Сільськогосподарські науки/4. Технологія зберігання та переробки сільськогосподарської продукції.

Аспірант Сапожнікова Н. Ю

Одеська Національна Академія Харчових Технологій, Україна

АНАЛІЗ ТЕХНОЛОГІЙ ВИРОБНИЦТВА

КОНЦЕНТРОВАНОГО ПЛОДОВОГО ПЮРЕ

Використання концентратів отримало широке розповсюдження у всьому світі, що пов’язано зі скороченням витрат на зберігання та транспортування, з можливістю створення резерву на роки з низьким врожаєм та з вирівнюванням сезонності консервного виробництва.

Технології, які на сьогодні застосовуються для виробництва концентрованого плодового пюре, не задовольняють попит на цей вид продукції. Відсутність якісних напівфабрикатів для виробництва пюре, соків з м’якоттю, нектарів, паст, соусів, наповнювачів для харчових продуктів та зростаючий попит споживачів на ці продукти, змушує вітчизняні консервні підприємства використовувати концентровані плодові пюре виробництва Китаю, Чилі, Ірану, ПАР, Росії та Греції.

Для виробництва концентрованого плодового пюре використовують протерту плодову масу чи пюре-напівфабрикат. Пюре – це протерта маса плодів або ягід, звільнена від кісточок, плодоніжок, гілочок та інших неїстівних частин плодів. Виробляють пюре з різної фруктової сировини одного чи декількох видів і використовують для виробництва різноманітних продуктів, які мають густу або желеподібну консистенцію. Пюре виробляють, як окремий вид консервованої продукції, так і в якості напівфабрикату для паст, соусів, плодових сумішей, десертів та кремів, соків з м’якоттю, нектарів, повидла, мармеладу, пастили, ікри [1, 2, 3, 4, 7, 14].

Традиційно технологічний процес виробництва пюре включає миття, інспекцію, розварювання, протирання і консервування. Основне призначення теплової обробки – розм’якшення плодової тканини, з метою полегшення наступної операції протирання, інактивації ферментів рослинної сировини. Тканини плодів розм’якшуються, оскільки під впливом нагрівання і кислот, які є у плодах, відбувається гідроліз протопектину, що знаходиться в серединних пластинах і клітинних стінках. Міцний зв’язок між клітинами порушується, частина клітинних стінок руйнується, тканина розм’якшується [1, 3, 6, 7, 19].

У традиційній технології виробництва фруктового пюре теплову обробку рослинної сировини проводять парою (глухою чи гострою), газом, мікрохвильовою обробкою [1, 2, 14].

Тривалість і температуру теплової обробки добирають залежно від виду плодів і ступеня стиглості їх так, щоб м’якоть плодів розм’якшилась по всій глибині. Тривалість процесу теплової обробки залежить від кислотності сировини - зменшення рН прискорює процес гідролізу протопектину і, відповідно, збільшує швидкість розм’якшення плодів [1, 7, 19]. В результаті гідролізу пектинових речовин пюре з розварених плодів набуває желюючих властивостей, що ускладнює подальше використання його як напівфабрикату для виробництва концентрованого пюре, соків з м’якоттю, нектарів, соусів, паст [1, 7].

Відомий спосіб виробництва пюре у межах технології комплексної переробки яблук [19]. Технологія передбачає використання інерційної фільтруючої центрифуги для отримання з подрібненої сировини до 50 % соку, 40 % пюре та 10 % вичавок. Згідно цієї технології яблука миють, інспектують та подрібнюють. Дроблену сировину розділяють за допомогою фільтруючої центрифуги на сік (до 50 %) та мезгу (40 %). Для отримання пюре мезгу піддають тепловій обробці та протиранню. Сік піддають миттєвому підігріву та охолодженню, сепарують, пастеризують. Пюре, отримане за цією технологією, відповідає вимогам нормативної документації, однак містить більшу кількість пектинових речовин [19].

Замість теплової обробки можливо проводити операції подрібнення з одночасним фінішуванням в камері, яку герметизують до залишкового тиску 30…10 кПа [8]. Даний спосіб обробки дає можливість поліпшити органолептичні властивості та якість продукту за рахунок запобігання окислювання біологічно-активних речовин.

Запропонована технологія включає наступні технологічні операції: сортування, миття, інспекцію, вакуумування, подрібнення сировини і вилучення одержаного продукту, подрібнення сировини є одночасним з фінішуванням у атмосфері вакууму, фасування [8].

Тверді плоди, такі як яблука, рекомендують [2] перед протиранням піддавати обробці мацеруючими ферментами. При цьому нерозчинний у воді протопектин переходить у водорозчинну форму, що підвищує стабільність завісі, пюреподібна маса набуває желюючих властивостей. Після закінчення такої обробки ферменти потрібно одразу ж інактивувати шляхом нагрівання.

Після теплової обробки подрібнена сировина надходить на протирання крізь сита з діаметром отворів 1…1,5 мм та фінішування крізь сита з діаметром отворів 0,5…0,8 мм [1, 7, 14]. При виробництві консервів для дитячого харчування фінішування проводять крізь сито з діаметром отворів 0,4 мм [4]. Якість протирання контролюють за відсутністю у пюре дроблених кісточок, шкірки, насіннєвих камер і згрубілих частинок м’якоті.

Протерту масу піддають деаерації під залишковим тиском 41…34 кПа у вакуум-випарних апаратах впродовж 110…120 хв [4]. Після деаерації протерту масу підігрівають до температури фасування, яка залежить від місткості тари, у яку фасуватимуть пюре і способу консервування [4, 6, 7, 14].

Основою традиційної технології виробництва плодового пюре є теплова обробка, вона сприяє отриманню якісного консервованого продукту і впливає на органолептичні показники консервів. Разом з тим дія тепла викликає небажані процеси перетворення хімічних компонентів сировини: гідроліз протопектину, що відображається на в’язкості готового продукту, окислення дубильних речовин і інших поліфенольних сполук з утворенням хінонів, аглюконів, а потім більш складних сполук, зокрема з амінокислотами, карамелізація цукрів, при відносно високих температурах їх плавління, розпад аскорбінової і деяких інших органічних кислот, денатурація білків, клейстеризація крохмалю, спостерігається втрата мінеральних речовин, зменшується вміст вуглеводів [1, 3, 13, 19].

Спосіб виробництва пюре у межах комплексної переробки яблук [19] дозволяє отримати продукт з високим вмістом пектину, харчових та ароматичних речових. Такий продукт володіє добрими драглеутворюючими властивостями, є особливо привабливим для виробництва желеподібної продукції (повидла, підварок), однак повністю непридатний для подальшого концентрування.

Температура і тривалість теплової обробки призводять до втрат нативних властивостей сировини [9]. Запропоновані технології [2, 8] замінюють теплову дію на сировину іншими видами обробки.

Запропонований Пилипенко Ю. Д. зі співавторами спосіб подрібнення з одночасним фінішуванням в умовах вакууму [8] не дає змоги попередити процес переходу протопектину у розчинний пектин. Подрібнена сировина є капілярно - пористим тілом з системою капілярів різної довжини і діаметру. Швидкість заповнення капілярів різними компонентами при вакуумі більша, тому желююча здатність такого продукту висока. При вилученні повітря і подрібненні сировини з одночасним фінішуванням відбувається мацерація тканин і при цьому збільшується швидкість проникнення кислот до пектинових речовин, що сприяє переходу протопектину в розчинний пектин і утворенню желеподібної консистенції продукту. Це не бажано при виробництві пюреподібного напівфабрикату для концентрованих пюре, соків з м’якоттю, нектарів.

Спосіб розм’якшення плодів за допомогою мацеруючих ферментів [2] не виключає теплову обробку зовсім, але сприяє покращенню органолептичних властивостей готового продукту. Разом з тим слід пам’ятати, що при виробництві продуктів для дитячого харчування використання ферментів заборонено.

Провівши аналіз існуючих технологій виробництва плодового пюре, бачимо, що жодна з технологій не відповідає сучасним вимогам, тобто не є енерго- та ресурсозберігаючою, не перешкоджає переходу протопектину в розчинний пектин, що веде до зростання в’язкості плодової маси, ускладнює процес концентрування та використання концентратів у якості напівфабрикату для соків з м’якоттю, нектарів, соусів, паст, не дозволяє використовувати отримані продукти у повному об’ємі в усіх сферах.

Вченими НДПКІ „Консервпромкомплекс” [20] було проведено дослідження по можливості виключення теплової обробки сировини перед подрібненням при виробництві пюреподібних продуктів – так зване, холодне протирання; вибрані способи отримання тонкоподрібненої маси з використанням різних принципів подрібнення.

За результатами досліджень були розроблені вимоги на устаткування для подрібнення сировини без попередньої теплової обробки та виготовлений експериментальний зразок машини.

Питанням вилучення теплової обробки рослинної сировини при виготовленні харчових продуктів займаються як науково-дослідні установи, так і машинобудівельні фірми в Україні і, особливо, за кордоном. Закордонні фірми працюють на спеціальних лініях: Болгарія, лінія „Л14ПС”; Угорщина, лінія „ЛУ-3А”; Італія, фірма „Ilotimpiat”, “SIG MANZINI S.p.A.”; США, фірма “FMS”, “Rossi s Catelli” [9] і інші які працюють над зниженням темпу теплової обробки рослинної сировини з метою зниження втрат біологічно – активних речовин, попередження процес гідролізу протопектину.

Професор Гладушняк О. К. зі співавторами розробили спеціальну дробарку, у якій запасаючі тканини подрібнюються тонко, а баластні більш грубо і легко відокремлюються під час протирання чи фінішування [10, 11]. Випробували дробарку на томатах. У результаті досліджень [11] встановили, що після процесу тонкого подрібнення і фінішування вихід складає 97,5 % при нормальному виході 94 % для томатів твердоплідних. Відокремлювалася лише шкірка і насіння.

Питанням енергозбереження в технології пюре особливу увагу приділив проф. Гладушняк О. К. Так дослідження процесу первинної переробки рослинної сировини холодним способом на експериментальній установці в науковій лабораторії кафедри технологічного обладнання харчових виробництв Одеської національної академії харчових технологій показало, що вихід рослинного напівфабрикату для різної рослинної сировини більший від нормованого на 2...6 % [10, 11].

Холодний спосіб протирання здійснюється наступним чином. Рослинна сировина миється для відокремлення бруду, інспектується для вилучення неякісної сировини та інших сторонніх домішок, тонко-селективно подрібнюється таким чином, що запасаючі тканини подрібнюються до часток з поперечником менше 0,8 мм, а баластні тканини - шкурка, насіння, насіннєва камера, суцвіття, плодоніжка, ранева перидерма подрібнюється до часток з поперечником більше 0,8 мм. Подрібнена таким чином рослинна сировина - пульпа в безперервному потоці одночасно з подрібненням фінішується на робочому ситі фінішера з діаметром отворів 0,8 мм. Отриманий після фінішування рослинний напівфабрикат направляється на вторинну переробку, тобто на послідуючий технологічний процес для виготовлення консервованих продуктів харчування [11].

Цей спосіб дає можливість отримати тонко протерту плодову масу, в якій розчинний пектин та протопектин залишаються в нативному стані. На відміну від розповсюдженої технології, де використання теплової обробки сировини сприяє гідролізу пектинових речовин і, як наслідок, збільшення в’язкості, ускладнення при концентруванні.

Використання холодного способу протирання дає можливість зберегти майже 30 % енергоресурсів, які витрачаються при переробці плодової сировини на пюре за традиційною технологією; зберегти цінні біологічно-активні речовини [11]. Умови проведення холодного протирання (температура. тривалість) не сприятливі для гідролізу пектинових речовин. Низький вміст пектину в протертій масі (пюре) і, відповідно, низька в’язкість продукту поліпшують проведення процесу його концентрування.

Пюре, виготовлене з використанням холодного способу протирання, характеризується низькою в’язкістю та високими показниками якості, що робить його найбільш придатним для виробництва концентрованих плодових пюре.

З метою скорочення об’ємів зберігання плодових напівфабрикатів, а також з метою отримання готового консервованого продукту протягом всього року на виробництвах використовують такий технологічний процес як концентрування. Сутність концентрування харчових продуктів полягає у підвищенні концентрації розчинних речовин за рахунок видалення вологи. Концентрування здійснюють наступними способами: випаровування, виморожування, ультрафільтрація (зворотний осмос), механічне концентрування – розділення на дві фракції (фракціонування) [1, 2, 14, 15].

Харчові продукти, які концентрують, являють собою складну систему, в якій, окрім водних розчинів цукрів, органічних кислот, мінеральних солей і інших речовин, містяться нерозчинні частинки різного ступеня дисперсності.

Випаровування - найбільш розповсюджений спосіб концентрування. Пюре, отримане за традиційною технологією з розварюванням цілої або подрібненої сировини при температурі 85…98 °С протягом 10…15 хв, концентрують у вакуум – випарному апараті до 25…30 % розчинних сухих речовин.

Випаровування вологи супроводжується складними фізико-хімічними змінами, продукт зазнає негативної дії високих температур. В процесі випаровування швидко збільшується густина продукту, його в’язкість, погіршується колір: з’являються бурі та темні тони. Потемніння зумовлене проміжним продуктом – оксиметилфурфуролом, який утворився у присутності цукрів і кислоти, і його подальшими перетвореннями до темних продуктів конденсації. Внаслідок місцевих перегрівів можлива карамелізація цукрів. З метою зниження цього впливу, випаровування проводять при якомога нижчих температурах протягом короткого часу [13]. Використання такого напівфабрикату обмежене через його високу в’язкість та здатність до драглеутворення [1, 2, 15].

Відомий спосіб концентрування пюреподібних і рідких харчових продуктів, який включає підігрів і випаровування вологи з підготовленої сировини шляхом пропускання через сировину змінного електричного струму за допомогою двох або чотирьох електродів, підключених до мережі [17]. Однак недоліком цього способу є висока вартість та енергоємність процесу, низька продуктивність, періодичність, підвищена техніка безпеки при проведенні процесу концентрування.

Кріоконцентрування – концентрування шляхом виморожування вільної вологи з продукту. Внаслідок утворення кристалів льоду кількість вологи в продукті зменшується, а вміст розчинних сухих речовин збільшується.

Максимальна концентрація сухих речовин обмежена в’язкістю продукту при температурі заморожування та евтектичною точкою розчину, при якій не можливо відокремити воду від льоду. У в’язких продуктах при заморожуванні утворюється велика кількість малих кристалів, які важко відокремлюються від густої в’язкої маси.

Використання цього способу концентрування економічно не вигідно через необхідність створення низьких температур, високі втрати сухих речовин при відокремленні кристалів льоду.

Ультрафільтрація – концентрування зворотним осмосом – відносно новий метод концентрування за допомогою селективних мембран. Зворотний осмос ґрунтується на тому, що якщо тиск з одного боку мембрани прикласти до більш концентрованого розчину, то вода через напівпроникну мембрану перейде в бік менш концентрованого розчину. Максимальний вміст сухих розчинних речовин у концентраті не переважає 25 % [1, 2, 14, 15, 18].

Використання способів концентрування виморожуванням та зворотний осмос обмежене в’язкістю продукту та наявністю завислих частинок у протертій масі.

Складність концентрування пюреподібних продуктів полягає в їх великій в’язкості, яка під час концентрування швидко зростає, що ускладнює процес випаровування вологи, веде до значної зміни смаку та аромату продукту в наслідок місцевого перегріву [1, 2, 14, 15].

Для зниження в’язкості та збільшення плинності пюреподібної маси пропонується проводити обробку пектолітичними ферментними препаратами. Однак така обробка сприяє глибокому руйнуванню пектинових речовин і втраті продуктом гомогенної структури [2, 15, 16].

Відомий спосіб механічного концентрування томатного соку, розділенням на центрифузі на тверду та рідку фракції. Тверда частина складається з м’якоті, а рідка – з власне соку (сироватки). Рідку частину згущують у випарному апараті, отриманий концентрат змішують з відокремленою раніше м’якоттю. При цьому отримують концентрований сік з більш високим ступенем згущення, ніж звичайна томат-паста. Такий продукт зберігає природний колір та аромат. Цей спосіб добре зарекомендував себе при виробництві концентрованих рідких, не в’язких фруктових та овочевих продуктів, однак для концентрування пюреподібної плодової маси з високим показником в’язкості та низкою плинністю він непридатний [2, 15].

Дослідження показали, що зі зростанням в’язкості значно знижується ефект розділення фракції. На підставі цих даних розроблено метод розділення пюреподібної маси, який включає попередню обробку протертої маси ферментами та розділення її на центрифузі – деканторі [15].

Пропонується використовувати часткове руйнування пектину перед концентруванням пектолітичними ферментами для зниження в’язкості фруктових пюре. Після обробки ферментними препаратами пюре розділяють на тверду та рідку фракції на декантері. Концентрують лише рідку фракцію до вмісту сухих речовин 60…70 %, а потім у певному співвідношенні змішують з відокремленою раніше твердою фракцією, суміш гомогенізують. Отриманий концентрат містить 25…30 % розчинних сухих речовин.

Використання наведених способів для концентрування пюреподібної маси обмежене. Спосіб кріоконцентрування та концентрування зворотним осмосом непридатний для концентрування пюреподібних плодових мас, через наявність у продукті часточок плодової м’якоті. Використання способу концентрування випаровуванням та механічним розділенням – фракціонування обмежене в’язкість пюреподібної маси. Для зниження в’язкості пропонується проводити ферментну обробку сировини [ 2, 15, 16].

Вище наведений аналіз технологій виробництва плодових пюре, показав можливість виробляти пюре з низькою в’язкістю та високими показниками якості, за допомогою холодного протирання сировини. Проаналізувавши вище наведене, можемо спрогнозувати високий вміст розчинних сухих речовин, високі показники якості та низьку в’язкість концентрованого продукту, виготовленого з пюре за технологією холодного протирання.

Література

1. Ковальская Л. П. Технология пищевых производств / Л. П. Ковальская, И. С. Шуб, Г. М. Милькина. – М.: Колос, 1999. – 752 с.: ил.

2. Шобингер У. Фруктовые и овощные соки. Научные основы и технологии / пер. с нем. Ред. А. Ю. Комсонова. - СПб: Профессия, 2004. – 640 с.

3. Василенко З. В. Плодоовощные пюре в производстве продуктов/ З. В. Василенко, В. С. Баранов.- Москва: Агропромиздат, 1987. - 124 с.

4. Сборник технологических инструкций и нормативно-технических документов по производству консервов для детского питания. - М.: Агропромиздат, 1986. - 246 с.

5. Касьянов Г. И. Технология продуктов для детского питания/ Г. И.Касьянов, В. А. Ломачинский, А. Н. Самсонова.- Ростов-на-Дону: Издательский центр «МарТ», 2001. - 284 с.

6. Справочник технолога плодоовощного производства/Составитель: Куницына М. Санкт-Петербург.- Спб: ПрофиКС. – 2001.- 478 с.

7. Пат.7080U Україна МПК А23L3/015 Спосіб одержання пюреподібного продукту з фруктової сировини/ Пилипенко Ю.Д., Галкіна С.М., Безусов А.Т., Крохальова А.А. заяв. 20.07.04; публ. 15.06.05.

8. Метлицкий Л.В.Основы биохимии плодов и овощей. М.: Экономика, 1974.- 342 с.

9. http://www.cftrossicatelli.com/macchine.php?m=3&l=ru

10. Пат. 29406. Україна Установка для первинної переробки рослинної сировини холодним способом/ Гладушняк О.К. - № u200710673; заявл. 27.09.2007; публ. 10.01.2008.

11. Гладушняк А. К. К вопросу тонкого измельчения растительного сырья//Наукові праці ОНАХТ. Вип. 25. – Одеса. 2003. – с. 170-171

12. Скорикова Ю.Г. Полифенолы плодов и ягод и формирование цвета продуктов. – М.: Пищевая промышленность. - 1973. – 232 с.

13. Гореньков Э. С. Технология консервирования / Э. С. Гореньков, А. Н. Горенькова, Г. Г. Усачева. – М.: Агропромиздат, 1987. – 351 с.: ил

14. Самсонова А. Н. Фруктовые и овощные соки / А. Н. Самсонова, В. Б. Ушева. – М.: Агропромиздат, 1990. – 387 с.: ил.

15. Пат.1131072 A23L1/20

16. Пат. 16328. Україна Спосіб концентрування рідких і пюреподібних харчових продуктів / Лимар А. О., Кащеєв О. Я. - № u200808875; заявл. 07. 07. 2008; публ. 25.02.2009, Бюл. № 4

17. Пат. 2168353 РФ Спосіб мембранного концентрування.

18. Кислухина О. Биотехнологические основы переработки растительного сырья / О. Кислухина, И. Кодулас. – Каунас: Технология, 1997. – 183 с.

19. Загибалов А. Ф. Технология консервирования плодов и овощей и контроль качества продукции [Учебник для техникумов] / А. Ф. Загибалов, А. С. Зверькова, А. А. Титова, Б. Л. Флауменбаум . – М.: Агропромиздат, 1992. – 352 с.

20. Федоров Ф. О. Розробка устаткування для подрібнення рослинної сировини без попередньої теплової обробки//Науково – технічне та технологічне забезпечення збільшення виробництва конкурентоспроможних продуктів для дитячого харчування: Матеріали наук.-техн. конф. – Одеса, - 1995. – с. 150