Розробка технології сливового та чорносмородинового соків з використанням методу центрифугування

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОДЕСЬКА ДЕРЖАВНА АКАДЕМІЯ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

Актуальність теми. Серед консервованої фруктово-ягідної продукції соки займають провідне місце. Це повязано з рентабельністю виробництва та їх високими споживчими властивостями. Асортимент соків, які виробляються консервними підприємствами України, обмежений, що обумовлено, перш за все, відсутністю належної технології, яка б враховувала хімічні та біохімічні властивості сировини.

Класичні способи отримання соків із яблук, винограду неефективні для сировини, яка важко віддає сік, насамперед, із-за низьких виходів соку, трудоємкості процесу. Для важкопресуємої сировини найбільш ефективні методи, основані на вилученні соку з використанням центрифуг-декантерів.

Визначальним процесом при вилученні соку на декантерах є особлива попередня обробка сировини, яка полягає в руйнуванні соковмісних частин клітини. Традиційно це досягається механо-термо-ферментативною обробкою пектолітичними ферментами мікробного походження. Використання пектолітичних ферментів для руйнування подрібненої маси сировини призводить до вилучення із соку одного із цінних його компонентів - пектинових речовин.

Особливий інтерес представляє можливість збільшення соковіддачі сировини за допомогою комплексу мацеруючих ферментів солоду зерна, які володіють ксиланазною, арабіназною, галактазною та іншими активностями, завдяки чому розщеплюють глікозидні зв'язки між полігалактуроновою кислотою (пектином) і непектиновими полісахаридами. Мацеруючий комплекс пророслого зерна сприяє руйнуванню водорозчинних геміцелюлоз клітинних стінок, унаслідок чого відбувається вивільнення пектинових речовин і клітинного соку, що дозволяє застосовувати центрифуги-декантери при виробництві соків.

При виробництві соків, стійких до розшарування нектарів, доведені переваги способів, що передбачають сильний механічний вплив (додавання твердих часток і розгін суміші до 2,0-50 м/с, дезинтегрування). Встановлено, що обробка у вихровому шарі феромагнітних частинок перевищує ефекти, викликані диспергуванням їх у традиційних апаратах, але вплив на соковіддачу сировини такої обробки ще не визначений.

Пошук нових ефективних технологій виробництва соків без м'якоті із сировини, що погано віддає сік, і збереження при цьому їх натуральних властивостей залишається актуальною проблемою.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконувалася протягом 1996-1999 років відповідно до тематичних планів науково-дослідних робіт Полтавського кооперативного інституту, спрямованих на вдосконалення технологій виробництва, розширення асортименту, підвищення якості продукції та плану бюджетної роботи № 090/96 “Розробка технологій, проектування і організація цехів малої потужності по переробці сільськогосподарської сировини”, а також у межах пріоритетного напрямку наукових досліджень “Виробництво, переробка та збереження сільськогосподарської продукції”, затвердженого постановою Верховної Ради України №2105-ХІІ від 16 жовтня 1992 року. Участь автора полягає в розробці технології сливового та чорносмородинового соків із використанням методу центрифугування.

Мета і задачі дослідження. Наукове обґрунтування та розробка технології виробництва сливового і чорносмородинового соку без м'якоті з використанням центрифуг - мета досліджень. Згідно з метою, в роботі були поставлені такі основні завдання:

Ї розробити способи попередньої обробки сировини, яка важко віддає сік, з використанням методу центрифугування для вилучення соку;

на основі регресійного аналізу дослідити ступінь впливу режимів центрифугування подрібненої мезги на вихід готового продукту;

розробити режими процесу ферментації сливової та чорносмородинової мезги солодовими ферментами ячменю та вівса;

-- визначити фізико-хімічну і органолептичну характеристику соків, отриманих з використанням ферментів солоду;

-- визначити вплив обертаючого магнітного поля та вихрового шару феромагнітних частинок на вихід соку;

розробити режими обробки мезги обертаючим магнітним полем та вихровим шаром феромагнітних частинок;

розробити технології пектиновмісних продуктів на основі комплексної переробки сировини.

Наукова новизна одержаних результатів. Науково обгрунтована можливість збільшення виходу соку із сировини, яка важко віддає сік. Підтверджена ефективність використання методу центрифугування для вилучення соку із мезги, яка пройшла попередню обробку комплексом цитолітичних ферментів ячмінного та вівсяного солоду.

Теоретично обгрунтовано та експериментально підтверджено ефективність використання ферментів солоду вівса та ячменю для підвищення соковіддачі слив і чорної смородини. Наукова новизна технічних рішень підтверджена позитивними рішеннями на винаходи № 98105404 “Спосіб попередньої обробки слив ферментами рослинного походження при виробництві соку” від 18.10.1999 р., № 2000031654 “Спосіб попередньої обробки чорної смородини при виробництві неосвітленого соку” від 11.05.2000 р.

Вперше розроблена технологія виробництва сливового та чорносмородинового соків з використанням комплексу ферментів ячмінного та вівсяного солоду. Комплексно досліджені хімічні, фізичні, органолептичні показники якості соків при їх виробництві та зберіганні.

Встановлено зв'язок між способом попередньої обробки - подрібненням сировини та вилученням соку методом центрифугування. На основі регресійного аналізу визначена ступінь впливу режимів центрифугування подрібненої мезги на вихід готового продукту. Розроблена модель прогнозування виходу соків.

Використання солодових ферментів вівса, ячменю дозволяє отримати соки зі збільшеним вмістом пектинових речовин, цукрів та біологічно активних речовин. Розроблено маловідходні технології та рецептури виробництва желе, джемів, повидла, фруктових морсів на основі отриманих соків. Запропонована технологія соку з сушених слив із застосуванням центрифуг.

Вперше вивчено вплив обертаючого магнітного поля і вихрового шару феромагнітних частинок на збільшення соковіддачі слив та чорної смородини. Розроблені режими попередньої обробки слив та чорної смородини у вихровому шарі феромагнітних частинок.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблена технологія отримання соків з використанням методу центрифугування та попередньою обробкою ферментами солоду дозволила збільшити вихід та підвищити якість соків сливового та чорносмородинового за рахунок збагачення їх біологічно активними речовинами солоду.

Практична цінність розробленої технології виробництва соків без м'якоті підтверджена виробничіми випробуваннями на консервних заводах Кам'янсько-Дніпровська та радгоспі “Кошманівка” Машівського району Полтавської області. Попередня ферментація мезги комплексом ферментів солоду дозволяє застосовувати центрифуги-декантери при виробництві соків без м'якоті.

Викорстання комплексу ферментів солоду дозволяє отримати сік із важкопресуємої сировини з різними технологічними властивостями, що відкриває можливість розширення асортименту пектиновмісної продукції. Соки, отримані за розробленою технологією, використовувалися на підприємствах громадського харчування в м.Полтава і Полтавській області для виготовлення желе та напоїв типу морсу.

На підставі нової технології одержання соків розроблені ТУ У 01597997.001-98 “Сік сливовий” і ТУ У 01597997.004-98 “Сік із чорної смородини”, технологічні інструкції виготовлення соків із слив і чорної смородини. Представлена характеристика готового продукту за фізико-хімічними і біохімічними показниками. Розроблена схема комплексної переробки сировини з використанням відходів сокового виробництва.

Особистий внесок здобувача. Складається у теоретичному обгрунтуванні завдань досліджень, безпосередньому плануванні, організації та проведенні аналітичних та експериментальних досліджень, узагальненні отриманих результатів, формулюванні висновків і підготовці матеріалів до публікації; розробці нормативної документації, впровадженні нових технологій у виробництво, підготовці заявок на винаходи, а також в обгрунтуванні і публікації отриманих результатів; у роботах, що виконані у співавторстві, здобувачеві належить участь у експериментальній роботі та аналізі їх даних.

Апробація результатів роботи. Основні результати досліджень були повідомлені на конференціях ПКІ “Екологічні проблеми регіону: суть і шляхи вирішення” (Полтава, квітень 1997р.), “Підприємства і цехи малої потужності для переробки сільськогосподарської сировини: ефективність і особливості організації” (Полтава, листопад 1997р.), “Наукова конференція за результатами досліджень професорсько-викладацького складу, аспірантів та студентів за 1996-1998 р.р.” (Полтава, травень 1999р.), на міжнародній конференції ОДАХТ присвяченій пам'яті академіка Б.Л.Флауменбаума (Одеса, вересень 1997р.).

Публікації. За результатами досліджень опубліковано вісім друкованих робіт, у тому числі сім статтей в наукових виданнях та одні тези доповідей у матеріалах науково-практичної конференції, а також технічні умови і технологічні інструкції.

Структура та обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, 5 розділів, висновків, списку використаних джерел, який містить 184 найменування, у тому числі 33 іноземних, а також 11 додатків (77 сторінок). Матеріал дисертації викладено на 224 сторінках машинописного тексту, містить 42 таблиці (18,5 сторінок) та 25 рисунків (13,5 сторінок).

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

сік слива смородина центрифуга

У вступі обгрунтовано актуальність обраного напрямку досліджень, сформульовано мету і задачі досліджень, показано наукову новизну та практичне значення одержаних результатів.

У першому розділі , присвяченому проблемам виробництва соків (за оглядом літератури), розглянуто питання забезпечення сировинної бази Полтавської області сливами і чорною смородиною та обсяг їх переробки на обласних підприємствах. Наведено аналітичний огляд вітчизняної та закордонної літератури стосовно сучасних тенденцій розвитку технології виробництва соків. Показано доцільність розробки технології соків з використанням центрифуг для його вилучення з мезги. Проаналізовано існуючі методи попередньої обробки важкопресуємої сировини. Зосереджено увагу на харчовій цінності слив і чорної смородини та соків із них, зокрема вмісту пектинових та барвних речовин.

У другому розділі наведено відомості про об'єкти, методи і методики досліджень, а також загальний план теоретичних та експериментальних робіт. Об'єктами досліджень були плоди сливи і ягоди чорної смородини у стадії технічної стиглості (районовані у Полтавській області), сушені сливи, найбільш поширені сорти ячменю та вівса. При вивченні складу та властивостей сировини і готової продукції застосовували біохімічні, мікробіологічні, фізико-хімічні методи визначення показників. Отримані дані піддавались обробці методами математичної статистики.

У третьому розділі наведено результати досліджень впливу способів попередньої обробки на вихід соку зі слив та чорної смородини - важкопресуємої сировини, із застосовуванням, для вилучення соку, методу центрифугування.

У результаті проведених досліджень встановлена та науково обгрунтована оптимальна ступінь подрібнення сировини при видобуванні соку на центрифузі, яка складає для слив - 5 мм, для чорної смородини - 3,5 мм. Розроблена математична модель прогнозування виходу соку (y,%) в залежності від фактору розподілу центрифуги (х1), тривалості перебування продукту в центрифузі (х2,хв) та ступеню подрібнення сировини (х3,мм):

yслив= (6,976*10-5x1 + 0,016x2 - 0,073х3 - 0,087) *100

yсмородини= (3,778*10-5x1 + 0,016x2 - 0,088х3 + 0,056)*100

Для контролю ефективності виходу соку на центрифугах безперервної дії доцільно використання методу Біннінга-Поссмана:

де y - вихід продукту у вагових %%;

РСРв і РСРм - розчинні сухі речовини вичавок і мезги відповідно;

НСРв і НСРм - нерозчинні сухі речовини вичавок і мезги відповідно.

Експериментально встановлено, що серед досліджених методів попередньої обробки - механічного подрібнення, бланшування водою та парою, заморожування, НВЧ-обробки, ферментативної при вилученні соків на центрифузі найбільш ефективною з точки зору підвищення соковіддачі є обробка пектолітичними ферментами (вихід сливового соку складає 76 %, чорносмородинового - 64 %). Така попередня обробка призводить до втрат пектинових речовин слив на 63,3%, чорної смородини - на 83,3 %. Для отримання соків, в яких пектин зберігався б більш повно, рекомендовано використання цитолітичних ферментів, які б руйнували непектинові полісахариди (геміцелюлози, целюлозу).

Комплекс ферментів солоду ячменю та вівса має, відповідно, геміцелюлазну (155 од/г та 116 од/г), целюлазну (90 од/г та 100 од/г), амілазну (112 од/г та 83 од/г) активність. Встановлено, що використання солоду вологість якого 45 %, дозволяє підвищити вихід соку в порівнянні з контролем (рис.1).У випадку, коли ферментні системи солоду інактивовані дією високих температур (1000 С), вихід соку практично не змінювався в порівнянні з контролем, що підтвердило їх вплив на соковіддачу. Для забезпечення безперебійної роботи консервного підприємства, крім свіжопророслого солоду, може використовуватися солод з вологістю 13 %, але попередньо активований зволожуванням зернової маси.

На основі отриманих кінетичних залежностей встановлено оптимальне співвідношення мезга:солод. При використанні солоду вівса найбільший вихід соку зі слив одержували при співвідношенні мезга:солод 1:0,2, з ягід чорної смородини - 1:0,3. Для одержання сливового соку доцільно використовувати співвідношення мезги з ячмінним солодом 1:0,1, для чорносмородинової мезги співвідношення становить 1:0,4.

Визначені умови підготовки ячмінного солоду до ферментації: змішування з водою у співвідношенні 1:0,4, підігрівання при 400 С протягом 30 хв. Оптимальне співвідношення солод:вода знайдено за кінетичними залежностями. Встановлена оптимальна тривалість процесу фермента-ції - 120 хвилин (рис.2).

Вплив часу ферментації (Х, хвилин) солодом ячменю (геміцелюлазна активність - 155 од/г, целюлазна - 90 од/г) на вихід соків описується рівняннями, отриманими обробкою даних методом математичної статистики:

,

Розроблена апаратурно-технологічна схема виробництва неосвітлених соків зі слив та чорної смородини.

Визначено, що за 120 хв ферментації руйнується непектинових полісахаридів у чорносмородиновій меззі - 75 %, у сливовій - 72 %; а протопектин переходить в розчинний стан - на 53 % і на 46 % відповідно.

Збільшення в соках розчинного пектину та зменшення в`язкості соків при цьому пояснюється руйнуванням геміцелюлоз, зв`язаних з пектиновими речовинами сировини (табл.1).

Таблиця 1. Фізико-хімічні показники соків

Збільшення вмісту моносахаридів відбувається як за рахунок інверсії сахарози, так і за рахунок гідролізу геміцелюлоз.

Хроматографічний аналіз соків показав наявність в дослідних зразках моносахарів (арабінози, глюкози, галактози, ксілози), що є нехарактерним для слив, чорної смородини і підтверджує процес руйнування геміцелюлоз комплексом ферментів зерна.

Контроль якості соків проводили на всіх стадіях процесу отримання соків та при зберіганні (через 1, 3, 6, 12 місяців). Встановлено, що термін зберігання консервів - 12 місяців.