Сушка меда с применением методов вакуумно-микроволновой сушки

Размещено на http://www.allbest.ru/

Сушка меда с применением методов вакуумно-микроволновой сушки

У.Т. Жуманова 1,

Т.Ч. Тултабаева 1,

М.Ч. Тултабаев 2,

А. Шоман 1,

Аннотация

Актуальность. В соответствии с Кодекс Алиментариус (САС 12-1981), мед натуральный является естественным сладким продуктом, который производят медоносные пчелы из нектара цветов, а также с пади и медовой росы, собираемых с листьев и стеблей растений. Во время сбора нектара пчела выделяет секрет нижнечелюстных желез и происходит физиологический процесс, в результате которого нектар теряет значительную часть воды и насыщается ферментами и органическими кислотами. Созревание нектара происходит в сотовых ячейках, где и превращается в мед. Объект. Объектами выступают медовые продукты. Материалы и методы. Мед является промышленным продуктом, который может храниться длительное время. Потребители меда обычно нуждаются в меде высокого качества, природные характеристики которого бы не менялись. Отсюда вытекает необходимость сбора, откачки и обработки соответствующим оборудованием различных видов меда. Мед, изготовленный таким образом, больше ценится потребителями. Значительное количество меда различного ботанического происхождения, благодаря низким температурам, физическому и химическому процессу эволюции составных частей, становятся более постоянными, принимая форму пластического отверждения. Обычно, но не всегда правильно, этот процесс именуют кристаллизацией меда. Результаты и выводы. Содержание воды, а также содержание TSS (Total Soluble Solids) в свежем и сушеном меде соответствовали критериям состава меда. TSS сушеных медов варьировалась от 88,3 до 89,5° по шкале Брикса. Следовательно, можно считать, что снижение содержания воды в процессе сушки значительно способствует повышению стабильности меда при хранении. Вакуумная сушка (VD) и сублимационная сушка (FD) снизили активность воды примерно на 28 %, что сделало мед микробиологически более стабильным и исключило возможность ферментации. Активность воды в высушенных продуктах находилась в диапазоне от 0,405 до 0,427. Влияние предварительной обработки FD на качество меда было исследовано с использованием метода ВЭЖХ. Это было выполнено путем определения изменения гидроксил-метил-фурфурола (увеличение на 39-71 %) и активности диастазы (снижение на 17-36 %) по сравнению со свежими образцами меда.

Ключевые слова: сушка меда, технологии сушки меда, мед, виды меда.

DRYING OF HONEY USING VACUUM-MICROWAVE DRYING METHODS

U.T. Zhumanova¹, T.C. Tultabaeva¹, M.Ch. Tultabayev², A. Shoman¹, A. Shoman¹

Abstract

Introduction. According to Codex Alimentarius (CAC 12-1981), natural honey is a naturally sweet product produced by honey bees from the nectar of flowers, as well as from honeydew and honeydew collected from the leaves and stems of plants. During the collection of nectar, the bee secretes the secret of the mandibular glands and a physiological process occurs, as a result of which the nectar loses a significant part of water and is saturated with enzymes and organic acids. Nectar maturation takes place in cellular cells, where it turns into honey. Objects. The production of honey is a very complex process peculiar only to the bee family. The essence of this process is the harvesting and processing of nectar. Nectar is secreted by special glands of plants called nectaries. Bees produce nectar or flower honey from nectar. An object. The objects are honey and dairy products. Materials and methods. Honey is an industrial product that can be stored for a long time. Honey consumers usually need high- quality honey, the natural characteristics of which would not change. This implies the need to collect, pump out and process various types of honey with appropriate equipment. Honey made in this way is more appreciated by consumers. A significant amount of honey of various botanical origin, due to low temperatures, the physical and chemical process of evolution of the components, become more permanent, taking the form of plastic curing. Usually, but not always correctly, this process is called honey crystallization. Results and conclusion. The water content, as well as the Total Soluble Solids (TSS) content in fresh and dried honey, met the criteria for the composition of honey. The TSS of dried fruits ranged from 88.3 to 89.5° on the Brix scale. Therefore, it can be assumed that the re duction of water content during the drying process significantly contributes to the stability of honey during storage. VD and freeze drying reduced the water activity by about 28 %, which made honey microbiologically more stable and eliminated the possibility of fermentation. The water activity in the dried products ranged from 0.405 to 0.427. The effect of preliminary FD treatment on the quality of honey was investigated using the HPLC method. This was done by determining the change in HMF (an increase of 3971 %) and diastase activity (a decrease of 17-36 %) compared to fresh honey samples.

Key words: drying, honey, samples, research, vacuum.

Введение

Мед является промышленным продуктом, который может храниться длительное время. Потребители меда обычно нуждаются в меде высокого качества, природные характеристики которого бы не менялись. Отсюда вытекает необходимость сбора, откачки и обработки соответствующим оборудованием различных видов меда. Мед, изготовленный таким образом, больше ценится потребителями. мед пчела сбор

Процесс обработки и изготовления меда совершенствовался одновременно с изучением его качества и других характеристик [4].

Контролируемая технологическая обработка меда натурального обычно используется для снижения вязкости, что облегчает его перекачивание и для расплавления кристаллов декстрозы, чтобы задержать кристаллизацию во время хранения и уничтожить дрожжи, которые могут провоцировать порчу из-за начала ферментативных процессов [6].

Основными и необходимыми этапами изготовления меда являются: разжижение, освещение, гомогенизация, пастеризация, фасовка и созревание.

Значительное количество меда различного ботанического происхождения, благодаря низким температурам, физическому и химическому процессу эволюции составных частей, становится более постоянными, принимая форму пластического отверждения. Обычно, но не совсем правильно, этот процесс именуют кристаллизацией меда.

Материалы и методы. Разжижение происходит при нагревании всей партии меда до температуры максимум 42 °С. Разжижение можно получить с помощью воздуха или воды. Нагрев меда потоком воздуха является удовлетворительным как для поддержания постоянной температуры, так и для избегания избыточной влажности. На промышленных установках эта операция проводится в две фазы. Первая заключается во введении контейнеров с зернистым медом в камеру, в которой температура поддерживается автоматическим термостатным регулированием. В этой камере, а именно в камере предварительного нагрева, разжижается мед только у краев контейнеров с медом. В результате того что контейнеры находятся в камере предварительного нагрева сравнительно короткое время, происходит неполное разжижение меда. Затем контейнеры вводятся в специальные камеры, в которых проходит замкнутая цепь мощного потока сухого воздуха [3]. Здесь контейнеры относятся горловиной вниз так, чтобы в мед, который отстал от стенок контейнера, свободно стекал на решеточное основание контейнера, установленное над резервуаром для купажирования и топки.

Итак, подогретый и частично растопленный мед проходит через решетку в смесительный резервуар, двойные стенки которого также подогреваются теплой водой.

Смешивание производится с помощью винтовых лопастей. После плавления и гомогенизации мед пропускают в резервуар-коллектор, который оснащен шестеренчатым насосом. Тонкое сито защищает резервуар от проникновения загрязнений из меда в контейнер. С помощью термостата и гидростата в камере таяния поддерживаются постоянные температура и влажность.

Этот мед перекачивают в несколько резервуаров для созревания, где заканчивается медленно разжижение меда при температуре не выше 32-35 °С.

Вторая фаза заключается в освещении меда - отстаивании и фильтровании.

Благодаря силе тяжести, отстаиванием устраняют существующие в смеси посторонние вещества. Слабый поток в меде обеспечивает оседание на дно более тяжелых, чем мед частиц, а более легкие частицы и пузырьки воздуха выходят на поверхность в виде пены. После отстаивания мед еще содержит остаточное загрязнение, которое устраняется фильтрованием. Раскристаллизованный мед фильтруют через двухсекционный сетчатый фильтр с размером отверстий 2 мм в первой (верхней) секции и 1 мм второй (нижней). Для лучшей фильтрации меда на сетку нижней секции кладут капроновую ткань или марлю в 3-4 слоя. В технологических линиях предусмотрены два поочередно работающих фильтра, установленные над горловиной приемной ванны. Мед стекает в нее непрерывной струйкой. Когда поверхность фильтра загрязнится, его снимают для очистки и промывки, а на его место ставят второй фильтр [4].

После фильтрации в меде остается значительное количество пузырьков воздуха, что может в любой момент спровоцировать брожение и грануляцию меда. Фактически мед непрозрачен именно из-за этих пузырьков. Современные методы для удаления подобных фракций базируются на использовании электронных фильтров, которые под воздействием электрического напряжения способствуют разрушению частиц воздуха. Под воздействием электрического тока мелкие частицы воздуха группируются и обеспечивают прозрачность меда.

Гомогенизация - процесс переработки меда и других продуктов пчеловодства, что обеспечивает получение равномерной (однородной) смеси [9].

Результаты и обсуждение. Нагревание меда во время обработки и приготовления приводит к определенным повреждениям. Эти ухудшения можно заметить при измерении параметров контроля качества (таблица 1). Кроме того, таблица 1 также обеспечивает сравнение с критериями состава для меда.

Таблица 1 - Свойства образца пчелиного меда

Содержание Total Soluble Solids (TSS) в меде колебалось от 80,5 до 89,5° по шкале Брикса как для свежих, так и для высушенных образцов. Для всех образцов меда содержание TSS, как правило, превышало 80 %, и, таким образом, они могут считаться высококачественными и очень стабильными при хранении. Самое высокое содержание TSS наблюдалось в подсолнечном меде. Самое высокое значение 89,5° Brix было обнаружено в образцах с вакуумной сушкой (VD), за которыми следуют образцы с сублимационной сушкой (FD) с 88,9° Brix. Среднее увеличение TSS во время процессов сушки составило 9 % для VD и 8,8 % для FD. Аналогичные результаты были получены в работе [6]. Содержание воды в разных видах меда варьировалось с 17,5-17,9 % для свежего меда, до 10,1-11,7 % при наблюдении за высушенными образцами. Все образцы меда соответствовали критериям состава для меда, которые ограничивают содержание воды максимум 20 % [1]. Активность воды в образцах свежего меда находилась в диапазоне от 0,558 до 0,598. Таким образом, можно сделать вывод, что значение aW свежего меда ниже 0,60 и что он соответствует критериям состава.

Анализ изменения гидроксил-метил-фурфурола (HMF) и активности диастазы (DN) был проведен на исходных образцах меда, а также после термической обработки. В связи с тем, что VD реализуется без какой-либо предварительной термической обработки, содержание HMF после VD не будет изменено. С другой стороны, значение HMF после выполнения FD подразумевает, что в результате нагрева произошло значительное разрушение. Содержание HMF в образцах меда FD было на 39-71 % выше, чем в свежем образце. Первоначальные высокие значения HMF 38 мг/кг для свежих образцов подсолнечного меда привели к нарушению критериев состава, поскольку HMF для FD составляет 65 мг/кг. С другой стороны, содержание HMF в образцах акациевого меда FD также было увеличено, но оставалось в пределах допустимых пределов (ниже 40 мг/кг) и соответствовало критериям состава. Активность диастазы - это параметр качества меда, используемый для определения того, подвергался ли мед интенсивному нагреванию во время обработки.

Во время предварительной термической обработки для FD DN был снижен на 17-36 %. Тем не менее, он оставался значительно выше допустимого предела в 8 % и соответствовал критериям состава. Похожая чувствительность к диастазе при термической обработке была получена с помощью [5].

Визуальное сравнение высушенных образцов показывает разницу между процессами VD и FD для подсолнечного меда. В конце обоих процессов сушки образцы меда достигли одинаковой плотности, вязкости и содержания воды. Однако из-за образования пузырьков воды при кипячении воды в вакууме мед, подвергшийся VD, имел большее механическое разрушение. Образование пузырьков крайне нежелательно на более поздних стадиях процесса сушки, когда вязкость меда становится выше. Образец меда, высушенный с помощью процесса FD, был менее нарушен, и с ним было легче обращаться. Аналогичный вид высушенного продукта был получен для акациевого меда.

В начале процесса сушки наибольшая скорость сушки была обнаружена при начальной температуре материала +25 °C. Это произошло в результате меньшего сопротивления материала внутренней диффузии воды. Однако при начальной температуре образца меда -40 °C процесс FD выполнялся с низкой интенсивностью (по сравнению с VD), но общее время сушки было короче. Аналогичное поведение материала можно наблюдать как для процесса VD, так и для процесса FD.

Независимо от способа сушки, время сушки подсолнечного меда было больше. Это можно объяснить различием в структуре и сорте меда. Поэтому можно сделать вывод, что акациевый мед больше подходит для сушки. Для обоих сортов меда первые 5 часов сушки привели к самой высокой ее скорости. Кроме того, за этот период значения MR (micro-Texture) упали ниже 0,2. После этого процесс FD оказался более эффективным, чем процесс VD и длился на 75 % короче для обоих сортов меда.

Экспериментально полученные результаты, касающиеся изменения MR во время процесса VD и FD, были сопоставлены с несколькими моделями, обычно используемыми в литературе. Был сделан вывод, что решения модели Верма обеспечивают удовлетворительное совпадение с результатами, полученными в экспериментах. Регрессионный анализ показывает, что среднее значение для всех коэффициентов детерминации эксперимента (таблица 2, рисунок 1), рассчитанное для модели Verma, равно г ² = 0.98433. Поскольку выбранная модель показала отличное соответствие экспериментальным результатам, не было необходимости в разработке новой модели для MR описание в рамках наблюдаемых процессов [8].

Таблица 2 - Прогнозирование коэффициентов модели

Ценности для эффективного коэффициента диффузии влаги пчелиного меда (таблица 3, рисунок 2), были получены в диапазоне: Дэф =1.05-10^-7-2.67-10^-6 m²A для VD, и Дэф =2.87-10^-7-9.50-10^-7 m²/s для FD. В Дэф уменьшается с повышением температуры FD. Аналогичные результаты были получены в работе [9].

Таблица 3 - Эффективная диффузионная способность влаги

Рисунок 1 - Прогнозирование коэффициентов модели

Рисунок 2 - Эффективная диффузионная способность влаги при высушивании меда

Добавление материалов-носителей может помочь при сушке таких продуктов, как мед. Если концентрация воды в продукте низкая, вся вода остается в незамерзшем состоянии. На всю присутствующую воду большое влияние оказывают сахар и органические кислотные компоненты, которые присутствуют в этих пищевых системах и препятствуют кристаллизации льда [1]. Для снижения содержания влаги в меде был использован новый метод, основанный на пассивной диффузии и мониторинге последующих изменений нескольких свойств меда [2]. Количество гидроксил-метил- фурфурола и активность диастаза являются параметрами, определяющими качество меда и являющимися показателями его свежести и термической обработки.

Свежий мед содержит очень низкое количество HMF и, с другой стороны, высокое содержание диастазы [3]. HMF - это циклический альдегид, образующийся в процессе обезвоживания сахара, которое происходит при нагревании меда или его длительном хранении. В очень концентрированных растворах, почти без свободной воды, подача тепла может влиять на перераспределение энергии таким образом, что она становится энергией активации для потенциальных потерь и химически связанной воды. Следовательно, циклические альдегиды, такие как HMF, образуются из сахаров [4]. Диастаза представляет собой фермент, который естественным образом присутствует в меде и который разрушается в процессе нагревания [5].

В рамках статьи [8] было проведено исследование технологии микроволновой вакуумной сушки (VD) для приготовления сухого меда. Образцы нагревали и обезвоживали в микроволновой сушилке до достижения содержания влаги ниже 2,5 %. В процессе сушки температура сердцевины образца была равна температуре поверхности. Температуру образца варьировали от 30 °С до 50 °С, что приводило к незначительному изменению содержания основных сахаров (фруктозы, глюкозы, мальтозы и сахарозы), а также спиртов и сложных эфиров. В современной пищевой промышленности для обработки сырья обычно требуется какой-либо процесс сушки [10].

Поэтому исследования и анализ, сосредоточенные на процессе сушки, имеют большое значение для обеспечения дальнейших улучшений. Типичный процесс сушки, выполняемый при атмосферном давлении, подразумевает нагрев пищевого материала ниже 100 °С. Это состояние может быть определено как состояние F. Несмотря на многочисленные исследования, проведенные в этой области, точное математическое моделирование процесса сушки биологического материала остается сложным.

Большинство методов моделирования, основанных на концепции диффузии влаги через материал, описывают, как изменяется среднее содержание влаги в материале с течением времени [11].

Выбор температуры VD оказывает значительное влияние на кинетику сушки, скорости сушки, эффективную диффузию влаги и параметры качества [12]. VD обычно используется для сушки гигроскопичных и термочувствительных веществ. Кроме того, VD основан на принципе создания вакуума с целью снижения давления до значения ниже давления водяного пара. Вакуумные насосы снижают давление высушиваемого вещества (приблизительно 0,0296-0,059 бар), что, следовательно, снижает температуру кипения воды внутри этого вещества (соответствующая температура кипения воды составляет 25-30 °С). Соответственно, скорость испарения значительно увеличивается. В результате естественным образом повышается скорость высыхания продукта [13].

Во время сублимационной сушки - FD, тепло сублимации обеспечивается проводимостью и излучением. После процесса сублимации температура сушильной камеры повышается, и последующие процессы происходят исключительно в вакууме. Сублимация чистого льда возможна только при температуре ниже тройной точки воды (приблизительно 611,2 Па, 0,01 °С). Однако пищевые продукты содержат твердые вещества и требуют сушки при более низких температурах (обычно ниже -10 °C или ниже) и при абсолютном давлении ниже 270 Па [5]. При замораживании, в зависимости от состава пищевого продукта, 65-90 % исходной воды находится в замороженном состоянии, в то время как остальные 10-5 % находятся в размороженном (сорбированном) состоянии. Скорость и количество образования льда при замораживании зависят от состава и вязкости незамерзшей фракции [6].

Два разных сорта пчелиного меда, то есть подсолнечный мед (Helianthus Annuus L.) и акациевый мед (Robiniapseudo acacia L.), были экспериментально высушены с использованием методов VD и FD. Были исследованы кинетика сушки и эффективность удаления влаги из материала. Кроме того, влияние обработки меда и подготовки к сушке было изучено путем измерения параметров контроля качества и сравнения их с критериями состава меда.

Обработка VD проводилась при начальных температурах образцов меда +25 °C, -20 °C и -40 °C. Результаты подтвердили, что процесс сублимационной сушки пчелиного меда при начальной температуре образца -40 °C имеет самое короткое время сушки (от 7 до 9 часов), несмотря на снижение интенсивности процесса сушки в начальный период. Модель Верма наилучшим образом соответствовала экспериментальным результатам и имела среднее значение коэффициентов детерминации r² = 0,98433 для всех экспериментов. Средние значения эффективной диффузии влаги находились в диапазоне от 8,26-10"⁷ до 9,5 * 10^-7 м ²/с. Содержание воды, а также содержание TSS в свежем и сушеном меде соответствовали критериям состава меда. TSS сушеных медов варьировалась от 88,3 до 89,5° по шкале Брикса. Следовательно, можно считать, что снижение содержания воды в процессе сушки значительно способствует повышению стабильности меда при хранении.

Влияние предварительной обработки FD на качество меда было исследовано с использованием метода ВЭЖХ. Это было выполнено путем определения изменения HMF (увеличение на 39-71 %) и активности диастазы (снижение на 17-36 %) по сравнению со свежими образцами меда.

Выводы

В заключение следует отметить, что как вакуумная, так и замораживающая сушка обеспечивали высушенный продукт с аналогичными параметрами качества и соответствовали критериям состава. Однако, согласно проведенным наблюдениям, умеренное предпочтение следует отдавать FD. По сравнению с медом вакуумной сушки, сублимированный мед имел хорошо сохраненную и менее поврежденную структуру в конце процесса. Более того, процесс FD длился короче. С другой стороны, термическая подготовка меда перед процессом сушки может быть критическим моментом с точки зрения нежелательного увеличения содержания HMF и активности диастазы. Энергоэффективность проводимых процессов, безусловно, предоставит дополнительную информацию по этому вопросу и станет предметом будущих исследований.

Библиографический список

1. Белоусов В.И., Романенко Е.А., Варенцова А.А. Результаты мониторинга безопасности продуктов животного происхождения в субъектах Российской Федерации // Российский журнал Проблемы ветеринарной санитарии, гигиены и экологии. 2021. № 4 (40). С. 380 -388.

2. Бышов Д.Н., Каширин Д.Е., Морозов С.С. Исследование оптических характеристик перговых сотов // Вестник КрасГАУ. 2019. № 7(148). С. 155-161.

3. Бышов Д.Н., Каширин Д.Е., Морозов С.С. Экспериментальное исследование оптических характеристик перговых сотов // Вестник Рязанского государственного агротехнологи- ческого университета им. П.А. Костычева. 2019. № 3 (43). С. 75-79.

4. Дементьева Н.В., Бойцова Т.М. Обоснование технологии производства фитоконфет из ламинарии японской // Пищевая промышленность. 2022. № 12. С. 70-73.

5. Дюкова В.С. Влияние механического измельчения кристаллов меда на его качество и физико-химические показатели // Сборник научных трудов Краснодарского научного центра по зоотехнии и ветеринарии. 2022. Т. 11. № 1. С. 133-135.

6. Ермолаев В.А. Исследование процессов вакуумной сушки меда // Вестник КрасГАУ. 2018. № 6(141). С. 111-115.

7. Жунева Л.С., Семченко М.В., Асякина Л.К. Анализ процесса получения сухого меда // Хранение и переработка сельхозсырья. 2019. № 2. С. 8-23.

8. Колосова С.Ф., Умиралиева Л.Б., Кашкарова И.В. Разработка технологии получения и оценка эффективности продуктов пчеловодства для создания биологически активных добавок // Хранение и переработка сельхозсырья. 2022. № 1. С. 18 -31.

9. Мамонов Р.А. Теория процесса центробежной скарификации пчелиных сотов // Вестник Рязанского государственного агротехнологического университета им. П.А. Костыче- ва. 2018. № 2(38). С. 102-107.

10. Попкова М.А., Есенкина С.Н. Изменение содержания витаминов в мёде в процессе хранения // Пищевые системы. 2021. Т. 4. № 3S. С. 223 -227.

11. Ульянов В.М., Утолин В.В., Лузгин Н.Е., Власов К.А. Классификация кремовалок (декристаллизаторов) меда // Инновационная техника и технология. 2022. Т. 9. № 3. С. 74-83.

12. Tultabayeva T. Ch., Zhumanova U. T., Tultabayev M. Ch. Determination of the parameters of freeze-drying honey // Вестник Алматинского технологического университета. 2022. No 3. P. 185-191.

Размещено на Allbest.ru