Влияние режимов сушки свекловичного жома на выход пектина

УДК 664.8.047:664.834.664.12:664.292

влияние режимов сушки свекловичного жома на выход пектина

А.В. Дранников, д-р тех. наук, профессор; С.А. Титов, д-р тех. наук, профессор; А.А. Дерканосова, канд. тех. наук; А.С. Полканов;

А.М.Бородовицын

воронежский государственный университет инженерных технологий

Реферат

Свекловичный жом - побочный продукт, который образуется в колоссальном количестве при производстве сахара. Он обладает высокой питательной ценностью, но в сыром виде быстро портится, поэтому его необходимо консервировать. Одним из наиболее актуальных способов консервирования является сушка. Для эксперимента был выбран способ сушки перегретым паром пониженного давления в импульсном виброкипящем слое, так как он позволяет повысить качество готового продукта за счет снижения температуры сушильного агента, тем самым сохранив значительное количество питательных веществ в исходном продукте. Для изучения кинетических и гидродинамических зависимостей процесса сушки разработана и создана экспериментальная установка, позволяющая получать максимально точные и воспроизводимые результаты. В процессе работы было проделано множество экспериментов, по результатам которых построены кривые сушки, кривые скорости сушки и кривые нагрева, по характеру изменения которых, сделаны соответствующие выводы. Что касается сушильной установки, то определены такие технологические режимы ее работы, которые обеспечивают минимум удельных энергозатрат процесса сушки, отнесенные на 1 кг испаренной влаги, и максимальное влагонапряжение сушильной камеры. Помимо эксперимента по сушке свекловичного жома, проводилось и исследование по содержанию пектиновых веществ в высушенном жоме. Пектин - очищенный сложный полисахарид, содержащийся в растениях. Набор функций пектина разнообразен: задействуется в качестве загустителя, стабилизатора, осветлителя, гелеобразователя, вещества-фильтра и влагоудерживающего реагента. Наибольшее количество содержится в яблочных выжимках, цедре цитрусовых, свекловичном жоме, тыкве и т. д. Для определения количества пектина и протопектина был использован кальций-пектатный метод. В ходе эксперимента было выявлено, что при предложенном способе сушки выход пектиновых веществ значительно превышает традиционные способы. По результатам полученных данных были построены гистограммы содержания пектина и протопектина в зависимости от способа сушки. По гистограммам были сформулированы соответствующие выводы.

Ключевые слова

пектин; перегретый пар; протопектин; разряжение; свекловичный жом; сушка Цитирование

Дранников А.В., Титов С.А., Дерканосова А.А., Полканов А.С., Бородовицын А.М. (2019) Исследование влияния режимов сушки свекловичного жома на выход пектина // Пищевая промышленность. 2019. № 2. С. 49-51.

Influence of drying models of beet pulp to pectin yield

A.V. Drannikov, Docotor of Technical Sciences, Professor; S.A. Titov, Docotor of Technical Sciences, Professor;

A.A. Derkanosova, Candidate of Technical Sciences; A.S. Polkanov; A.M. Borodavicyn

Voronezh State University of Engineering Technologies

Abstracts

Beet pulp is a by-product that is formed in colossal quantities in the production of sugar. It has a high nutritional value, but in its raw form it quickly deteriorates, so it must be preserved. One of the most relevant ways is drying. For the experiment, a method for drying the superheated vapor of a reduced pressure in a pulsed vibro-boiling bed was chosen because it allows to improve the quality of the finished product by lowering the temperature of the drying agent, thereby retaining a significant amount of nutrients in the starting product. To study the kinetic and hydrodynamic dependencies of the drying process, an experimental setup has been developed and created, which makes it possible to obtain the most accurate and reproducible results. In the course of the work, a lot of experiments were done, based on the results of which drying curves, drying rate curves and heating curves were constructed, according to the nature of the changes, the corresponding conclusions were drawn. As for the drying plant, the technological modes of its operation are determined that ensure a minimum specific energy consumption of the drying process per 1 kg of evaporated moisture and the maximum moisture stress of the drying chamber. In addition to the experiment on drying beet pulp, a study was also carried out on the content of pectin substances in the dried pulp. Pectin is a purified complex polysaccharide contained in plants. The set of functions of pectin is diverse: it is used as a thickener, stabilizer, clarifier, gellant, filter substance and water-retaining reagent. The greatest quantity is contained in apple squeezes, zesters of citros, beet pulp, pumpkin, etc. Calcium-pectate method was used to determine the amount of pectin and protopectin. In the course of the experiment, it was found that, with the proposed drying process, the yield of pectin substances significantly exceeds traditional methods. Based on the results of the data, histograms of the content of pectin and protopectin were plotted, depending on the method of drying. The corresponding conclusions were drawn from histograms.

Key words

beet pulp; drying; pectin; protopectin; superheated steam; vacuum Citation

DrannikovA.V., TitovS.A., DerkanosovaA.A., PolkanovA.S., BorodovicynA.M. (2019) Influence of drying models of beet pulp to pectin yield // Food processing industry = Pishhevaya promyshlennost. 2019. № 2. P. 49-51.

пищевая промышленность 2/2019

49

ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ

На сегодняшний день государственная политика в области здорового питания нацелена на сохранение и укрепление здоровья населения, развитие производства новых обогащенных, диетических и функциональных пищевых продуктов.

К функциональным продуктам относятся пектины. Они представляют собой очищенный углеводород, который получают путем экстракции вторичных сырьевых ресурсов (свекловичного жома, яблочных, виноградных и цитрусовых выжимок, корзинки подсолнечника и т. д.). Пектины используются в качестве гелеобразователя, стабилизатора, загустителя, влагоудер-живающего агента, осветлителя, а также вещества, облегчающего фильтрование, и как средство для капсулирования [1, 2].

В наибольшей степени этим требованиям отвечает производство пектина и пек-тинопродуктов, предусматривающее выработку биологически ценного комплек-со- и студнеобразователя из вторичных сырьевых ресурсов к которым относится свекловичный жом, образуемый в больших объемах при получении сахара [1].

Пектины могут сорбировать и выводить из организма биогенные токсины, анаболики, ксенобиотики, продукты метаболизма и биологически вредные вещества, способные накапливаться в организме: холестерин, желчные кислоты, мочевину и т. д.

Качество пектина зависит не только от свойств сырья, из которого его получают, но и от способа подготовки к производству данного сырья. но при получении пектина возникает сложность с поставками сырья связанная с сезонностью переработки плодов и корнеплодов (например, сахарные заводы работают только 3...3,5 мес в году), поэтому необходимо консервировать пектиносодержащее сырье.

в связи с этим актуальным вопросом является использование сушки как наиболее распространенного и эффективного способа для консервирования пектиносодержащего сырья, влияющего в конечном итоге на качество и выход пектина. Сушка должна осуществляться при таких гидродинамических и температурных режимах, которые обеспечивали бы максимальный выход пектина.

В литературе имеется множество данных о различных технологиях получения пектина [1, 2], влиянии агротехнических приемов выращивания, например, корнеплодов свеклы на содержание в ней пектина [3], но, к сожалению, отсутствуют данные о влиянии способов и режимов сушки пектиносодержащего сырья на качество и выход пектина.

Цель исследований - изучение влияния режимов сушки свекловичного жома на количество получаемого из него пектина.

В результате проведенных теоретических и экспериментальных исследований предлагается осуществлять сушку свекловичного жома перегретым паром пониженного давления в импульсном виброкипящем слое. Данный способ сушки позволит снизить температуру сушильного агента, тем самым сохранив значительное количество полезных веществ в исходном продукте, а применение виброкипящего слоя с перегретым паром повысит величину коэффициентов тепло- и массообмена [4].

Для изучения кинетических закономерностей процесса сушки свекловичного

жома разработана экспериментальная установка, позволяющая получать максимально точные и воспроизводимые результаты (рис. 1).

Параметры процесса сушки в каждом опыте поддерживаются постоянными в интервале значений: температура перегретого пара на входе в рабочую камеру Тп = 373.453 К, давление в камере 40...Ю0 КПа, скорость пара в рабочей камере ип = 3.5 м /с. Амплитуда и частота колебанп ий газораспределительной решетки остаются неизменными и составляют соответственно а = 7 мм и f = 12,5 Гц, частота пульсаций колебаний решетки изменяется от ^ = 0,0083 Гц (одна пульсация в две мин) до ^ = 0,04 Гц (одна пульсация в 25 с), начальная удельная нагрузка жома на решетку q = 8..24 кг/м2, начальная влажность жома Wнc= 216% по отношению к сухим веществам.

Угол наклона решетки а во всех опытах составляет 0°, а угол направления вибрации р равен 90° и тоже остается неизменным.

Кривые сушки, скорости сушки и кривые нагрева свекловичного жома в импульсном виброкипящем слое при различных температурах перегретого пара представлены на рис. 2.

Характер изменения кривых соответствует периодам постоянной и убывающей скорости сушки. Причем конденсации перегретого пара на поверхности частиц не наблюдается. Это можно объяснить высокими коэффициентами тепло-массообмена и высокой начальной влажностью жома, вследствие которой уже в самый начальный момент процесса происходит испарение влаги с поверхности частиц. Увеличение температуры перегретого пара от 393 К до 453 К при разряжении 60 кПа способствует возрастанию скорости сушки в первом периоде на 50%. При этом температура продукта в этом периоде практически одинакова, что, несомненно, положительно сказывается на качестве готового продукта.

Содержание пектиновых веществ в высушенном жоме определялось кальций-пектатным методом [5].

Погрешность метода составляет 0,3%. Источник ошибок: возможность перехода в осадок пектата кальция непектиновых примесей.

Процентное содержание в свекловичном жоме пектина и протопектина представлено на гистограммах (рис. 3).

Содержание в свекловичном жоме пектиновых веществ непосредственно зависит от режимных параметров процесса сушки. наибольшее содержание пектина и протопектина в образце, высушенном при температуре перегретого пара 100 °С и разряжении в сушильной камере 70 кПа.

Полученные результаты могут быть объяснены следующим образом.

Протопектин входит в состав клеточной стенки плодов растений, а растворимый пектин - в состав внутри- и межклеточной жидкости. В процессе получения диффузионного сока при переработке сахарной свеклы растворимый пектин частично переходит в этот сок, а протопектин практически целиком остается в жоме свеклы. Это объясняет преобладание протопектина над растворимым пектином в высушенном жоме. Однако в нем все же имеется ощутимое количество растворимого пектина, поскольку технологические условия получения диффузионного сока подбираются таким образом, чтобы он содержал минимальное количество пектиновых веществ, которые затрудняют фильтрацию сока и последующую кристаллизацию сахара.

Сушка жома сопровождается двумя процессами - тепловым гидролизом протопектина при температурах более 80 °С, в результате которого образуются растворимые пектины и ряд других продуктов гидролиза, и разрушение растворимого пектина, также происходящее при повышенных температурах.

При низких температурах сушки и пониженном давлении растворимые пектины разрушаются в минимальной степени, но в то же время еще происходит гидролиз протопектинов, в результате которого количество растворимых пектинов пополняется. Поэтому сушка жома при т=100 °С и Р= 70 кПа характеризуется максимальным содержанием растворимого пектина.

Увеличение температуры перегретого пара или давления приводит к росту

Рис. 1. Схема экспериментальной установки: 1 - вентилятор среднего давления; 2 - парогенератор; 3 - сушильная камера; 4 - газораспределительная решетка; 5 - камерная диафрагма; 6 - шток; 7 - устройство для загрузки материала; 8 - рециркуляционный трубопровод; 9 - вакуумметр; 10 - конденсатор; 11 - сборник конденсата; 12 - ресивер; 13 - водокольцевой вакуум-насос; 14 - щит управления; 15 - измеритель-регулятор температуры; 16 - хромель-капелевые термопары; 17 - манометры типа; 18 - окно разгрузки; 19 - заслонка

%

210 180 150 120 ',90

30

W~-

60 90

120 150 180

%

№

60 30

90 180 270 360 450 540 630 720 810 900 990 1080 1150 C t __

%/c 2,1 1,8 1,5 1,2 0,9 0,6

K

483 453 423 393 363 333 303

90 180 270 360 450 540 630 720 810 900 990 1080 1150 C t___

Рис. 2. а) Кривые сушки Wc = f(т)(1-4) и скорости сушки dWc/dz = 1(№)(—4) свекловичного жома при различных температурах перегретого пара, б) Кривые нагрева Тм = f(т) свекловичного жома при различных температурах перегретого пара, К

Сушка

Сушка при дымовыми 100кПа »при

газами 120, ЮОкПа н

160, 70кПа

Сушка при 100, 70кПа

а б

Рис. 3. Содержание протопектина и пектина в свекловичном жоме, высушенном при различных температурах сушильного агента и давлении в камере, а) содержание протопектина в сухом свекловичном жоме, %; б) содержание пектина в сухом свекловичном жоме, %

б

а

температуры жома, соответственно значительно более интенсивно происходит разрушение пектина, а также заметно усиливается гидролиз протопектина. Поэтому содержание этих веществ в жоме, высушенном при Т=120 °С и Р= 100 кПа, а также при Т=160 °С и Р= 70 кПа снижается. Наиболее интенсивно эти процессы происходят при максимальных температурах и давлениях (Т=180 °С и Р= 100 кПа), причем, вероятно, распад растворимого пектина происходит быстрее гидролиза протопектина.

Интересным результатом является относительно высокое содержание протопектина и растворимого пектина в жоме, высушенном традиционным способом -дымовыми газами. Они имеют высокую температуру (600...800 °С), поэтому та малая часть жома, которая непосредственно контактирует с ними, по-видимому, пересушивается, а большая часть находится при довольно низкой температуре и недосушивается. Зато пектин там практически не разрушается. При хранении жома происходит перераспределение влаги, приводящее к выравниванию влажности по всему объему. Однако при сушке дымовыми газами идут процессы карамелизации

сахаров и меланоидинообразования, на что указывает изменяющаяся цветность жома. Это снижает качество продукта.

Таким образом, сушка жома сахарной свеклы перегретым паром пониженного давления в импульсном виброкипящем слое позволяет добиться более равномерного распределения температуры и подобрать такие режимы, которые обеспечивают минимальное разрушение пектиновых веществ по всему объему продукта, а также предотвращение перегрева части жома, приводящего к изменению цветности.

ЛИТЕРАТУРА

1. Донченко, Л. В. Технология пектина и пектинопродуктов: учеб. пособие. - М.: ДеЛи, 2000. - 256 с.

2. Голубев, В.Н. Пектин: химия, технология, применение/В.Н. Голубев, Н.П. Шелухина. -М., 1998. - 387 с.

3. Лукин, А.Л. Свекловичный пектин: от поля до конечного продукта: моногра-фия/А.Л. Лукин, В.В. Котов, Н.Г. Мязин. -Воронеж: Истоки, 2005. - 176 с.

4. Дранников, А. В. Выбор рациональных параметров процесса сушки свекловичного жома в импульсном виброкипящем слое пони-

женного давления/А.В. Дранников [и др.] // Вестник ВГУИТ. - 2017. - № 4. - С. 31-39.

5. Аверьянова, Е. В. Пектин: методы выделения и свойства/ Е. В. Аверьянова, М. Н. Школьникова. Алт. гос. техн. ун-т, БТИ. - Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2015. - 42 с.

REFERENCES

1. Donchenko, L. V. Tehnologija pektina i pektinoproduktov: ucheb. posobie. - M.: DeLi, 2000. - 256 s.

2. Golubev, V.N. Pektin: himija, tehnologija, primenenie/V.N. Golubev, N.P. Sheluhina. - M., 1998. - 387 s.

3. Lukin, A. L. Sveklovichnyj pektin: ot polja do konechnogo produkta: monogra-fija/ A. L. Lukin, V. V. Kotov, N. G. Mjazin. -Voronezh: Izd-vo «Istoki», 2005. - 176 s.

4. Drannikov, A.V. Vybor racional'nyh param-etrov processa sushki sveklovichnogo zhoma v impul'snom vibrokipjashhem sloe ponizhenno-go davlenija/A.V. Drannikov [i dr.] // Vestnik VGUIT. - 2017. - № 4. - S. 31-39.

5. Aver'janova, E.V. Pektin: metody vydelenija i svojstva/E.V. Aver'janova, M.N. Shkol'nikova. Alt. gos. tehn. un-t, BTI. - Bijsk: Izd-vo Alt. gos. tehn. un-ta, 2015. - 42 s.

Авторы

Дранников Алексей Викторович, д-р тех. наук, профессор, Титов Сергей Александрович, д-р тех. наук, профессор, Дерканосова Анна Александровна, канд. тех. наук, Полканов Андрей Сергеевич, Бородавицын Андрей Михайлович

Воронежский государственный университет инженерных технологий, 394004, г. Воронеж, пер. Ольховый, д. 9 б, drannikov@1ist.ru

Authors

Drannikov Aleksej Viktorovich, Docotor of Technical Sciences, Professor, Titov Sergej Aleksandrovich, Docotor of Technical Sciences, Professor, Derkanosova Anna Aleksandrovna, Candidate of Technical Sciences, Polkanov Andrej Sergeevich, Borodavicyn Andrej Mihajlovich

Voronezh State University of Engineering Technologies, 9d, Ol'hovyj lane, Voronezh, 394004, drannikov@1ist.ru