Какие изменения происходят в пищевых продуктах при сублимации

Факт высокого уровня сохранности термолабильных материалов, прошедших замораживание и последующую сушку сублимацией льда в вакууме, является общепризнанным. Вместе с тем отдельные показатели подвержены некоторым изменениям. Проблема числовых оценок уровня изменений термолабильных компонентов в течение многих лет была и остается предметом пристального внимания отечественных и зарубежных исследователей.

Доказано, что содержание витамина С при сушке сублимацией картофеля, свеклы, зеленого горошка, фасоли, лука изменяется мало. Эта же закономерность существует и при сушке фруктов и ягод. Например, содержание L-аскорбиновой кислоты изменяется, в пересчете на сухую массу: в клубнике — с 5600-8500 до 3300-6350 мг/л, в малине — с 1200-2700 до 1100-1700 мг/л, в черной смородине — с 12000-15000 до 8000-13000 мг/л. В табл. 16 представлены результаты по изменению витаминного состава и цвета фруктов, ягод и пюре из них, полученные Л. А. Бантыш, В. Г. Поповским и др. в ходе высушивания при давлении в камере 0,3 мм рт. ст. и максимальной температуре 45-50°С.

Изменение витаминного состава и цвета фруктов, ягод и фруктово-ягодных пюре

Таблица 16

Примечание. Содержание компонентов дано в пересчете на сухой остаток.

Следует отметить, что уровень сохранности витаминов и летучих ароматических веществ выше, если на сушку сырье поступает свежим, а не после длительного холодильного хранения.

В процессе хранения сублимированных продуктов растительного происхождения сохранность витаминов, вкус и запах, цвет и консистенция зависят от конечной влажности, контакта с кислородом, температуры и сроков хранения. Причинами неизбежного ухудшения качества являются окислительные превращения, реакции меланои- динообразования, ферментативные процессы. Большинство авторов сходятся во мнении, что высокий уровень сохранности сублимированных растительных продуктов в течение достаточно длительного времени (например, 12 месяцев) достигается только при хранении в атмосфере азота и низкой их влажности. Рекомендуемая конечная влажность для фруктов и ягод составляет 1,5-2,5 %. Некоторые характерные изменения в процессе хранения показаны на рис. 29, 30.

Рис. 29. Изменение содержания p-каротина в абрикосовом пюре при хранении в зависимости от его влажности:

1 — 1,3 %; 2 — 2,0 %; 3 – 3,1 %; 4 – 0,9 %; 5 – 0,5 %; 6 – 5,5 %

Рис. 30. Изменение содержания витамина С в яблочном пюре при хранении в зависимости от его влажности:

1-1,0%; 2- 2.0 %; 3 — 3.0 %; 4 – 4.0 %; 5 – 5.0 %

Имеются данные, что излишне низкая (менее 1 %), влажность приводит к более интенсивному снижению качества в процессе хранения фруктов и ягод, а также снижению уровня их регидратации. На наш взгляд, в каждом конкретном случае необходима уточняющая экспериментальная проверка с учетом свойств конкретного сырья, способов подготовки его к переработке, режимов сушки, условий упаковки и используемой тары, а также выдвигаемых потребителем требований к срокам хранения и дальнейшему применению сухих продуктов.

Сублимационная сушка основана на способности льда при определенных условиях испаряться, минуя жидкую фазу. Сублимационная сушка имеет следующие преимущества по сравнению с традиционными методами консервирования:

– исключается необходимость холодильного хранения, так как сухие продукты могут длительное время храниться при положительных температурах;

– значительно уменьшается масса продуктов после сушки, следовательно, снижаются расходы на погрузочно-разгрузочные работы и транспортировку продуктов;

– упрощается система реализации продуктов и удлиняются сроки их реализации;
– вкусовые качества продуктов изменяются незначительно.

Для проведения процесса сублимационной сушки необходимо соблюдение двух обязательных условий:

– наличие основной части влаги в продукте (не менее 70%) в твердом агрегатном состоянии;

– поддержание достаточной разницы парциальных давлении паров воды в продукте и в окружающей среде.

Сублимационная сушка возможна, когда давление паров окружающей среды ниже давления в тройной точке А. При этом лед, минуя жидкую фазу, превращается в пар, который ассимилируется окружающей средой или конденсируется на холодной поверхности испарителя.

В процессе сушки в зону парообразования непрерывно должна подводиться энергия в количестве, достаточном для компенсации теплоты фазового превращения, отнимаемой от продукта. Подвод теплоты в зону парообразования усложняется по мере продвижения этой зоны в глубь продукта. Образующийся слой подсохшего продукта оказывает сопротивление как переходу пара из зоны парообразования к поверхности продукта, так и передаче теплоты снаружи в зону парообразования.

В настоящее время ассортимент продуктов, полученных сублимационной сушкой, достаточно разнообразен и может быть подразделен на несколько групп.

Мясо и мясопродукты: говядина, баранина, свинина, мясо птицы и другие, перерабатываются в сыром виде, предварительно сваренными или приготовленными иными способами.

Молочные продукты: творог, молоко и др.

Яйцепродукты: яичный белок, яичный желток.

Овощи: картофель, морковь, свекла, различные виды капусты, петрушка, зеленый горошек, кабачки, лук, грибы, овощные первые и вторые блюда и др.  как в сыром виде, так и предварительно сваренные.

Фрукты, ягоды и продукты их переработки: яблоки, абрикосы, персики, сливы, бананы, клубника, малина, фруктовое пюре, плодово-ягодные соки и др.

Быстрорастворимые чай, кофе, пряности.

Весь технологический процесс получения сублимированных продуктов состоит из следующих основных операций:

– отбора и предварительной обработки сырья;

– замораживания;

– сублимационной сушки;

– упаковки высушенных продуктов.

Физико-химические, биохимические и структурно-механические свойства исходного сырья определяют качество и пищевую ценность высушенного продукта, а также особенности технологии его консервирования.

Характер и количественное соотношение веществ, входящих в состав сухого остатка продукта, предопределяют условия его сушки и последующего хранения. Так, температура натуральных продуктов животного происхождения на стадии удаления остаточной влаги должна быть такой, чтобы в процессе сушки не происходили значительные денатурационные изменения белковых веществ. Возможность окисления жиров, некоторых витаминов и других компонентов пищевых продуктов определяет необходимость изоляции большинства сухих продуктов от воздуха в процессе хранения. Уровень содержания редуцирующих веществ в продуктах предопределяет количество воды, которое следует удалять в процессе сушки для предотвращения развития сахароаминных реакций при хранении сухого продукта. Необходимо также учитывать бактериальную обсемененность пищевых продуктов, поступающих на сублимационную сушку.

Таким образом, при подборе сырья и определении условий его предварительной обработки обращают внимание на следующие основные факторы:

– высокую биологическую ценность и оптимальные органолептические показатели исходного продукта;

– максимальную степень сохранения структуры и исходного состояния составных компонентов продукта (белков, липидов, витаминов, пигментов, летучих веществ) при замораживании, сушке и последующем хранении;

– оптимальный размер и форму продукта;

– низкий уровень окисления липидной фракции;

– низкую бактериальную обсемененность продукта.

Особенности предварительной обработки поступающего на сублимационную сушку сырья определяются спецификой состава и свойств пищевых продуктов и сводятся в основном к тепловой обработке, нарезке, измельчению, введению добавок, а также биохимическим методам.

Процесс замораживания как первый этап сублимационной сушки существенно влияет на качество продуктов, причем быстрое замораживание способствует максимальному сохранению исходных свойств большинства пищевых продуктов.

Пищевые продукты в зависимости от их состава и свойств замораживают в специальных камерах при атмосферном давлении или непосредственно в сублиматоре за счет интенсивного испарения части влаги в результате непрерывно возрастающего вакуума. В то же время вакуум-замораживание неприемлемо при сублимационной сушке сырого мяса и рыбы в кусках, фруктовых соков, пюре, некоторых видов ягод и фруктов, так как при этом существенно изменяются физико-химические и структурные свойства продукта.

При замораживании пастообразных продуктов (молоко, чай, соки и др.) предусматривается последующее измельчение их в условиях отрицательных температур. Поэтому достаточно эффективно замораживание жидких материалов в распыленном состоянии с последующей сушкой замороженных гранул в тонком слое.

При замораживании продуктов в специальных скороморозильных камерах технологический процесс следует организовать так, чтобы продукт перед началом сублимации не оттаивал.

При проведении собственно сублимационной сушки для получения высококачественного продукта необходимо удалить 75-90% влаги при отрицательной температуре в центральной зоне продукта. Оставшаяся часть наиболее прочно связанной влаги удаляется при положительных температурах продукта. Допустимый уровень температуры продукта в период сублимации и удаления остаточной влаги определяется его свойствами и продолжительностью процесса сушки. Пищевые продукты достаточно высокого качества могут быть получены при умеренно низких температурах сублимации – от -10 до -30°С. Так, при сушке большинства овощей достаточная температура сублимации находится на уровне -10°С. При сушке ягодных и фруктовых соков вследствие высокого содержания в них сахара в зоне сублимации должна поддерживаться температура от -20 до -30°С. Температура продуктов животного происхождения в период сублимации влаги не должна быть выше -15 -20°С. Длительность этого периода сушки составляет 50-60% полного времени сушки, а количество удаляемой влаги – 40-50%.

На стадии удаления остаточной влаги наиболее важными факторами обеспечивающими высокое качество продукта, являются продолжительность воздействия повышенной температуры и ее максимальное значение. Для каждого вида пищевых продуктов существует температурный предел устойчивости к нагреву. В границах этого температурного предела могут быть подобраны оптимальные соотношения температуры продукта и продолжительности нагрева, при которых длительность процесса сушки будет наименьшей при минимальных изменениях в продукте. Так, в зависимости от свойств продукта и продолжительности процесса сушки допустимый уровень температур материала в период удаления остаточной влаги находится в пределах от 40 до 80°С. Длительность этого периода составляет 30-40%, а количество удаляемой влаги – 20-30% общего ее количества.

Оценка пищевой ценности продуктов сублимационной сушки по органолептическим, физико-химическим показателям, степени перевариваемости и усвояемости показывает их незначительные отличия от исходных продуктов. При этом достаточно хорошо сохраняются полиненасыщенные жирные кислоты, незаменимые аминокислоты, витамины, минеральные вещества и другие важные показатели пищевой ценности продуктов. Хорошо сохраняются также присущий продуктам аромат и вкус. В то же время продукты сублимационной сушки имеют пористую структуру и поэтому обладают высокой абсорбционной способностью. Обезвоженные продукты животного и растительного происхождения интенсивно поглощают кислород из окружающей среды, причем особенно интенсивно в начальный период хранения. Абсорбция газообразного кислорода может привести к интенсивному развитию окислительных процессов, следствием чего является снижение органолептических показателей и пищевой ценности продуктов.

Кроме того, продукты сублимационной сушки активно адсорбируют из окружающей среды влагу, что стимулирует развитие реакций потемнения, приводящих к снижению качества продукта в процессе хранения. Адсорбционную способность продукта можно уменьшить прессованием его до упаковки. Процесс прессования необходимо проводить в условиях, исключающих контакт продукта с кислородом воздуха. Прессование высушенных продуктов позволяет также увеличить их объемную массу и коэффициент использования тары.

Сублимированные продукты сразу же после получения должны быть герметично упакованы. Упаковка должна изолировать продукт от кислорода воздуха и действия света, предотвращать сорбцию влаги высушенным продуктом из окружающей среды, защищать от механических повреждений, предохранять от потери естественного запаха и приобретения посторонних. Наиболее приемлема для этих целей тара из полимерных материалов, основными преимуществами которой являются относительно высокие барьерные свойства, небольшая масса и жесткость, хороший внешний вид и низкая стоимость. Наиболее оптимальным вариантом при этом являются полимерные материалы на основе алюминиевой фольги, кэшированной полимерными пленками. Продукты следует упаковывать сразу же после сушки в условиях пониженного содержания кислорода и влаги.

Кислород из упаковки удаляют различными методами: физическими, химическими или биохимическими. Из физических методов в производственной практике наибольшее распространение получило однократное вакуумирование упаковки с последующим введением в нее азота. К достаточно эффективным химическим методам относится удаление кислорода из упаковки в результате реакции взаимодействия его с водородом, протекающей с участием катализатора, в качестве которого используется палладии. Можно также упаковывать продукты в специальных герметизированных камерах с инертным газом, где этим управляет микропроцессор.