Способ получения стабилизированного пектинсодержащего тыквенного жома

Изобретение относится к пищевой промышленности, а именно к способу получения стабилизированного пектинсодержащего тыквенного жома со свойством длительного хранения.

Используемое сырье - тыквенный жом является новым полупродуктом со специфическими свойствами, отличающимися от ранее известных сырьевых материалов, используемых для получения пектина. Получение тыквенного жома рассматривается как промежуточный этап для получения из него готовых продуктов в виде пектина и пищевых волокон.

Сушка - один из самых энергоемких процессов пищевой технологии, а для производств пектинсодержащего сырья - это завершающий процесс, определяющий качество готового продукта и соответственно качество пектина.

Применительно для мякоти тыквы, известен способ обезвоживания пищевых волокон при производстве пектина, включающий в себя двухэтапную сушку в кипящем слое, при этом предварительное обезвоживание волокон производят прессованием до влажности 75-80%, а окончательное обезвоживание производят сушкой волокон в кипящем слое при температуре сушильного агента 145-150°C, скорости потока 12,5-12,75 м/с до влажности 10-12% на первом этапе с последующим выравниванием влажности и досушкой до 9-10% также в кипящем слое при температуре сушильного агента 25-30°C и скоростью потока 4,5-5 м/с на втором этапе сушки (Патент РФ №2374851, А23В 7/02).

Известен способ обезвоживания растительного сырья, включающий предварительную обработку сырья сушильным агрегатом и окончательную сушку в кипящем слое со снижением температуры сушильного агента, в котором предварительную обработку ведут в два этапа, на первом в течение 5-30 с по схеме противотока с температурой сушильного агента 130-200°C и со скоростью, равной 0,4-0,9 скорости витания частиц высушиваемого сырья, на втором - по схеме прямотока со скоростью сушильного агента, равной 3-7 скорости витания частиц высушиваемого сырья, причем обеспечивают закручивание потока сушильного агента для перемешивания сырья, а окончательную сушку осуществляют при начальной температуре сушильного агента 90-130°C с доведением влажности сырья до 20-35% и с конечной температурой 55-75°С с доведением сырья до заданной влажности (Патент РФ №2054262).

Известна инфракрасная сушка, которая основана на том, что инфракрасное излучение определенной длины волны активно поглощается водой, содержащейся в продукте (Т.И. Демидова и др., 2012). Но оно не поглощается тканью высушиваемого продукта, поэтому инфракрасная сушка возможна при невысокой температуре (до 100°С), что позволяет практически полностью сохранить витамины и биологически активные вещества. Прошедший инфракрасную сушку продукт не критичен к условиям хранения и устойчив к развитию микрофлоры. До года продукты могут храниться без специальной тары (при низкой влажности окружающей среды), при этом потери витаминов составляют 5-15%. Инфракрасная сушка продуктов дает их уменьшение в объеме в 3-4 раза, а в массе в 4-8 раз по сравнению с исходным сырьем.

Известен способ обработки жома для получения из тыквы пектина и других продуктов, включающий подготовку исходного сырья с отделением жома, который смешивают с водой и направляют в гидромодуль для кавитационной обработки при pH 2,8-3,6, извлекают из гидромодуля полученную смесь, которую далее разделяют вакуум-фильтрованием и сепарированием на пектиновый экстракт и пектиносодержащие пищевые волокна, указанные пищевые волокна прессуют с отделением пульпы и обезвоживают конвективной сушкой при температуре сушильного агента 115-145°C, а продукта - 75-85°C, пульпу возвращают в гидромодуль, смешивают воду, жом и пульпу в соотношении по массе жом:(вода + пульпа) от 50:50 до 15:85 и вода : пульпа от 90:10 до 75:25, повторяют фильтрование и сепарирование пектинового экстракта, затем экстракт направляют на микрофильтрацию с размером пор мембран 0,6-1 мкм и ультрафильтрацию с размером пор мембран 0,01-0,1 мкм при скорости протока пектинового экстракта 0,1-2,5 м/с и давлении 0,1 МПа для отделения пектиносодержащего витаминизированного напитка, далее экстракт с содержанием сухих веществ 3% выпаривают и проводят вакуумную сушку во вспененном состоянии при инфракрасном энергоподводе, температуре продукта 40-50°C и остаточном давлении в сушильной камере 2,7-5,5 МПа (патент РФ №2309607).

Известен способ переработки тыквы, который включает в себя сбор и погрузку тыквы, ее мытье в моечном устройстве, разделение пополам в устройстве для резки, высасывание семян, резку половинок тыквы на более мелкие кусочки, а также термообработку тыквенной пульпы в вакуумно-выпарном аппарате или сушка кусочков в конденсирующем влагоотделителе (Патент ЕР 1955582).

Перечисленные способы не обладают достаточной производительностью, поскольку для получения тыквенного жома с остаточной влажностью 6-10% требуются значительные временные затраты (3,5-141,0 ч). Кроме того, тыквенный жом, полученный вышеописанными способами, обладает низкими потребительскими качествами вследствие разрушения пектина.

Известен способ получения тыквенного жома для одновременного получения из него пектина и пищевых волокон. Тыкву моют и измельчают в стружку, из которой извлекают клеточный сок посредством отжима, полученную массу прессуют. Полученный тыквенный жом промывают водой и прессуют. Полученный спрессованный жом направляют на гидролиз-экстрагирование при гидромодуле смеси 1:(4-5), температуре 60-65°С и продолжительности процесса 60 мин, в качестве экстрагента используют анолит с pH 20 4,0-4,5, после разделения гидролизной массы посредством прессования на жом и гидролизат жом экстрагируют католитом с pH 20 7,5-8,0, при гидромодуле смеси 1:3, температуре 60°C в течение 30 мин, затем отделяют прессованием проэкстрагировавший жом от экстракта, частицы жома измельчают, сушат с получением пищевых волокон, экстракт соединяют с гидролизатом и после фильтрования направляют смесь на осаждение пектина спиртом и его сушку, причем анолит и католит получают при обработке раствора хлорида натрия в диафрагменном электролизере (Патент РФ №2422044).

Данное техническое решение предусматривает получение пектинсодержащего тыквенного жома в качестве промежуточного этапа для получения из него готовых продуктов в виде пектина и пищевых волокон, без закладки его на длительное хранение. Таким образом, данное техническое решение направлено на непрерывный процесс получения тыквенного жома, затем пектина и пищевых волокон в течение времени, при котором тыква сохраняет свои продовольственные характеристики.

Задачей, которую решает заявленное изобретение, является уменьшение материальных и временных затрат для получения тыквенного жома, а также улучшение его потребительских свойств и увеличение времени его хранения.

Указанная задача решается тем, что заявленный способ получения стабилизированного пектинсодержащего тыквенного жома включает мойку плодов, удаление плодоножки у вымытых плодов, дробление плодов с отделением семян, измельчение кусков тыквы на терочной дробилке, отделение сока из полученной мезги с помощью двухшнекового пресса до достижения влажности получаемого жома 75-82%. Затем осуществляют отмывку мезги от водорастворимых балластных соединений, пигментов и механических включений, которую осуществляют в течение 15-45 минут при температуре 40-50°C путем перемешивания смеси мезги с очищенной водой в соотношении не менее 4:1 со скоростью 40-43 об/мин в емкости, снабженной системой подогрева, разделение полученной суспензии на жидкую и твердую фазы с помощью вакуум-барабанного фильтра, отжим оставшейся на фильтрующей ткани массы с помощью двухшнекового пресса, при этом операции по отмывке и разделению повторяют 2-8 раз. Затем осуществляют двухступенчатую сушку, состоящую из первого этапа, включающего сушку массы по противоточно-перекрестной схеме в сушилке роторно-барабанного типа, где в качестве теплоносителя используется нагретый до 150-180°C воздух, до получения продукта с остаточной влажностью 30-32% , и второго этапа, включающего досушивание жома в вакуумной сушилке при температуре 55-60°C до величины остаточной влажности 6-10%.

Предварительное дробление плодов тыквы и удаление семян необходимы для обеспечения измельчения плодов тыквы на более мелкие кусочки и удаления балластных компонентов тыквы в виде семян. Кроме того, предложенная последовательность дробления и измельчения тыквы позволяет минимизировать повреждение семян, которые можно использовать либо как посадочный материал, либо для производства ценных компонентов. Повреждение целостности оболочек семян приводит к потере их прорастающей способности и контаминации исходного сырья, что, в свою очередь, может привести к контаминации всей продукции. Отделение жидкости из полученной мезги для получения сырого тыквенного жома с помощью двухшнекового пресса позволяет максимально отжать сок из мезги и получить жом с минимально возможной остаточной влагой, что позволяет в дальнейшем уменьшить расходы энергоносителей на стадии сушки. Для экстракции водорастворимых примесей необходимо, чтобы смесь тыквенного жома с промывной водой имела жидкую консистенцию, позволяющую проводить ее эффективное перемешивание с помощью лопастной мешалки. При соотношении вода : жом (об./масс.) ≤3:1 полученные смеси имеют вязкую пастообразную консистенцию, что затрудняет их перемешивание и последующее отделение жидкой и твердой фазы. При соотношении вода : жом (об./масс.) ≥6:1 возрастают потери сырья при разделении жидкой и твердой фаз на сите с нержавеющей сеткой с размером ячеек 0,5×0,5 мм, что будет снижать выход продукта. Поэтому в оптимальное соотношение вода : жом (об./масс.) при отмывке жома составляет примерно 4:1.

Сушка является сложным тепло-массообменным процессом. Влага из жома к поверхности раздела фаз перемещается за счет массопроводности, а от поверхности раздела фаз в ядро теплового потока агента - за счет конвективной диффузии. Диффузия воды в материале происходит не только вследствие градиента влагосодержания, но и под действием температурного градиента. Процесс сушки протекает со скоростью, зависящей от формы связи влаги с материалом и механизма диффузии воды в материале. Кинетика сушки характеризуется изменением во времени средней влажности материала или влагосодержания. Сушка жома в сушилке роторно-барабанного типа, где в качестве теплоносителя используется нагретый до 150-180°C воздух, до конечной остаточной влажности W ост=8-10% занимает по времени 60-90 мин, что приводит к увеличению расхода энергоносителей на единицу сухого жома. Поэтому эту стадию сушильного процесса жома проводят до получения продукта с остаточной влажностью W ост=30-32%, а досушивание жома до величины остаточной влажности W ост=6-10% проводят в сушильном агрегате вакуум-импульсного типа. При импульсном вакуумировании предварительно нагретого до предельно допустимой температуры материала за счет мощного градиента давления процесс влагоудаления интенсифицируется в 5-10 раз с миграцией части влаги на поверхность сушимого материала и в сушильную камеру в виде жидкости, минуя фазовый переход в пар внутри сушимого продукта. В результате этого достигается значительная экономия электроэнергии, что дополнительно снижает себестоимость сушеной продукции. Интенсивное испарение влаги с поверхности продукта вызывает снижение ее температуры. При импульсном изменении давления в сушильной камере в предварительно нагретом сырье интенсифицируется не только процесс удаления влаги, но и газов, в частности, кислорода из пустот и капилляров растительной ткани, разрушение части межклеточных мембран, что ведет к подавлению окислительно-восстановительных реакций и гибели части микрофлоры. Как показывает практика вакуум-импульсной сушки, длительность процесса сушки до остаточной влажности 6-10% составляет 30-40 мин, процесс ведется без перегрева, что позволяет получать стабилизированный жом за короткое время и в больших объемах. Выбранное значение температуры сушки обусловлено тем, что при температуре ниже 55°C не достигается эффект взрывного автогидролиза, а при более высоких температурах (выше 60°C) могут иметь место такие необратимые процессы как термодеструкция молекул пектина и целлюлозы, разложения аминокислот, интенсивное прохождение реакций меланоидинообразования, которые ухудшают органолептические свойства сушеного жома и снижают его ценность, как исходного пектинсодержащего сырья. Таким образом, предложенный двухступенчатый способ сушки позволяет не только снизить себестоимость конечного продукта, уменьшить его микробную загрязненность, но и обеспечить его высокие потребительские свойства, что подтверждают результаты анализа физико-химических показателей экспериментальных образцов стабилизированного тыквенного жома. Содержание пектина в экспериментальных образцах стабилизированного тыквенного жома составляет 8-15,5%, при этом 26% приходится на водорастворимые пектиновые вещества и 74% - на водонерастворимые пектиновые вещества. Степень этерификации пектина в образцах стабилизированного тыквенного жома составила около 65-71%.

Технический результат изобретения состоит в получении стабилизированного пектинсодержащего сушеного тыквенного жома, содержащего, в зависимости от сортовых особенностей используемой тыквы, 8-15,5%) пектина со степенью этерификации не менее 60%, а также, в повышении стабильности жома, которая при влажности воздуха не более 80% и температуре не более 40°C сохраняется в течение 12 месяцев.

Заявленный способ осуществляют следующим образом. Вымытые плоды тыквы массой 2-5 кг помещают на стальной разделочный стол. Плодоножку тыквы удаляют с помощью ножа. Для дальнейшей переработки подготовленной тыквы применяют стадию дробления. Для дробления плодов тыквы используют дробилку барабанного типа, которая дробит плоды тыквы на крупные куски с минимальным повреждением семян (до 5%).

Затем для осуществления следующей технологической операции - отделения семян тыквы, полученную дробленую массу с семенами подают на многофункциональную установку типа ВК-МС для автоматического отделения мякоти от семечки.

После отделения семян полученную мезгу с долями тыквы измельчают до размеров частиц до 10 мм с помощью терочной дробилки. Далее, для отделения сока используют двухшнековый пресс. Влажность полученного на выходе жома составляет 75-82%. Затем осуществляют отмывку мезги от водорастворимых балластных соединений, пигментов и механических включений.

Тыквенный жом, полученный при переработке подготовленной тыквы на двухшнековом прессе «Angel Plus» с содержанием остаточной влаги 75-82% загружают в емкость с мешалкой, снабженную системой электронагрева, заливают туда же очищенную воду в соотношении вода : жом = 4:1 и перемешивают со скоростью 40-43 об/мин в течение 15-45 минут при температуре воды 40-50°C. После промывки сливают суспензию через сито с нержавеющей сеткой с размером ячейки 0,5×0,5 мм. Оставшийся на сите жом снова отжимают, загружают в емкость с мешалкой и повторяют операцию по отмывке 2-8 раз.

Затем осуществляют двухступенчатую сушку. На первом этапе сушку тыквенного жома проводят в пневмобарабанной сушилке с неподвижно закрепленными цилиндрическими каналами и камерой отлежки при скорости вращения барабана 0,3 рад/с, начальной температуре сушильного агента (нагретый воздух) 150-180°C, скорости подачи сушильного агента 4 м/с, температуре отработанного сушильного агента 55-60°C, до получения продукта с остаточной влажностью 30-32%. На втором этапе досушивание жома тыквы проводят до величины остаточной влажности W ост=6-10% в сушильном агрегате вакуум-импульсного типа.

С точки зрения сохранности пектиновых полисахаридов досушивание тыквенного жома целесообразно вести при температуре, не превышающей 60°C. Процесс последовательного вакуумирования и выдерживания жома в контакте с атмосферой осуществляют периодически в течение 15-20 минут в зависимости от величины остаточной влаги в конечном продукте.

Пример. Технологический процесс до дробления плодов и отделения семян тыквы осуществляли следующим образом.

В цех переработки 360 кг цельноплодной тыквы подается самосвальным транспортом, где производится замочка и первичная отмывка от почвенных загрязнений в питьевой воде, подаваемой насосом при температуре 18-22°C. Из завальной ямы плоды тыквы подаются в барабанно-моечную машину ММБ-1, где производится их отмывка струями питьевой воды.

Затем плоды с инспекционного транспортера подаются на барботажную моечную машину КУМ-5, где производится вторичная мойка тыквы питьевой водой с температурой 18-22°C. Из ванны моечной машины плоды тыквы проходят первую душирущую установку, где орошаются 0,5-1,0% раствором перекиси водорода для асептической обработки, а на второй установке орошаются питьевой водой.

Затем плоды тыквы подаются на установку дробления тыквы и отделения семян «БАКС-Малютка». После начала выхода измельченной тыквы через промежутки времени делали замеры. Степень измельчения тыквы брали по средним данным из показателей по 4 образцам. Данные испытаний приведены в таблице 1.

Как видно из экспериментальных данных, комбайн «БАКС-Малютка» позволяет получать доли требуемого размера. Фракционный состав измельченных с помощью комбайна «БАКС-Малютка» долей тыквы представлен в таблице 2.

Как видно из полученных экспериментальных данных табл. 1 и 2, комбайн «БАКС-Малютка» позволяет получать куски тыквы высокого качества, которые имеют ровные края, благодаря чему транспортировка на последующую операцию технологического процесса происходила с минимальными потерями. Для оптимизации процесса дробления плодов тыквы изменяли зазор между вращающимися ножами и закрепляемым на стенке корпуса контрножом. Изменение зазора производилось с помощью регулировочных винтов в диапазоне 7-20 мм. Для испытания в каждой опытной выработке использовали по 500 кг плодов тыквы. Расход электроэнергии замеряли электросчетчиком ЦЭ-6803 В. Соотношение массовых долей фрагментов дробленой тыквы определяли пропуская усредненную пробу в количестве 20 кг через проволочное сито с размером ячей 20 мм и взвешивая полученные фракции на электронных весах. Поврежденные семена определяли визуально, отделяли их, затем определяли вес неповрежденных и поврежденных семян на электронных весах. Полученные в ходе опытов результаты приведены в таблице 3.

Как видно из приведенных результатов (табл. 3) уменьшение зазора приводило к увеличению доли мелкой фракции кусков тыквы при увеличении расхода электроэнергии. При увеличении зазора наблюдалась обратная картина: уменьшение мелкой фракции и снижение расхода электроэнергии. Кроме этого было отмечено увеличение количества поврежденных при дроблении семян при уменьшении зазора. Исходя из полученных результатов, был выбран зазор 15 мм, так как удельный расход электроэнергии при работе в этом диапазоне небольшой, меньше количество поврежденных семян, а доля мелких кусков еще достаточно высока.

Оптимизацию процесса отделения семян проводили, изменяя диаметр отверстий сита, через которое протирается мякоть при очистке семян. Для этого, было изготовлено 5 сит из пищевой нержавеющей стали с диаметром отверстий -7,0-7,5, -8,0-8,5-9,0 мм. Их вставляли поочередно в дробилку и производили дробление с семяотделением. Опыты проводили при зазоре между вращающимися ножами и контрножом в 15 мм. Определяли выход семян, массовую долю повреждения семян, массовую долю семян в дробленой массе и расход электроэнергии. Массовую долю семян в дробленой массе определяли визуально из усредненной пробы массой 10 кг при протирке ее через сито с размером ячей 5 мм. Отобранные семена взвешивали на электронных весах. Результаты, полученные в ходе опытов, приведены в таблице 4.

Как видно из полученных в ходе опытов результатов (табл. 4), максимальный выход семян наблюдается при уменьшении диаметра отверстий в сите, однако при этом возрастает количество поврежденных семян и расход электроэнергии. При увеличении диаметра отверстий наблюдается снижение процента повреждения семян, но увеличивается процент проскока семян с дробленой массой при снижении расхода электроэнергии. Оптимальный размер отверстий в сите составляет 8,0-8,5 мм, так как при этом наблюдается небольшой расход электроэнергии, процент поврежденных семян меньше 5%, а доля семян, проскакивающих с дробленой массой не очень высока. Получилось 300 кг тыквы, раздробленной на комбайне «Бакс-Малютка». Дальнейшее измельчение дробленой массы тыквы осуществляли с помощью терочной дробилки Д1-7,5. Для оптимизации процесса дробления долей тыквы изменяли зазор между терочными поверхностями. Изменение зазора производилось в диапазоне 1-5 мм. Для проведения процесса использовали сито с размерами ячеек 2,5 мм. Для испытания соотношение массовых долей фрагментов дробленой тыквы определяли, пропуская усредненную пробу в количестве 20 кг через проволочное сито с размером ячей 1, 2, 2,5, 5 мм, и взвешивая полученные фракции на электронных весах. Полученные в ходе опытов результаты приведены в таблице 5.

Ввиду соответствия данной дробилки требуемым значениям по энергопотреблению, были проведены более тщательные измерения по фракционному составу, данные представлены в таблице 6.

Как видно из приведенных данных (табл.6), наиболее оптимальным размером зазора является зазор 4 мм, т.к. именно при этом размере происходит получение наибольшего количества оптимальной фракции размером от 2 до 5 мм. Пресс ПНДЯ-4, установленный после дробилки наиболее качественно работает с этим размером частиц, т.к. при размере частиц меньше 2 мм происходит слишком большое количество отходов, а при размере частиц более 5 мм не происходит наиболее полного отжима сока.

Затем 300 кг измельченной массы были обработаны в прессе марки ПНДЯ-4. Получение отжатого жома необходимо для удаление влаги и балластных веществ, уходящих вместе с соком. Благодаря этому, происходит улучшение качества полупродукта и значительное снижение энергопотребления на последующих технологических операциях. Наилучшим и оптимальным вариантом оборудования, который позволяет максимально отжать сок из измельченных долей тыквы, является пресс шнекового типа, например пресс марки ПНДЯ-4 непрерывного действия.

Далее сырой жом из сборника жома подается в емкость с рубашкой и мешалкой для отмывки от балластных веществ (красителей, сахаров и минеральных соединений) очищенной водой при соотношении вода : сырой жом = 4:1, при температуре 40-50°C, скорости вращения мешалки 40-43 об/мин в течение 20-25 минут. После промывки сливали суспензию через сито с нержавеющей сеткой с размером ячейки 0,5×0,5 мм. Оставшийся на сите жом снова отжимали в прессе марки ПНДЯ-4, загружали в емкость с мешалкой и повторяли операцию по отмывке 7 раз.

Затем 200 кг отжатого жома с остаточной влажностью 75% загрузили в барабанную сушилку и произвели его сушку до влажности 30-32% в течение 35-45 мин, после чего продукт направили на досушку в вакуум-импульсный аппарат для достижения остаточной влажности примерно 8-10%. Досушивание жома тыквы с остаточной влажностью 30-32% проводили в экспериментальной сушильной установке фирмы Bachiller с объемом сушильной камеры 0,4 м³. Жом тыквы, имеющий температуру 45°C, выгружали из циклона пневмобарабанной сушилки и помещали в рабочую камеру вакуумно-импульсной сушилки. Процесс досушки жома проводили при температуре 55°C с понижением давления от атмосферного до давления 100 Па в течение 30 секунд, затем вакуум сбрасывался до нормального атмосферного давления и жом выдерживался в контакте с атмосферой в течение 100 с. Процесс последовательного вакуумирования и выдерживания жома в контакте с атмосферой осуществлялся периодически в течение 15-20 минут до достижения остаточной влаги в конечном продукте примерно 8-10%. После сушки готовый продукт расфасовывается с помощью дозатора.

1. Способ получения стабилизированного пектинсодержащего тыквенного жома, включающий мойку плодов, удаление плодоножки у вымытых плодов, дробление плодов с отделением семян, измельчение кусков тыквы с помощью дробилки, отделение сока из полученной мезги с помощью двухшнекового пресса до достижения влажности получаемого жома 75-82%, затем осуществляют отмывку мезги от водорастворимых балластных соединений, пигментов и механических включений в течение 15-45 минут при температуре 40-50°C путем перемешивания смеси мезги с очищенной водой в соотношении не менее 4:1 со скоростью 40-43 об/мин в емкости, снабженной системой подогрева, затем осуществляют разделение полученной суспензии на жидкую и твердую фазы с помощью вакуум-барабанного фильтра, отжим оставшейся на фильтрующей ткани массы с помощью двухшнекового пресса, при этом операции по отмывке и разделению повторяют 2-8 раз, затем осуществляют двухступенчатую сушку, состоящую из первого этапа, включающего сушку массы по противоточно-перекрестной схеме в сушилке роторно-барабанного типа, где в качестве теплоносителя используется нагретый до 150-180°C воздух, до получения продукта с остаточной влажностью 30-32%, и второго этапа, включающего досушивание жома в вакуумной сушилке при температуре 55-60°C до величины остаточной влажности 6-10%.

2. Способ по п.1, в котором для дробления плодов тыквы используют дробилку барабанного типа.

3. Способ по п.1, в котором измельчение кусков тыквы выполняется с помощью терочной дробилки.