Научное обеспечение и разработка технологии плодоовощных пюреобразных концентратов методом двухстадийного выпаривания и оборудования для ее реализации (31.08.2009)

Автор: Вертяков Федор Николаевич

= 0,209 м. Таким образом, полученная модель позволяет рассчитать высоту вакуум-камеры.

В четвертой главе дано описание экспериментальных исследований процесса выпаривания плодоовощного сырья методом сброса давления. Они проводились на специально сконструированной установке, которая включала в себя автоклав, вакуум-камеру, змеевиковый теплообменник, сборник конденсата, вакуум-насос, станину, пульт управления со средствами измерения и регулирования режимных параметров для контроля и управления процессом концентрирования. Параметры процесса выпаривания плодоовощного сырья изменялись в следующих диапазонах: начальная температура пюре – 396…420 К; давление в автоклаве – 0,15…0,40 МПа, величина разряжения в вакуум-камере – 4…7 кПа; температура стенки вакуум-камеры – 313…368 К.

В качестве объектов исследования использовались клубника, красная и черная смородина, крыжовник, малина, абрикосы, слива, алыча, вишня, персики, помидоры, морковь, свекла, груши, яблоки. Вначале предварительно вымытое, очищенное от семян и косточек фруктовое или овощное сырье подвергали двухкратному измельчению: на первой стадии – предварительному измельчению сырья до размера 5 мм на шнековом измельчителе; а на второй – на коллоидной мельнице КМ-100 до размера частиц 0,3…0,5 мм. Затем измельченное сырье загружалось в автоклав, в котором осуществлялось нагревание исходного пюре до заданных температуры (T = 396…420 К) и давления (Р = (1,5…4,0)(105).

Затем пюре распыливалось с помощью сопловой форсунки в вакуум-камере. В результате резкого перепада температуры и давления в вакуум-камере происходило мелкодиспергированное распыление продукта, сопровождающееся мгновенным испарением части влаги, содержащейся в пюре в перегретом состоянии. Затем капельки пюре достигали вертикальной стенки вакуум-камеры и оседали на ней, образуя пленку продукта, постепенно стекающую вниз по стенке под действием сил тяжести.

= 0,180…0,390 мм.

, который изменялся в диапазоне от 1,389 до 2,081, что свидетельствовало об однородности распыла фруктовых пюре.

Проведенные исследования позволили выявить зависимость среднего объемно-поверхностного диаметра капель от диаметра соплового отверстия струйной форсунки (рис. 4).

Для определения дисперсных характеристик распыливаемого в вакуум-камере при помощи струйной форсунки яблочного пюре было получено критериальное уравнение

Полученное критериальное уравнение (32) позволяет с достаточной точностью ((19 %) рассчитать дисперсные характеристики пюре при распыливании его в вакуум-камере.

Важнейшим этапом процесса производства концентрированных фруктовых и овощных пюре методом двухстадийного выпаривания является нагрев и кипение пленки пюре, стекающей вниз по вертикальной стенке вакуум-камеры под действием сил тяжести. В условиях вакуума теплота к паровому пузырьку передается от перегретого слоя пюре на межфазной поверхности, и радиус парового пузырька R определяется уравнением

Уравнение (33) получено для величины разряжения в вакуум-камере Р = 2…25 кПа.

Для определения коэффициента теплоотдачи получено критериальное уравнение:

Таким образом, исследован механизм образования паровых пузырей при кипении плодовых и овощных пюре на вертикальной стенке вакуум-камеры, и получено критериальное уравнение для определения коэффициента теплоотдачи при пузырьковом кипении пюре в условиях свободного движения по вертикальной обогреваемой стенке.

Интенсивность испарения влаги из пюре определяется величиной разряжения и температуры испаряемых из вакуум-камеры паров при различных режимах распыливания пюре. Установлено, что характер изменения величины разряжения в вакуум-камере и температуры испаряемых из продукта паров указывает на наличие двух стадий процесса выпаривания клубничного (рис. 5, а) и вишневого (рис. 5, б) пюре.

Рис. 5. Зависимость изменения величины разряжения в вакуум-камере Р, кПа, и температуры испаряемого пара Ту.п, (С, от времени (, с, при выпаривании клубничного (а) и вишневого (б) пюре

На первой стадии процесса выпаривания клубничного пюре, продолжительность которой составляла 60…130 с, происходило увеличение давления Р с 4,0…11,9 до 10,6…12,3 кПа (рис. 5, а) при возрастании температуры испаряемых паров с 305…315 до 311…316 К (рис. 5, б).

Эти изменения давления в вакуум-камере и температуры испаряемых паров обусловлены мгновенным испарением влаги, содержащейся в мелкодиспергированных каплях пюре в перегретом состоянии, за счет резкого перепада давления: давление пюре в автоклаве составляло 0,15…0,25 МПа, а величина разряжения в вакуум-камере – 4…7 кПа.

После прохождения максимальных значений давления и температуры испаряемых паров наступает вторая стадия процесса выпаривания, на которой происходит выпаривание влаги из стекающей вниз по вертикальной стенке вакуум-камеры пленки пюре. Она характеризуется одновременным понижением давления Р с 10,6…12,3 до 9,0…11,1 кПа и температуры Т продукта с 311…316 до 304…311 К. Двухстадийный характер протекания процесса выпаривания клубничного пюре подтверждается зависимостью изменения величины разряжения в вакуум-камере от температуры испаряемого пара (рис. 6).

Был исследован характер изменения интенсивности выпаривания влаги при концентрировании алычового пюре методом распыления в вакуум-камере и последующего выпаривания из него влаги при стекании пленки пюре по обогреваемой вертикальной стенке вакуум-камеры (рис. 7). Выявлено доминирующее влияние температуры термостатирования вертикальной стенки вакуум-камеры (см. рис. 7, а) на интенсивность выпаривания влаги: с ее увеличением от 30,3 до 50,8 (С количество выпариваемой влаги увеличилось в 2,26 раза.

= от 60…120 до 720 с) – от 88,2 до 81,1 % испаряемой влаги.

Рис. 7. Зависимость массы влаги Vк, кг, выпаренной из алычового пюре, от времени ( (а), с, и величины давления в вакуум-камере, Р (б), кПа

Таким образом, проведенные исследования по влиянию величины разряжения в вакуум-камере и температуры испаряемых паров на интенсивность процесса выпаривания пюре при различных режимах распыливания позволили получить зависимости, которые легли в основу выбора рационального баротермического режима для сохранения высокого качества готового пюре.

В пятой главе проведены исследования качественных показателей плодоовощных пюреобразных концентратов. Для определения антиоксидантной активности был использован анализатор «Цвет Яуза-01-АА». В результате определена суммарная антиоксидантная активность для вытяжки из свежих и концентрированных пюре алычи, сливы, груши, яблок и томатов (табл. 3). Установлено, что суммарная антиоксидантная активность концентрированных фруктовых и овощных пюре больше антиоксидантной активности свежих пюре. Поэтому употребление в пищу продуктов с повышенным содержанием антиоксидантов препятствует возникновению сахарного диабета, заболевания печени, почек, заболеваний сердечно-сосудистой системы и др. Наибольшей антиоксидантной активностью обладают концентрированные яблочное, алычовое и томатное пюре, т. к. в них содержатся водо- и жирорастворимые антиоксидантные компоненты, а в вытяжках концентрированных грушевого и сливового пюре – только водорастворимые.

Таблица 3

Результаты расчетов суммарной антиоксидантной активности (АОА) фруктовых и овощных пюре по кверцетину

Продукт Кверцетин

Концентрация по графику Суммарная АOA, мг/г на 100 г продукта

Алыча свежая 2,50 0,02 2,4

концентрированная 5,85 0,06 6,2

Слива свежая 1,89 0,01 1,5

концентрированная 4,06 0,04 4,1

Груша свежая 1,32 0,01 1,3

концентрированная 3,66 0,03 2,7

Томат свежий 4,62 0,04 4,3

концентрированный 5,72 0,07 7,1

Яблоки свежие 1,26 0,01 1,2

концентрированные 9,43 0,09 9,1

Употребление в пищу концентрированных фруктовых и овощных пюре с повышенным содержанием суммарной антиоксидантной активности более целесообразно по сравнению с потреблением свежих фруктовых и овощных пюре.

Для доказательства повышенной пищевой ценности получаемых пюреобразных фруктовых и овощных концентратов были проведены исследования химического состава исходных и концентрированных фруктовых (малины и красной смородины) (табл. 4) и овощных (моркови и свеклы) пюре. Комплексная оценка органолептических и физико-химических показателей качества концентрированных фруктовых пюре показала не только их полное соответствие требованиям действующих нормативных документов, но и более высокое содержание ценных термолабильных веществ (витаминов С, В1 и В2, моносахаров и др.).

Таблица 4


загрузка...