Применение СВЧ-, ИК-нагрева в технологии получения морковного порошка из выжимок

В современной пищевой промышленности при разработке инновационных технологий все чаще применяются физические методы обработки исходного сырья и пищевой продукции. Данные методы используются, чтобы интенсифицировать процессы теплообмена, улучшить показатели пищевой ценности и безопасности обрабатываемых продуктов. ИК-облучение и нагревание в электромагнитном поле в настоящее время считаются одними из эффективных и перспективных физических методов.

Нагрев сырья и пищевых продуктов традиционно происходит конвекцией за счет свойств теплопроводности. В случае нагрева в электромагнитном поле в отличие от первого способа нет участия среды между объектом нагрева и СВЧ- и ИК-генераторами в процессе переноса теплоты. Перенос теплоты в системе «генератор-среда-объект нагрева» осуществляется электромагнитными колебаниями, при этом тепловая энергия генерируется непосредственно в объектах нагрева.

В инновационных пищевых технологиях СВЧ- нагрев получил широкое применение

на различных стадиях технологического процесса: разогрев, сушка, размораживание, варка, выпечка, обеззараживание, экстрагирование и др. СВЧ-обработка демонстрирует перспективные преимущества по отношению к традиционным технологиям нагрева, а именно, улучшается качество изделий, сокращается временной интервал управления технологическим процессом, экономится энергия и затраты на энергию по причине более высокого коэффициента полезного действия, снижается уровень загрязненности окружающей среды, расходы на содержание оборудования незначительны, гибкость установки более высокая [ 1-4 ] .

Широкое распространение получило такое технологическое решение, как сочетание СВЧ-нагрева с паром, горячим воздухом, вакуумом, инфракрасным нагревом, ультразвуком, которые также выступают в роли энергоносителей [5–8].

Однако анализ литературы показал, что в полной мере не изучены механизмы влияния СВЧ- и ИК-энергии на пищевую ценность сырья и продуктов питания. При этом переработка растительного сырья должна проводиться по технологиям, предусматривающим максимально возможное извлечение из него ценных пищевых веществ, которые содержатся в нем в оптимальных соотношениях и легкоусвояемой форме.

Морковные выжимки являются сопутствующим основному производству сока сырьем, сохранившим высокую пищевую ценность и антиоксидантные свойства. В силу этого целесообразно расширить и дополнить технологическую линию получения сока прямого отжима линией по переработке образующихся выжимок на порошок. Таким образом, из выжимок можно произвести дополнительное количество продукции, вырабатываемой в условиях одного производства [ 9-10 ] .

Результаты и обсуждение

Проведенные на базе учебно-исследовательской лаборатории продуктов функционального назначения Мичуринский ГАУ исследования позволили определить технологические параметры процесса переработки морковных выжимок от производства соков прямого отжима на порошки.

Технологический процесс получения морковного порошка из выжимок осуществляется согласно разработанной структурной схеме (рисунок 1) .

Рисунок 1. Структурная схема получения морковного порошка из выжимок при производстве соков прямого отжима

Figure 1. Structural scheme of carrot powder making from refuse juice of production by direct extraction

Первоначально выжимки подаются на сортировочный конвейер для инспекции по качеству, затем равномерным потоком выжимки поступают в СВЧ-камеру, где подвергаются предварительной термообработке под действием СВЧ-энергии при определенном рациональном режиме, при котором наблюдается максимальное увеличение суммарного содержания антиоксидантов (38,0 мг/100 г или 191,0 мг/100 г.с.в.): мощность – 800 Вт, время – 180 с, удельная работа – 720 Вт/г ·с, температура нагрева выжимок 95 °С. При таком режиме СВЧ-нагрева значение ССА в морковных выжимках по сравнению с контролем увеличивается в 1,65 раза, что может быть обусловлено увеличением концентрации водорастворимых антиоксидантов в свободной форме в результате повышения клеточной проницаемости и эффекта плазмолиза.

После СВЧ-обработки выжимки измельчаются на частицы размером 4–6 мм и далее измельченная масса направляется на сушку при 60–65 °С в ленточной ИК-сушилке, где масса выжимок распределяется слоем толщиной 3 мм и сушится в течение 220 мин.

По окончании процесса сушки высушенные до конечного влагосодержания 7,5–8,0%, выжимки с целью их остывания (t = 20 °С) выгружаются из сушильной установки на лотки, которые устанавливаются на тележку. Операция охлаждения необходима для проведения процесса выравнивания влажности в высушенных выжимках.

Остывшие выжимки фасуются с помощью дозатора, оснащенного магнитоуловителем, либо в вакуумные пакты, либо в крафт-пакеты с влагонепроницаемыми вкладышами и направляются на хранение при следующих условиях: относительная влажность воздуха – не более 75% и температура воздуха – не ниже 0 °С.

Затем, в случае потребности в порошках, проводят растаривание, инспекцию и измельчение сухих выжимок в молотковой дробилке. Морковный порошок просеивают с помощью синтетического сита № 35. Фракцию порошка с частицами не более 200 мкм направляют на фасование с помощью дозатора, оснащенного магнитоуловителем, в вакуумные пакты либо в крафт-пакеты с влагонепроницаемыми вкладышами, которые поступают на хранение при тех же условиях, что и сухие неизмельченные выжимки.

Установлено преимущество применения ИК-сушки выжимок перед традиционным способом конвективной сушки по содержанию антиоксидантов (рисунок 2) .

Рисунок 2. Диаграмма изменения содержания антиоксидантов морковных выжимок от способа сушки: 1 – выжимки после СВЧ-нагрева; 2 – выжимки после ИК-сушки; 3 – выжимки после конвективной сушки

Figure 2. Diagram of changes in the antioxidants content of carrots refuse from the drying method: 1 – refuse after microwave-heating; 2 – refuse after IR-drying; 3 – refuse after convective drying

Содержание антиоксидантов определяли амперометрическим методом на приборе Цвет Яуза 01-АА; бета-каротин – методом колоночной хроматографии И.К. Мурри по ГОСТ 8756.22–80; флавонолы и катехины – колориметрическим методом в модификации Л.И. Ви-городова на фотометре марки КФК-3; антоцианы – по методу Никитского ботанического сада; витамин С – титриметрическим методом по ГОСТ 24556–89.

Отличительной особенностью способа ИК-сушки является высокая сохранность аскорбиновой кислоты. Содержание аскорбиновой кислоты в морковных выжимка снижается по отношению к исходному содержанию в свежих выжимках в результате ИК-сушки и конвективной сушки соответственно на 27,6 и 51,9%. Таким образом, применение ИК-сушки позволяет сократить потери аскорбиновой кислоты в среднем на 24% по сравнению с конвективным способом.

Содержание катехинов и антоцианов в выжимках после ИК-сушки по сравнению с их исходным содержанием в свежих выжимках уменьшается соответственно в 1,4 и 1,5 раза.

Содержание флавонолов в морковных выжимках после ИК-сушки уменьшается в 1,3 раза по сравнению со свежим сырьем. Существенной зависимости количественного содержания флавоноидов в выжимках от способа сушки (ИК-сушка и конвективная сушка) не выявлено.

Снижение содержания полифенолов в результате сушки морковных выжимок может быть обусловлено ферментативными и неферментативными процессами. В результате исследований установлено, что из флавоноидов к наиболее чувствительным к действию повышенных температур относятся антоцианы, а к наиболее устойчивым флавонолы, которые медленнее разрушаются.

В результате ИК-сушки выжимок увеличивается сохранность антиоксидантов в среднем на 12,5% по сравнению с конвективным способом сушки, что может быть обусловлено сокращением времени сушки в среднем в 1,7 раза.

Таким образом, разработанная технология позволяет получить дополнительную продукцию из вторичного сырья сокового производства в виде порошка с повышенной антиоксидантной ценностью.

Безопасность морковного порошка из выжимок производства соков прямого отжима определяли по содержанию токсичных элементов, пестицидов, нитратов, радионуклидов и по микробиологическим показателям (таблица 1) .

Таблица 1.

Показатели безопасности морковного порошка из выжимок

Table 1.

Safety indicators of carrot powder from refuse

Показатели Indiсаtоrs	Методы исследования Methods of testing	Допустимые значения ТР ТС 021/2011, не более Valid Values TR CU 021/201, no more than	Фактическое значение Actual value
Токсичные элементы, мг/кг | Тохiс elements mg/kg
Ртуть | Mercury	ГОСТ 26929 GOST R 51766	0,02	< 0,01
Кадмий | Саdmium	МУК 4.1.986 Workbook 4.1.986	0,03	0,014
Свинец | Lеаd	МУК 4.1.986 Workbook 4.1.986	0,50	0,150
Мышьяк | Аrsеniс	ГОСТ Р 51766 GOST R 51766	0,20	< 0,010
Пестициды, мг/кг | Pesticides, mg/kg
Альфа-ГХЦГ | Alpha-НСН	ГОСТ 30349 GOST 30349	0,5	< 0,001
Бета-ГХЦГ | Beta-НСН		0,5	< 0,001
Гамма-ГХЦГ | Gаmmа – НСН		0,5	< 0,001
ДДД | DDD		0,1	< 0,007
ДДТ | DDT		0,1	< 0,007
ДДЭ | DDE		0,1	< 0,007
Нитраты, мг/кг | Nitrates, mg/kg	МУ 5048 Workbook 5048	400	235
Радионуклиды, Бк/кг| Radionuclides, Bq/kg
Цезий-137 | Cesium-137	ГОСТ 32161 GOST 32161	80,0	< 3,0
Стронций-90 | Strontium-90	ГОСТ 32163 GOST 32163	40,0	< 1,2
КМАФАнМ, КОЕ/г (см3) | QМАFАnМ, CFU / g (сm3)	ГОСТ 10444.15 GОSТ10444.15	< 50000	200
БГКП, в 0,1 г (см3) | E. coli bacteria, in 0.1 g (сm3)	ГОСТ 31747 GОSТ31747	0,1	Не обнаружены в 0,1 г (см3) not detected in 0.1 g (сm3)
Патогенные, в т. ч. сальмонеллы, в 25 г.(см3) | Pathogens, incl. Salmonella, in 25 g (сm3)	ГОСТ 31659 GOST 31659	25	Не обнаружены в 25 г.(см3) not detected in 25 г.(сm3)
Плесени, КОЕ/г (см3) | Mold, CFU / g (сm3)	ГОСТ 10444.12 GОSТ10444.12	< 100	< 1
Дрожжи, КОЕ/г (см3) |Yeast, CFU/g (сm3)		< 500	< 1

Результаты испытаний показали, что морковный порошок, полученный по новой технологии с использованиеv СВЧ-, ИК-нагрева, соответствует требованиям ТР ТС 021/2011, что свидетельствует об его безопасности при использовании в производстве продуктов питания различного назначения.

Заключение

По данным исследований можно сделать вывод о том, что использование предварительной термической обработки морковных выжимок