Анализ современных технологий использования вакуумного и микроволнового воздействия при обезвоживании пищевой продукции

Анализ современных технологий использования вакуумного и микроволнового воздействия при обезвоживании пищевой продукции

И.Р. Шегельман, А. С. Васильев, Ю.В. Суханов, Петрозаводский государственный университет, Петрозаводск

Аннотация: дан анализ использования современных технологий, основанных на использовании физических явлений, а именно вакуумного и микроволнового воздействия при обезвоживании пищевой продукции. На основе обобщения и анализа исследований отечественных и зарубежных ученых показано, что данные технологии перспективны для такого растительного сырья как фрукты и овощи, а их эффективность зависит от характеристик обогащаемого сырья.

Ключевые слова: вакуум, микроволновое воздействие, обезвоживание пищевых продуктов, сушка.

Анализ свидетельствует о том, что в последние годы в России и за рубежом активизированы исследования в области совершенствования технологий в различных отраслях промышленности на основе использования инновационного потенциала современных достижений науки и техники [1, 2]. Это положение в полной мере относится к совершенствованию технологий в пищевой промышленности. Ниже дан анализ использования технологий вакуумного и микроволнового воздействия при обезвоживании пищевой продукции.

Вакуумная пропитка - это процесс обогащения пищевых продуктов, характеризующийся переносом массы между внешним раствором пропитки и пищевой матрицей в результате воздействия вакуума [3, 4]. При этом тип продукта обуславливает технологию предварительной обработки [5]. Не случайно в последние годы расширяется применение технологий низкотемпературного приготовления продуктов питания в вакууме [6], который используется, например, [7] при разработке блюд для космонавтов. В работе [8] доказана перспективность комбинированного способа обезвоживания с применением терморадиационного (инфракрасного) и вакуумного воздействия для производства высококачественных кисломолочных напитков и сформулирована теория такого обезвоживания.

В работе [9] изучены эффекты импульсных электрических полей на вакуумную сушку картофельной ткани при давлении ниже атмосферного, равном 30 кПа, что соответствует температуре кипения воды ~ 70°С и различных температурах 40, 50, 60 и 70°С. Обработка позволила уменьшить время высыхания на 22-27 0С.

В исследовании [10] дана оценка влияния комбинации ультразвука и вакуума на кинетику сушки папайи при 60°С и использовались четыре метода: ультразвуковая и с вакуумным усилителем, вакуумная сушка, с ультразвуковым усилением сушка и контрольная (без ультразвука и вакуума) сушка. Установлено, что ультразвуковая обработка ускорила процесс вакуумной сушки папайи и минимизировала потерю изучаемых биологически активных соединений и цвета продуктов.

В работе [11] показаны преимущества технологии, сочетающей микроволновую и вакуумную дегидратацию, которая при обработке овощей обеспечивает длительное холодильное хранение с сохраняем в них биологически активные веществ.

В работе [12] показана перспективность технологии двухстадийного вакуум-выпаривания поликомпонентных овощных смесей для сохранения в них термолабильных веществ.

Исследования процесса сушки в вакуум-аппарате с СВЧ-энергоподводом [13] показали высокую пищевую и энергетическую ценность у высушенных в вакуум-аппарате с СВЧ-энергоподводом плодов смородины черной.

В работе [14] применили вакуумную сушку для пропитывания риса соком красной свеклы. Результаты показывают, что функциональные свойства риса можно эффективно улучшить с помощью технологии вакуумной сушки.

Анализ по характеристикам сушки, растворению, физико-химическим свойствам и антиоксидантной способности [15] показал, что микроволново-вакуумная сушка эффективна для сушки экстракта шлемника обыкновенного (Scutellaria).

Выполнена оценка [16] сублимационной сушки в сочетании с микроволновой вакуумной сушкой (FD-MVD) для функциональных снеков из окры. FD-MVD использует четыре различных типа сушки: сушка горячим воздухом, сублимационная сушка, микроволновая вакуумная сушка и сушка горячим воздухом в сочетании с микроволновой вакуумной сушки. Анализ физико-химических показателей и показателей эффективности сушки показал эффективность FD-MVD.

В работе [17] процесс вакуум-выпарки предлагается интенсифицировать за счет равномерности подвода энергии и использования микроволновых технологий.

Технология, интегрирующая применения ультразвука и вакуумной дегидратации, сократила продолжительность сушки на 41-53 % и улучшила качество морковных ломтиков [18]. Потенциал регидратации, питательная ценность продукции (сохранение в-каротина и аскорбиновой кислоты), цветовые и текстурные свойства высушенных по прогрессивной технологии ломтиков превосходят высушенные в вакууме морковные ломтики.

В микроволновом вакуумном дегидраторе используются микроволны, которые попадают внутрь пищи, в результате чего вода в ней испаряется. Водяной пар выводится в воздушных потоках [19]. Этот метод обеспечивает равномерную сушку и позволяет быстрее завершить процесс. Поскольку давление воздуха поддерживается очень низким, температура кипения воды составляет менее 40 ° C, температура, при которой на ткани клетки начинает влиять тепло. Это означает, что продукты можно высушить без повреждений. Компания, которая выпустила первый в мире коммерческий микроволново-

вакуумный дегидратор - Seiko Engineering. В 2006 году она начала работу над микроволновым дегидратором, чтобы сократить требуемое время и снизить эксплуатационные расходы на процесс сушки. В 2012 году компания произвела коммерческий дегидратор пищевых продуктов, используя этот метод. Компания работает по дальнейшему совершенствованию устройства, таком, как функции для предотвращения чрезмерного высыхания и пищевые лотки для автоматического обмена.

Технологии вакуумной пропитки и микроволнового воздействия перспективны для обогащения пористых пищевых продуктов, таких как, фрукты и овощи, а увеличение срока годности вследствие обезвоживания обработанных этими технологиями продуктов является важным преимуществом для пищевой промышленности.

Анализ показывает весьма широкий диапазон применения технологий вакуумной пропитки и микроволнового воздействия при производстве пищевых продуктов в России и за рубежом. К решению этой проблеме привлечено внимание многих отечественных и зарубежных специалистов. Эффективность технологий вакуумного и микроволнового воздействия значительно зависит от обогащаемого сырья, большая часть авторов сходится во мнении, что данные технологии рационально применять для такого растительного сырья как фрукты и овощи. Эффективность данного метода для других видов растительного сырья необходимо проверять экспериментально.

Работа выполнена при финансовой поддержке Минобрнауки в рамках реализации проекта «Исследование и разработка сквозной технологии производства функциональных пищевых продуктов для обеспечения пищевой безопасности северных территорий РФ», выполняемого ПетрГУ совместно с Торговым домом «Ярмарка» (идентификатор проекта -RFMEFI57717X0264).

Литература

1. Кудрявцев П.Г., Фиговский О. Л. Нанокомпозитные органоминеральные гибридные материалы // Инженерный вестник Дона. 2014. №2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2014/2476.

2. Фиговский О.Л., Кудрявцев Н.П., Ольховик Е.О. Устройство для измерения магнитных характеристик ферромагнитных материалов при объемном напряженном состоянии // Инженерный вестник Дона. 2016. № 3. URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2016/3740.

3. Verma V.C. 2017. Vacuum impregnation: Emerging technology for osmotic dehydration and value addition in fruits and vegetables, Journal of Postharvest Technology. Vol. 5 (4), pp. 1-9.

4. Fito P., Chiralt, A., Betoret, M., Gras, M.C., Martinez-Monzo, J., Andres, A. and Vidal, D. 2001. Vacuum impregnation and osmotic dehydration in matrix engineering. Application in functional fresh food development. Journal of Food Engineering. Vol. 49, pp. 175-183.

5. Andrés A., Salvatori, D., Albors, A., Chiralt, A. and Fito, P. (2001) Vacuum impregnation viability of some fruits and vegetables. In: P. Fito, A. Chiralt, J.M. Barat, W.E.L. Spiess and D. Behsnililan (eds), Osmotic Dehydration and Vacuum Impregnation. Applications in Food Industries. Food Preservation Technology Series, Technomic Publishers, Lancaster, Pennsylvania, pp. 53-60.

6. Фофанова Т.С. Технология су-вид - некоторые аспекты качества и микробиологической безопасности / Т.С. Фофанова // Теория и практика переработки мяса. 2018. Т. 3. №. 1. С. 59-68.

7. Павлова Л.П., Лукьянова Л.В., Евстигнеева Н.И., Абдулина С.Х. Разработка новых блюд с грибами и овощами для космонавтов. Пищевая промышленность. 2015. № 12. С. 40-42.

8. Буянова Е.О. Разработка технологии концентрированных кисломолочных продуктов с применением вакуум - радиационного обезвоживания: Автореф. дисс. ... д-ра техн. наук. Кемерово, 2011. 20 с.

9. Ricardo L., M. Jade, V. Link, G. Bruno, A.M. Carciofi, J.B. Laurindo Microwave vacuum drying and multi-flash drying of pumpkin slices. Journal of Food Engineering. 2018. Vol. 232. Рр. 1-10.

10. Júnior Vieira da Silva? L. Lins de Melo, R.A. Batista de Medeiros, Z.M. Pimenta Barros, P.M. Azoubel. Influence of ultrasound and vacuum assisted drying on papaya quality parameters. LWT. 2018. Vol. 97. Рр. 317-322.

11. Лебедева К.Н. Технология микроволновой вакуумной частичной дегидратации и замораживания овощей: Автореф. дисс. ... канд. техн. наук. СПб., 2007. 16 с.

12. Трушечкин А.В. Научное обеспечение процесса двухстадийного вакуум-выпаривания поликомпонентных овощных смесей и разработка оборудования для его реализации: Автореф. дисс. ... канд. техн. наук. Воронеж, 2013. 266 с.

13. Виниченко С.А. Разработка и научное обеспечение процесса сушки плодов смородины черной в вакуум-аппарате с СВЧ-энергоподводом: Автореф. дисс. ... канд. техн. наук. Воронеж, 2014. 20 с.

14. B. Meengern, S. Ju. Lee, J. Choachamnan, W. Boonsupthip. Penetration of juice into rice through vacuum drying. Food Science and Technology. 2014. Vol. 57, Issue 2. Рр. 640-647.

15. Y. Li, Y. Qi, Z. Wu, Y. Wang, X. Wang, F. Wang, M. Yang. Comparative study of microwave-vacuum and vacuum drying on the drying characteristics, dissolution, physicochemical properties, and antioxidant capacity of Scutellaria extract powder. Powder Technology. 2017. Vol. 317. 2017. Рр. 430437.

16. N. Jiang, C. Liu, D. Li, Z. Zhang, C. Liu, D. Wang, L. Niu, M. Zhang. Evaluation of freeze-drying combined with microwave vacuum drying for functional okra snacks: Antioxidant properties, sensory quality, and energy consumption. Food Science and Technology. 2017. Vol. 82. Рр. 216-226.

17. Бурдо О.Г., Ружицкая Н.В., Резниченко Т.А., Резниченко Д.Н. Моделирование процесса концентрирования пищевых растворов в микроволновом вауум-выпарном аппарате. Научные труды Одесской национальной академии пищевых технологий. 2017. Т. 81. № 1. С. 153-157.

18. Z.-G. Chen, X.-Y. Guo, T. Wu. A novel dehydration technique for carrot slices implementing ultrasound and vacuum drying methods. Ultrasonics Sonochemistry. 2016. Vol. 30. Рр. 28-34.

19. Microwave-Vacuum Dehydrator Saves Time and Energy. - URL: japan.go.jp/_src/291981/newyear16_26-27.pdf

References

1. Kudryavcev P.G., Figovskij O.L. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2014. №2 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n2y2014/2476.

2. Figovskij O.L., Kudryavcev N.P., Ol'hovik E.O. Inzenernyj vestnik Dona (Rus), 2016. №3 URL: ivdon.ru/ru/magazine/archive/n3y2016/3740.

3. Verma V.C. 2017. Journal of Postharvest Technology. Vol. 5 (4), pp.

1-9.

4. Fito P., Chiralt, A., Betoret, M., Gras, M.C., Martinez-Monzo, J., Andres, A. and Vidal, D. 2001Journal of Food Engineering. Vol. 49, pp. 175-183.

5. Andrés A., Salvatori, D., Albors, A., Chiralt, A. and Fito, P. (2001) Food Preservation Technology Series, Technomic Publishers, Lancaster, Pennsylvania, pp. 53-60.

6. Fofanova T.S. Teoriya i praktika pererabotki myasa. 2018. V. 3. №. 1. рр. 59-68.

7. Pavlova L.P., Luk'yanova L.V., Evstigneeva N.I., Abdulina S.H. Pishchevaya promyshlennost'. 2015. № 12. pp. 40-42.

8. Buyanova E.O. Razrabotka tehnologii koncentrirovannyh kislomolochnyh produktov s primeneniem vakuum - radiacionnogo obezvozhivanija [Development of technology of concentrated fermented milk products with the use of vacuum - radiation dewatering]. Avtoref. diss. ... d-ra tekhn. nauk. Kemerovo, 2011. 20 p.

9. Ricardo L., M. Jade, V. Link, G. Bruno, A.M. Carciofi, J.B. Journal of Food Engineering. 2018. Vol. 232. pp. 1-10.

10. Júnior Vieira da Silva? L. Lins de Melo, R.A. LWT. 2018. Vol. 97. pp. 317-322.

11. Lebedeva K.N. Tehnologija mikrovolnovoi vakuumnoi chastichnoi degidratacii i zamorazhivanija ovoshei [The technology of microwave vacuum partial dehydration and freezing of vegetables]. Avtoref. diss. ... kand. tekhn. nauk. SPb., 2007. 16 p.

12. Trushechkin A.V. Nauchnoe obespechenie processa dvuhstadiinogo vakuum-vyparivanija polikomponentnyh ovoshnyh smesei i razrabotka oborudovanija dlja ego realizacii [Scientific support of the process of two-stage vacuum evaporation of polycomponent vegetable mixtures and the development of equipment for its implementation]. Avtoref. diss. ... kand. tekhn. nauk. Voronezh, 2013. 266 p.

13. Vinichenko S.A. Razrabotka i nauchnoe obespechenie processa sushki plodov smorodiny chernoi v vakuum-apparate s SVCH-yenergopodvodom [Development and scientific support of the process of drying black currant fruits in a vacuum apparatus with a microwave energy supply]. Avtoref. diss. ... kand. tekhn. nauk. Voronezh, 2014. 20 p.

14. B. Meengern, S.Ju. Lee, J. Choachamnan, W. Food Science and Technology. 2014. Vol. 57, Issue 2. pp. 640-647.

15. Y. Li, Y. Qi, Z. Wu, Y. Wang, X. Wang, F. Wang, M. Yang. Powder Technology. 2017. Vol. 317. 2017. Pр. 430-437.

16. N. Jiang, C. Liu, D. Li, Z. Zhang, C. Liu, D. Wang, L. Niu, M. Zhang. Food Science and Technology. 2017. Vol. 82. рр. 216-226.

17. Burdo O.G., Ruzhickaya N.V., Reznichenko T.A., Reznichenko D.N. Odesskoj nacional'noj akademii pishchevyh tekhnologij. 2017. V. 81. №1. рр. 153157.

18. Z.-G. Chen, X.-Y. Guo, T. Wu. Ultrasonics Sonochemistry. 2016. Vol. 30. рр. 28-34.

19. Microwave-Vacuum Dehydrator Saves Time and Energy. URL: japan.go.jp/_src/291981/newyear16_26-27.pdf