Влияние ультразвукового способа сушки на качество макаронных изделий с печенью

Важнейшим фактором  профилактики и поддержания здоровья человека, особенно в экстремальных условиях Заполярья, является сбалансированное по белкам, жирам, углеводам и микронутриентам питание [7]. Не меньшее внимание должно быть также уделено расширению ассортимента продуктов и легкости их приготовления. Нами предложена новая линейка макаронных изделий, блюда из которых особенно будут востребованы в районах Крайнего Севера и Арктической зоне Российской Федерации. Особенностью таких продуктов является добавка в них (при замесе макаронного теста) печени говяжьей в количестве до 30%, что существенно обогащает приготовленное блюдо по пищевой ценности и нутриентами, Для цитирования

особенно витамином А [2, 3, 9]. Печень говяжья относится к субпродуктам первой категории, которая в пищевом отношении более ценная не только из-за содержания полноценных белков, жиров и углеводов, но и по содержанию огромного количества жизненно важных для организма витаминов А, В6, В12, С, Е и минеральных веществ. Расчеты по разработанной нами программе для ЭВМ, по определению калорийности и содержанию нутриентов в макаронных изделиях с добавками показали, что макаронные изделия с обогатительной добавкой (печенью говяжьей в виде тонкоиз-мельчённого фарша, частицами размером не более 325 мкм) в соотношении 70% муки пшеничной высшего сорта и 30% печени говяжьей, существенно дополняются микронутриентами, в соответствии с таблицей 1 [11].

Таблица 1

Расчетные данные пищевой ценности макаронных изделий с печенью говяжьей при влажности 11%

Table 1

Estimates of the nutritional value of pasta with beef liver with a moisture content of 11%

Вещество Substance	Пищевая ценность макаронных изделий Nutrition facts of pasta
	из муки пшеничной высшего сорта с 30% печени говяжьей prime grade wheat flour with 30% beef liver	Из муки пшеничной высшего сорта prime grade wheat flour
Вода, г water	11	13
Белок, г protein	12,93	10,8
Жир, г fat	2,02	1,3
Насыщенные жирные кислоты, г saturated fatty acids	0,53	0,2
Калий, мг potassium	168,5	122
Углеводы, г carbohydrates	52,3	71,5
Фосфор, мг phosphorus	154,4	86
Аскорбиновая кислота мг ascorbic acid	9,9	0
Ретинол (витамин А), мг retinol	2,46	0
Каротин мкг carotene	0,3	0
Витамин Е vitamin E	3	0
Витамин В12, мг vitаmin В12	18	0
Ниацин, мг niacin	3,54	1,2
Энергетическая ценность, Ккал energy value	271	334

Обзор литературных источников показывает, что прессование, а тем более сушка макаронных изделий с обогатительной добавкой в количестве до 15%, вызывает повышенные трудности и предъявляет специфические требования к оборудованию [2, 6, 10, 12]. Авторами экспериментально подтверждена работоспособность запатентованных технических решений в модернизированных макаронном прессе и пароконвекто-мате с применением ультразвуковых генераторов [4, 8]. Ультразвук, наложенный на фильеры прессующей матрицы при амплитуде около 20– 30 мкм, качественно изменяет структуру макаронного теста с добавлением в него даже более 30% мясных добавок и уплотняет его на 15–17%. При этом происходит выдавливание кавитационными пузырьками воздуха несвязанной влаги на поверхность отформованного изделия, которая смазывает фильеры и исключает налипание теста. При этом в тонком пограничном слое, величина которого намного меньше толщины стенки макаронного изделия, с частотой 20000 Гц, периодически происходит деформация теста. В результате таких явлений как переход в высокопластичное состояние, разрушение надмолекулярной структуры и местное повышение температуры, меняются адгезионно-фрикционные свойства выпрессовываемого теста, вызывающие существенное снижение трения. При напорном течении это приводит к резкому увеличению объемного расхода. При этом производительность макаронного пресса возрастает на 20–25%, а затраты электроэнергии сокращаются [9]. Мелко измельченная печень говяжья в макаронном тесте дополнительно диспергируется и под действием механических высокочастотных колебаний распределяется между набухшей клейковиной и крахмалом, что наряду с предложенным ультразвуковым способом сушки повышает прочность готовых макаронных изделий с печенью на 19–22% [9]. Высокая пластичность теста позволила прессовать макаронные изделия с толщиной стенки 0,6–0,7 мм.

• 1.1    Объекты и методы исследования

При проведении эксперимента использовали конвективный способ сушки макаронных изделий при высокотемпературном режиме и повышенной влажности воздуха: температура 95 °С и влажность 95% первые 2 минуты, затем 60 °С и влажность 70% до достижения макаронными изделиями влажности 11%. Интенсивность ультразвука 140 дБ. Затем проводили стабилизацию при температуре воздуха лаборатории около 27 °С и влажности 60% в течение не менее 4 часов.

Макаронное тесто влажностью 30% замешивали в лабораторной тестомесильной машине «KENWOOD» в течение 240 секунд, затем его подавали вручную в шнековую камеру макаронного пресса с встроенным ультразвуковым излучателем. Матрица под действием ультразвука вибрировала с частотой 20000 Гц и амплитудой 30 мкм, что дополнительно уплотняло структуру макаронных изделий с обогатительной добавкой.

Полученные сырые макаронные изделия с блестящей поверхностью диаметром 6 мм и длиной 180 мм, являлись объектом сушки.

В качестве сушильного аппарата использовали модернизированный пароконвектомат Аngеlо-Ро. Несмотря на повышенную стоимость теплового аппарата, такое решение пока оправдано повышением точности эксперимента и удобством автоматизации управления технологическим режимом по разработанной компьютерной программе (скорость воздуха, интенсивность ультразвука, время сушки при ступенчатом изменении влажности и температуры). При большом количестве опытов в разных режимах сушки снижается риск внесения ошибок человеческого фактора, облегчается регистрация данных и их обработка. С этих позиций были подобраны и специально изготовлены в лаборатории «Акустические процессы и аппараты» Бийского технологического института ультразвуковые генераторы и пьезоэлектрические излучатели повышенной точности и необходимой мощности. Определенную трудность представляла установка излучателя ультразвука в стеклянной двери пароконвектомата, так как закаленное стекло разрушается под воздействием вибрации. Для сохранения целостности стекла нами было предложено техническое решение, направленное на фиксацию концентратора излучателя в стеклянной двери пароконвектомата. С этой целью в каркас двери была вварена пластина из нержавеющей стали с технологическим отверстием по диаметру концентратора излучателя. В стекле также вырезано отверстие с несколько большим чем диаметром. На рисунке 1 представлена модернизация пароконвектомата.

Замер максимальной интенсивности ультразвука в разных точках объема сушильной камеры при установленных 6 сетчатых поддонах показал, что она колеблется от 150 до 135 дБ.

Рисунок 1. Модернизация пароконвектомата типа Аngеlо-Ро: 1 – панель управления; 2 –.провод питания ультразукового излучателя; 3 – пластина-держатель; 4 – стекло двери; 5 – ультразуковой излучатель

Figure 1. Upgrading of steamconvectmat Angelo-po type: 1 – control panel; 2 – power ultrasonic transducer; 3 – plate-holder; 4 – glass doors; 5 – ultrasonic transducer

Исследования говорят о существенном повышении коэффициента теплоотдачи от сушильного воздуха к обдуваемым изделиям. Это связано с утончением на порядок ламинарного слоя воздуха у поверхности и, как следствие, снижением термического сопротивления [13]. Вибрации ультразвука усиливают процессы массооб-мена и более равномерно распределяют влагу в толще макаронного изделия, снижая деформационные напряжения при сушке. Внесение в макаронное тесто печени говяжьей увеличивает содержание водо- и солерастворимых фракций белка в тесте и снижает долю адсорбционно-связанной влаги. Это может усиливать скорость сушки на 10%.

Ультразвук также в несколько раз может кратковременно снижать сцепление между частицами муки и мясных продуктов, производить более плотную укладку, что особенно заметно при интенсивных режимах сушки в виде исключения массового растрескивания и потери формы изделий. Явление снятия возникающих напряжений особенно заметно на конечной стадии сушки при влажности 13–11%. Причем, при достижении конечной влажности сушки и отключении нагрева циркулирующего воздуха необходимо выдержать еще 2–3 минуты в поле ультразвука, для снижения градиента влажности и касательных напряжений в изделиях (релаксации), что уменьшает время стабилизации изделий до 3–4 часов. Во время стабилизации изделия охлаждали при температуре воздуха помещения (26–27 °С).

• 1.2    Результаты и обсуждение.

Динамика снижения влажности исследованных макаронных изделий при разных режимах сушки представлена таблице 2.

Таблица 2

Изменение влажности макаронных изделий с 30% печени говяжьей в процессе сушки, %

Table 2

Changing of humidity pasta with 30% beef liver during drying,%

Продолжительность сушки, мин. drying time, min.	0	10	20	30	40	50	60	70	80
без ультразвука without ultrasound	30	28	26	24	20	17	15	13	12
с ультразвуком интенсивностью 140 дБ и температуре 60 °С with ultrasound to 140 dВ and a temperature of 60° C	30	27	25	20	16	14	12	11 ,5	11
с ультразвуком интенсивностью 140дБ и температуре 95 °С 2 мин., затем 60 °С до конца сушки в аппарате with ultrasound to 140 dВ and temperature of 95° C 2 min., then 60° C until the end of the drying in the machine	30	24	17	13	11 ,5	11	11	11	11

Полученные экспериментальные данные позволяют определить текущую влажность макаронных изделий с печенью говяжьей в процессе сушки при постоянной скорости обдува 1 м/с.

Несмотря на повышенную влажность воздуха, высокая температура при наложенном поле ультразвука значительно сократили время процесса обезвоживания и снизили вероятность растрескивания изделий. При этом существенно ускорилась тепловая денатурация белка и частичная клейстеризация крахмала. Денатурация белков снижает энергию связи воды с белками теста и печени, легко отделяя воду. Эти процессы и ультразвук ускоряют упрочнение структуры макаронных изделий с печенью говяжьей. Нами доказано, что макаронные изделия, обработанные ультразвуком, на 19–22% более прочные. Большие изменения произошли в технологических характеристиках готовых изделий. Так как печень говяжья имеет кислотность рН = 6,4–6,6, это влияет на повышение рН готовых макаронных изделий до 4,7. Но на вкусе отварных макаронных изделий с печенью говяжьей это отразилось в лучшую сторону. Кроме того появился ярко выраженный приятный аромат и новый глубокий вкус отварной печени, которые не изменились и после 6 месяцев хранения в бумажной таре при комнатной температуре. Цвет макаронных изделий – светло-кофейный, соответствующий таким изделиям из пшеничной муки и прошедшей фактически термическую обработку свежей говяжьей печени. На обесцвечивание готовых изделий сильно влияет обработка их мощным ультразвуком при проведении технологического процесса прессования и сушки в поле ультразвука. Высокотемпературный режим сушки придает изделиям заметные белые оттенки и глянцевую поверхность. В отдельных готовых изделиях через 4–5 часов после сушки появились трещины (0,4%), что на порядок меньше, чем при сушке без ультразвука.

Потребительская ценность макаронных изделий с печенью говяжьей оценивалась также их варочными свойствами: время варки, прирост массы готовых изделий, потери в варочную воду, увеличение объема макарон в конце варки, слипаемость. Все эти показатели определялись по стандартным методикам [5]. Изготовленные макаронные изделия с печенью говяжьей сравнивались с полученными по этой же технологии из муки пшеничной высшего сорта без добавки. Сушка в ультразвуке и высокое количество животного белка повлияло на снижение количества сухих веществ, переходящих в варочную воду до 4,1%, время варки возросло на 12–15% при полном отсутствии слипания изделий. Коэффициент увеличения объема несколько уменьшился с 3,24 для макаронных изделий без добавок до 3,12, но находится в допустимом пределе, а увеличение массы макаронных изделий с печенью говяжьей при варке незначительно снизилось (выход 155%). Варочная вода практически прозрачная. Оценочный балл 96–97.

Выводы

Экспериментально обоснованы новые макаронные изделия с печенью говяжьей, позволяющие расширить ассортимент продовольствия для поставок в районы Заполярья. При этом предложена технология и уникальное оборудование для прессования и сушки макаронных изделий с обогатительными добавками в количестве более 15%, что ранее вызывало повышенные трудности. В предложенной нами технологии перераспределение влаги от более влажных внутренних слоев к наружным (явление влагопроводности) происходит не только за счет разной влажности этих слоев, но и за счет звукокапиллярного эффекта. Ультразвук существенно увеличивает скорость влагопро-водности к поверхности. Выявлена и подтверждена характерная особенность сушки макаронных изделий в ультразвуке – возможность