Исследование способа получения экстрактов из замороженных плодов и ягод в аппарате с вибрационной тарелкой

ИССЛЕДОВАНИЕ СПОСОБА ПОЛУЧЕНИЯ ЭКСТРАКТОВ ИЗ ЗАМОРОЖЕННЫХ ПЛОДОВ И ЯГОД В АППАРАТЕ С ВИБРАЦИОННОЙ ТАРЕЛКОЙ

А.Ф. Сорокопуд,

И.Б. Плотников,

А.Н. Астафьева

Ускорение социального и экономического развития нашего общества настоятельно требует преобразований в структуре и качестве питания населения и предусматривает вовлечь в рацион питания продукты, обогащенные витаминами и другими биологически активными веществами, рекомендованные разным регионам и возрастным группам населения. В связи с этим необходимо разрабатывать и широко внедрять новые ресурсосберегающие технологии, создавать принципиально новые технологии получения сбалансированных и физиологически полноценных продуктов с заданными свойствами.

Основу многих продуктов питания составляют экстракты из плодово-ягодного и лекарственно-технического сырья, поскольку такое сырье содержит широкий комплекс аминокислот, белков, витаминов, минеральных веществ и др.[4].

Плоды и ягоды Сибири (облепиха, калина, клюква, черноплодная рябина, брусника, черника и др.) являются ценнейшими возобновляемыми растительными ресурсами[6]. технология получение экстракт ягода

Возможность заготовки и реализации дикорастущих плодов и ягод вызывает сегодня повышенный интерес, так как использование такого сырья приобретает актуальность для производства пищевых продуктов благодаря его доступности и низкой себестоимости. В отличие от культивируемого сырья, обрабатываемого в период роста химическими препаратами, дикорастущее − экологически чистое [4].

Замораживание плодово-ягодного сырья является наиболее экономичным способом хранения. При медленном замораживании до -18 °С в плодах и ягодах образуются крупные кристаллы льда, которые разрывают ткани и тем самым, способствуют более полному отделению сока при дальнейшей переработке[3].

Широко известный способ получения сока из замороженных плодов и ягод включает операции: дробление, дефростирование в горячей воде, прессование либо диффузия[5]. При реализации такого способа потери и отходы сока составляют: для ягод клюквы - до 7 %, для черноплодной рябины - до 8,6% [2].Этот способ отличается длительностью, наличием нескольких последовательных операций, осуществляемых на различном оборудовании, имеющем невысокий КПД, высокими энергозатратами.

Указанные недостатки устраняются совмещением операций размораживания, дробления и диффузии в одном аппарате с вибрационной тарелкой периодического действия. В аппарат помещают замороженные плоды или ягоды, заливают воду, затем - этиловый спирт комнатной температуры. Весовое соотношение фаз − плодов или ягод (Т) и экстрагента −водно-спиртового раствора (Ж) должно составлять (Т/Ж) = (1/2,5), концентрация спирта в экстрагенте −40 об. % при комнатной температуре. Далее в аппарат вводится перфорированная отверстиями диаметром 2,5 мм тарелка толщиной 3мм. Диаметр тарелки 142 мм, диаметра аппарата 146 мм, площадь свободного сечения тарелки 16,5 %. На тарелке по периферии установлена в сторону дна отбортовка высотой 14 мм. Тарелка устанавливается на расстоянии 45…48 мм от дна аппарата. Общая высота слоя (Т+Ж) составляет 102…104 мм. Тарелка приводится в возвратно-поступательное движение в вертикальной плоскости с частотой 600 мин^-1 и амплитудой 14 мм. Вибрационное воздействие осуществляется в течение 10…12,5 минут до установления постоянной концентрации сухих веществ в экстракте. Далее аппарат опорожняют и проводят разделение твёрдой и жидкой фаз. Содержание сухих веществ в полученном экстракте превышает содержание сухих веществ, полученных из такого же сырья методом традиционного настаивания в водно-спиртовом растворе, в течение 65...72 часов для клюквы на 0,5 масс. %, для черноплодной рябины на 0,6 масс. %.Степень насыщения экстрагента сухими веществами измерялась фотоэлектрокалориметрическим методом на приборе КФК-2.

Положительный эффект от использования водно-спиртового раствора заключается в том, что получаются экстракты с большим содержанием сухих веществ, растворяются многие алкалоиды, органические кислоты, витамины, аминокислоты, минеральные вещества. Этанол обезвоживает протоплазму, стенки теряют полупроницаемость и в результате плазмолиза через них происходит свободная диффузия растворимых веществ. Этанол в составе экстрагента является консервантом, оказывает антисептическое воздействие[2].

Добавление спирта в воду непосредственно в экстракторе позволяет подводить к системе (Т/Ж) дополнительное количество тепла, выделяемое при растворении спирта в воде. Это ускоряет процесс размораживания и соответственно сокращает время получения экстракта и энергозатраты.

Описанный способ был реализован на ягодах клюквы и плодах черноплодной рябины.

Свежие ягоды и плоды замораживались до -18 °С, затем навешивали 375 грамм плодов или ягод, помещали сырье в аппарат и заливали 599 грамм воды и затем 338 грамм этанола концентрацией 95 об. % при комнатной температуре.

В аппарат вводилась тарелка, которая с помощью электродвигателя и кривошипно-шатунного механизма приводилась в возвратно-поступательное движение в вертикальной плоскости.

Определенные на приборе КФК-2 коэффициенты пропускания К₁− для клюквы, и К₂ − для черноплодной рябины, представлены в таблице

Таблица

Как следует из приведенных в таблице данных, равновесие в системе (Т/Ж) наступает в различное время: на 10-й минуте для клюквы и на 13-й минуте для черноплодной рябины. Эти результаты можно объяснить строением и составом сырья - более плотная мякоть у черноплодной рябины и меньшее содержание воды, и до 98 % по массе воды у клюквы, при незначительном содержании мякоти.

По окончании процесса содержание спирта в экстрактах определяли пикнометрическим методом [1], оно составило26-27 об. %. Количество сухих веществ в деалкоголизированном экстракте определяли рефрактометрическим методом[1], оно составило: 3,1 мас. % для клюквы и 5,9 мас. % для черноплодной рябины. Температура полученных экстрактов составляет 10…13 °С.

Анализ энергозатрат на осуществление изучаемого процесса, выполнен с использованием полезных энергозатрат N (Вт), которые определялись как разность между общими энергозатратами и затратами энергии на холостой ход. Данные представленные нарис. 1, 2 получены параллельно с данными, представленными в таблице, при тех же условиях.

Как следует из приведенных на рисунках 1, 2 данных, в первый период времени энергозатраты возрастают. Далее энергозатраты снижаются и через 10...15 минут после начала процесса становятся стабильными. Эти результаты можно объяснить следующим образом. В первый период струи жидкости, образуемые отверстиями в тарелке, встречают сопротивление в виде слоя замороженных плодов или ягод, привести такой слой в виброожиженное состояние требует существенных энергозатрат.По мере перемешивания плодов или ягод они размораживаются, уменьшаются в размерах, распадаются на части, деформируются и дополнительно измельчаются. Струи проникают на большую глубину и перемешивают образовавшуюся суспензию, встречая меньшее сопротивление. По мере разрушения замороженных ягод, сопротивление струям снижается и становится минимальным и постоянным во времени. В результате разрушения ягодобразуется достаточно однородный объем суспензии, на перемешивание которого, т.е. создание виброожиженного слоя, затрачивается различное количество энергии.Энергозатраты на создание виброожиженного слоя возрастают с увеличением частоты колебаний вибрационной тарелки.

Рисунок1− Зависимости энергозатрат от времени для черноплодной рябины: 1−n=700 мин^-1,экстрагент − вода; 2 - n=600 мин^-1, экстрагент - вода; 3− n=600 мин^-1, экстрагент - водно-спиртовая смесь, Ссп=40%об.

Линия 4 на рисунке 2 отличается по характеру от остальных, рисунки 1, 2. Вероятно, большее количество этанола в экстрагенте ускоряет процесс таяния ягод клюквы, т. к. выделяется большее количество тепла при растворении этанола в воде. Это, в конечном итоге, снижает энергозатраты на виброожижение на начальном этапе.

Целевой продукт − плодово-ягодные экстракты могут быть использованы в пищевой промышленности в качестве пищевых добавок и красителей. Экстракты имеют цвет и запах, соответствующие исходным плодам и ягодам.

Предлагаемый способ позволяет сократить время, снизить энергозатраты, повысить качество получаемых плодово-ягодных экстрактов и увеличить время их хранения. Твердая фаза, оставшаяся после отделения экстракта, имеет частицы размером не более 1,65мм и может быть в дальнейшем измельчена для использования в качестве пищевых и кормовых добавок.

Рисунок2− Зависимостиэнергозатрат от времени для клюквы: 1−n=700 мин^-1,экстрагент − вода; 2 − n=600 мин^-1, экстрагент - водно-спиртовая смесь, Ссп=40% об.; 3−n=600мин^-1, экстрагент - вода; 4−n=600 мин^-1, экстрагент - водно-спиртовая смесь, Ссп=60%об.

Литература

1.Великая, Е.И., Суходол, В.Ф. Лабораторный практикум по курсу общей технологии бродильных производств (общие методы контроля). - М.: Легкая и пищевая промышленность, 1983. - 312с.

.Домарецкий, В.А. Производство концентратов, экстракторов и безалкогольных напитков. Справочник. Киев: Урожай, 1990. − 190 с.

4.Производство обогащенных продуктов с использованием экстрактов и их товароведная оценка / С.Н. Кравченко, С.С. Павлов. - М.: Кемерово: Издательское объединение «Российские университеты»: Кузбассвузиздат - АСТШ, 2006. - 151с.

5. Сборник технологических инструкций по производству консервов. Том II: Консервы фруктовые, часть 2.М.: «Петит», 1992. − С 180.

6. Шапиро, Д.К. Дикорастущие плоды и ягоды / Д.К. Шапиро, Н.И. Манциводо, В.А. Михайловская. - 3-е изд., перераб. и доп. - Мн.: Ураджай, 1988. - 128 с.