Содержание к диссертации
Введение
Глава I. Обзор литературы 9
1.1 Объемы выращивания орехоплодных в мире 9
1.2 Физико-химические свойства ядер арахиса и орехов фундука и кешью 12
1.3 Современные представления об окислительной порче липидов 29
1.4. Заключение 34
Глава II. Методы и методики определения физико-химических показателей сырья и готовой продукции 36
2.1. Объект исследования 36
2.2. Определение физико-химических показателей ядер арахиса и орехов фундука и кешью 39
2.2.1. Определение массовой доли влаги 39
2.2.3. Определение массовой доли жира в сырых, подсушенных и обжаренных ядрах арахиса, фундука и кешью 40
2.2.4. Определение продуктов окисления масла, содержащегося в ядрах арахиса, фундука и кешью 44
2.3. Определение физико-химических и органолептических показателей арахисового масла 47
2.3.1. Определение органолептических показателей 47
2.3.2. Определение массовой доли свободных жирных кислот 48
2.3.3. Определение перекисного числа 50
2.3.4. Определение фракционного состава липидов 52
2.3.5. Определение жирнокислотного состава 54
2.3.6. Определение бенз(а)пиренов 55
Глава III. Разработка технологии переработки ядер орехов и арахиса 60
3.1 Усовершенствование методов определения физико-химических показателей сырья и готовой продукции 60
3.1.1 Методика определения массовой доли влаги 63
3.1.2 Определение гранулометрического состава дробленых ядер арахиса и фундука 71
3.1.3 Определение линейной и объемной усадки ядер 77
3.2 Разработка технологического процесса переработки ядер орехов и арахиса 81
3.2.1 Технологические аспекты очистки ядер арахиса и фундука от поверхностной оболочки 82
3.2.1.1 Очисткаядер орехов от покровной кожицы 84
3.2.1.2 Электронная сортировка 89
3.2.2 Технологические основы термической обработки ядер арахиса, фундука и кешью 98
3.2.2.1 Сухая обжарка горячим воздухом 104
3.2.2.2 Обжаривание в масле 112
3.2.2.2.1 Разработка технологических режимов обжаривания ядер орехов во фритюре 120
3.2.3 Технологические особенности дробления ядер орехов и арахиса 135
3.2.4 Технологическая схема переработки ядер орехов и арахиса 145
3.2.5 Разработка требований к изделиям из ядер орехов и арахиса 150
Выводы 154
3.3 Исследование процесса хранения ядер арахиса, фундука и кешью 155
3.4 Исследование пищевой ценности отходов 166
Выводы 168
Список литературы 171
Приложения:
1. Технические условия 195
2. Сертификат соответствия на изделия из ядер орехов и арахиса 206
3. Сертификат соответствия на производство 209
4. Изменение № ТУ 10.16,0015.005-90 «Мороженое» 212
5. Технологические инструкции 214
6. Рецептуры 218
7. Производительность оборудования 243
8. Экономическая оценка переработки шелухи 244
9. Инструкция по работе с фритюрницей 247
10. Схема ТХК 258
- Физико-химические свойства ядер арахиса и орехов фундука и кешью
- Определение массовой доли жира в сырых, подсушенных и обжаренных ядрах арахиса, фундука и кешью
- Определение гранулометрического состава дробленых ядер арахиса и фундука
- Разработка технологических режимов обжаривания ядер орехов во фритюре
Физико-химические свойства ядер арахиса и орехов фундука и кешью
В настоящее время орехи нашли широкое применение не только как продукт питания в сыром и поджаренном виде, но и как пищевое сырье, используемое в промышленных масштабах. Использование орехов для пищевых целей объясняется не только привлекательными вкусовыми качествами, но и наличием природного комплекса основных питательных веществ: белков, жиров, а так же углеводов. Растительные жиры в арахисе, фундуке и кешью содержат около восьмидесяти процентов ненасыщенных жирных кислот, употребление которых может способствовать уменьшению риска сердечных заболеваний [223, 224, 229, 263, 277, 278, 279, 287]. Орехи фундука и кешью и арахиса богаты минеральными веществами, содержат витамины А, Bь В2, РР, С.
Ядра арахиса, фундука и кешью используются в производстве мороженого, хлебопекарных и кондитерских изделий (тортов, пирожных, печения, халвы, конфет, шоколада, гозинак, чарчхелы и др.). Арахис, является одним из наиболее распространенных видов сырья приближающимся к ядрам орехов по своим физико-химическим и органолептическим свойствам.
Потребительские и технологические свойства ядер орехов и арахиса во многом зависят от способов переработки.
Потребительские свойства орехов и арахиса существенно возрастают при их переработке, такой как очистка, подсушивание, обжаривание, резка, дробление, измельчение, размалывание в пасту или масло, приготовление эмульсии, а также создание композиций с другими пищевыми продуктами, особенно богатыми углеводами. Эффективность технологического процесса переработки ядер орехов и арахиса в значительной степени зависит от вида сырья, способов его предварительной обработки, размеров, формы отдельных ядер и пр. В действительности качество сепарирования, степень равномерности термической обработки слоя ядер (сушка, обжаривание и охлаждение), насыпная плотность, количество полностью или частично неочищенных ядер, точность дозирования в тару, количество отходов и потерь, а также износостойкость оборудования зависит от формы и размеров поступающего на переработку сырья. Для уменьшения влияния неблагоприятных для переработки вышеперечисленных факторов стремятся использовать сырье однородное по форме и размерам.
Учитывая, что обычно орехи в первичном состоянии представляют собой смесь различных по форме и размерам плодов, понятно стремление производителей и потребителей орехового сырья нормировать его по объективным показателям.
Сорта арахиса сильно различаются между собой по числу бобов на растении (от 10 до 100 бобов), форме (коконообразные, вальковато-цилиндрические, неправильно-цилиндрические и четковидные), величине бобов (крупные, средние и мелкие), толщине оболочки бобов и числом семян в бобах. У большинства сортов арахиса бобы чаще двусемянные или 3-4 -семянные, реже встречаются бобы содержащие до 5-7 семян [103,169].
По форме различают семена (ядра) округлые, овальные и удлиненно-овальные. У многосемянных бобов семена (ядра) часто бывают сплюснутыми. По окраске семенной оболочки различают ядра светло-розовые, розовато-коричневые, ярко-красные, буро-красные и черно-фиолетовые.
В зависимости от крупности ядра арахиса можно разделить на три группы: мелкие (менее 12 мм длиною и менее 8,5 мм шириною), средние (12 - 15 MM длиною и 8,5 - - 1 мм шириною) и крупные (более 11 мм длиною и 11 мм шириною).
На мировом рынке сырья размер ядер арахиса, кешью и фундука определяется их калибром.
Калибр ядер арахиса определяется путем пересчета количества ядер в одной унции (28,35 г). При поставке обозначается разброс между калибрами в одной партии ядер арахиса, например, 24/26, 24/28, 24/32, 24/38, 24/42, 28/32, 28/36, 32/40, 34/38, 34/42, 36/42, 38/42, 38/45, 40/50, 42/60, 50/60, 60/70. Для определения калибра кешью отбирают 1 английский фунт (453,6 г) ядер и пересчитывают количество ядер в нем.
Ядра кешью сортируют по размерам и в соответствии с принятой спецификацией подразделяют на 7 групп, или марок [57, 234]: W 210 - 200 - 210 штук в 1 английском фунте; W 240 - 220 - 240 штук в 1 английском фунте; W 280 - 260 - 280 штук в 1 английском фунте; W 320 - 300 - 320 штук в 1 английском фунте; W 400 - 350 - 400 штук в 1 английском фунте; W 450 - 400 - 450 штук в 1 английском фунте-W 500 - 450 - 500 штук в 1 английском фунте Битые ядра половинки белые мелкие кусоЧКИ также ГПУпГШГУУЮТ упаковывают отдельно и маркируют согласно установленной в Инлии спецификации, которая включает 24 различных сорта ядра ореха кешью (табл.1),
Хорошие товарные ядра орехов кешью имеют характерную изогнутую форму, и цвет слоновой кости.
Обжаренные кусочки ядра ореха кешью сортов 20, 21 и 22 могут быть пятнистой и обесцвеченной поверхностью, а также светло-коричневые, цвета темной слоновой кости либо от светло-голубого до ярко-или густо-голубого цвета.
Плоды фундука всех разновидностей и сортов различаются по величине плодов, толщине скорлупы и наполненности ядром [38, 39,102,154, 169, 183, 255).
По величине плодов орехи делятся на крупные и мелкие. Крупные плоды дают больший выход ядра.
Орехи бывают толстоскорлупные и тонкоскорлупные. Толщина скорлупы также влияет на выход ядра. Выход ядра составляет в среднем 47% отмдесаиплода 1/69].
В зависимости от сорта ядра фундука бывают округлой и продолговатой формы.
Калибр фундука определяют путем измерения его линейных (поперечных и продольных) размеров в миллиметрах. Наиболее распространенные калибры: 9/11,11/13,13/15.
Анализ существующих литературных данных по химическому составу, энергетической и питательной ценности [24, 54, 57, 61, 103, 121, 160, 194, 195, 198, 199, 208, 218, 237, 276, 300, 302] показан, что ядра орехов фундука и кешью, и арахиса являются ценным пищевым сырьем.
Химический состав ядер орехов и арахиса, содержание в них микроэлементов и витаминов, зависят от сортовых особенностей, условий произрастания и хранения, поэтому в таблице 2 представлены усредненные данные по содержанию основных пищевых веществ и энергетическая ценность ядер арахиса, фундука и кешью.
Ядра арахиса и орехов фундука и кешью являются богатыми источниками растительного жира и перевариемого белка.
В большинстве орехов содержание жира очень высоко и достигает более чем 60% в фундуке, и более 50% в кешью, и 40-60% в ядрах арахиса. Благодаря этому орехи и арахис относятся к высококалорийным продуктам. Усвояемость жира ядер орехов и арахиса очень высока. Коэффициент усвояемости жира арахиса - 95,5%, фундука - 87,22% [300, 302].
Состав жирных кислот ядер орехов и арахиса изучен достаточно полно. Анализ литературных данных показал, что жирнокислотный состав ядер арахиса и орехов фундука и кешью является ценным для питания человека.
При анализе результатов медицинских исследований было установлено, что организации здравоохранения рекомендуют сокращение уровня насыщенных жиров в рационе питания в связи с тем, что рационы с низким содержанием насыщенных жирных кислот и с более высоким содержанием мононенасыщенных жирных кислот сокращают количество липопротеинхолестерина низкой плотности в крови. Липопротеинхолестерин низкой плотности, известный как "плохой холестерин", считается фактором риска, связанным с сердечными заболеваниями.
Определение массовой доли жира в сырых, подсушенных и обжаренных ядрах арахиса, фундука и кешью
Ядра орехов и арахиса относятся к группе продуктов с высоким содержанием жира (в фундуке - более чем 60%, кешью - более 50%, арахисе - 40-60%).
Жиры представляют собой основную группу органических соединений, выделенных в класс липидов.
Пищевая ценность жиров определяется их составом, усвояемостью и наличием в них так называемой нежировой фракции - жирорастворимых витаминов, фосфатидов, стеринов и др.
За счет энергетической ценности жиров, входящих в состав пищевого рациона, организм человека покрывает до 30% расходуемой энергии.
Существуют четыре основные группы методов количественного определения жира: "горячая экстракция" - метод Сокслета, "холодная экстракция" - путем настаивания, метод Рушковского (по обезжирен ному остатку), рефрактометрический метод.
Все методы определения массовой доли жира основаны на способности липидов хорошо растворяться в органических растворителях - бензоле, бензине, петролейном эфире, серном эфире, ацетоне, хлороформе, сероуглероде, метиловом и этиловом спирте и т.д. [8].
Определение массовой доли жира проводили методом "горячей экстракции" на приборе SOXTEC SISTEMS фирмы TECATOR (Швеция) (рис. 1).
Подготовку пробы проводили следующим образом: пробу около 50 г измельчали на лабораторной мельнице с водным охлаждением рабочей камеры "Кнайфтек 1095" в течение 15 секунд. Затем производили дополнительное растирание образца в ступке.
Навеску 5 г взвешивали на обезжиренном фильтре с точностью ±2 мг, затем фильтр сворачивали и помещали в стаканчик для экстракции. Растворитель (70 мл) в алюминиевом стаканчике помещали в экстракционный блок, где проводили первый этап экстракции.
Экстракцию жира проводили растворителем (петролейным эфиром W=70-100C) в два этапа при температуре 135±2"С. Сначала образец погружали в кипящий растворитель, для экстрагирования основной части жира. На втором этапе образец поднимали над поверхностью растворителя, чтобы иметь возможность эффективной промывки образца растворителем из конденсаторов.
Продолжительность первого этапа экстракции: кипячение - 20 мин., промывка - 40 мин.
Затем фильтр с навеской осторожно вынимали из стаканчика, оборачивали в тонкий слой ваты и помещали в ступку, где производили дополнительное измельчение с помощью пестеля. После этого весь пакет (вместе с ватой) помещали обратно в стаканчик.
Взвешивали новые экстракционные чашечки и использовали то же количество растворителя.
Продолжительность второго этапа экстракции: кипячение - 10 мин., промывка -20 мин.
Для полного удаления растворителя после каждого этапа экстракционные чашечки высушивали в сушильном шкафу при температуре 105±2С до постоянной массы.
Вычисление процентного содержания жира проводили на каждом этапе экстракции.
После 1-го этапа: %rapa,=(Wj-W,)xl00 Wi где W - вес образца, г
W2- вес экстракционной чашечки, г Ws - экстракционная чашечка + остаточный вес, г. После 2-го этапа: %жира2 = rWj-W.)xlQQ. где W1 - вес образца, г
W4 - вес экстракционной чашечки, г W5 - экстракционная чашечка + остаточный вес, г. Общее содержание жира в % рассчитывали по формуле: Е % жира = %жира1+ %жира2,
За результат испытания принимали среднее арифметическое результатов 2 параллельных определений.
При анализе расхождение между параллельными определениями не превышало 1 %.
Определение гранулометрического состава дробленых ядер арахиса и фундука
Гранулометрический состав представляет собой результат статистического исследования распределения частиц по размерам. В настоящее время гранулометрический анализ проводят различными методами: классическим (ситовой анализ), седиментационным (основан на измерении скорости падения частиц в жидкости в зависимости от их величины), оптическим (сканирующая электронная микроскопия, оптическая микроскопия), а также рядом косвенных методов основанных на различных физических явлениях [168].
В связи с тем, что разделение дробленых ядер орехов и арахиса на фракции при промышленном производстве осуществляется с помощью сит, то для определения гранулометрического состава готового к упаковке продукта использовали классический метод при реализации которого, продукт просеивался на лабораторном рассеве У1- ЕРЛ-1 через сита расположенные друг над другом в порядке увеличения размеров ячеек.
Принцип работы рассева У1- ЕРЛ-1 заключается в просеивании сыпучих продуктов через сита, осуществляющих круговое поступательное движение в горизонтальной плоскости с частотой колебаний ситового пакета - 200 об/мин±10 %, амплитудой колебаний - 25 мм.
Рассев (рис.5) состоит из привода 1, платформы 2 и установленных на ней лабораторных сит 3. Привод обеспечивает ситовому пакету круговое поступательное движение в горизонтальной плоскости посредством трех кривошипов. Ведуший кривошип получает вращение от электродвигателя посредством ременной передачи и передает круговое поступательное движение плите-противовесу со стойками, на которых закреплена платформа 2 с пакетом установленных на ней лабораторных сит. Измерение средних размеров ячеек лабораторных сит осуществляли на часовом проекторе 4П-1, оснащенном измерительной системой с 200-кратным увеличением. Пакет сит, установленных на основание 4, накрывается крышкой 5 и притягивается к платформе посредством стяжек 6. Рассев включается посредством поворота рукоятки реле времени 7.
При определении гранулометрического состава дробленых ядер фундука и арахиса важной задачей являлось установить оптимальную продолжительность просеивания. С этой целью, были отобраны образцы ядер арахиса и фундука, измельченные на дробилке фирмы "Urche!" (США) модель N с набором дисковых ножей зазор, между которыми был равен 1/8" (3,2 мм). Пробы каждого вида орехов разделили на несколько образцов и просеивали на пробивных ситах с круглыми отверстиями диаметром 2, 3, 4, 5, 6 и 7 мм.
Масса образца выбиралась из расчета максимально возможного заполнения верхнего сита, при котором не наблюдается пересыпания продукта при просеивании и, изменялась в пределах от 250 до 300 г в зависимости от насыпной плотности продукта.
Образцы измельченных ядер разделяли на фракции, изменяя продолжительность просеивания от 1 до 10 мин. с шагом 1 мин. Учитывая 2 вида орехов (фундук и арахис), время просеивания, и возникновение эффекта комкования всего было проведено 237 опытов.
По полученным данным были построены кривые распределения частиц дробленых ядер арахиса и фундука по ситам в зависимости от продолжительности просеивания на лабораторном рассеве У1 - ЕРЛ - 1 (рис. 6).
Было отмечено, что при просеивании образца 6 минут и более наблюдалось слипание частиц дробленого арахиса и фундука, обусловленное выделением на поверхности частиц жидкой фазы масла.
При просеивании было отмечено, что количество фракций 5, 6, 7 мм уменьшалось в первые 3-4 минуты наряду с одновременным нарастанием количества фракций менее 2, 3 и 4 мм (рис. 6 и 7). При дальнейшем просеивании процентное содержание фракций изменялось незначительно, поэтому время просеивания ограничили 5-ю минутами.
Было отмечено также, что интенсивность изменения количества мелкой фракции (менее 2 - 4 мм) у dC/dx резко уменьшается в первые 3-4 минуты (рис. 8), а при просеивании образцов 5 и более минут стабилизируется. Следовательно, времени от 1 до 4 минут недостаточно для полного распределения частиц дробленого арахиса и фундука по ситам.
Разработка технологических режимов обжаривания ядер орехов во фритюре
Исследования процесса обжаривания ядер арахиса, фундука и кешью в масле проводились на линии по обжарке орехов во фритюре фирмы "Heat and Control" модель СК-10-30 (рис.22) по следующей технологической схеме: орехи поступают в загрузочный бункер 1, из которого они подаются на транспортерную ленту обжарочной печи ленточного типа 2. Подача ореха регулируется с помощью заслонки бункера. Передвигаясь на ленте транспортера обжарочной печи, погруженной в горячее масло, орехи обжариваются, Обжаренные орехи направляются на конвейер 3, на котором с помощью дозатора 4 наносятся добавки (соль, специи), затем орехи охлаждаются до температуры 20-25С в охладителе 5, и расфасовываются при помощи фасовочных автоматов с весовыми или объемными дозаторами.
Для обеспечения бесперебойной работы линии и получения готовых изделий из ядер арахиса, фундука и кешью с качественными показателями, соответствующими требованиям нормативно-технической документации, необходимо правильно установить и поддерживать технологические параметры оборудования: режимы обжаривания, уровень масла, периодичность его смены и др.
Выбор режимов обжаривания во фритюре (температуры и времени обжаривания, высоты слоя) осуществлялся с учетом обеспечения высокой производительности линии по обжарке орехов.
По данным литературы [109] температура жаренья пищевых продуктов во фритюре не должна превышать 180С, так как при более высокой температуре интенсифицируется процесс накопления в масле продуктов окисления. Нижний температурный предел фритюрной обработки обеспечивающий выработку продукции с высокими потребительскими свойствами, зависит от каждого конкретного изделия. Температура фритюpa влияет на продолжительность обжаривания.
При подборе режимов обжаривания орехов в производственных условиях, необходимо было учитывать не только органолептические и физико-химические показатели готового продукта, но и технические возможности применяемого оборудования, которые обеспечивали бы максимально возможную производительность.
Анализ патентной литературы [247, 267, 268, 271] показал, что обжаривание орехов в масле проводят в диапазоне температур от 140 до160С, чаще 147-155С [247]. При проведении опытных обжарок было установлено, что продукт обжаренный при температуре 150±5С обладает хорошими органолептическими свойствами.
Подбор режимов обжаривания ядер арахиса, фундука и кешью проводили в 2 этапа: сначала режим отрабатывали в лабораторных условиях с использованием бытовой фритюрницы с автоматическим контролем температуры ЕТА-П66 [126], затем проводили опытные обжарки в условиях производства. Оценка органолептических и физико-химических показателей готовой продукции проводилась после охлаждения ядер, так как в процессе охлаждения происходит частичное "дожаривание" ядер.
Внешний вид изделий, а именно цвет и состояние поверхности, а также вкус и запах определяются продолжительностью обжаривания, которая является важным фактором, характеризующим эффективность технологического процесса производства.
Исследования Камовникова и Воскобойникова [76] показали, что производительность непрерывно действующих аппаратов тем выше, чем тоньше слой и больше скорость. Минимальная толщина слоя определяется размерами самих ядер и конструктивными особенностями дозирующих устройств. Учитывая морфологические особенности ядер, выбрали 1,5-2 дюйма (25-50 мм). Вместе с тем, подача большого количества ядер орехов или арахиса в рабочий объем фритюрницы вызывает вспенивание масла, неравномерность обжарки, а также сложности управления поддержанием заданного значения температуры в рабочем объеме фритюрницы. Поэтому толщина слоя - 1,4-1,7 дюйма (35,6-43,2 мм) была установлена, как оптимальная.
В дальнейшем выбор слоя определяется наиболее целесообразными параметрами очистки масла и возможность непрерывного механического удаления мелких частиц ореха из рабочего объема фритюрницы.
В результате проведенных исследований были разработаны режимы обжаривания ядер арахиса, фундука и кешью во фритюре на оборудовании фирмы "Heat and Control" модель СК-10-30 (табл.18), которые могут корректироваться в зависимости от вида ядер орехов, их влажности, размера, уровня масла в рабочем объеме и т.д.
при обжаривании во фритюре важной задачей является определить и поддерживать уровень масла необходимый для работы обжарочной печи и получения качественной продукции. Низкий уровень масла может привести к выходу из строя масляных нагревателей и быть причиной неравномерной обжарки продукции.
При непрерывном жаренье уровень масла постепенно падает не только за счет впитывания его продуктом, но и из-за постоянного уноса масла с продуктом из жарочной емкости. На линии фирмы "Heat and Control" потери масла пополняются автоматически за счет долива порций свежего масла из резервной емкости. Схема циркуляции масла в представлена на рис.23.
Уровень масла на линии устанавливается с помощью поплавкового механизма и в процессе обжаривания поддерживается автоматически, в руководстве к оборудованию фирмы "Heat and Control" рекомендуется поддерживать уровень масла на 1/4 - 3/4 дюйма выше высоты слоя продукта [114]. В связи с тем, что орехи разнообразны по форме и размерам, то количество масла необходимое для покрытия слоя орехов будет различаться в каждом случае.
Для определения количества масла, которое необходимо залить в обжарочную печь при обжаривании различных видов сырья, была разработана следующая методика:
1. Мерный стакан диаметром 100 мм заполнить продуктом (ядрами арахиса, фундука или кетлью);
2. В мерный цилиндр залить арахисовое масло : 100-150 г (d);
3. В стакан с продуктом залить масло из мерного цилиндра так, чтобы уровень масла был равен уровню продукта;
4. Взвесить масло оставшееся в мерном цилиндре (G2);
5. Массу израсходованного масла определить по формуле: G GrG:;
6. уровень масла (в дюймах) определить, бЗвесив массу масла G, в чистый сухой мерный стакан, который использовался в n. l;
7. К полученным значениям уровня масла прибавить 0,5 дюйма (высота уровня масла над поверхностью ореха);
8. По полученным данным построить градуировочный график (рис.24) на графике указать вид сырья, его насыпную плотность и калибр.
