Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Анализ факторов, определяющих развитие технологий замо раживания и низкотемпературного хранения плодово-ягодного сырья 11
1.1 Сибирские плоды и ягоды — важнейший элемент здорового питания 12
1.2 Процессы, влияющие на качественные изменения плодов и ягод при хранении 24
1.3 Консервирование плодов и ягод 37
1.4 Физические основы низкотемпературной обработки пищевых продуктов 59
Глава 2 Обоснование основных направлений исследований, их цель и задачи 97
Глава 3 Методология проведения исследований 108
3.1 Организация выполнения работы 108
3.2 Объекты и методы исследований 111
Глава 4 Разработка экспериментальных методов исследований теплофизических свойств плодово-ягодного сырья 115
4.1 Разработка математической модели исследования теплофизических характеристик пищевых продуктов первым буферным методом двух температурио-временных интервалов 116
4.2 Разработка лабораторного комплекса и экспериментальной методики для исследования теплофизических характеристик плодов и ягод методом двух температурно-временных интервалов 123
4.3 Разработка лабораторного комплекса и экспериментальной методики для исследования тепловых эффектов при замораживании плодов и ягод 147
4.4 Заключение по четвертой главе 151
Глава 5 Физико-химические показатели и органолептическая оценка плодов и ягод в свежем и замороженном состоянии 154
5.1 Органолептическая оценка свежих плодов и ягод и изменение органолептических показателей при хранении 155
5.2 Изменение основных физико-химических показателей в замороженных плодах и ягодах 167
5.3 Заключение по пятой главе 1 174
Глава 6 Теплофизические свойства плодов и ягод 178
6.1 Исследование теплофизических характеристик плодов и ягод.. 178
6.2 Определение криоскопических температур плодов и ягод 187
6.3 Исследование процесса кристаллизации влаги при замораживании плодов и ягод 191
6.4 Моделирование процессов кристаллизации влаги при замораживании плодов и ягод 196
6.5 Заключение по шестой главе 214
Глава 7 Влияние технологических режимов замораживания и низко температурного хранения на физико-химические показатели плодов и ягод 217
7.1 Организация процессов замораживания плодов и ягод 219
7.2 Изменение физико-химических показателей замороженных плодов и ягод в процессе низкотемпературного хранения 229
7.3 Влияние замораживания плодов и ягод на их сокоотдачу 246
7.4 Заключение по седьмой главе 252
Глава 8 Анализ энергетической эффективности низкотемпературного консервирования плодов и ягод 256
8.1 Энергетическая оценка организации процесса замораживания плодов и ягоды 257
8.2 Энергетическая оценка производства искусственного холода для замораживания плодов и ягод 275
8.3 Заключение по восьмой главе 293
Глава 9 Технология замораживания ягод и практическая реализация результатов работы 303
9.1 Системный анализ технологий производства замороженных ягод 303
9.2 Исследование влияния технологических факторов на производственный технологический процесс замораживания ягод 315
9.3 Технология низкотемпературного консервирования сибирских ягод 324
9.4 Заключение по девятой главе 333
Выводы 335
Список литературы 338
Приложения 372
- Процессы, влияющие на качественные изменения плодов и ягод при хранении
- Обоснование основных направлений исследований, их цель и задачи
- Разработка лабораторного комплекса и экспериментальной методики для исследования теплофизических характеристик плодов и ягод методом двух температурно-временных интервалов
- Изменение основных физико-химических показателей в замороженных плодах и ягодах
Введение к работе
25 ноября 2008 года Председателем Правительства РФ была утверждена программа: «Концепции долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации на период до 2020 года». Стратегической целью ее реализации является достижение уровня экономического и социального развития, соответствующего статусу России как ведущей мировой державы XXI века, с привлекательным образом жизни, занимающей передовые позиции в глобальной экономической конкуренции и надежно обеспечивающей национальную безопасность и реализацию конституционных прав граждан. Достижение этой цели означает формирование качественно нового образа будущей России к концу следующего десятилетия.
В основу Концепции положен инновационный сценарий развития экономики, предусматривающий технологическое обновление российской промышленности и повышение энергоэффективности экономики к 2020 году не менее чем в 1,5 раза. Важнейший приоритет - повышение уровня благосостояния граждан. Одним из важнейших целевых ориентиров его реализации является доведение качества жизни россиян к 2020 году до тех показателей, которые наблюдаются сегодня в развитых странах.
Наиболее значимым показателем качества жизни россиян является здоровье граждан. Важнейшим условием поддержания здоровья, высокой работоспособности и выносливости человека, сохранения генофонда нации является полноценное и правильное питание. Кроме удовлетворения физиологических потребностей организма в пищевых веществах и энергии правильное питание предназначено выполнять и лечебно-профилактические задачи.
Одним из основополагающих документов, определяющих политику государства в области питания на ближайший период, явилось постановление Правительства Российской Федерации «О концепции государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации на период до 2005 года». А также подготовленные в настоящее время Федеральной
6 .
службой по надзору в. сфере защиты прав потребителей и благополучия человека «Основы политики Российской Федерации в области здорового питания населения Российской Федерации на период до 2010 года».
В целях укрепления здоровья и профилактики заболеваний действуют Федеральные законы: «О санитарно-эпидемиологическом благополучии населения», «О качестве и безопасности пищевых продуктов»; постановления: Правительства Российской Федерации: «0; мерах по профилактике дефицита йода и других микронутриентов», «О миниторинге качества, безопасности пищевых, продуктов; и здоровья населения», а также ряд законов, принятых Государственной Думой: по инициативе РАМН, PAGXHj ряда Министерств, высших учебных заведений и научно-исследовательских, институтов; направленных на обеспечение населения страны полноценными пищевыми продуктами, улучшение структуры рационови повышение их пищевой безопасности:
Большой вклад в реализацию концепции государственной политики в области здорового питания внесли крупнейшие отечественные ученые (ВіИ. Покровский; К.А. Романенко, В;А. Княжев, Н.Ф. Герасименко, ГХ Онищенко, В-А. Тутельян, Л:А. Остроумов, В.М. Позняковский). Которыми были не только выделены и обоснованы наиболее важные аспекты питания человека, но и сделан анализ современного состояния этой проблемы, показана роль питания в формировании качества жизни современного человека, а также сформулированы приоритетные направления развития науки о питании на ближайшие годы.
В соответствии с Основами политики РФ в области развития науки и технологий на период до 2010 г. и дальнейшей перспективой ее развития, утвержденными Президентом РФ 30 марта 2002 г., формирование национальной инновационной системы является одним из важных направлений государственной политики в области .развития наукии технологий. Преодоление экономического кризиса; в частности в агропромышленном комплексе страны, предполагает:
переход на инновационный путь развития;;
ликвидацию технологической отсталости хозяйств и предприятий;
освоение хозяйствами и предприятиями современных научных технологий.
В настоящее время в России, да и во всем мире, остро стоит проблема обеспечения населения продуктами питания, которые бы не только полностью удовлетворяли энергетические потребности организма человека, но и обеспечивали бы физиологические потребности человеческого организма в витаминах, минералах и других биологически активных веществах. Важную роль в обеспечении населения микронутриентами могут играть плоды и ягоды, которые являются природным концентратом биологически активных веществ. Низкотемпературные технологии консервирования плодов и ягод позволяют значительно увеличивать производство этого высокоценного сырья, благодаря которому можно значительно улучшить структуру питания, повысив тем самым качество жизни населения. Этим объясняется бурный рост в последнее десятилетие производства замороженных плодов и ягод и, как следствие, интенсивное развитие пищевых низкотемпературных технологий.
Воздействие холода на биологические объекты, к числу которых относятся и пищевые продукты, всегда было предметом изучения и исследования многих ученых и специалистов. К базовым работам в этой области следует отнести исследования: A.M. Бражникова, О.Н. Буянова, Н.А. Головкина, А.С. Гинзбурга, Э.И. Гуйго, А.А. Гухмана, Э.И. Каухчешвили, B.C. Колодязной, Т. Лорентцена, A.M. Маслова, Р. Планка, И.А. Рогова, Д.Г. Рютова, С.Н. Хабарова, Д.А. Христодуло, Г.Б. Чижова, И.Г. Чумака и других..
Появление замороженных продуктов знаменовало собой заметный прогресс в технологии консервирования. Идея замораживания фруктов и ягод принадлежит именно российским ученым. Еще в 1926 г. на опытной станции Московского института народного хозяйства были проведены успешные опытные исследования. В 30-х годах началось промышленное производство замороженных сельхозпродуктов. В 1930 г. в продаже появились мелкорас-фасованные замороженные овощи, фрукты и ягоды. Для быстрого* замораживания стали применять специальное оборудование.
В СССР широкое промышленное производство быстрозамороженных готовых блюд начало развиваться с пуском в 1976 г. экспериментальных за-
8 водов «Хладопродукт №1» и «Гагра». В первой половине 90-х годов, в период общего спада производства этот процесс приостановился, и началась интервенция замороженных продуктов из-за рубежа. Лишь к середине 90-х годов в России были созданы объективные предпосылки для воссоздания и развития производства быстрозамороженных продуктов.
Российский рынок свежезамороженной растительной продукции является достаточно молодым, но весьма быстрорастущим. Его интенсивный рост наблюдается с 2000 года. В 2006-2007 годах рост рынка замороженных плодов и ягод составлял 20% в год. В настоящее время емкость российского рынка замороженных ягод и плодов составляет приблизительно 160000 тонн, или 220 млн. долларов. Аналитики этого рынка предсказывают его дальнейший динамический рост. Поскольку быстрозамороженная продукция является одной из самых удобных для массового потребителя. Это связано с рядом преимуществ, которыми обладают быстрозамороженные продукты в розничной упаковке.
Во-первых, это доступность продукции для большинства покупателей'в любое время года.
Во-вторых, потребительские свойства быстрозамороженных продуктов - значительное сокращение времени на приготовление различных блюд с замороженными плодами и ягодами, а также увеличение срока хранения свежезамороженной продукции в холодильнике до 12 месяцев (по сравнению со свежими продуктами).
В-третьих, возможность разнообразия в приготовлении блюд, при употреблении различных замороженных смесей.
В-четвертых, сохранение практически всех полезных свойств свежих плодов и ягод, что особенно важно осенью и весной, когда повышается потребность в витаминах и минералах.
Кроме перечисленных преимуществ быстрозамороженных плодов и ягод необходимо отметить еще одно важное преимущество, связанное с климатическими особенностями различных регионов нашей страны. Россия является одним из самых больших государств по размерам территории. В связи с чем, здесь
9 существует проблема обеспечения продуктами питания, особенно с высоким содержанием витаминов и минералов, а также обладающих свойствами длительного хранения и быстрого приготовления в условиях дальних и труднодоступных территорий в различных регионах России. В то же время, развитие производства сельскохозяйственной продукции (ягод и плодов), а также заготовок лесных ягод позволяет перейти практически на полное самообеспечение в сырье для производства быстрозамороженных продуктов. Вышеупомянутые факторы свидетельствуют о том, что развитие производства быстрозамороженных плодов и ягод становится особенно актуальным для Российской Федерации. А с учетом того, что Сибирь является регионом, имеющим одну из крупнейших в мире сырьевых баз, производство замороженных ягод является перспективным
направлением развития местного агропромышленного комплекса.
Успешное развитие технологий низкотемпературного консервирования сибирских ягод связано с глубоким и всесторонним изучением физико-химических процессов, происходящих в ягодах при низкотемпературном воздействии.- Для выявления общих закономерностей вызывающих изменение физико-химических, органолептических свойств и пищевой ценности ягод при низкотемпературной обработке такие исследования необходимо производить в комплексе с исследованиями теплофизических свойств ягод в широком температурном диапазоне до, после, а также в процессе замораживания. Необходимо также проведение исследований теплофизических процессов холодильной обработки и хранения сибирских ягод. Выявление таких закономерностей позволяет разрабатывать технологии производства замороженной продукции с заданными свойствами. С помощью этих технологий возможно не только в максимальной степени сохранять свойства, структуру и пищевую ценность ягод максимально продолжительное время, но и, в некоторых случаях, производить более глубокую переработку плодово-ягодного сырья, а также получать качественно новые продукты. Для разработки энергоэффективных технологий переработки плодово-ягодного сырья исследование теплофизических процессов, сопровождающих низкотемпературную обработку необходимо
10 производить в совокупности с их энергетическим анализом. Таким образом, комплексные исследования теплофизических, физико-химических и энергетических эффектов, сопровождающих процессы низкотемпературного воздействия позволяют создавать продукцию с заданными свойствами при минимальных энергетических затратах.
Учитывая вышеизложенное, в настоящей работе раскрыты физико-химические, теплофизические процессы, сопровождающие низкотемпературную обработку ягод, произведен энергетический анализ этих процессов. Выявлены основные закономерности влияющие на качественные показатели-перерабатываемого сырья, определены энергетические-характеристики про-цессов низкотемпературного консервирования. Выведены технологические рекомендации низкотемпературного консервирования наиболее популярных сортов сибирских ягод. Обобщены существующие и сформулированы новые подходы к производству замороженных плодов и ягод заданного- качества. Рассмотрена возможность моделирования такой продукции и предложены варианты их практического решения. Установлены закономерности управления процессом замораживания различных сортов ягод.
По материалам диссертации опубликовано восемьдесят печатных работ, в том числе четыре монографии, пятнадцать статей в журналах, рекомендованных ВАК («Хранение и переработка сельхозсырья», «Известия вузов. Пищевая технология», «Вестник КрасГАУ»); издаваемых МАХ («Вестник МАХ»); ВИНИТИ РАН; ведущими вузами пищевого профиля (Кемеровским институтом пищевой промышленности, Кубанским Государственным технологическим университетом, Красноярским Государственным аграрным университетом. Получено три патента и положительных решения на выдачу патентов. Утверждены технические условия и технологические инструкции на производство замороженных ягод. Проведена производственная проверка технологий опытных партий замороженных ягод на предприятиях отрасли региона.
Процессы, влияющие на качественные изменения плодов и ягод при хранении
Хранение сырья растительного происхождения основано на поддержании в нем жизненных функций: плоды, отделенные от материнского растения являются живыми организмами и на протяжении всего периода хранения продолжают жить [122].
При-хранении в плодах протекают различные биохимические процессы, вызывающие потери ценных питательных веществ,и-изменяющие их качество. На протяжении всего периодам хранения в сырье продолжаются три основных процесса: распад сложных органических веществ (крахмала, белков, пектиновых! и других веществ) до более простых соединений (сахара, аминокислоты и пр.), дыхание и испарение содержащейся в тканях воды [137, 138,351].
Дыхание является основной формой; диссимиляции- расщепления органических веществ. Это , окислительный процесс, при котором потребляется кислород и выделяется углекислый газ [225].
Главными дыхательными субстратами являются углеводы, жиры и белки. Около 1/3 количества углеводов в ткани расходуется при дыхании [227].
Расщеплению макромолекулярных субстратов предшествует их гидролиз: поли- и дисахаридов до моносахаридов, жиров до глицерина и жирных кислот, белков до аминокислот [247];
Процессы окисления весьма сложны и осуществляются через многоступенчатую систему специфических ферментативных реакций. Окисление может происходить непосредственным присоединением кислорода к "дыхательному субстрату (А+02—»А02); отщеплением водорода от субстрата (АН2+Х—»А+ХН2), при этом окисление субстрата АН2 и образование продукта окисления А\ происходят вфезультате восстановления вещества X; удалением электрона от заряженного иона (например, Fe +-e—»HFe +); В продуктах растительного происхождения происходят окислительные реакции всех трех типов, но процессы второго и третьего типов преобладают, так как они протекают без непосредственного участия кислорода [Г46, 203].
В основе современных представлений о механизме окислительных процессов в биологических объектах лежит теория Баха-Палладина, согласно которой дыхание клетки возможно лишь при наличии активированных форм кислорода и водорода, обладающих вьісокойреакционной?способностью[50].
Активация- и передача водорода дыхательного субстрата происходят при участии ферментов- дегидрогеназ, характеризующихся; высокой специфичностью по отношению к окисляемому субстрату. По природе простетиче-ских групп дегидрогеназы делятся на пиридиновые и флавиновые [153].
Коферментами пиридиновых , дегидрогеназ являются НАД никотинамидадениндинуклеотид и. . НАДФ-никотинамидаденин динуклеотидфосфат,.выполняющие функции переносчиков: водорода. В основе действия»-пиридиновых дегидрогеназ лежит способность К: обратимому гидт рированию и дегидрированию пиридиновогоядра, входящего в состав кофер-ментов в виде амида никотиновой кислоты - витамина РР: Пиридиновые дегидрогеназы широко распространены в. клетках продуктов растительного происхождения и являются;универсальными окислительными системами [18]:.
Флавиновые дегидрогеназы имеют коферменты, представлящие собой нуклеотидные производные рибофлавина. Флавиновые ферменты весьма разнообразны, наиболее многочисленная их группа представлена дегидрогена-зами, являющимися промежуточными переносчиками водорода в цепи окисления. Дегидрогеназы окисляют восстановленные пиридиновые основания и передают получаемые от них электроны по цепи в направлении к кислороду. Коферментами флавиновых дегидрогеназ, или, как их иногда называют, фла-вопротеидов (ФП), являются флавинмононуклеотид (ФМН) и флавинаде-ниндинуклеотид (ФАД) [77, 368].
Последними в цепи окисления переносчиками водорода обычно выступают соединения известные под общим названием коэнзимы О (КоО). Этим наименованием обозначают ряд веществ, являющихся нейтральными липи дами и представляющих собой соединение бензохинона с углеводородной боковой цепью [101].
Будучи способными обратимо окисляться и восстанавливаться, коэн-зимы О являются связующим звеном в цепи переноса электронов от флаво-протеидов к цитохромам [76].
Активация кислорода в цепи окисления происходит под действием многочисленных ферментов (оксидаз), большинство из которых содержит в качестве простетических групп железопорфириновый комплекс, являясь Fe-протеидами [368].
В цепи окисления из оксидаз основную роль играют цитохромы, состоящие из специфического белка и железопорфирина. Цитохромы способны обратимо окисляться и восстанавливаться благодаря ионам железа, входящего в их состав. Восстановление окисленных цитохромов происходит вследствие присоединения электронов КоО либо флавопротеидов. Окисление цитохромов проходит через цепь, состоящую обычно из четырех различных цитохромов. Последним в цепи является цитохром А3, называемый цитохро-моксидазой, окисление которого происходит непосредственно кислородом воздуха [153].
Первый этап окисления субстратов осуществляется с участием пиридиновых дегидрогеназ, второй — флавиновых дегидрогеназ, третий — коэнзи-ма О [50].
Процесс окисления субстрата в дыхательной цепи сопровождается фос-форилированием АДФ и запасанием энергии в форме АТФ.
Обоснование основных направлений исследований, их цель и задачи
Приоритетными направлениями современной науки о питании являются, совершенствование норм физиологических потребностей в пищевых веществах и энергии различных категорий населения страны. Нормы должны быть адаптированы к условиям жизни современного человека. Концепция оптимального питания должна быть четко обоснована, а питание должно быть «сбалансированным» [196, 281, 282, 284].
Дефицит так называемых микронутриентов - витаминов, микроэлементов, является в настоящее время одним из ведущих по степени негативного влияния на здоровье населения факторов. Микронутриенты относятся- к незаменимым пищевым веществам. Они необходимы для нормального обмена веществ, роста и развития организма, защищают от болезней и вредных факторов внешней среды. Организм человека не синтезирует и не запасает микронутриенты на сколько-нибудь долгий срок, поэтому они должны поступать регулярно, в наборе и количествах, соответствующих физиологической потребности человека [19, 171, 258] (табл. 2.1).
Недостаточное потребление микронутриентов с пищей общая проблема всех цивилизованных стран. Она возникла вследствие снижения энерготрат и уменьшения общего количества пищи, потребляемой современным человеком. Физиологические потребности человеческого организма в витаминах и минеральных веществах сформированы всей предшествующей эволюцией вида. В ее ходе обмен веществ человека приспособился к тому количеству биологически активных веществ, которые он получал с большими объемами простой натуральной пищи при столь же больших энерготратах [282]. В результате технической революции и крупных социальных изменений средние энерготраты человека за последние 3(Н50 лет снизились в 2-К2,5 раза.
Во столько же должно было уменьшиться потребление пищи. В противном случае переедание и избыточный вес приводят к диабету, гипертонической болезни, атеросклерозу и другим болезням.
По данным американских страховых компаний, избыточная масса тела (на 20%) повышает смертность от инфарктов и инсультов на 24 и 13%; от диабета и его осложнений — в 24-2,5 раза. Возрастание массы тела против нормы на 40% увеличивает смертность от сердечно-сосудистых заболеваний на 60-90%о, от диабета — в 34-5 раз [64, 345]. Следует учитывать, что пища не только источник энергии, но и источник витаминов, макро- и микроэлементов. Следовательно, уменьшая общее количество потребляемой пищи, мы способствуем дефициту важнейших минеральных веществ. Расчеты показывают, что даже идеально построенный рацион, рассчитанный на 2500 ккал в день (а это средние энерготраты современного россиянина), дефицитен по большинству витаминов по крайней мере на 20% [106].
В настоящее время дефицит отдельных витаминов перерос в проблему полигиповитаминозного состояния. Это приводит, прежде всего, к резкому снижению резистентности организма к неблагоприятным факторам окру- жающей среды, за счет нарушения функционирования систем антиоксидант-ной защиты и развития иммунодефицитных состояний [198, 232, 195, 209, 87, 377,381].
Результаты многочисленных обследований различных групп населения, исследование их обеспеченности микронутриентами свидетельствует о недостаточном потреблении витаминов и ряда минеральных веществ (железо, йод, кальций и др.) у значительной части населения России [19, 84, 158, 232, 255, 256, 260, 259, 263, 291].
Особенно неблагоприятно обстоит дело с витамином С, недостаток которого, по обобщенным данным, выявляются у 804-90% обследуемых людей, а его глубина достигает 504-80%. У 404-80% обнаружен дефицит фолиевой кислоты, 404-50% испытывают недостаток каротина. Столь же неблагополучна ситуация с витаминами группы В (Вь В2, Вб), недостаток которых выявляется у 40-ь90%:, а глубокий дефицит — у 20ч-60% всех обследуемых взрослых людей [199, 254,257].
Таким образом, недостаточное потребление витаминов и микронутри-ентов - массовый, постоянно действующий фактор, отрицательно влияющий на здоровье, рост, развитие и жизнеспособность всей нации. Так, дефицит витаминов снижает физическую и умственную работоспособность, сопротивляемость организма различным заболеваниям. Кроме того, он усиливает отрицательное воздействие на организм неблагоприятных экологических условий, вредных факторов производства, нервно-эмоционального напряжения и стресса; повышает профессиональный травматизм, чувствительность организма к воздействию радиации [115], сокращает срок активной трудовой жизни.
Кемеровская область — это наиболее развитый промышленный густонаселенный регион Сибирского федерального округа, где на относительно малой территории сосредоточено 40% промышленных фондов Западной Сибири и проживает более 20% населения. Для Кузбасса характерна высокая степень урбанизации: в городах проживает 81% населения, 19% - в сельской местности [67, 130, 187]. В Кузбассе сосредоточены базовые отрасли экономики России: угольная, металлургическая, химическая.
Изучение пищевого статуса отдельных групп населения Кузбасса показало, что в среднем по всем группам в 2,5 раза выше нормы потребляется хлеба и хлебопродуктов; в 1,3 раза— макаронных изделий. Потребление продуктов животного происхождения составляет 65ч-85,5%, масла растительного - 55%; овощей и фруктов - 46%; рыбы - 37,6% от рекомендуемой нормы [198]. Серьезной проблемой является недостаток минеральных веществ и микронутриентов, в первую очередь кальция, железа и йода [57, 58, 79].
Разработка лабораторного комплекса и экспериментальной методики для исследования теплофизических характеристик плодов и ягод методом двух температурно-временных интервалов
Для определения теплофизических характеристик пищевых продуктов первым буферным методом двух температурно-временных интервалов предлагается следующая методика.
Принципиальная схема лабораторной установки, предназначенной для экспериментального определения теплофизических характеристик первым буферным методом двух температурно-временных интервалов, изображена на рисунке 4.3.
Она состоит из теплоприемника 10, который изготовлен из оргстекла, его боковая поверхность покрыта пенополиуретановой теплоизоляцией 14. Нагреватель 4, обладающий малой тепловой инерционностью, выполнен из медного ТЭНа2, он позволяет поддерживать постоянную температуру с точностью ±0,1 С с помощью установленного в нем термистора 3 и термоста-тирующего устройства 1. Основание нагревателя 15, основание теплоприемника 9, винтовое приспособление У/, способны перемещаться по направляющим стержням /2, которые установлены в основании установки 13. Они обеспечивают доступ к исследуемому объекту 7 и необходимый тепловой контакт между поверхностями объекта, теплоприемником и нагревателем.
Рисунок 4.3. Схема лабораторного стенда для определения теплофизических характеристик первым буферным методом двух температурно-временных интервалов: 1 - термостатирующее устройство; 2 - медный ТЭН; 3 - термистор с термопарой; 4 - рабочая поверхность нагревателя; 5 - хромсль-копслевые термоэлектрические термопреобразователи (термопары); 6 - измерительный комплекс; 7 -исследуемый объект; 8 - буферный слой; 9 - основание теплоприемника; 10 - те-плоприемник; 11 - винтовое приспособление; 12 -направляющие стержни (3 штуки); 13 - основание установки; 14 - теплоизоляция теплоприемника; 15 - основание нагревателя; 16 - корпус нагревателя
Измерение температур в ходе теплотехнического эксперимента производится хромель-копелевыми термоэлектрическими преобразователями (термопарами) 5, одна из которых размещена на рабочей поверхности нагревателя, другая в теплоприемнике. Для обеспечения большей достоверности теплотехнического эксперимента, необходимо предусмотреть установку дополнительной термопары вблизи от свободного торца теплоприемника, а из-мерения температур в эксперименте производить до тех пор, пока температура свободного торца теплоприемника остается неизменной. Расстояние между рабочей поверхности теплоприемника и термопарой называют буферным слоем 8. Толщина буферного слоя должна быть значительно меньше высоты теплоприемника Н {Н»к , в нашей установке hB=5 мм, //=200мм). Показания термопар фиксируются измерительным стендом б ядром, которого является плата расширения- ЭДС термопар, устанавливаемая в разъем ISA IBM совместимого компьютера. Лабораторный стенд, разработанный для определения теплофизических характеристик ягоды представлен на рисунке 4.4.
Исследуемый материал размещается в полости 7 между теплоприемни-ком и нагревателем. Нагреватель, теплоприемник и объект исследования до опыта должны находиться в тепловом равновесии. При включении нагревателя происходит интенсивный разогрев его рабочей поверхности до заданной температуры. Теплота от нагревателя через исследуемый материал передается теплоприемнику, температура которого повышается.
Результатом теплотехнического эксперимента являются термограммы (рисунок 4.5) - температурная зависимость от времени для нагревателя (линия 1) tH, для разности температур между буферным слоем и рабочей поверхностью нагревателя (линия 2) (t,rt), для свободной поверхности теплоприемника (линия 3).
Изменение основных физико-химических показателей в замороженных плодах и ягодах
Проведенные исследования показали, что осуществлять холодильное хранение свежих плодов -и ягод возможно очень незначительный период. Поскольку период сбора созревших плодов и ягод непродолжителен, для увеличения сроков хранения, целесообразно исследовать возможности хранения плодов в замороженном виде, для того, чтобы оценить изменение их качественных и органолептических показателей при хранении.
Плоды и ягоды сортировали, мыли, подсушивали струей воздуха, создаваемой вентилятором, затем фасовали в полиэтиленовые пакеты (масса фасовки 0,5 кг), замораживали в холодильной камере при температуре минус 30 С и хранили при температуре минус 18 С сроком до 12 месяцев. Перед анализом плоды и ягоды размораживали в холодильной камере при температуре 4С.
Определяли изменение содержания влаги и основных компонентов химического состава замороженных плодов и ягод при хранении. Замораживали ягоды черной смородины и плоды облепихи различных сортов, распространенных в Кемеровской области. Исследовались ягоды черной смородины сортов «Память Лисавенко», «Сеянец Голубки», «Память Шукшина», «Черный жемчуг», «Краса Алтая», «Пушистая». В таблице 5.9 приведены массовые доли пектиновых веществ (ПВ) в свежих и замороженных ягодах черной смородины, а также % сохранности ПВ в замороженной ягоде через 6 месяцев низкотемпературного хранения. В таблице 5.10 представлено содержание моносахаридов и сахарозы в свежих ягодах, исследованных сортов, содержание моносахаридов и сахарозы и % сохранности Сахаров в замороженной ягоде через 6 месяцев хранения при низких температурах. Исследованные сорта черной смородины значительно отличаются по содержанию ЕПВ. Наибольшее количество ХПВ отмечено в ягодах сортов «Память Лисавенко» и «Память Шукшина», наименьшее — в ягодах сорта «Черный жемчуг». Массовая доля ПВ фракции № 1 и ХГТВ в ягодах всех исследуемых сортов черной смородины, снижалась в процессе хранения. Однако было замечено некоторое увеличение массовой доли ПВ во второй фракции на 3 -І- 8%, что можно объяснить деметолксилированием растворимого в воде пектина с образованием пектиновой кислоты и ее солей пониженной растворимости, перешедших во вторую фракцию. Как видно из таблицы 5.9 максимально сохранились ПВ в ягодах сорта «Краса Алтая», а минимально — в ягодах сорта «Сеянец Голубки». Больше всего Сахаров содержат ягоды сортов: «Черный жемчуг», «Память Лисавенко», «Сеянец Голубки». При замораживании и низкотемпературном хранении ягод черной смородины наблюдается некоторое увеличение количества моносахаридов, что можно объяснить гидролизом пектиновых веществ и сахарозы. Содержание Сахаров в процессе хранения менялось незначительно и составило 87,2% - 99,1% от первоначального уровня. Наилучшим образом сахара сохраняются в сорте «Память Шукшина». Однако исходное содержание Сахаров в этом сорте наименьшее по сравнению с другими сортами исследованной группы (9,63%), и общее содержание Сахаров и в замороженной ягоде меньше, чем в других сортах (9,54%).
Наибольшее содержание Сахаров отмечено в замороженной ягоде сортов «Черный «жемчуг» (11,81%)-и «Память Лисавенко» (11,29%). Однако сохранность Сахаров после замораживания и низкотемпературного хранения в, сорте «Черный жемчуг» наихудшая (86,9%).
Потери общей влаги в- ягодах при хранении были незначительны (О -г 2 %), так как хранение осуществлялось в герметичной таре. Незначительное уменьшение влагосодержания ягод можно объяснить процессами сублимации влаги из ягод и десублимации на внутренней поверхности упаковки, обусловленные колебаниями температуры в холодильной камере при хранении.
Гидролиз пектиновых веществ, возникающий в процессе замораживания ягод черной смородины, способен повлиять на потери слабосвязанной влаги при размораживании, так как известно, что гидрофильные свойства пектинов в результате деметоксилирования, уменьшения молекулярной массы, изменения остатков уроновых кислот и количества сопутствующих балластных веществ существенно изменяются.
