, сульфитатор, сушилку и расфасовочноупаковочный автомат.

Данная линия предусматривает предварительную очистку пищевого растительного сырья от остатков оболочки и сортирование с целью выравнивания гранулометрического состава и обеспечения однородности структуры готового продукта.

В линии предусмотрен комплекс оборудования из барабанной машины с моечным блоком и многофункциональной установки с дроблением сырья и отделением семечек с учетом типа сырья. При этом линия содержит комбинированный тороидальный аппарат для влаготепловой обработки непрерывного действия, разделенный на секции подогрева сырья, конвективной сушки, предварительной гидротермической обработки, которая расположена между секциями СВЧ-сушки, и секцию охлаждения высушенного продукта, предназначенную для доведения продукта до конечной готовности. Использованы рециркуляционный контур, подогрев исходного сырья, отработанные после сушки пар и конденсат в замкнутом контуре для создания энергосберегающей технологии производства готового продукта.

Конвективная сушка плодов и овощей на начальной стадии влагоудаления обеспечивается перегретым паром контура рециркуляции, пронизывающим восходящим потоком слой дисперсного материала.

Последующие стадии многоступенчатой сушки осуществлялись с использованием СВЧ-энергии. При этом мощность на завершающем этапе сушки, например, яблок, составляла до 30% начальной, подводимой в контрольную поверхность сушки, при сохранении высокого качества продукта

Линия производства сушеных яблок и чипсов является модульного типа в виде отдельных блоков и перенастраивается в зависимости от вида получаемых сушеных яблок или яблочных чипсов на основе разработанных ресурсосберегающей схемы и комбинированной конвективно-СВЧ сушки сырья.

Линия предусматривает процессы влаготепловой обработки растительного сырья с использованием комбинированных энергоподвода, конвективно-СВЧ сушки сырья и переменного влаготеплового воздействия, реализующих осциллированную обработку плодов в установке рециркуляционного типа. При этом достигает-сяобеспечение готовых сушеных изделий высокой пищевой ценности при сокращении энергозатрат и потерь сырья [8–20].

Продолжительность получения сушеных яблок составляет около 80–90 мин(для аналогичной продукции известные способы имеют продолжительность сушки 3,5–4,5 часа в зависимости от влагосодержания готового продукта) [3].

Отличительной особенностью предложенной ресурсосберегающей схемы линии производства яблочных чипсов является использование в качестве теплоносителя отработанного перегретого пара рециркуляционного контура конвективной сушки вместе с испаренной влагой для процессов бланширования и конвективной сушки, подогрева исходного сырья, водного раствора и ступенчатого нагрева осушенного теплоносителя в секционных теплообменниках, а также применения СВЧ-энергии в соответствии с кинетическими закономерностями влаготепловой обработки.

Сложность использования, утилизации и переработки вторичного плодоовощного сырья обусловлена тем, что все виды плодовых отходов в виде кожицы, сердцевины и неполноценного сырья необходимо перерабатывать немедленно, поскольку подвергаются микробиологической порче.

Лимитирующим фактором при переработке вторичного яблочного сырья является большая массовая доля воды в отходах, что повышает стоимость транспортировки, ограничивает количество этих отходов в рационах и не способствует длительному хранению продукта.

Самым простым использованием этих отходов является их непосредственное скармливание животным в качестве добавки к сухим кормам. Однако данное направление не отличается высокой экономической эффективностью и использованием потенциала пищевой и функциональной ценности вторичного яблочного сырья.

Данные отходы пищевых производств в виде пектиносодержащего сырья представляют собой легко возобновляемый дешевый и доступный источник сырья для новых высококачественных и питательных кормов. После соответствующей обработки они могут приобре-татькормовые свойствав 1,5–3 раза превосходящие фуражное зерно хорошего качества.

Основным результатом эффективного комплексного подхода к переработке яблок является выработка основного продукта в виде сушеных яблок и чипсов с предполагаемым дополнительным производством изделий из вторичного яблочного сырья.

В качестве использования дополнительного производства, связанного с переработкой вторичного пищевого сырья основного производства, предусматривается: выпуск натуральных яблочного порошка; пектина для производства мармелада, желе, лекарств; получение заменителей чая и кофе для хлебопекарной, кондитерской, пищеконцентратной и других отраслей; загустителей для выпуска соусов, а также полнорационных комбикормовых добавок с высокий пищевой цен- ностью и длительным сроком хранения для сельского хозяйства [1–3].

Основные направления переработки яблок и использования вторичного яблочного сырья показаны на рисунке 2.

Плоды Fruit __—Е___

Гоптовые изделия основного производства Finished goods main production

Отходы Waste

Соки; Пюре (сухие и жидкие); Пектин; Консервы (джемы. соления и т.д.); Яблочные чипсы; Порошки для фармацевтической, кондитерской, .хлебопекарной, пшцеконцентратной и других отраслей промы тленности

Juices; Puree (dry and liquid); Pectin; cannedfood (jams, pickles, etc.); Apple chips; Powders for pharmaceutical, confectionery, bakery, food concentrate and other industries industry

Кожура;

Центральные части и семена плода;

Некондиционные плоды

В качестве кормовых добавок в свежем и перераюотанном виде

As fodder additives in fresh and redrafted form

Peel;

central parts and fruit seeds;

Substandard fruit

Производство пектина Production pectin

Яблочный порошок Apple powder

Заменители чая и кофе Tea substitutes and coj^ee

Кормовые полнорационные добавки Feed full-time additives

Утилизация Disposal

Рисунок 2. Основные направления переработки яблок и вторичного яблочного сырья

Figure 2. The main directions of apples and secondary apple raw materials processing

Выполненные исследования процесса сушки на основе предложенного комбинированного способа показали перспективность комбинированной конвективно–СВЧ–сушки сырья при сокращении продолжительности процесса, повышении теплового и эксергетического КПД отдельных стадий и линии производства сушеных яблок и яблочных чипсов.

Заключение

На основании проведенных экспериментальных исследований влаготепловой обработки яблочного сырья с использованием комбинированных способов влаготеплового воздействия с периодическим тепло- и влагоподводом, а также полученных теоретических данных была разработана ресурсосберегающая схема линии производства сушеных изделий.

Предлагается использование дополнительного производства, связанного с переработкой вторичного яблочного сырья основного производства, с получением яблочного порошка, заменителей чая и кофе для хлебопекарной, кондитерской, пищеконцентратной и других отраслей, пектина для производства мармелада, желе, лекарств, загустителей для выпуска соусов, а также обогащенных полнорационных комбикормовых добавок с высокийкормовой ценностью и длительным сроком хранения для сельского хозяйства.