Содержание к диссертации
Введение
1. Аналитический обзор
1.1 Современное состояние технологии производства цукатов 13
1.2 Массообмен в процессе адсорбции и его применение в пищевой промышленности
1.3 Способы и методы интенсификации процесса 20
насыщения сырья сиропом
1.4 Способы сушки цукатов 26
2. Объекты и методы исследований 30
2.1 Схема проведения исследований 30
2.2 Объекты исследований 33
2.3 Методы исследований 35
Экспериментальная часть и основные результаты исследований
3. Усовершенствование технологических схем производства консервов «Цукаты натуральные»
3.1 Исследования качества сырья, используемого при производстве цукатов 44
3.1.1 Тыква 44
3.1.2 Кабачки 47
3.2 Технологические приемы подготовки сырья к насыщению сиропом
3.2.1 Оптимизация размера и формы цукатов 49
3.2.2 Оптимизация параметров бланшировки сырья 51
4. Моделирование и оптимизация масообменных процессов насыщения овощей сахаром
4.1 Равновесие в системе мякоть тыквы - раствор сахара 59
4.2 Моделирование процесса однократного насыщения 59
4.3 Моделирование процесса насыщения при противотоке раствора и мякоти
4.3.1 Определение минимального расхода исходного раствора
4.3.2 Оптимальные значения числа ступеней насыщения, объема наружного раствора и коэффициента потерь сахара 66
4.4 Расчет концентрации сахара во внутрипоровой жидкости мякоти и тыквы 72
4.5 Кинетика процесса насыщения мякоти тыквы сахаром из наружного сахарного сиропа 78
5. Технологические приемы, обеспечивающие улучшение качества цукатов 85
5.1 Практическое применение полученных моделей насыщения
5.2 Подбор параметров сушки на сушилке с ИК-лучами ^5
5.3 Исследование качества цукатов ЮО
5.4 Продление сроков хранения цукатов '"'
6. Технико-экономическое обоснование технологии производства цукатов
Выводы 112
Список использованной литературы
- Массообмен в процессе адсорбции и его применение в пищевой промышленности
- Объекты исследований
- Оптимизация размера и формы цукатов
- Определение минимального расхода исходного раствора
Введение к работе
В решении задач по обеспечению продовольствием граждан России особая роль принадлежит пищевой и перерабатывающей промышленности. В настоящее время в ней насчитывается более 30 отраслей, объединяющих более 25 тыс. предприятий, однако при этом технический уровень их крайне низок.
Принятие ряда федеральных законов, указов Президента и постановлений Правительства РФ позволили во второй половине прошлого десятилетия стабилизировать положение в ряде отраслей перерабатывающей промышленности. Многие предприятия начали выходить из кризиса и наращивать объем производства.
. В июле 2000г. Правительство Российской федерации одобрило Основные направления агропродовольственной политики 21001-2010гг.
Развитие агропромышленного комплекса признается в этом направлении одним из основных приоритетов социально-экономической политики государства, а формирование эффективного конкурентоспособного агропромышленного производства, обеспечивающего продовольственную безопасность страны и наращивающего экспорт отдельных видов сельскохозяйственной продукции и продовольствия - основной стратегической задачей в экономической области.
Проблема отечественного производства продовольствия должна быть сегодня приоритетной, требует коренной реконструкции предприятий пищевой промышленности; оснащения их современной техникой, создание принципиально новых, энергетически выгодных технологий, обеспечивающих глубокую комплексную переработку сельскохозяйственного сырья.
В период развития рыночной системы происходит большое поступление на отечественный рынок импортного продовольствия и пищевого сырья, качество которых не всегда отвечает необходимым требованиям. Кроме того, увеличение объемов закупки продовольствия и сырья по импорту может
5 привести к ослаблению продовольственной безопасности страны, поставив наше государство в зависимость от зарубежных стран.
Технологическими институтами отделения хранения и переработки сельскохозяйственной продукции Россельхозакадемии разработано новое поколение высокоэффективных ресурсосберегающих технологий глубокой и комплексной переработки продукции сельскохозяйственного производства, реализующей современные физические, физико-химические, биохимические, микробиологические и биотехнологические методы обработки сырья на базе волновых, импульсных, ультрозвуковых, баромембранных, высокочастотных, лучевых и различных комбинированных воздействий на него. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность исследования. Одной из важнейших задач в развитии пищевой промышленности России является разработка технологий качественно новых, биологически полноценных продуктов питания из растительного сырья для улучшения питания населения. К таким продуктам можно отнести цукаты.
Известны технологии получения цукатов из плодов, ягод и овощей. Однако вырабатываемые по этим технологиям цукаты имеют несколько существенных недостатков - повышенное содержание Сахаров (68-72%), наличие в результате многочисленного уваривания окисленных полифенольных веществ, содержащихся в сырье, карамелизированного сахара, что снижает привлекательность товарного вида и вкуса, способствует уменьшению содержания биологически активных веществ в готовом продукте. К тому же, существующие технологии производства цукатов довольно длительны и энергоемки.
В связи с этим исследования по совершенствованию технологии производства цукатов из овощного сырья, в частности, из кабачков и тыквы, предусматривающей снижение содержания сахара в них, сокращение длительности технологического процесса, максимальное сохранение биологически активных веществ исходного сырья, улучшение вкусовых качеств и то-
варного вида готового продукта, что в общем обеспечивает получение качественно новых видов цукатов, являются актуальными.
Актуальность исследований подтверждается включением их в ГНТП РАСХН «Научные основы формирования эффективного агропромышленного производства», 1997-2002гг. (№ ГР 01.960.007134).
Цель и задачи исследования. Целью работы явилось совершенствование технологии производства цукатов из кабачков и тыквы с использованием моделирования технологических и массообменных процессов.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
определение химического состава и технологических особенностей кабачков и тыквы, как сырья для получения новых видов цукатов;
выбор параметров предварительной обработки сырья перед выдержкой в сиропе;
исследование кинетики процесса насыщения тыквы и кабачков сахаром из сиропа;
экспериментальное исследование и описание равновесия концентраций сахара в системе твердое тело — сироп;
определение технологических параметров процесса насыщения сырья-сахаром на основе моделирования однократного насыщения и многоступенчатого взаимодействия сырья с сахарным раствором;
определение параметров сушки цукатов на сушилке с инфракрасными лучами;
разработка способа продления сроков хранения натуральных цукатов;
совершенствование технологии производства цукатов из кабачков и тыквы;
разработка технической документации на производство новых видов натуральных цукатов из кабачков и тыквы и промышленная апробация технологии их производства.
Научная новизна. Обоснована система формирования качества, цукатов из кабачков и тыквы с учетом комплексного влияния факторов технологического процесса производства. Установлены сортовые особенности сырья, формирующие качество и себестоимость готового продукта. Установле-
7 но, что наиболее эффективным приемом подготовки тыквы и кабачков к насыщению сахаром является бланшировка в течение 2 мин. в кипящем 1% растворе хлористого кальция с последующим отжимом перед выдержкой в сиропе.
Установлено, что при равновесии системы «твердое тело - сироп», содержание сахара в поровом растворе тыквы ниже, чем в наружном. На основе модифицированного уравнения Ленгмюра получена зависимость между составами равновесных фаз в твердом теле и сиропе. Кинетика процесса насыщения сырья описана экспоненциальной зависимостью с коэффициентами, вычисленными по экспериментальным данным. Определены оптимальные параметры процесса насыщения кабачков и тыквы 40% сиропом: число теоретических ступеней насыщения - 3,8; отношение объемных расходов наружного раствора и мякоти подготовленного сырья - 0,345; потери сахара с уходящим раствором - 0,12.
По результатам исследований подана заявка на предполагаемое изобретение.
Практическая ценность работы. Внедрена в производство усовершенствованная технология получения консервов «Цукаты натуральные» из кабачков и тыквы на основе моделирования технологических и массообмен-ных процессов, позволяющая получать качественно новые цукаты, сократить расход сахара (на 20-25%), потери сырья (на 2-5%) и длительность технологического процесса.
Разработана техническая документация на производство консервов «Цукаты натуральные» из кабачков и тыквы. На основании результатов исследования выполнена технологическая часть проекта цеха по производству цукатов из кабачков и тыквы.
Реализация научно-технических результатов. Разработанная технология производства консервов «Цукаты натуральные» из кабачков внедрена в ЗАО «Натуральный продукт», (г.Обнинск, Калужской области). Вторичный продукт «Сиропы натуральные» использованы при выработке консервов «Напиток из тыквы «Мечта» в КА «Алькор», (г.Краснодар). Цукаты из кабачков, приготовленные по новой технологии, использованы при выработке тортов в фирме «Браво-плюс», (г.Краснодар).
«і
8 Апробация работы. Основные материалы диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на заседаниях кафедр Технологии и организации питания, Процессов и аппаратов пищевых производств Куб.ГТУ, на Межд. науч.- практ. конф. по технологиям пищевых производств (г.Краснодар, 1998, 1999, 2000); Межд. студенческих конф. (г.Новосибирск, 1999, г.Могилев, 1999); Всероссийской студен, науч. конф. (г.Краснодар, 1998); Краевой науч.-практич. конф. (г.Геленджик, 1999). Продукты демонстрировались на агропромышленных выставках (г.Краснодар, 2000; Москва, 2001) и награждены Серебряной медалью и Дипломом II степени на выставке «Российская агропромышленная неделя» (Москва, ВВЦ, 13-17 октября 2001г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 работ.
Массообмен в процессе адсорбции и его применение в пищевой промышленности
Описание фазового равновесия является важной частью разработки технологического процесса. История интенсивного развития методов описания фазового равновесия насчитывает более 200 лет. Однако до настоящего времени нет универсального метода, явно превосходящего все остальные во всех областях [20,31].
В связи с этим выбор правильных теоретических положений и практических методов применительно к конкретному процессу и получение уравнения равновесия, адекватно описывающего имеющиеся экспериментальные данные для конкретных веществ, является одной из задач данной работы.
Описание равновесия в системе водный раствор сахара — мякоть тыквы, кабачков в настоящее время отсутствует. Отсутствуют также экспериментальные данные других авторов.
Насыщение растворенным сахаром кусочков мякоти различных фруктов и плодов можно классифицировать как процесс адсорбции сухими веществами (клетчаткой) мякоти плодов или фруктов растворенного сахара из наружного раствора. При этом сахар переходит во внутренний раствор -сок, которым заполнены поры и капилляры мякоти плодов [20]. Можно говорить одновременно и о процессе адсорбции, и об установлении концентратного равновесия в системе наружный раствор сахара - поровый раствор сахара, то есть об установлении равновесия в системе жидкость -жидкость.
Большая часть методов и уравнений фазового равновесия представляет собой различные модификации уравнения Ван-дер-Ваальса [60,73]. Например, широко известные уравнения Чао-Сидера, Редлиха-Квонга, Бенедикта-Вебба-Рубина (БВР), Ли-Кеслера и другие, а также их последующие модификации и разновидности, как уравнение Ли-Кеслера-Эдмистера, Ли-Кеслера-Плекера, БВР-Стирлинга и т.д. Они хорошо описывают равновесие пар - жидкость нефтяных фракций, попутных газов и некоторых других смесей, но для описания равновесия жидкость - жидкость считаются мало пригодными [60,73].
Вириальное уравнение состояния хорошо обоснованно методами статистической механики [60,73]. Используя известные выражения для потенциалов межмолекулярного взаимодействия, можно теоретически рассчитать коэффициенты степенного ряда вириального уравнения. Вместе с тем изотермы вириального уравнения не имеют S-образной формы, присущей изотермам уравнения Ван-дер-Ваальса и подобных ему уравнений. Следовательно, даже при наличии большого числа членов, вириальное уравнение не может описывать жидкую фазу, в том числе системы жидкость - пар и жидкость - жидкость. При больших значениях плотности бесконечный ряд в вириальном уравнении вообще расходится. Из всего выше сказанного следует, что вириальное уравнение не подходит для описания равновесия раствор сахара — мякоть тыквы.
Другая группа методов и уравнений базируется на различном представлении избыточной энергии Гиббса и ее минимизации. Для описания свойств жидкой фазы рекомендуется уравнение Маргулиса, Ван-Лаары, Вильсона, NRTL и UNIQUAC [37,60,73]. Первые два уравнения хорошо описывают бинарные смеси, а для многокомпонентных малопригодны, так как требуют экспериментальных данных по тройным взаимодействиям. Практика показывает, что уравнение Вильсона вообще нельзя применять для описания равновесия жидкость-жидкость, притом, что коэффициенты активности смесей, содержащих легкие спирты (до трех атомов углерода), лучше всего описываются именно уравнением Вильсона [20]. В литературе [60,73] имеются рекомендации представлять равновесие в системе жидкость - жидкость посредством уравнений UNIQUAC и NRTL при значении одного из настраиваемых параметров ai2=0,2. Эти уравнения пригодны для описания многокомпонентных систем, по крайней мере, в первом приближении, при наличии лишь данных о бинарном взаимодействии. Использование уравнения UNIQUAC может быть предпочтительней для смесей, компоненты которых значительно различаются по размерам. Уравнение UNIQUAC хорошо представляет равновесие жидкость - жидкость, содержащих неэлектролиты, например, углеводороды (сахар), воду и т.д. Однако влияние такого твердого тела, каким является клетчатка растительного происхождения, на применимость методов Вильсона, NRTL и UNIQUAC требует специального изучения. В этой связи, в данной работе, имеющей технологическую направленность, не используются вышеуказанные методы описания равновесия жидкость-жидкость.
Третья часть методов носит название методов групповых составляющих или «растворов групп» и также основывается на различном представлении избыточной энергии Гиббса [20,71,81].
Методы групповых составляющих рассматривают молекулу как агрегат функциональных групп атомов. Наиболее приемлемые результаты даже для сильно неидеальных смесей дают методы АСоГ (AsoG - Analytical Solution of Group - аналитический раствор групп) и ЮНИФАК (UNIFAC - «раствор групп») [71,81,56,57,128,141,142].
Любой метод групповых составляющих всегда является приближенным, поскольку вклад данной группы атомов в одной молекуле совсем необязательно будет таким же в другой молекуле. Основой методов групповых составляющих является предположение об аддитивности: вклад одной группы в молекуле предполагается независимым от любого из вкладов других групп молекул. Данное положение справедливо только в том случае, если на роль любой группы в молекуле не влияет природа других групп этой молекулы.
Объекты исследований
Иодметрический метод определения витамина С. Навеску плодов Юг залить 20см3 1% раствора HCI, растереть в ступке с добавлением стекла, перенести в мерный стакан на 100см3, довести до метки 2% раствором НР03, перемешать. Отфильтровать после 10 минутного отстаивания. По 10 см3 раствора поместить в колбы для титрования, добавить маленький кристаллик йодистого калия, несколько капель 1% крахмала, титровать 0,00 IN раствором КЮз до голубого окрашивания, не исчезающего в течение 30 сек.
Метод определения Р-активных веществ (по Вигорову). Навеску 5г, перенести в стакан с 15см3 О, IN pacTBopaH2S04, нагреть на водяной бане 10 минут. Слить раствор в цилиндр на 100см3, навеску снова залить 10мл 0,1N раствора H2S04, на 10 минут. Экстракцию продолжаем до полного извлече-ния катехинов из плодов. В одну пробирку прилить 1,8см конц.НО, во 2 пробирку - 1,8см3 ванилинового реактива. Прилить в каждую пробирку по 0,6см3 подготовленной вытяжки. Фотометрировать при зеленом светофильтре на фотоэлектроколориметре типа КФК-2-УХЛ4.2, кювета 5см3.
Метод определения Сахаров. Метод основан на титровании определенного объема растворов Фелинга известной концентрации раствором, содержащим сахар, до полного восстановления окисной меди в закисную. Навеску 7-Юг измельченного сырья поместить в мерную колбу на 500см3, дистиллированной водой на 2/3 объема, нейтрализовать до рН=7 25% раствором углекислого натрия, нагреть 15 минут на водяной бане при t=80C, охладить. Добавить 7см 30% раствора нейтрального уксуснокислого свинца. Добавить 15-20см3 насыщенного раствора двузамещенного фосфорнокислого натрия, оставить на 10 минут для отстаивания, прилить 1-2 капли этого же раствора, при помутнении верхнего прозрачного слоя добавить 8-10см3 раствора соли натрия, взболтать, и проверить полноту осаждения. Получен раствор для определения Сахаров. В колбу на 100см3 прилить 10см3 подготовленной пробы и по 5 см ФелингаІ и ФелингаІІ, смесь нагреть не более 2 минут на электрической плите до кипения, добавить 2-3 капли метиленового синего, титровать подготовленным раствором до перехода синего цвета титруемого раствора в красный.
Определение пектиновых веществ. Метод основан на способности пектиновых веществ давать розовое окрашивание в присутствии карбазола. 1г измельченного сырья поместить в коническую колбу на 125-150см3г за-лить 50см 96% этилового спирта, прокипятить 30 минут с обратным холодильником, спирт отфильтровать, на водяной бане, для остаток с осадком на фильтре залить 30см3 дистиллированной теплой воды (40-50С) и выдержать при этой температуре 30 минут, отфильтровать в мерную колбу на 50см3 промыть теплой водой, охладить. Довести фильтрат до метки дистиллированной водой. Получен растворимый пектин, содержащийся в сырье. Фильтр после определения растворимого пектина, поместить в ту же коническую колбу, прилить 20мл 0,013 NHCI, прокипятить на бане с обратным холодильником 1 час. Отфильтровать в другую мерную колбу на 50см , фильтр перенести в колбу для экстрагирования, налить 20 см 1% раствора лимоннокислого аммония, кипятить 30 минут на водяной бане с обратным холодильником, отфильтровать в ту же мерную колбу на 50 см3, охладить, довести до метки водой. Получен раствор протопектина.
Из каждого образца налить по 1см в 2 пробирки, добавить по 6см H2SO4 конц., перемешать, нагреть на кипящей водяной бане 20 минут. После охлаждения в одну из пробирок добавить 0,2мл 0,15% спиртового раствора карбазола. Через 90 минут смотреть на фотоэлектроколориметре.
Определение титруемых кислот. Метод основан на титровании щелочью всех кислот, находящихся в сырье. Юг измельченных фруктов перенести дистиллированной водой без потерь в мерную колбу на 100см3 до 2/3 объема, нагреть, выдержать 30 минут, при 80С, охладить, довести дистиллированной водой до метки, перемешать, отфильтровать. 10см3 полученного раствора оттитровать в присутствии 1% раствора фенолфталеина до розовой окраски 0, IN раствором щелочи.
Для обработки данных на компьютере применялись пакеты прикладных программ Mickrosoft Word, Mickrosoft Exsel. Для математической обработки данных были использованы программы подсчета корреляции. Для создания графических объектов и рисунков применялись пакеты прикладных программ с графикой Abode Photo Shop, Mickrosoft Photo Editor, HP Preci-sionScan LT. Для освещения состояния исследуемой проблемы были, использованы литературные источники, а также сеть Internet,noHCKOBbie программы Rambler, Aport, сайты по переработке сырья.
Оптимизация размера и формы цукатов
Максимальное количество отходов отмечено у сорта тыквы Мраморная и кабачков Куанд (цуккини).
С целью уменьшения отходов и более полного использования сырья на основании полученных данных рекомендован в технологическом процессе способ нарезки сырья кубиками. При получении цукатов типа чипсы рекомендована нарезка 1,5x0,5x4,0см. При получении цукатов для производства йогуртов оптимальна нарезка 0,5x0,5x0,5 см.
Оптимизация размеров ломтиков цукатов позволила сократить время технологического процесса на 2-4 часа, увеличить выход готового продукта на 6,8 - 4,8%, снизить потери при резке на 1,2-2,0% (табл.7).
Исходя из литературных данных, авторами рекомендуются разные режимы технологической подготовки сырья к процессам насыщения [2,4,61,72].
Экспериментально установлено, что сорбционные процессы при наличии не разрушенных клеточных стенок идут в сотни раз медленнее, чем при наличии механических повреждений в строении клеточных оболочек.
Для оптимизации технологических параметров, обеспечивающих сокращение времени технологического процесса, улучшение качества и увеличение выхода цукатов, исследовались различные технологические приемы бланшировки сырья. При этом испытывалась бланшировка сырья паром, горячей водой, горячей водой с последующим отжимом под прессом, замораживание и обработка ферментными препаратами (табл.8).
Как показали результаты наших исследований, максимальное количество отходов отмечено в варианте с бланшировкой острым паром, где количество разваренных плодов составило 19%. Наименьшие потери получены в варианте с использованием замораживания подготовленных долек, однако выход цукатов на 4 % ниже, чем в варианте с использованием бланшировки с последующим отжимом (табл.8).
Выдержка долек, бланшированных кипящей водой, под грузом для удаления избытка влаги обеспечила ускорение технологического процесса насыщения на 3 часа, снижение расхода сахара и улучшения качества цукатов, которые оценены дегустационной комиссией на 5,0 баллов (табл. 8).
При использовании ферментных препаратов, где применялся фермент комплексного действия - винозим L - с пектолитической, целлюлазной, /?-глюкозидазной активностью, было установлено, что ферментный препарат при концентрации 0,001% способствовал частичному разрушению пектиновых веществ, цементирующих отдельные клетки между собой, а также входящие в клеточные оболочки, что приводило к ослаблению механических свойств протоплазменных мембран. Таблица 8 - Влияние способа подготовки тыквы на качество и выход цукатов
Одновременное проникновение в клетку протеолетических ферментов токсически действовало на протоплазму, вызывая коагуляцию белково-липидных мембран, что также способствовало интенсификации процесса сорбции. Однако, учитывая, что ферментные препараты могут полностью разрушить структуру мякоти подготовленных долек, время обработки ограничивалось 15-20 мин. при 40 С (температура, при которой проявляется максимальная активность фермента винозима L). При этом процесс насыщения наблюдался поверхностный, что и отмечалось при дегустации опытных образцов (табл.8).
Максимальная эффективность примененного технологического приема обработки ферментным препаратом отмечена на сорте тыквы Мозолевская-49, отнесенной к группе твердокорой тыквы.
При проведении замораживания нарезанных кубиками тыквы и кабачков (при температуре -18 С), быстром размораживании, прессовании, а затем насыщения сиропом, скорость сорбционных процессов увеличивалась на 3-5 часов, что обусловлено сортовыми особенностями используемого сырья. При этом сокращалось количество отходов и потерь за счет меньшего количества разорванных кубиков у сортов Витаминная и Мраморная.
Применение технологического приема - замораживание кубиков тыквы и кабачков эффективно при обязательном прессовании сырья, позволяющем разрушить клетки и удалить избыток влаги. Данный прием позволяет снизить потери сырья при подготовке к насыщению до 7% и увеличить выход цукатов на 2% в сравнении с способом применения бланшировки паром и горячей водой, однако трудно применим в технологическом процессе.
Таким образом, исходя из результатов проведенных исследований, было установлено, что для плодов тыквы и кабачков целесообразно проводить бланшировку кипящей водой с последующим отжимом и выдержкой в 1% растворе CaCL2, что позволяет снизить отходы при бланшировке до 2 %, сократить расход сахара, сократить время протекания сорбционных процессов на 2,0-2,5 часа, увеличить выход цукатов на 2-3%.
Определение минимального расхода исходного раствора
При отработке оптимальных режимов выдержки кубиков тыквы и кабачков в сиропе использовали различные технологические приемы при варьировании размера кубиков, концентрации сиропа, времени выдержки, температуры используемого сиропа. Высокие концентрации сиропа (75-80 %) приводили к резкому осмотическому обезвоживанию плодов в первые периоды времени, а затем скорость диффузионных процессов снижалась, что, в общем, увеличивало весь технологический цикл. Кроме того, высокие концентрации сиропа приводили к образованию липкой корочки на поверхности цукатов, что снижало скорость сорбционных процессов, ухудшало их товарный вид. На основании проведенных исследований были выделены оптимальные технологические приемы.
Современные цукаты являются прозрачными на вид, мягкие с обсушенной поверхностью, имеют красивый цвет (натуральный или искусственный) и вид, а также сохраняют натуральный запах, вкус и все питательные ценности свежего продукта и обладают длительным сроком хранения.
Для внедрения процесса приготовления цукатов необходим поиск оптимальных технологических режимов, рациональных способов и схем переработки. Решить эту проблему целесообразно методами математического моделирования. Математическое описание процесса приготовления цукатов по традиционной технологии отсутствует.
В основе описания любого процесса массопереноса лежат термодинамические закономерности равновесия между фазами. Нами исследовалось равновесие процесса насыщения сахаром кубиков тыквы размером 15x15мм. Изучалось влияние температуры и концентрации сахарного сиропа. Сосуд с сахарным сиропом помещали в термостат, затем засыпали иссле 86 дуемый продукт (кубики тыквы) при соотношении 1:1. Через равные промежутки времени отбиралась проба жидкой фазы и с помощью рефрактометра определялась в ней концентрация сахара. Время выбрано таким образом, чтобы процесс насыщения практически достиг равновесия и составил 12 часов. Концентрации в твердой фазе находились из материального баланса. В результате получены кривые равновесия при температуре выдержки 20,35 и 50 С. Пример кинетической кривой процесса сорбции при концентрации сахарного сиропа 40% и температуре 35С показан на рис.23.
Разность между равновесной и рабочей концентрациями максимальна при 20С и с ростом температуры возрастает, а в промежутке от 35С до 50С - практически не изменяется. Таким образом, оптимальную температуру процесса сорбции принимаем 35С. Результаты опытов приведены в таблице 15.
Из вышеуказанных данных видно, что равновесная концентрация сахара в твердом теле меньше, чем в наружном растворе. Это в определенной степени неожиданный результат, т.к. в процессах извлечения (экстракции) в твердом теле извлекаемый компонент удерживается адсорбционными силами и концентрация в нем больше, чем в наружной жидкости. Для проверки, наряду с опытами по насыщению, исследована и экстракция сахара водой из тыквы. И вновь получено, что равновесная концентрация сахара в твердой фазе ниже. Таким образом, равновесная концентрация в твердом теле меньше чем в наружной жидкости.
Изучение насыщения кубиков кабачков предварительно пробланши-рованных горячей водой и выдержанных в 1% растворе CaCL2 с последующим отжимом проводили следующим образом. Кубики опускали в емкость 250-300дм3 не более 100кг и заливали сиропом 60% концентрации при t=90C и соотношении плодов и сиропа 1:0,5. Выдерживали в сиропе под небольшим грузом (чтобы не всплывали кубики) в течение 3 часа.
Изменение концентрации сиропа в первый период выдержки достигается главным образом благодаря обезвоживанию подготовленных кубиков и как следствие, разбавление концентрации сиропа. После 3 часов выдержки наряду с понижением температуры снижена концентрация сиропа до 40-45% и в системе происходят уже незначительные фазовые изменения.
В связи с этим необходимо было изменить условия протекания процесса массообмена. Поэтому, в технологическом процессе применяли схему многоступенчатого насыщения, предусматривающего повышение концентрации сиропа, температуры и изменения соотношения компонентов.
Наличие равновесной кривой позволяет рассчитывать процесс равновесного одноступенчатого насыщения и процесс противоточного насыщения по теоретическим ступеням. В настоящее время в промышленности применяют только однократное насыщение, а раствор сахара используется несколько раз с добавлением сахара. Расчет противоточного процесса показывает, что можно достичь экономии сахара и снизить его потери на 30-40%. При проведении исследований сравнивали одноступенчатый и проти-воточный процессы.
Ранее был проведен ряд исследований по равновесию и кинетике процесса сорбции сахара тыквой. Для этого нарезанная на кусочки размером 15x15 мм тыква, заливалась сахарным сиропом концентрациями 20,40 и 60 % и выдерживалась в термостате при разных температурах 20, 35 и 50С. По результатам исследований были построены кинетические кривые. Установлено, что равновесие достигается практически за 4 часа.
