Исследование и разработка технологий замораживания и низкотемпературного хранения плодово-ягодного сырья Сибирского региона
Определение физико-химических показателей и органолептическая оценка плодов в свежем и замороженном состоянии. Исследование и разработка математической модели процесса кристаллизации влаги. Способы производства искусственного холода для замораживания.
| Рубрика | Производство и технологии |
| Вид | автореферат |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 14.02.2018 |
| Размер файла | 1,9 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://allbest.ru
На правах рукописи
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
доктора технических наук
Исследование и разработка технологий замораживания и низкотемпературного хранения плодово-ягодного сырья Сибирского региона
Специальность 05.18.04 - Технология мясных, молочных, рыбных продуктов и холодильных производств
Короткий Игорь Алексеевич
Кемерово 2009
Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» (ГОУ ВПО КемТИПП)
Научный консультант: заслуженный деятель науки и техники Российской Федерации, доктор технических наук, профессор Остроумов Лев Александрович
Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Майоров Александр Альбертович
член-корр. РАСХН, доктор сельскохозяйственных наук Шелепов Виктор Григорьевич
доктор технических наук, профессор Помозова Валентина Александровна
Ведущая организация: Государственное учреждение «Ярославский Государственный институт качества сырья и пищевых продуктов» (ГУ ЯГИКСПП)
Защита диссертации состоится 4 июня 2009 г в 1000 на заседании диссертационного совета Д212.089.01 при ГОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» по адресу: 650056, г. Кемерово, бульвар Строителей, 47, ауд. 1217, факс (3842) 73-40-07, 74-42-32.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности».
Автореферат разослан “_______” _________________2009 г.
Ученый секретарь диссертационного совета Н.Н. Потипаева
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. В настоящее время очень серьезной является проблема снабжения населения продуктами питания, которые обеспечивали бы физиологические потребности человеческого организма в витаминах, минералах и других биологически - активных веществах. Важную роль в обеспечении населения такими веществами играют плоды и ягоды, которые являются природным концентратом биологически - активных веществ. Однако, в большинстве своем, плоды и ягоды - продукт скоропортящийся, поэтому период потребления их в свежем виде ограничен малым временным интервалом.
Замораживание и низкотемпературное хранение является наиболее перспективным методом консервирования скоропортящихся продуктов. Низкотемпературные технологии позволяют не только сохранять свойства, структуру и пищевую ценность плодов и ягод, но и производить более глубокую их переработку, а также получать качественно новые продукты.
Воздействие холода на биологические объекты, к числу которых относятся и пищевые продукты, было предметом изучения и исследования многих ученых и специалистов. К базовым работам в этой области следует отнести исследования: А.М. Бражникова, О.Н. Буянова, Н.А. Головкина, А.С. Гинзбурга, Э.И. Гуйго, А.А. Гухмана, Э.И. Каухчешвили, В.С. Колодязной, Т. Лорентцена, А.М. Маслова, Р. Планка, И.А. Рогова, Д.Г. Рютова, С.Н. Хабарова, Д.А. Христодуло, Г.Б. Чижова, И.Г. Чумака и других.
Вместе с тем анализ опубликованных работ в рассматриваемом направлении свидетельствует о том, что использование низкотемпературных технологий для производства и переработки плодово-ягодной продукции в России сдерживается отсутствием эффективных технологических решений и современного аппаратурного оформления технологических процессов. При разработке технологических процессов, связанных с низкотемпературным воздействием, не уделяется должного внимания повышению их энергоэффективности, а также выбору рациональных режимов низкотемпературной обработки для получения конечного продукта с заданными качественными характеристиками.
Развитие и широкое внедрение эффективных технологий замораживания, низкотемпературного хранения и переработки плодов и ягод, могло бы содействовать решению проблемы сбалансированного питания населения, снизить уровень заболеваний, повысить качество жизни. Кроме того, внедрение таких технологий значительно расширит базу местной перерабатывающей промышленности, развитие которой, в свою очередь, способствовало бы развитию сельскохозяйственного производства региона.
В свете принятых в Российской Федерации федеральных и региональных программ развития агропромышленного производства, разработка научно-практического обеспечения технологий замораживания и низкотемпературного хранения и переработки сибирских плодов и ягод представляет собой актуальное и перспективное направление развития науки и производства, имеющее важное народнохозяйственное значение.
Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является теоретическое обоснование и практическая реализация технологий замораживания и низкотемпературного хранения плодово-ягодного сырья Сибирского региона.
Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:
-определить физико-химические показатели и произвести органолептическую оценку плодов и ягод в свежем и замороженном состоянии;
-исследовать влияние режимов замораживания и низкотемпературного хранения на физико-химические показатели плодов и ягод, обосновать использование различных способов низкотемпературной обработки для производства замороженных плодов и ягод различного назначения;
-разработать методики исследований теплофизических свойств плодов и ягод в свежем и замороженном состоянии;
-определить теплофизические характеристики различных сортов плодов и ягод в свежем и замороженном состоянии;
-исследовать процесс кристаллизации влаги при замораживании плодов и ягод, на основании полученных результатов разработать математическую модель кристаллизации влаги при замораживании плодов и ягод;
-исследовать влияние режимов низкотемпературной обработки и хранения на энергетические затраты процессов замораживания и низкотемпературного хранения плодов и ягод, а также исследовать эффективность различных способов производства искусственного холода для замораживания ягод и плодов;
-использовать полученные в работе результаты для внедрения на предприятиях пищевой промышленности технологий замораживания и низкотемпературного хранения плодов и ягод.
Научная новизна работы. На основании проведенного комплекса теоретических и экспериментальных исследований:
-определены физико-химические и органолептические показатели плодов и ягод, а также динамика изменения этих показателей в процессе хранения;
-исследовано влияние низких температур на физико-химические и органолептические показатели плодов и ягод, определены сорта плодов и ягод, пригодных для замораживания и низкотемпературного хранения;
-определены рациональные режимы замораживания и низкотемпературного хранения для обеспечения требуемых потребительских свойств замороженных плодов и ягод в течение всего периода их хранения;
-разработана комплексная методика исследований теплофизических характеристик влагосодержащих пищевых продуктов; разработана методика исследования процесса кристаллизации влаги и методика определения тепловых эффектов, сопровождающих процесс замораживания пищевых продуктов;
-определены значения теплофизических характеристик ягод черной смородины сортов: «Память Лисавенко», «Сеянец голубки», «Память Шукшина», «Черный жемчуг», «Краса Алтая», «Пушистая», ягод жимолости (сортосмесь), а также плодов ирги и плодов облепихи сортов: «Чуйская», «Дар Катуни», «Масличная», «Золотой початок» и «Пантелеевская» в свежем и замороженном состоянии, исследован процесс кристаллизации влаги при замораживании ягод, определены криоскопические температуры и выявлены основные закономерности процессов кристаллизации влаги при замораживании плодов и ягод;
-разработаны модели для определения теплофизических характеристик плодов и ягод в зависимости от их состава и температуры, а также модель кристаллизации влаги при замораживании плодов и ягод, на основании которых разработана математическая модель замораживания плодов и ягод;
-дана оценка энергетических затрат процессов замораживания в воздушном скороморозильном аппарате в зависимости от режимов низкотемпературной обработки, способов производства искусственного холода, а также вида замораживаемых плодов и ягод; выявлены наименее энергоемкие режимы замораживания различных плодов и ягод, а также менее энергоемкие способы производства искусственного холода для замораживания плодов и ягод;
-разработаны технологии замораживания плодов и ягод различного назначения, произведен системный анализ производственного процесса и исследованы способы его регулирования для увеличения эффективности производства и оптимизации использования технологического оборудования.
Практическая значимость работы. В результате теоретических и экспериментальных исследований сформулированы требования к технологическим процессам и оборудованию для производства быстрозамороженных плодов и ягод, а также плодов и ягод технологической заморозки, учитывающие сохранность качественных показателей замораживаемых плодов и ягод при минимальных энергозатратах.
Разработаны технические условия (ТУ 9165-001-02068315-08, ТУ 9165-002-02068315-08) для производства быстрозамороженных плодов и ягод, а также плодов и ягод технологической заморозки (черная смородина, облепиха, жимолость, ирга). Разработаны технологические инструкции для их производства и низкотемпературного хранения. Технологические разработки прошли апробацию и внедрены на предприятиях Кемеровской области. органолептический кристаллизация замораживание
Разработано лабораторное оборудование для комплексного исследования теплофизических свойств влагосодержащих пищевых продуктов. Новизна предлагаемых решений подтверждена патентами: RU №2329492 С2, RU 2339922 С1 и положительным решением о выдаче патента по заявке № 2007105485/28(005945).
Разработаны методики определения значений теплофизических характеристик плодов и ягод в зависимости от их компонентного состава и температуры. Разработанные методики позволяют определять значения теплофизических характеристик плодов и ягод аналитически с достаточной для инженерных расчетов степенью точности в диапазоне температур от минус 40 до 20 С.
Результаты исследований использованы при реализации Федеральной целевой научно-технической программы, государственные контракты №02.442.11.7465, №02.438.11.7038.
Материалы исследований используются в учебном процессе при чтении лекций, проведении лабораторных и практических занятий, а также в дипломном проектировании студентов, обучающихся по специальности 140504 «Холодильная, криогенная техника и кондиционирование».
Публикации и апробация работы. Основные результаты диссертации опубликованы в 80 печатных работах, в т.ч. - в четырех монографиях (общим объемом 31,3 усл. п.л.), в журналах: «Хранение и переработка сельхозсырья», «Известия вузов. Пищевая технология», «Вестник КрасГАУ», «Вестник Международной академии холода», депонированы во «Всероссийском институте научной и технической информации» РАН, материалах конференций в Москве, Краснодаре, Красноярске, Пензе, Кемерове, научных трудах институтов; получено 2 патента и 1 положительное решение на выдачу патента Российской Федерации.
Материалы диссертации докладывались на заседаниях ученого совета, а также научно-технического совета КемТИПП (2005ч2008 гг.).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, девяти глав основного текста, выводов, списка литературы и приложений. Основной текст работы изложен на 337 страницах, содержит 59 таблиц, 113 рисунков, 382 источника литературы отечественных и зарубежных авторов.
Основные положения, выносимые на защиту:
-методика исследования теплофизических свойств пищевых продуктов;
-результаты исследований влияния технологических факторов производства на качественные показатели замороженных плодов и ягод;
-закономерности кристаллизации влаги при замораживании плодов и ягод;
-методика расчета энергетических затрат, необходимых для замораживания и низкотемпературного хранения плодов и ягод;
-концепция создания энергоэффективных технологий замораживания и низкотемпературного хранения плодов и ягод.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении изложена актуальность проблемы на современном этапе развития перерабатывающей промышленности. Обоснованы перспективы внедрения низкотемпературных технологий в процессы консервирования и переработки плодово-ягодного сырья.
Глава 1. Анализ факторов, определяющих развитие технологий замораживания и низкотемпературного хранения плодово-ягодного сырья (аналитический обзор)
Представлен анализ отечественной и зарубежной информации по теме диссертационного исследования. Дана характеристика плодов и ягод как источника биологически - активных веществ, способных обеспечивать потребности человеческого организма в витаминах, минералах и микроэлементах. Проанализированы факторы, определяющие продолжительность хранения свежих плодов и ягод. Рассмотрены способы увеличения длительности хранения, а также дана характеристика способов консервирования растительного сырья. Рассмотрены физические основы низкотемпературной обработки пищевых продуктов, механизм консервирования пищевых продуктов холодом. Описаны причины структурных изменений в пищевых продуктах, обусловленные низкотемпературным воздействием, а также механизм влияния режимов низкотемпературной обработки на характеристики замораживаемых продуктов. Проанализированы способы замораживания применительно к плодам и ягодам, дана классификация способов замораживания пищевых продуктов.
Глава 2. Обоснование основных направлений исследований, их цель и задачи
Определены направления исследований в разработке технологий замораживания и низкотемпературного хранения плодово-ягодного сырья, сформулирована цель и задачи собственных исследований.
Глава 3. Методология проведения исследований
Теоретические и экспериментальные исследования выполнены в соответствии с поставленными задачами в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности». Общая схема исследований приведена на рис. 1. Теоретические и экспериментальные исследования состояли из нескольких последовательных и взаимосвязанных этапов.
Первый этап исследований посвящен установлению взаимосвязи между компонентами химического состава, физико-химическими свойствами и органолептическими показателями различных сортов плодов и ягод. Изучено влияние температурных режимов на продолжительность хранения плодов и ягод в свежем состоянии.
Определены предельные сроки хранения свежих плодов и ягод в зависимости от режимов хранения. Определено влияние замораживания и низкотемпературного хранения на сохранность основных компонентов химического состава различных сортов плодов и ягод. Выявлены сорта, качественные изменения которых при замораживании менее выражены.
На втором этапе оценивали влияние технологических факторов низкотемпературной обработки и хранения на физико-химические показатели замороженных плодов и ягод, изменение их состава в процессе хранения. Исследовали замораживание плодов и ягод при различных режимах низкотемпературной обработки, а также хранение замороженных плодов и ягод при различных температурных режимах.
|
Рис . 1. Общая схема выполнения работы |
Определяли режимы замораживания и низкотемпературного хранения для плодов и ягод, структура и состав которых после размораживания должны быть в максимальной степени сохранены, а также для плодов и ягод, предназначенных для переработки.
Третий этап работы был посвящен исследованиям теплофизических свойств плодов и ягод. Для определения теплофизических характеристик разработали лабораторный комплекс и методику исследования теплофизических характеристик влагосодержащих пищевых продуктов в температурном диапазоне от минус 20 до 40 С.
Разработали методику исследования процесса кристаллизации, а также методику определения температур кристаллизации влаги при замораживании ягод. Исследовали теплофизические характеристики плодов и ягод в свежем и замороженном состоянии. Исследовали процессы кристаллизации влаги при замораживании плодов и ягод. На основании полученных экспериментальных данных разрабатывали модель аналитического определения теплофизических характеристик плодов и ягод в зависимости от их температуры и состава, а также модель кристаллизации влаги при замораживании плодов и ягод.
На четвертом этапе работы исследовали влияние режимов низкотемпературной обработки плодов и ягод, а также способов производства искусственного холода на энергетические затраты при их замораживании. Определяли наиболее энергоэффективные режимы низкотемпературной обработки плодов и ягод различных сортов и энергоэффективные схемы производства искусственного холода для их замораживания.
На заключительном этапе, на основании ранее установленных закономерностей, разрабатывали технологические принципы производства замороженных плодов и ягод, их низкотемпературного хранения длительное время. Разрабатывали технологию производства быстрозамороженных плодов и ягод, а также плодов и ягод технологической заморозки (замораживаемых в условиях естественной конвекции, предназначенных для переработки), технологию низкотемпературного хранения плодов и ягод. На этом же этапе разрабатывали нормативную документацию и внедряли полученные результаты в производство.
На разных этапах работы объектами исследований являлись: ягоды черной смородины сортов «Память Лисавенко», «Память Шукшина (Олимпийская)», «Пушистая», «Сеянец голубки», «Черный жемчуг», «Краса Алтая»; плоды облепихи сортов «Дар Катуни», «Пантелеевская», «Масличная», «Золотой початок», «Чуйская»; ягоды жимолости обыкновенной (сортосмесь); плоды ирги (сортосмесь). Плодово-ягодное сырье для исследований было выращено в ГУП «Плодопитомник-1» г. Кемерово в 2003ч2007 годах.
При выполнении исследований использовались как стандартные, так и оригинальные методики исследований, в том числе физико-химические, теплофизические, термографические, а также методы математического моделирования и математической обработки экспериментальных данных. Исследования проводили с не менее пятикратной повторяемостью. Все результаты обработаны методами математической статистики и являются достоверными.
Глава 4. Разработка экспериментальных методов исследований теплофизических свойств плодово-ягодного сырья
Для исследования теплофизических характеристик разработан лабораторный комплекс, позволяющий определять значения теплофизических характеристик влагосодержащих пищевых продуктов в температурном интервале от минус 20 до 40 С. Методика проведения исследований базируется на методах двух температурно-временных интервалов. Методы двух температурно-временных интервалов относятся к скоростным методам определения теплофизических характеристик, позволяют в одном опыте определять температуропроводность a, теплопроводность , объемную теплоемкость cV твердых, жидких, сыпучих материалов при температурах выше и ниже криоскопической точки.
Принципиальная схема лабораторной установки, предназначенной для определения теплофизических характеристик, изображена на рис. 2. Она состоит из теплоприемника 10, покрытого теплоизоляцией 14. Нагреватель 4 состоит из медного ТЭНа 2, поддержание требуемой температуры обеспечивается термистром 3 и термостатирующим устройством 1. Основание нагревателя 15, основание установки 13 жестко соединены направляющими 12. Основание теплоприемника 9 можно перемещать по направляющим с помощью винтового приспособления 11. Таким образом обеспечивается доступ к исследуемому объекту 7 и необходимый тепловой контакт между поверхностями объекта, теплоприемником и нагревателем. Измерение температур производится хромель-копелевыми термопарами 5, одна из которых размещена на рабочей поверхности нагревателя, другая в теплоприемнике. Расстояние между рабочей поверхностью теплоприемника и термопарой называют буферным слоем (hВ) 8. Показания термопар фиксируются измерительным стендом 6, изготовленном на базе IBM совместимого компьютера.
|
Рис. 2.Схема лабораторного стенда для определения теплофизических характеристик первым буферным методом двух температурно-временных интервалов |
Нагреватель, теплоприемник и объект исследования до опыта должны находиться в тепловом равновесии. При включении нагревателя происходит интенсивный разогрев его рабочей поверхности до заданной температуры. Теплота от нагревателя через исследуемый материал передается теплоприемнику, температура которого повышается.
Определение значений теплофизических характеристик исследуемого материала основывается на решении дифференциального уравнения теплопроводности:
,(1)
гдеai - коэффициент температуропроводности; x координата по оси теплоприемника и исследуемого материала; время; t температура; i- среда.
Решением уравнения (1) является система уравнений вида:
,(2)
гдеt0 - начальная температура системы; tн рабочая температура нагревателя, h - толщина исследуемого материала.
Из системы уравнений (2) можно определить искомые коэффициенты и a исследуемого материала. Значения t1 и t2 представляют собой разность значений температур нагревателя tн и температуры буферного слоя t в моменты времени 1 и 2.
Система уравнений (2) не имеет аналитического решения относительно и a, однако легко решается численными методами.
Для определения значений теплофизических характеристик исследуемого материала необходимо предварительно найти значения постоянной теплоприемника b, и температуропроводности теплоприемника aB. Для этого между нагревателем и теплоприемником помещали эталонный образец с известными значениями теплофизических характеристик и производили измерения температур нагревателя и в буферном слое (рис. 3). Постоянные теплоприемника определяли решением системы уравнений (2) относительно b, aB.
|
Рис. 3. Определение постоянных теплоприемника. 1 - Избыточная температура нагревателя (tн-t0); 2 - экспериментальная разность температур между нагревателем и буферным слоем (tн-t); 3 - теоретическая разность температур между нагревателем и буферным слоем, вычисленная по формуле (2); I - точки, координаты которых подставляются в первое уравнение системы (2); II - точки, координаты которых подставляются во второе уравнение системы (2) |
Для получения достоверных значений постоянных теплоприемника на кривой 2 выбирали две группы точек (группа I и группа II, рис. 3). Каждая из точек одной группы составляла пару с каждой точкой другой группы.
Таким образом получается множество систем уравнений вида (2), в каждой из которых определяются значения b и aB. В качестве окончательных значений постоянных теплоприемника принимали средние значения этих величин, определенных для каждой пары точек.
Для выполнения условий эксперимента нами разработан и изготовлен нагреватель, рабочая поверхность которого выходит на заданный температурный режим за 8ч12 с. Постоянство температуры с точностью
±0,1 С обеспечивает термостатирующий блок. Температура нагревателя задается установкой необходимого сопротивления в цепи нагревателя.
Для того чтобы получать достоверные результаты экспериментальных данных в ходе теплотехнического эксперимента, нами разработана и изготовлена многоканальная плата расширения ЭДС термопар, устанавливаемая в разъём ISA IBM совместимого компьютера. Программное обеспечение, разработанное к плате расширения, позволяет производить компьютерную обработку экспериментальных данных с помощью современных математических программных пакетов.
Для исследования тепловых эффектов, происходящих при замораживании плодово-ягодного сырья, нами изготовлен лабораторный стенд, схема которого изображена на рис. 4.
Стенд состоит из: калориметра (6), основу которого составляет сосуд Дьюара; магнитной мешалки ММЗМ (1); измерительного комплекса, состоящего из устройства для измерения температур ТРМ-138 (8) с набором хромель-копелевых термопар (3,4,5), сопряжение ТРМ-138 с компьютером (7) осуществляется посредством адаптера АС-4 (9).
Заполненный ягодойцилиндр (2) погружали в калориметр, заполненный предварительно охлажденной калориметрической жидкости (этанолом).
Изменение температуры в ягоде (термопара 5), калориметрической жидкости (термопара 4), окружающей среды (термопара 3) фиксировались измерительным комплексом. Опыт проводили до выравнивания температур в калориметрической системе.
Для того, чтобы определить долю замерзающей влаги, производили серии таких опытов, использовали ступенчатое замора живание ягоды от температуры 0 С до температуры минус 30 С.
Непрерывность проведения экспериментов обеспечивалась поочередным использованием одинаковых калориметров.
|
Рис. 4. Схема установки для исследования тепловых эффектов. |
Определение тепловых эффектов, сопровождающих замораживание плодов и ягод, производили на основании теплового баланса, с помощью уравнения вида:
,(3)
где mж, cж(t), dt/d масса, удельная теплоемкость скорость нагрева калориметрической жидкости соответственно;
разность температур между окружающей средой и калориметрической жидкостью;
р время достижения теплового равновесия.
Уравнение (3) решали методами численного интегрирования. На основании полученных результатов определяли количество кристаллизовавшейся влаги при замораживании ягод.
Глава 5. Физико-химические показатели и органолептическая оценка плодов и ягод в свежем и замороженном состоянии
Плоды и ягоды в процессе хранения подвержены действию различных биохимических и физиологических процессов. Эти процессы приводят к изменению свойств, структуры, пищевой ценности плодов и ягод и, в конечном итоге, к их порче.
Понижение температуры плодов и ягод существенно замедляет биохимические и физиологические изменения, что позволяет значительно увеличить сроки их хранения.
В замороженных плодах и ягодах приостанавливаются физиологические процессы, происходят только химические преобразования, которые крайне замедлены, скорость этих преобразований зависит от условий низкотемпературного хранения, а также от условий и способов замораживания.
Свежесобранные плоды и ягоды хранили в неохлажденном состоянии при температуре t=16ч19 С, а также в охлажденном состоянии при t=1ч3 С и относительной влажности воздуха =90ч95%.
Температурный фактор оказывает наибольшее влияние на продолжительность хранения, которая для свежих плодов и ягод при условии сохранения их потребительских свойств составила для неохлажденных: ягод черной смородины, жимолости, а также плодов облепихи- не более 48 часов, для плодов ирги - не более 72 часов; для свежих плодов и ягод в охлажденном состоянии продолжительность хранения составила: черной смородины - до 5 суток; облепихи и жимолости - не более 7 суток; для ирги - до 8 суток.
Продолжительность хранения определялась по органолептическим показателям в соответствии с эталонной шкалой оценки (табл. 1ч2).
Таблица 1 - Органолептические показатели неохлажденных плодов и ягод
|
Сорт |
Продолжительность хранения, часы |
|||||||||
|
0 |
12 |
24 |
36 |
48 |
60 |
72 |
84 |
|||
|
Черная смородина |
Память Лисавенко |
100 |
94 |
86 |
77 |
66 |
55 |
44 |
- |
|
|
Сеянец голубки |
95 |
90 |
83 |
74 |
63 |
53 |
42 |
- |
||
|
Память Шукшина |
89 |
85 |
81 |
74 |
67 |
58 |
48 |
- |
||
|
Черный жемчуг |
100 |
95 |
87 |
76 |
65 |
54 |
43 |
- |
||
|
Краса Алтая |
97 |
91 |
82 |
73 |
63 |
51 |
40 |
- |
||
|
Пушистая |
92 |
88 |
82 |
75 |
64 |
55 |
45 |
- |
||
|
Облепиха |
Масличная |
92 |
90 |
85 |
77 |
67 |
57 |
50 |
44 |
|
|
Дар Катуни |
100 |
94 |
86 |
77 |
67 |
56 |
46 |
38 |
||
|
Чуйская |
95 |
91 |
85 |
76 |
67 |
58 |
49 |
42 |
||
|
Пантелеевская |
100 |
95 |
87 |
78 |
68 |
57 |
48 |
40 |
||
|
Золотой початок |
97 |
93 |
87 |
77 |
69 |
59 |
52 |
46 |
||
|
жимолость |
100 |
94 |
87 |
79 |
70 |
60 |
51 |
41 |
||
|
ирга |
100 |
96 |
90 |
83 |
76 |
68 |
59 |
51 |
Таблица 2 - Органолептические показатели охлажденных плодов и ягод
|
Сорт |
Продолжительность хранения, часы |
||||||||||||
|
0 |
24 |
48 |
72 |
96 |
120 |
145 |
168 |
192 |
216 |
240 |
|||
|
Черная смородина |
Память Лисавенко |
100 |
95 |
89 |
81 |
73 |
66 |
59 |
52 |
44 |
- |
- |
|
|
Сеянец голубки |
95 |
90 |
84 |
77 |
69 |
62 |
55 |
48 |
40 |
- |
- |
||
|
Память Шукшина |
89 |
86 |
83 |
79 |
74 |
68 |
62 |
56 |
49 |
- |
- |
||
|
Черный жемчуг |
100 |
94 |
88 |
80 |
72 |
64 |
57 |
49 |
42 |
- |
- |
||
|
Краса Алтая |
97 |
92 |
85 |
78 |
70 |
62 |
54 |
46 |
39 |
- |
- |
||
|
Пушистая |
92 |
88 |
83 |
77 |
72 |
66 |
60 |
53 |
47 |
- |
- |
||
|
Облепиха |
Масличная |
92 |
90 |
86 |
82 |
78 |
73 |
68 |
62 |
58 |
53 |
- |
|
|
Дар Катуни |
100 |
95 |
90 |
85 |
79 |
72 |
66 |
60 |
53 |
46 |
- |
||
|
Чуйская |
95 |
92 |
88 |
84 |
79 |
74 |
68 |
62 |
56 |
51 |
- |
||
|
Пантелеевская |
100 |
95 |
90 |
85 |
80 |
73 |
67 |
60 |
54 |
49 |
- |
||
|
Золотой початок |
97 |
94 |
90 |
86 |
81 |
76 |
71 |
65 |
60 |
55 |
- |
||
|
жимолость |
100 |
96 |
92 |
88 |
83 |
78 |
72 |
67 |
61 |
54 |
- |
||
|
ирга |
100 |
98 |
95 |
91 |
87 |
84 |
80 |
75 |
70 |
65 |
61 |
Кроме температурного режима на продолжительность хранения плодов и ягод оказывает некоторое влияние массовые доли влаги и сахаров. Наилучшим образом в свежем виде сохраняются ягоды черной смородины «Память Шукшина» и «Память Лисавенко). Хуже в свежем состоянии хранились ягоды сорта «Краса Алтая». Из плодов облепихи наилучшим образом сохраняется сорт «Золотой початок», хуже - плоды сорта «Дар Катуни».
Поскольку длительное хранение плодов и ягод можно осуществлять только в замороженном состоянии, исследовали изменение физико-химических и органолептических показателей в замороженных плодах и ягодах при хранении.
Плоды и ягоды замораживали при температуре минус 30 С при естественной конвекции, на хранение закладывали расфасованными в полиэтиленовые пакеты (масса упаковки 0,5 кг) и хранили при температуре минус 180,5 С сроком до 12 месяцев. Перед анализом плоды и ягоды размораживали в холодильной камере при температуре 4° С. В табл. 3 ч 5 приведены данные по составу исследованных сортов черной смородины в свежем и замороженном состоянии.
Таблица 3 - Содержание пектиновых веществ (ПВ) в ягодах черной смородины
|
Сорт |
Массовая доля ПВ в свежих ягодах, % (0,02%) |
Сохранность ПВ в замороженных ягодах через 6 мес, % к исходному содержанию. |
|||||
|
водорастворимый пектин |
протопектин |
ПВ |
водорастворимый пектин |
протопектин |
ПВ |
||
|
Память Лисавенко |
0,602 |
0,446 |
1,048 |
78,4 |
106,7 |
90,4 |
|
|
Сеянец Голубки |
0,363 |
0,290 |
0,653 |
39,1 |
107,2 |
69,4 |
|
|
Память Шукшина |
0,669 |
0,390 |
1,059 |
83,5 |
102,6 |
90,6 |
|
|
Черный жемчуг |
0,335 |
0,220 |
0,555 |
76,4 |
105,4 |
87,9 |
|
|
Краса Алтая |
0,472 |
0,433 |
0,905 |
89,4 |
104,6 |
96,7 |
|
|
Пушистая |
0,560 |
0,124 |
0,684 |
67,8 |
104,8 |
74,6 |
Таблица 4 - Содержание сахаров в ягодах черной смородины (0,02%)
|
Сорт |
Массовая доля сахаров, % в свежих ягодах |
Сохранность сахаров в замороженных ягодах через 6 мес., % к исходному содержанию |
|||||
|
моносахариды |
сахароза |
общие |
моносахариды |
сахароза |
общие |
||
|
Память Лисавенко |
11,00 |
1,14 |
12,14 |
100 |
25,4 |
93,0 |
|
|
Сеянец Голубки |
9,56 |
1,37 |
10,93 |
100,8 |
21,9 |
90,9 |
|
|
Память Шукшина |
8,99 |
0,64 |
9,63 |
103,2 |
40,6 |
99,1 |
|
|
Черный жемчуг |
10,78 |
2,82 |
13,6 |
101,7 |
30,5 |
86,9 |
|
|
Краса Алтая |
9,64 |
0,53 |
10,17 |
100,6 |
49,0 |
97,9 |
|
|
Пушистая |
9,65 |
1,07 |
10,72 |
103,6 |
26,4 |
95,9 |
Таблица 5 - Содержание влаги в ягодах черной смородины (0,1%)
|
Сорт |
Массовая доля влаги в свежих ягодах, % |
Массовая доля влаги в замороженных ягодах через 6 мес. хранения, % |
|||
|
общая |
свободная |
общая |
свободная |
||
|
Память Лисавенко |
85,4 |
46,0 |
83,7 |
48,9 |
|
|
Сеянец Голубки |
86,0 |
38,3 |
85,0 |
51,8 |
|
|
Память Шукшина |
86,6 |
36,3 |
85,9 |
38,2 |
|
|
Черный жемчуг |
84,4 |
46,9 |
83,9 |
54,5 |
|
|
Краса Алтая |
87,6 |
50,9 |
87,6 |
53,5 |
|
|
Пушистая |
86,9 |
46,9 |
86,4 |
54,1 |
Ягоды различных сортов черной смородины значительно отличались по содержанию пектинов. Наибольшее их количество отмечено у сортов «Память Лисавенко» и «Память Шукшина», наименьшее - в ягодах сорта «Черный жемчуг».
В процессе хранения замороженной ягоды максимально сохранились пектиновые вещества в ягодах сорта «Краса Алтая», а минимально - в ягодах сорта «Сеянец Голубки».
При замораживании и низкотемпературном хранении ягод черной смородины наблюдается некоторое увеличение количества моносахаридов, что можно объяснить гидролизом пектиновых веществ и сахарозы. Содержание сахаров в процессе хранения менялось незначительно и составило 87,2 99,1% от первоначального уровня.
Потери общей влаги в ягодах при хранении были незначительны (02 %) в связи с тем, что ягода хранилась в герметичной упаковке. Потери связанной влаги можно объяснить уменьшением содержания пектиновых веществ, обладающих гидрофильными свойствами, в результате чего увеличивается содержание свободной влаги. Таким образом, установлена взаимосвязь между состоянием влаги и ПВ в замороженных ягодах.
Физико-химические показатели свежих и замороженных плодов облепихи представлены в табл. 6ч7.
Таблица 6 - Содержание сахаров в плодах облепихи (0,02%)
|
Сорт |
Массовая доля сахаров, % в свежих плодах |
Сохранность сахаров в замороженных плодах через 6 мес., % к исходному содержанию |
|||||
|
моносахариды |
сахароза |
общие |
моносахариды |
сахароза |
общие |
||
|
Масличная |
3,97 |
0,15 |
4,12 |
63,0 |
40,0 |
62,1 |
|
|
Дар Катуни |
6,25 |
0,31 |
6,56 |
82,9 |
45,2 |
81,1 |
|
|
Чуйская |
5,00 |
0,14 |
5,14 |
69,0 |
42,9 |
68,3 |
|
|
Золотой Початок |
4,30 |
0,34 |
4,64 |
87,7 |
64,7 |
86,0 |
|
|
Пантелеевская |
5,65 |
1,72 |
7,37 |
97,0 |
4,1 |
75,3 |
Таблица 7 - Содержание влаги в плодах облепихи (0,1%)
|
Сорт |
Массовая доля влаги в свежих плодах, % |
Массовая доля влаги в замороженных плодах через 6 мес. хранения, % |
|||
|
общая |
свободная |
общая |
свободная |
||
|
Масличная |
88,0 |
34,8 |
87,4 |
52,0 |
|
|
Дар Катуни |
87,3 |
49,6 |
86,6 |
52,4 |
|
|
Чуйская |
87,9 |
45,1 |
87,4 |
51,6 |
|
|
Золотой Початок |
82,8 |
40,7 |
82,1 |
56,9 |
|
|
Пантелеевская |
87,5 |
47,7 |
87,0 |
55,0 |
Содержание общей влаги в замороженных плодах облепихи изменилось незначительно.
Содержание свободной влаги в плодах облепихи после их размораживания увеличивалось на 11,7ч49,4%, что обусловлено изменением коллоидной структуры тканей, вызываемым перераспределением воды. Лучшая влагосвязывающая способность отмечена у сортов «Дар Катуни», «Чуйская», «Пантелеевская».
В процессе хранения в замороженных плодах облепихи снижалось содержание сахаров в 1,16ч1,61 раза и несколько уменьшалась активная кислотность, что приводило к некоторому ухудшению вкуса.
Наилучшее соотношение сахаров и кислотности (объективный показатель вкуса) обнаружено для сортов «Пантелеевская», «Дар Катуни» и «Чуйская».
Анализ проведенных исследований показал, что ягоды черной смородины сортов «Память Лисавенко», «Краса Алтая», «Память Шукшина», плоды облепихи сортов «Дар Катуни», «Чуйская» и «Пантелеевская» в меньшей степени подвержены изменениям, обусловленными низкотемпературным воздействием, следовательно эти сорта наилучшим образом подходят для замораживания и низкотемпературного хранения.
Глава 6.Теплофизические свойства плодов и ягод
В этой главе изложены практические результаты теплофизических исследований различных сортов плодов и ягод. Произведен анализ закономерностей изменения значений теплофизических характеристик. Предложена модель расчетного определения значений теплофизических характеристик, а также модель кристаллизации влаги при замораживании плодов и ягод.
Теплофизические характеристики плодов и ягод в свежем и замороженном состоянии определяли с помощью методики, изложенной в главе 4. Плотность ягод определяли методом гидростатического взвешивания. Измеренные значения теплофизических характеристик исследованных сортов плодов и ягод приведены в табл. 8.
Таблица 8 - Теплофизические характеристики плодов и ягод
|
Сорт ягод |
Температуропроводность а•107 (5%), м2/с |
Теплопроводность (5%), Вт/(мК) |
Объемная теплоемкость cV 10-6 (5%), Дж/(м3•К) |
Плотность (2%), кг/м3 |
Массовая теплоемкость cm (5%), Дж/(кгК) |
|
|
Свежие / замороженные плоды и ягоды |
||||||
|
Память Шукшина |
1,37/8,81 |
0,56/1,92 |
4,09/2,18 |
1070/1002 |
3820/2175 |
|
|
Чёрный жемчуг |
1,39/8,63 |
0,56/1,87 |
4,03/2,17 |
1075/1006 |
3748/2154 |
|
|
Память Лисавенко |
1,41/8,74 |
0,57/1,90 |
4,04/2,17 |
1067/997 |
3789/2180 |
|
|
Сеянец голубки |
1,39/8,70 |
0,56/1,89 |
4,03/2,17 |
1082/1011 |
3723/2149 |
|
|
Пушистая |
1,38/8,79 |
0,56/1,91 |
4,06/2,17 |
1063/992 |
3817/2190 |
|
|
Краса Алтая |
1,41/8,97 |
0,57/1,95 |
4,04/2,17 |
1059/987 |
3817/2203 |
|
|
Масличная |
1,65/10,92 |
0,58/2,06 |
3,52/1,89 |
932/871 |
3772/2166 |
|
|
Дар Катуни |
1,61/10,64 |
0,59/2,07 |
3,66/1,95 |
957/884 |
3829/2201 |
|
|
Чуйская |
1,64/10,84 |
0,59/2,08 |
3,60/1,92 |
943/862 |
3815/2226 |
|
|
Золотой початок |
1,60/10,31 |
0,58/1,99 |
3,56/1,93 |
960/873 |
3711/2211 |
|
|
Пантелеевская |
1,62/10,54 |
0,59/2,05 |
3,64/1,94 |
968/887 |
3762/2193 |
|
|
жимолость |
1,52/11,32 |
0,53/2,10 |
3,49/1,86 |
932/871 |
3741/2130 |
|
|
ирга |
1,55/9,48 |
0,56/1,89 |
3,61/1,99 |
1024/959 |
3528/2079 |
Из приведенных результатов видно, что значения теплофизических характеристик плодов и ягод в наибольшей степени определяются массовой долей содержащейся в них влаги.
При замораживании плодов и ягод теплофизические характеристики значительно изменяются: температуропроводность возрастает в 6ч7 раз, теплопроводность возрастает в 3ч4 раза, теплоемкость уменьшатся в 1,5ч1,8. В то же время температуропроводность и теплопроводность различных плодов и ягод несколько отличается (для ягод черной смородины а=(1,37ч1,41)10-7 м2/с; =0,56ч0,57 Вт/(мК), для плодов облепихи а=(1,61ч1,65)10-7 м2/с, =0,58ч0,59 Вт/(мК)). Это объясняется, по всей видимости, большим содержанием в плодах облепихи органических кислот - до 2,4 %, в ягодах черной смородины 1,6ч1, 9 %.
Определение криоскопических температур производилось методом термического анализа, который основан на построении термограмм зависимостей изменения температуры, обусловленного низкотемпературным воздействием на плоды и ягоды, от продолжительности низкотемпературного воздействия (рис.5).
|
Рис. 5. Зависимость изменения температуры ягоды от времени для сорта черной смородины «Пушистая» при замораживании |
На термограммах имеет место участок с нулевым темпом охлаждения, который соответствует изотермической площадке и обозначает начало кристаллизации влаги - криоскопическую температуру. Из анализа производной термограммы по времени - диаграммы темпа охлаждения можно определить температуру кристаллизации эвтектического раствора сахарозы (минус 8,5 С).
На кривой темпа охлаждения (рис. 6) кристаллизации эвтектического раствора сахарозы соответствует точка максимума (т. B). Точке А соответствует кристаллизация эвтектического раствора глюкозы (минус 5,3 С). Поскольку содержание глюкозы в ягодах невелико по сравнению с содержанием других сахаров, изменение характера термограммы, соответствующее кристаллизации эвтектического раствора удалось обнаружить только после второго дифференцирования зависимости изменения температуры в ягоде от времени (рис. 7).
|
Рис. 6. Зависимость изменения темпа охлаждения ягоды от времени для сорта черной смородины «Пушистая» при замораживании |
|
Рис. 7. Зависимость производной темпа охлаждения от времени для ягод сорта черной смородины «Пушистая» при замораживании |
Дифференциальный анализ термограмм замораживания других сортов плодов и ягод также показал наличие экстремумов, соответствующих кристаллизации эвтектических растворов, при тех же температурах.
С помощью приведенной методики нами были определены криоскопические температуры исследованных сортов плодов и ягод (табл. 9).
На криоскопическую температуру наибольшее влияние оказывает общее содержание влаги, доля свободной влаги в ягоде, содержание сахаров и содержание органических кислот.
Из исследованных сортов облепихи наименьшая криоскопическая температура отмечена у плодов сорта Масличная (минус 2,8 С). Это обусловлено, по всей видимости, наименьшим содержанием свободной влаги в плодах этого сорта (34,8%), поэтому концентрация сахаров в растворе более высокая. Низкое значение криоскопической температуры для плодов ирги обусловлено вероятно тем, что они содержат минимальное количество влаги (80%, в том числе свободной всего 37,6%), при достаточно высоком содержании сахаров (9,5%). Криоскопические температуры для различных сортов черной смородины достаточно близки и составляют от минус 1,0 до минус 1,5 С.
Таблица 9 - Температуры замерзания плодов и ягод
|
Сорт |
Криоскопическая температура, єС |
Сорт |
Криоскопическая температура, є С |
|
|
Память Лисавенко |
-1,30,1 |
Чуйская |
-1,50,1 |
|
|
Сеянец Голубки |
-1,00,1 |
Дар Катуни |
-1,70,1 |
|
|
Память Шукшина (Олимпийская) |
-1,20,1 |
Масличная |
-2,80,1 |
|
|
Черный жемчуг |
-1,40,1 |
Золотой Початок |
-1,40,1 |
|
|
Краса Алтая |
-1,60,1 |
Пантелеевская |
-1,70,1 |
|
|
Пушистая |
-1,50,1 |
жимолость (сортосмесь) |
-2,30,1 |
|
|
ирга |
-4,00,1 |
Определение количества теплоты, отводимой от плодов в процессе замораживания, производили в нескольких последовательных этапов по методике, описанной в главе 4. В результате теплотехнического эксперимента получены зависимости температуры калориметрической жидкости, а также температуры в центре исследуемого объекта, заполняющего мерный цилиндр от времени.
Вид полученных зависимостей приведен на рис. 8. Характер полученных кривых, а также количество теплоты, отводимой от плодов в процессе замораживания, свидетельствует о том, что процесс замораживания сопровождается значительным выделением скрытой теплоты кристаллизации при определенных температурах. Такими характерными температурами являются: криоскопическая температура, а также температуры кристаллизации эвтектических растворов основных компонентов, содержащихся в плодах.
Основн...
Подобные документы
Сбор, мойка и транспортировка плодов и ягод. Классификация плодово-ягодных вин. Измельчение плодов и ягод с целью получения мезги. Технология осветления сока. Ускоренное получение сока на поточных линиях. Особенности брожения плодово-ягодного сырья.
реферат [34,4 K], добавлен 19.01.2015Изучение способов получения экстрактов из плодово-ягодного и лекарственно-технического сырья, их достоинства и недостатки. Описание технологии получения сока из замороженных плодов и ягод клюквы и черноплодной рябины в аппарате с вибрационной тарелкой.
статья [62,9 K], добавлен 23.08.2013Обработка холодом, хранение мяса и мясопродуктов при низких температурах. Способы замораживания мясных туш убойных животных. Сроки хранения продуктов. Разработка и внедрение новых технологий повышающих ефективность холодильников и сокращающих усушку мяса.
контрольная работа [20,4 K], добавлен 26.02.2009Использование крыжовника, черной смородины и черноплодной рябины в качестве плодово-ягодного виноматериала. Методика усовершенствования традиционных приемов в технологии производства купажных вин, с учетом использования сырья, произрастающего на Алтае.
статья [412,7 K], добавлен 24.08.2013Разработка рецептуры и технологии производства мясного фаршированного рулета с яйцом и грибами. Оценка качества готового продукта. Анализ органолептических, физико-химических показателей сырья. Пути расширения ассортимента мясных полуфабрикатов в РФ.
курсовая работа [92,2 K], добавлен 22.12.2014Описание камер замораживания мяса с вынужденным движением воздуха. Криогенный аппарат с распылением азота для пельменей, вареников и фрикаделек. Методика расчёта криоморозильного аппарата для замораживания мелкоштучных пищевых продуктов жидким азотом.
методичка [471,6 K], добавлен 20.01.2016Роль систем автоматизированного производства в проектировании. Аммиак и его свойства, способы хранения. Расчёт химических параметров реакции образования аммиака. Создание модели теплообменного аппарата. Проектирование базы данных процесса ректификации.
курсовая работа [1,6 M], добавлен 08.02.2016Назначение и классификация оборудования для охлаждения и замораживания. Камера холодильной обработки мяса с системой увлажнения воздуха. Расчет теплоизоляции пола камеры замораживания. Монтаж и испытание холодильного оборудования и трубопровода.
курсовая работа [5,5 M], добавлен 03.01.2010Анализ способов переработки резинотехнических изделий. Физико-химические основы процесса низкотемпературного пиролиза. Маркетинговое исследование рынка вторичной переработки резинотехнических изделий. Переработка изношенных автомобильных покрышек.
дипломная работа [1,0 M], добавлен 20.03.2011Исследование принципов управления конвейерами: область применения, характеристики грузов. Влияние параметров конвейера на динамические характеристики, разработка математической модели. Расчет капитальных вложений в средства автоматизации; охрана труда.
дипломная работа [495,8 K], добавлен 03.04.2011Оценка качества плодово-ягодного и виноградного сырья по показателям степени зрелости и метеорологическим условиям выращивания. Установления соответствий спирта-ректификата и рафинированного сахара-песка действующим стандартам. Пробная оклейка вин.
методичка [135,1 K], добавлен 16.07.2011Исследование физико-химического состава и технологических свойств сырьевых материалов месторождений Казахстана. Характеристика силикатного природного и техногенного сырья. Каолиновое сырье, полевой шпат, кварцевые пески, разжижители глинистых суспензий.
научная работа [2,4 M], добавлен 04.02.2013Разработка системы управления технологическим процессом получения холода и управляющей программы для нее. Расчет экономического эффекта от ее внедрения. Выбор аппаратных средств контроля регулирования. Определение настроечных параметров регулятора.
дипломная работа [935,5 K], добавлен 21.08.2013Разработка конструкции женской шубы из искусственного меха. Исследование свойств и разновидностей меховых материалов. Методика проведения раскладки и выкройки материала. Выработка и практическая апробация технологии производства исследуемого изделия.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 04.12.2010Исследование принципов работы системы автоматического управления и построение её функциональной схемы на базе программируемого контроллера. Разработка аналитической математической модели. Расчет и построение колебательной границы устойчивости САУ.
курсовая работа [991,9 K], добавлен 27.12.2014Разработка модели процесса настилания тканей, определение продолжительности данного процесса и его специфические признаки. Разработка мероприятий, приводящих к снижению длительности процесса настилания, экономическая эффективность данных мероприятий.
курсовая работа [44,9 K], добавлен 08.08.2010Исследование процесса кристаллизации расплавов металлов. Влияние температуры на свободную энергию жидкой и твердой фазы процесса кристаллизации. Охлаждение расплава и образование кристаллов. Регулирование размеров зерен кристаллов. Обзор строения слитка.
реферат [102,2 K], добавлен 16.12.2014Методы консервирования продуктов питания. Критерии выбора аппарата для замораживания. Техническая характеристика флюидизационных аппаратов большой производительности. Выбор режима холодильной обработки. Описание устройства и принципа действия аппарата.
курсовая работа [3,2 M], добавлен 28.11.2011Технология переработки полимерных материалов термоформованием и экструзией, математическая модель процесса в прямоугольных и цилиндрических координатах. Численный метод решения уравнения модели, разработка моделирующего алгоритма и составление программы.
курсовая работа [974,9 K], добавлен 07.08.2011Обоснование структуры системы автоматического регулирования и разработка функциональной схемы. Разработка математической модели системы, синтез регуляторов скорости и положения. Исследование динамической характеристики системы на персональном компьютере.
курсовая работа [366,0 K], добавлен 13.09.2010
