ХЕРСОНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ДЯТЛОВ ВОЛОДИМИР ВАСИЛЬОВИЧ

УДК 664.8.03:544.023.26

НАУКОВІ ОСНОВИ ОБРОБКИ ТА ЗБЕРІГАННЯ

ПЛОДООВОЧЕВОЇ ПРОДУКЦІЇ ІЗ ЗАСТОСУВАННЯМ

ПЛІВКОУТВОРЮЮЧИХ КОМПОЗИЦІЙ

05. 18. 03 – первинна обробка та зберігання продуктів рослинництва

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня

доктора технічних наук

Херсон – 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Донецькому державному університеті економіки і торгівлі,

Міністерство освіти і науки України.

Науковий консультант – доктор технічних наук, професор Литовченко Олександр
Михайлович, Інститут садівництва Української академії

аграрних наук, завідувач лабораторією переробки.

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Безусов Анатолій Тимофійович, Одеська національна академія харчових технологій Міністерства освіти і науки
України, завідувач кафедри технології консервування;

доктор сільськогосподарських наук, професор Іванченко В’ячеслав Йосипович, Інститут винограду і вина “Магарач” Української академії аграрних наук, заступник директора з наукової роботи;

доктор технічних наук, професор Дорохович Антонелла Миколаївна,
Національний університет харчових технологій Міністерства освіти і науки України, професор кафедри технології хліба, кондитерських, макаронних виробів та харчових концентратів.

Провідна установа:

Харківський державний університет харчування і торгівлі, кафедра товарознавства та експертизи товарів, Міністерство освіти і науки України, м. Харків.

Захист відбудеться “ 22 ” березня 2006 року о 10 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 67.052.02 в Херсонському національному технічному університеті за адресою: 73008, м. Херсон, Бериславське шосе, 24.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Херсонського національного технічного університету за адресою: 73008, м. Херсон, Бериславське шосе, 24.

Автореферат розісланий “ 15 ” лютого 2006 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради О.П. Сумська

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Розвиток України як самостійної держави пов'язаний з багатьма стратегічними пріоритетами, до найголовніших з яких відносяться забезпеченість вітчизняним продовольством у потрібних обсягах, асортименті й якості, що гарантують продовольчу незалежність, розвиток агропродовольчої сфери економіки, яка постачає населенню високоякісні продукти харчування. Свіжі плоди й овочі належать до найважливіших продовольчих ресурсів, оскільки є одними з основ-них постачальників в організм людини природних вітамінів, цукрів, органічних кислот, харчових волокон, мінеральних та інших цінних речовин, що забезпечують повноцінне харчування й розвиток.

Актуальність теми. Для забезпечення населення і переробних підприємств якісною свіжою плодоовочевою продукцією необхідне, крім її виробництва в потрібних обсягах, ефективне збереження. В даний час у виробника, переробних та торговельних підприємств відповідна матеріально-технічна база для холодильного зберігання продукції малопотужна або відсутня. Одними із загальновизнаних ефективних способів зберігання плодоовочевої продукції є холодильне і в умовах зміненого зовнішнього газового середовища – регульованого та модифікованого (РГС і МГС). Останні, окрім значних фінансових витрат, є технологічно складними, оскільки вимагають відпрацьовування і суворого дотримання температурно-вологісно-газового режиму, а також є неекологічними.

Сучасним напрямком удосконалення способів зберігання є обробка плодів та овочів плівкоутворюючими композиціями. Перспективність даного напрямку визнана вченими усього світу. В економічно розвинутих країнах, незважаючи на наявність безупинного холодильного ланцюга й мережі переробних підприємств, постійно ведуться дослідження в цій галузі. Пошуки таких технологій також є об'єктом уваги як вчених, так і практиків країн ближнього зарубіжжя.

Розроблені та запатентовані плівкоутворюючі склади не знайшли належного застосування в СНД в зв'язку з низкою недоліків: відсутністю необхідної нешкідливості, технологічною складністю, недостатньою ефективністю чи необхідністю дотримання визначених режимів зберігання.

Дотепер в Україні даному напрямку досліджень приділялось недостатньо уваги. Водночас, необхідність і перспективність інноваційних розробок в галузі ресурсозберігаючих технологій, у тому числі зберігання свіжої плодоовочевої продукції, спрямованих на виконання програм соціально-економічного розвитку різних рівнів і сфер, підкреслюється в доповідях провідних керівників відомчих і територіальних ланок, видатних вчених НАН України і галузевих академій.

З огляду на це, розробка матеріалозберігаючих ефективних екологічно чистих і нескладних у виконанні технологій зберігання свіжої плодоовочевої продукції із застосуванням плівкоутворюючих композицій та наукових основ її збереження має велике теоретичне і практичне значення та є актуальною.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Робота виконана відповідно до наукових напрямків досліджень ДонДУЕТ, затверджених Міністерством освіти і науки України за темами: “Шляхи розширення асортименту харчових продуктів із захисними реабілітаційними якостями (державний реєстраційний номер 0102U006365), “Розробка нематеріалоємкого методу зберігання яблук” (державний реєстраційний номер 0102U007417), “Дослідження збереженості свіжих томатів, що вкриті харчовою плівкою” (державний реєстраційний номер 0102U007418), “Розробка рекомендацій з удосконалення способів зберігання свіжої плодоовочевої продукції” (державний реєстраційний номер 0104U009722) у контексті програм соціально-економічного розвитку України і Донецького регіону, агропродовольчої сфери та торгівлі.

Роль автора полягає у розробці ефективних плівкоутворюючих композиційних складів, технології обробки та зберігання плодів з їх застосуванням, впровадженні результатів дослідження у виробництво.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є теоретичне та експериментальне обґрунтування і розробка композиційних плівкоутворюючих складів, технології обробки та зберігання плодоовочевої продукції в різних температурно-вологісних режимах, що знижує втрату маси і підвищує вихід стандартної продукції.

Для досягнення зазначеної мети сформульовано та вирішено такі задачі:

- обґрунтовано вибір плівкоутворюючих композицій для обробки плодів та способу їхнього нанесення, вивчено властивості композиційних складів і плівок;

- розроблено технологію обробки плодів композиційними плівкоутворюючими складами, що дозволяє знизити втрату маси, подовжити термін зберігання та збільшити вихід товарної продукції;

- розроблено апаратурно-технологічну схему, обґрунтовано параметри і процеси її роботи;

- досліджено фактори, процеси та результати збереження яблук різних помологічних сортів із застосуванням плівкоутворюючих композицій в умовах штучного охолодження;

- вивчено збереженість яблук різних помологічних сортів та товарних ґатунків із застосуванням плівкоутворюючих композицій при зберіганні без штучного охолодження;

- встановлено закономірності та математичні залежності зміни основних факторів і показників, що впливають та характеризують протікання біохімічних процесів в плодах при зберіганні в різних температурно-вологісних режимах;

- досліджено збереженість оброблених плівкоутворюючими композиціями томатів різних ступенів стиглості в різних температурно-вологісних режимах;

- сформульовано наукову концепцію збереженості плодів із застосуванням плівкоутворюючих композицій;

- одержано математичну модель залежності загальних втрат плодів від паропроникності шкірочки;

- визначено економічну ефективність використання розробленої технології, здійснено її впровадження у виробництво.

Об'єкт дослідження – процеси обробки та зберігання плодів із застосуванням плівкоутворюючих композицій.

Предмет дослідження – яблука чотирьох помологічних сортів та томати чотирьох ступенів стиглості, оброблені композиційними плівкоутворюючими складами.

Методи дослідження. Збереженість оброблених плівкоутворюючими композиціями плодів залежить від активності протікання біохімічних процесів, що пов'язані зі зміною паропроникності шкірочки, інтенсивності дихання і внутрішньотканинного газового складу, активності ферментних систем, вмісту основних речовин хімічного складу, зовнішнього вигляду, ураженості мікробіологічними і фізіологічними захворюваннями. Для оцінки цих змін і їхнього наукового обґрунтування використано такі методи:

- експериментальний, моделювання і розрахунковий – для вибору базового та інших компонентів складу, способу його нанесення, вивчення властивостей складів і плівок, визначення основних параметрів і процесів технологічних операцій;

- фізичні – для визначення втрати маси і паропроникності шкірочки плодів;

- хімічні – для визначення інтенсивності дихання і внутрішньотканинного газового складу, активності ферментних систем, змін хімічного складу плодів;

- диференційно-термічного аналізу і ІК-спектроскопії – для встановлення стабільності структури плівки в процесі зберігання;

- органолептичний – для оцінки зовнішнього вигляду й ураженості плодів мікробіологічними і фізіологічними захворюваннями;

- кореляційно-регресійного аналізу – для обґрунтування оптимального складу для обробки, встановлення взаємозв'язку змін біохімічних процесів у плодах при зберіганні;

- аналітичний – для одержання математичної моделі, що описує залежність загальних втрат плодів від паропроникності шкірочки;

- математико-статистичний з використанням комп’ютерних програм “MS Office Excel 2000” – для підтвердження вірогідності отриманих результатів.

Наукова новизна одержаних результатів. Комплексно досліджено та вирішено питання збереження свіжої плодоовочевої продукції із застосуванням плівкоутворюючих композицій:

- у розвиток теорії сформульовано наукову концепцію збереження плодів, оброблених плівкоутворюючими композиціями;

- вперше розроблено методологічні підходи до вибору плівкоутворюючих та інших компонентів складів для обробки плодів;

- вперше створено математичну модель, що описує залежність загальних втрат плодів від паропроникності шкірочки та дозволяє їх прогнозувати;

- розроблено технологію обробки та зберігання плодів із застосуванням плівкоутворюючих композицій;

- вперше розроблено плівкоутворюючі композиції із застосуванням натрій карбоксиметилцелюлози для обробки плодів, обґрунтовано їх оптимальний вміст та використання на основі досліджених властивостей складів і плівок;

- встановлено функціональну придатність композиційних плівок в широкому діапазоні температурно-вологісних режимів зберігання плодів;

- вперше встановлено загальні закономірності зміни якості різних помологічних сортів яблук і ступенів стиглості томатів, оброблених композиційними плівкоутворюючими складами, у процесі зберігання при різних температурно-вологісних режимах; показано, що оброблені плоди та овочі зберігаються значно довше і краще;

- на основі комплексних досліджень поглиблено уявлення про спрямованість біохімічних процесів при достиганні та перестиганні яблук, оброблених композиційними плівкоутворюючими складами, встановлено особливості протікання біохімічних процесів залежно від помологічного сорту і температурно-вологісних режимів зберігання;

- поглиблено уявлення про механізм захисної реакції плодів на ураженість мікробіологічними захворюваннями;

- встановлено математичні залежності зміни рівня дихання, паропроникності шкірочки та вмісту кисню і вуглекислого газу внутрішньотканинного газового складу та взаємозв’язок цих показників в процесі зберігання плодів.

Новизну композиційних плівкоутворюючих складів з метою подовження терміну зберігання свіжих плодів підтверджено деклараційним патентом України на винахід №2002064714 “Композиційний склад для покриття яблук”.

Практичне значення одержаних результатів.

Розроблено і впроваджено у виробництво обробку плодів плівкоутворюючими композиціями для підвищення виходу товарної продукції та подовження термінів зберігання.

Розроблено композиційні плівкоутворюючі склади для обробки яблук і томатів та зберігання їх в різних температурно-вологісних режимах.

Розроблено технологію обробки і зберігання плодів із застосуванням композиційних плівкоутворюючих складів.

Розроблено і впроваджено лінію ЛНП-5,8 для обробки плодоовочевої продукції композиційним плівкоутворюючим складом у потоці.

Розроблено і затверджено “Технологічну інструкцію з обробки і збереження плодів зерняткових культур із захисними харчовими плівками” (висновок №359/03.4 Донецької обласної санітарно-епідеміологічної станції від 4.09.2002).

Розроблено і затверджено ТУ У 15.8-01566057-001-2003 “Композиційний склад для покриття яблук і томатів”.

Результати дисертаційної роботи використовуються в НДР і НДРС ДонДУЕТ, навчальному процесі, ввійшли в розділи навчальних посібників “Інфраструктура товарного ринку”, рекомендованих Міністерством освіти і науки України для студентів вищих навчальних закладів.

Технологію обробки та зберігання впроваджено в агропромислових підприємствах різних форм власності Донецької області. Економічний ефект від впровадження технології, отриманий за рахунок зменшення виходу нестандартної продукції, відходів і збитку маси плодів, склав 0,48-0,60 грн. на кілограм, що забезпечує додатковий прибуток 1153,1 тис. грн. на 2,4 тис. тонн яблук.

Наукові розробки щодо зберігання свіжої плодоовочевої продукції використовувалися в бізнес-планах при реалізації проекту ЄС ТАСІС EDUR-9802.

Особистий внесок здобувача полягає у визначенні проблеми і шляхів її вирішення, теоретичному і методологічному обґрунтуванні постановки дослід-жень, їхньому проведенні й обробці отриманих даних, аналізі й узагальненні результатів, формулюванні висновків роботи, їх практичній реалізації.

Основний внесок автора полягає у розвитку наукових основ збереження плодоовочевої продукції із застосуванням плівкоутворюючих композицій: формулюванні наукової концепції, розробці методологічних підходів до вибору плівкоутворюючих речовин, одержанні ефективно діючих композиційних складів та розробці рекомендацій щодо їхнього застосування, технології обробки ними плодів, отриманні математичної моделі загальних втрат плодів, що дозволяє їх прогнозувати.

Апробація результатів дисертації. Основні положення і результати дисертаційної роботи докладено та обговорено на 25 наукових та науково-практичних конференціях різних рівнів, у тому числі 10 міжнародних: науково-практичній конференції “Социально-экономические проблемы повышения качества и эффективности производства товаров народного потребления” (м. Свердловськ, 1988 р.); наукових конференціях професорсько-викладацького складу Донецького державного університету економіки і торгівлі (м. Донецьк, 1996-2005 рр.), Донецького національного університету (м. Донецьк, 1999 р., 2002 р.); регіональній науково-практичній конференції “Стратегия управления социально-экономическим развитием региона на период до 2010 года” (м. Донецьк, 1999 р.); 3-й Міжнародній науково-практичній конференції “Продовольственный рынок и проблемы общественного питания” (м. Орел, 2000 р.); Всеукраїнській науково-практичній конференції “Проблемы и перспективы развития предпринимательства в Украине” (м. Донецьк, 2000 р.); Міжнародних науково-технічних конференціях “Обладнання та технології харчових виробництв” та “Актуальні проблеми харчування: технологія та обладнання, організація i економіка” (м. Слав’яногірськ, 2000 р., 2001 р., 2003 р.); Міжнародній науково-практичній конференції “Потребительский рынок: качество и безопасность товаров и услуг” (м. Орел, 2001 р.); Міжнародній конференції “Відновлення порушених природних екосистем” (м. Донецьк, 2002 р.); Міжнародній науково-практичній конференції “Товари ХХІ століття” (м. Полтава, 2002 р.); науковій конференції, присвяченій 100-річчю заснування Одеської державної академії харчових технологій (м. Одеса, 2002 р.); Міжнародній конференції, проведеній Харківською державною академією технології та організації харчування (м. Харків, 2002 р.); Міжнародній науково-практичній конференції “Науки про торгівлю у ХХІ столітті” (м. Київ, 2004 р.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 38 наукових праць, у тому числі монографію, 25 статей у наукових фахових виданнях, 9 праць в збірниках матеріалів конференцій, деклараційний патент, 2 навчальні посібники.

Особисто автору належать монографія, 24 статті, з них 21 в наукових фахових виданнях, що входять до переліку, затвердженого ВАК України, та 5 праць в збірниках матеріалів конференцій.

Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу,
7 розділів, висновків, списку використаних джерел, додатків. Роботу викладено на 334 сторінках друкованого тексту (в тому числі 255 сторінок основного тексту), вона містить 88 таблиць, 62 рисунки, 24 додатки. Список використаних джерел містить 452 найменування, в тому числі 85 зарубіжних авторів. Обсяг додатків – 115 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертації, розкрито сутність наукової проблеми, сформульовано мету, задачі, об'єкт, предмет і методи дослід-ження, наукову новизну та практичну значущість отриманих результатів.

У першому розділі висвітлено питання, які пов'язані з необхідністю удосконалення технологій збереження на основі аналізу стану матеріально-технічної бази і недоліків існуючих способів, обґрунтовано прогресивність сучасного напрямку збереження плодів і овочів із застосуванням плівкоутворюючих складів, розглянуто зовнішні і внутрішні фактори, що забезпечують якісне тривале зберігання свіжої плодоовочевої продукції.

Показано, що в даний час матеріально-технічна база не забезпечує якісного тривалого зберігання свіжої плодоовочевої продукції в необхідному обсязі. Більш ефективним є зберігання плодоовочевої продукції в умовах зміненого зовнішнього газового середовища. Однак зберігання в умовах РГС вимагає значних капітальних витрат для будівництва спеціальних сховищ, а використання роз-роблених різновидів МГС найчастіше пов'язане з технологічними труднощами і неможливістю збереження всіх видів продукції. У зв'язку з цим удосконалення технологій зберігання, що спрямовані на підвищення їхньої ефективності, є актуальним.

Одним із сучасних напрямків є зберігання свіжої плодоовочевої продукції із застосуванням плівкоутворюючих складів. Аналіз патентної документації і літератури показав, що дослідження зі створення складів для обробки плодів та овочів з метою подовження терміну їхнього збереження в колишньому СРСР почали проводитися з кінця 70-х років. В Україні з 1991 року такі дослідження не проводилися. Разом з тим, у далекому зарубіжжі активно ведуться розробки нових ефективних складів. Однак перелік плівкоутворюючих матеріалів обмежений, і жоден з них не відповідає повною мірою вимогам, особливо в частині універсальності, застосовуваності при різних температурно-вологісних режимах зберігання і нешкідливості. У складах для обробки плодів найчастіше застосовують полівиниловий спирт (ПВС) і протексан. Найбільшою мірою як плівкоутворюючі речовини підходять прості ефіри целюлози, з яких найбільш прийнятною є натрій карбоксиметилцелюлоза (Na-КМЦ). Такі її властивості, як нешкідливість, нетоксичність, неканцерогенність, сумісність з природними і штучними полімерами, здатність сорбційно утримувати вологу, є найкращими при обробці плодів. Na-КМЦ як плівкоутворюючий компонент складу для обробки плодів не апробовано.

Основними факторами якісного тривалого зберігання плодів є низька позитивна температура, відповідна оптимальна відносна вологість повітря, змінений парціальний тиск кисню і вуглекислого газу в зовнішньому середовищі чи обмежений її вплив при нанесенні на плоди плівкоутворюючих матеріалів. У результаті в плодах при зберіганні знижується активність протікання біохімічних процесів. Більший ефект досягається при комбінації факторів.

Збереженість плодів визначається і низкою внутрішніх факторів, основними з яких є інтенсивність дихання, внутрішньотканинний газовий склад (ВТГС) і вологоутримуюча здатність тканин. Їх зміна відбувається під дією зовнішніх факторів.

У другому розділі наведено робочу гіпотезу, програму і методику проведення досліджень, що виконувалися з використанням матеріально-технічної бази лабораторій ДонДУЕТ, науково-дослідному інституті фізико-органічної хімії та вуглехімії ім. Л.М. Литвиненка НАН України, Донецького Центра діагностики, сховищ плодоовочевої бази ВАТ “Аграрій”, сільськогосподарських підприємств і тепличних господарств Донецька і Донецької області.

Робоча гіпотеза ґрунтується на доцільності інноваційних розробок зі зберігання плодів і овочів із застосуванням плівкоутворюючих композицій, що підвищують ефективність цього способу та пов'язані зі створенням композиційного складу на основі вибору плівкоутворюючих речовин та інших компонентів. Плівки з композиційних складів повинні бути функціонально придатними в широкому діапазоні температурно-вологісних режимів зберігання плодів.

Ефективність зберігання плодів залежить від ступеня зниження активності протікання біохімічних процесів, що пов'язані, переважно, зі зміною інтенсивності дихання й активності ферментних систем. При диханні змінюється ВТГС, який в оброблених плівкоутворюючими композиціями плодах буде модифіковано в результаті надання шкірочці певних властивостей, а саме обмеження її газо- і паропроникності. При зберіганні плодів із застосуванням плівкоутворюючих композицій їхній хімічний склад повинен змінюватися менш інтенсивно, у тому числі й речовин, що беруть участь в обмінних процесах.

Збереження плодів, оброблених композиційними плівкоутворюючими складами, буде ефективним, якщо приведе до зниження втрати маси, ураженості мікробіологічними захворюваннями і підвищення виходу стандартної про-дукції при подовженні терміну зберігання.

З метою систематизації теоретичних і експериментальних досліджень розроблено програму з напрямками їхнього проведення та впровадження результатів у виробництво (рис. 1). Основною їхньою цільовою установкою є наукове обґрунтування і розробка ефективної технології обробки та зберігання свіжих плодів і овочів із застосуванням плівкоутворюючих композицій.

Було використано:

- помологічні сорти яблук пізніх термінів достигання (Ренет Симиренко, Голден Делішес, Кальвіль сніговий, Джонатан);

- томати ґрунтові різного ступеня стиглості (червоні, рожеві, бурі і бланжеві господарсько-ботанічного сорту Донецький 3/2-1);

- плівкоутворюючі композиції. Як базову плівкоутворюючу речовину в складах використовували Na-КМЦ очищену марки 70/450 “О” за ТУ 6-55-39-90 і ТУ У 21.1-05761620-019-2002. Як компоненти складів використовували: крохмаль картопляний, олію рослинну соняшникову рафіновану, воду питну, моно-дигліцериди харчові, сорбинову кислоту, хлорид кальцію. Дослідженню піддавали плівки з розчину Na-КМЦ (концентрацією 1%) і композиційних складів – Na-КМЦ – крохмаль (у співвідношенні 1:0,351,4 г/100 см3 води з інтервалом 0,35), Na-КМЦ – крохмаль – емульгована олія (у співвідношенні 1:0,7:0,42,4 г/100 см3 води, а також 1:0,35:0,41,6; 1:1,05:0,41,6; 1:1,4:0,41,6 г/100 см3 води з інтервалом 0,40); розчин з 1%-ної Na-КМЦ і композиційні склади – Na-КМЦ – крохмаль (1:0,7 г/100 см3 води) і Na-КМЦ – крохмаль – емульгована олія (1:0,7:1,2 г/100 см3 води). Як аналоги використовували 3%-ний розчин ПВС, 15%-ний розчин протексану, розчин Na-КМЦ – ПВС (1:1 г/100 см3 води).

Якість яблук і томатів оцінювали в середніх пробах за ГОСТ 21122-75, ДСТУ 3246-95 та за загальновідомими і спеціальними методиками.

Композиційні склади готували та обробляли ними плоди у відповідності до “Технологічної інструкції” та ТУ У 15.8-01566057-001-2003.

Яблука знімальної стиглості першого товарного ґатунку обробляли дворазово складами Na-КМЦ – крохмаль – емульгована олія – сорбинова кислота – хлорид кальцію (1:0,7:1,2:0,1:2 г/100 см3 води) і Na-КМЦ – крохмаль – сорбинова кислота (1:0,7:0,1 г/100 см3 води) і зберігали в контейнерах марки КО-75-В у охолодженому сховищі з кінця вересня – початку жовтня по квітень (при температурі 210С і відносній вологості повітря 90-93%) і неохолодженому вентильованому сховищі – по лютий (при температурі 17-0С – яблука сорту Кальвіль сніговий і Джонатан, 11-0С – сорту Ренет Симиренко і Голден Делішес). Яблука другого товарного ґатунку обробляли складом Na-КМЦ – крохмаль – емульгована олія – сорбинова кислота – хлорид кальцію дворазово і зберігали в неохолодженому сховищі. Яблука різного ступеня стиглості обробляли складом Na-КМЦ – крохмаль – емульгована олія – сорбинова кислота одноразово і зберігали в неохолодженому приміщенні з жовтня по листопад (при температурі 1010С). При закладці на зберігання враховано вимоги “Методических реко-мендаций по хранению плодов, овощей и винограда. Организация и проведение исследований” (Київ, 1998).

Томати сорту Донецький 3/2-1, розфасовані в полімерні ґратчасті ящики місткістю не більше 10 кг, обробляли одноразово складом Na-КМЦ – крохмаль – емульгована олія – сорбинова кислота і закладали на зберігання не пізніше 24 годин після збору. Зберігали томати в неохолоджених приміщеннях при температурі 203°С і холодильній камері марки ШХТС-950 при температурі 82°С.

У третьому розділі викладено технологію обробки плодів плівкоутворюючими композиціями.

При виборі базового компонента складу апробовано Na-КМЦ, а також ПВС і протексан як одні з найчастіше рекомендованих, розчин Na-КМЦ – ПВС. Результати досліджень показали, що обробка плодів розчином Na-КМЦ є ефективною при всіх досліджуваних температурно-вологісних режимах зберігання, тоді як ПВС – при температурі 7оС, протексану – у низькотемпературному режимі (t = 2оС), при цьому втрати маси плодами є приблизно однаковими.

Проведено дослідження з вибору концентрації Na-КМЦ у плівкоутворюючому розчині на основі вивчення властивостей сформованої на скляній підкладці плівки й втрати маси плодів (рис. 2), які показали, що зі збільшенням кон-центрації розчину, кількості обробок і залежно від способу його нанесення збільшується товщина плівки, знижуються природні втрати. З огляду на результати досліджень і граничну допустимість Na-КМЦ на 100 грам продукту (наказ Міністерства охорони здоров’я України від 23.07.96 №222), в плівкоутворюючому складі використовували Na-КМЦ концентрацією 1%, а для підвищення його ефективності застосовували дворазову обробку плодів зануренням.

Рис. 2. Вплив концентрації Na-КМЦ в плівкоутворюючому розчині

на втрату маси яблук сорту Кальвіль сніговий при зберіганні (t = 7оС):

1 – контроль; 2 – 1%; 3 – 1,25%; 4 – 1,5%

Захисні функції плівки при зберіганні плодів обумовлені її обмеженою газо- і паропроникністю. Для зниження рівноважної вологості плівки з Na-КМЦ, що впливає на її паропроникність і збільшується зі зростанням відносної вологості повітря, до складу введено картопляний крохмаль, оптимальна концентрація якого – 0,7 г/100 см3 води (рис. 3).

Рис. 3. Залежність зміни рівноважної вологості плівок від відносної вологості повітря при співвідношенні компонентів складу Na-КМЦ – крохмаль, г/100 см3 води:

1 – 1:0; 2 – 1:0,7; 3 – 1:0,35; 4 – 1:1,05

Для плівок Na-КМЦ – крохмаль при відносній вологості повітря 90-95% властивий високий приріст рівноважної вологості (2,04-1,99% на 1%). Тому до складу плівки введено емульговану олію як компонент, що знижує її рівноважний вологовміст при відносній вологості повітря більше 90% (рис. 4).

Рис. 4. Залежність зміни рівноважної вологості плівок від відносної вологості повітря при співвідношенні компонентів складу Na-КМЦ – крохмаль – емульгована олія, г/100 см3 води:

1 – 1:0,7:0,4 ; 2 – 1:0,7:0,8; 3 – 1:0,7:1,2; 4 – 1:0,7:1,6

Вибір оптимального складу при дворазовій обробці плодів підтверджено дослідженнями залежності паропроникності шкірочки від вмісту крохмалю і емульгованої олії у взятих співвідношеннях при 1%-ній концентрації Na-КМЦ (рис. 5). Найменшу паропроникність шкірочки мали плоди, оброблені складом з концентрацією крохмалю 0,7 г/100 см3 води. З досліджуваних концентрацій емульгованої олії в композиційних складах мінімальні значення паропроник-ності шкірочки встановлені при його вмісті 1,2 і 1,6 г/100 см3 води, при цьому значення істотно не відрізняються, а поліноміальні криві практично збігаються.

Встановлений зв'язок для оптимального складу описується рівнянням регресії
y = 5,2795x2 - 10,219x + 21,392. Теоретичне значення паропроникності шкірочки плодів, що склало 16,83 мг/10 см2 ·24 год., є досить близьким до експериментально встановленого – 16,53 мг/10 см2 ·24 год.

Рис. 5. Залежність паропроникності шкірочки яблук сорту Кальвіль сніговий

від вмісту плівкоутворюючих компонентів складу

Na-КМЦ – крохмаль – емульгована олія, г/100 см3 води:

1 – 1:0,35-1,4:0,4; 2 – 1:0,35-1,4:0,8; 3 – 1:0,35-1,4:1,2; 4 – 1:0,35-1,4:1,6

Плівка Na-КМЦ – крохмаль – емульгована олія має такі властивості: товщина до 20 мкм, прозора; паропроникність 2,53-5,51 мг/10см2·24 год. при температурі 2оС і різниці парціальних тисків повітря 95%/91%, що на 20% менше, ніж із Na-КМЦ – крохмаль; газопроникність на 32-38% менше, ніж із Na-КМЦ; набухає у воді і легко віддаляється з поверхні плодів; має міцну структуру, яка стабільна протягом терміну зберігання плодів, що підтверджується проведеними ДТА і ІК-спектроскопією. Час утворення плівки знаходиться в межах 2,5 годин.

Для обмеження розвитку мікробіологічних і фізіологічних захворювань плодів при зберіганні до складу додано сорбинову кислоту (100 мг/100 см3 води) і хлорид кальцію
(2 г/100 см3 води).

За розробленою технологічною інструкцією до ТУ У 15.8-01566057-001-2003 технологія обробки і зберігання плодів включає такі блоки робіт, операції та послідовність яких наведено на рис. 6.

Для обробки плодів плівкоутворюючими композиціями розроблено лінію ЛНП-5,8, устаткування якої розміщується вздовж руху тельфера (рис. 7). Нанесення плівкоутворюючих складів здійснюється в результаті послідовних операцій, що проходять контейнери групами по 4, при дворазовому повторі.

Рис. 7. Розміщення устаткування лінії ЛНП-5,8

З операції обробки встановлено розрахунковим шляхом обсяг та рівень складу у ванні, експериментально – тривалість процесу з урахуванням змочування поверхні плодів.

Обсяг складу у ванні (Vскл ) розраховано за формулою:

Vскл = Vскл min + Vскл об + Vскл р, (1)

де Vскл min – мінімальний обсяг складу у ванні, що цілком покриває контейнер

з яблуками, дм3;

Vскл об – обсяг складу для обробки 4 контейнерів, дм3;

Vскл р – обсяг складу для підтримки його необхідного рівня у ванні при

обробці 4 контейнерів, дм3.

Мінімальний обсяг складу у ванні (Vскл min) розраховано за формулою:

Vскл min = Вв · Lв · Нк – (Vяб + mк : ст), (2)

де Вв – довжина ванни, прийнята рівною 13 дм;

Lв – ширина ванни, прийнята рівною 10 дм;

Нк – висота контейнера, дм;

Vяб – обсяг, займаний яблуками, що дорівнює 401,2 дм3;

mк – маса контейнера, кг;

ст – щільність сталі, що дорівнює 7,8 кг/дм3.

Обсяг складу для обробки 4 контейнерів з плодами (Vскл об), при обробці 16 контейнерів за зміну, розраховано за формулою:

, (3)

де Пр – продуктивності лінії за зміну, кг;

4 – витрата складу від маси яблук, %;

с – щільність складу, що дорівнює 1,053 кг/дм3.

Основне устаткування | Тельфер (таль електрична ТЕ050) | Ванна зі сталі 18Х12НТ листової 2 мм | Піддони зі сталі 18Х12НТ листової 1 мм | Вентилятор відцентровий Ц 4-70 №2,5 (А2,5 0,95-2а) | Ребренний електронагрівач (РЕН) | Насос водяний вакуумний електричний “Дніпро” | Бак 2-х ємнісний зі сталі Ст3 листової 2 мм |

Рис. 6. Технологія обробки і зберігання плодів за ТІ до ТУ У 15.8-01566057-001-2003

Обсяг складу для підтримки його необхідного рівня у ванні при обробці 4 контейнерів (Vскл р) розраховано за формулою:

Vскл р = (hскл р - hскл) · Вв · Lв, (4)

де hскл – рівень складу у ванні для обробки 4 контейнерів, дм3;

hскл р – прийнятий рівень складу у ванні, що підтримується, дм3.

Рівень складу у ванні (hскл) для обробки 4 контейнерів розраховано за формулою:

. (5)

З теплообмінних процесів операції сушіння плівки розраховано масу вологи, яка випаровується з поверхні при її утворенні, і кількість енергії, що необхідна для випару вологи.

Масу вологи (?W1), що випаровується з поверхні при утворенні плівки, після першої обробки плодів у 4 контейнерах, розраховано як:

?W1 = , (6)

де Wп – початкова вологість плівки, що дорівнює 95%;

Wк – кінцева вологість плівки, що дорівнює 45%;

2/3 – витрата складу від маси яблук при першій обробці, частка;

4 – витрата складу від маси яблук, %;

Мяб – маса яблук у контейнері, кг.

Енергію (Q), яка необхідна для випару вологи, розраховано за формулою:

Q = ?W1 · r, (7)

де r – схована теплота паротворення при 18оС, що дорівнює 2327 кДж/кг.

Для зниження енергоємності процесу сушіння плівки і раціонального використання робочого часу необхідне комбінування природного та конвективного сушіння при їхньому співвідношенні 2:1.

Масу вологи (?Wпр1), що випаровується природним шляхом при утворенні плівки на яблуках у 4 контейнерах, розраховано як:

?Wпр1 = ?wпит · f · 4n · ф, (8)

де ?wпит – питома здатність випару вологи з 1 м2 плівки, що дорівнює 0,03 кг/м2;

f – площа поверхні яблука, що дорівнює 0,01227 м2;

n – кількість яблук у контейнері, що дорівнює 3215 од.;

ф – час, що дорівнює 2 годинам.

Маса вологи (?Wк1), що випаровується за рахунок конвективного сушіння при комбінації способів, складе:

?Wк1 = ?W1 – ?Wпр1. (9)

Масу вологи, що випаровується з поверхні яблука при утворенні плівки
після другої обробки, (?W2) розраховано як:

?W2 = , (10)

де Wк – кінцева вологість плівки, що дорівнює 20%.

Витрату повітря (Дп) за годину розраховано як:

Дп = , (11)

де dк – кінцевий вологовміст повітря на виході з контейнера

(при tк = 30оС, i30= соns, ?=90%), г/кг;

dп – початковий вологовміст повітря (при t = 18оС і ? = 60%), г/кг.

Кількість енергії (Qнагр), що витрачається на нагрівання повітря, розраховували за формулою:

Qнагр = , (12)

де Дп – витрата повітря, кг/годину;

Сп – питома теплоємність повітря, що дорівнює 1,005 кДж/(кг·оС);

tк – кінцева температура повітря на виході з контейнера, г/кг;

tп – початкова температура повітря, г/кг.

При виборі відцентрового вентилятора виходили з його годинної об'ємної продуктивності, тельфера – з маси контейнера брутто, електрокалорифера – енергії, що необхідна для випару вологи та потужності і кількості РЕН.

У четвертому розділі досліджено зберігання яблук із застосуванням плівкоутворюючих композицій в умовах штучного охолодження.

На кінець зберігання втрати маси оброблених яблук менше, ніж у контролі, в 1,41-1,74 разів, залежно від помологічного сорту.

Яблука з плівкоутворюючою композицією мають кращі органолептичні показники, ніж контрольні (зі зсувом їхніх змін мінімально на 30 діб), їхня ураженість мікробіологічними і фізіологічними захворюваннями відзначена в мен-шому ступені і більш пізні терміни (на 30-60 діб). Дегустаційна оцінка показала, що оброблені плоди оцінено більш високим загальним балом і за кожною з оцінюваних властивостей (колір, смак, консистенція, аромат, зовнішній вигляд).

Вихід стандартної продукції оброблених плівкоутворюючою композицією плодів вище на 20,7-23,9% (на кінець зберігання контролю) залежно від помологічного сорту (рис. 8), а нестандартної та відходів менше, відповідно, на 10,5-18,4% і 5,5-9,2%. Вихід за товарними ґатунками оброблених яблук також кращий: першого товарного ґатунку більше на 26,9-33,5%, другого – менше на 2,8-7,5%, третій – відсутній, на відміну від контрольних плодів.

З огляду на отримані результати з втрати маси та виходу стандартної продукції, в тому числі за товарними ґатунками, оброблені плівкоутворюючою композицією яблука зберігаються на 30-60 діб довше.

Рис. 8. Вихід стандартних яблук в умовах штучного охолодження:

1 – контрольні плоди сорту Ренет Симиренко; 2 – оброблені плоди сорту Ренет Симиренко;

3 – контрольні плоди сорту Голден Делішес; 4 – оброблені плоди сорту Голден Делішес;

5 – контрольні плоди сорту Кальвіль сніговий; 6 – оброблені плоди сорту Кальвіль сніговий;

7 – контрольні плоди сорту Джонатан; 8 – оброблені плоди сорту Джонатан

Позитивний ефект обумовлений більш низькими паропроникністю шкірочки й інтенсивністю дихання оброблених плодів протягом усього періоду зберігання (рис. 9), а також формуванням модифікованого ВТГС. У всіх досліджених помологічних сортів оброблених яблук клімактеричний підйом дихання зсунутий на більш пізній термін і триваліший, а його рівень в “піку” клімактерія нижче, у зв'язку з чим перестигання яблук настає пізніше.

Рис. 9. Зміна паропроникності шкірочки (а) та інтенсивності дихання (б) яблук

сорту Ренет Симиренко при зберіганні в умовах штучного охолодження (t = 2оС):

1 – оброблені плоди; 2 – контрольні плоди

В оброблених плодах формується МВТГС із підвищеним вмістом СО2 і зниженим О2 (рис. 10), меншою сумою їх вмісту, яка відрізняється залежно від помологічного сорту, що свідчить про їхню саморегуляцію.

Рис. 10. Зміна вмісту газів ВТГС яблук сорту Ренет Симиренко

при зберіганні в умовах штучного охолодження (t = 2оС):

1 – О2 в контрольних плодах; 2 – О2 в оброблених плодах;

3 – СО2 в оброблених плодах; 4 – СО2 в контрольних плодах

Встановлено поліноміальну залежність зміни інтенсивності дихання, паропроникності шкірочки і вмісту О2 і СО2 ВТГС плодів від тривалості зберігання, що характеризується великим коефіцієнтом кореляції; між вказаними показниками встановлено щільний взаємозв'язок – прямолінійна залежність інтенсивності дихання і вмісту О2 і СО2 від паропроникності шкірочки, поліноміальна – між вмістом газів ВТГС плодів і інтенсивністю їхнього дихання (рис. 11).

Рис. 11. Взаємозв'язок зміни вмісту газів ВТГС від інтенсивності дихання

контрольних (а) та оброблених (б) яблук сорту Ренет Симиренко при зберіганні

в умовах штучного охолодження (t = 2оС):

1 – О2 ; 2 – СО2

В оброблених плодах, що зберігаються, обмінні процеси протікають менш активно – вміст білків, тригліцеридів і глюкози за однаковими періодами зберігання є вищим (рис. 12). Зростає вміст альбумінів у постклімактеричний період, що є однією з причин росту паропроникності шкірочки (табл. 1).

Рис. 12. Зміна вмісту білків (а), тригліцеридів (б) і глюкози (в) (на сиру масу) в яблуках сорту Ренет Симиренко при зберіганні

в умовах штучного охолодження (t = 2оС):

1 – оброблені плоди; 2 – контрольні плоди

Таблиця 1

Зміна співвідношення фракційного складу білків яблук сорту Ренет Симиренко

при зберіганні в умовах штучного охолодження (t = 2оС), %

Термін

зберігання, доба | Альбуміни | Глобуліни

Всього | в тому числі за фракціями

б-1 | б-2 | в | г

120 | 49,6 | 50,4 | 3,5 | 12,8 | 14,3 | 19,8

180 | 71,3 | 28,7 | 2,9 | 7,1 | 4,0 | 14,7

Активність ферментів в оброблених плодах при зберіганні є нижчою (табл. 2). В яблуках усіх помологічних сортів вона змінюється хвилеподібно з деяким зсувом “піків” активності на більш пізні терміни в оброблених плодах. Відзначено порівнянність значень активності ферментів в оброблених і контрольних плодах за окремими ферментними системами з урахуванням зсувів “піків” зниження в предклімактеричний період і підйому в клімактерії з більш низькою їхньою активністю в оброблених.

Таблиця 2

Зміна активності ферментів у яблуках сорту Ренет Симиренко

при зберіганні в умовах штучного охолодження (t = 2оС), мкл/10 г·хвил.

Термін

зберігання, доба | Аспартат-аміно-трансфераза | Аланін-аміно-трансфераза | Лужна

фосфатаза | Амілаза | Гаммаглутамінтранс-пептидаза

На початок | 0,093 | 0,093 | 1,087 | 0,093 | 0,211

Контрольні плоди

30 | 0,217 | 0,366 | 1,056 | 0,062 | 0,255

120 | 0,171 | 0,293 | 0,780 | 0,073 | 0,048

150 | 0,287 | 0,389 | 0,762 | 0,078 | 0,090

180 | 0,212 | 0,275 | 0,619 | 0,029 | 0,120

Оброблені плоди

30 | 0,195 | 0,254 | 1,004 | 0,093 | 0,198

120 | 0,075 | 0,299 | 0,706 | 0,075 | 0,134

150 | 0,114 | 0,280 | 0,714 | 0,073 | 0,186

180 | 0,079 | 0,290 | 0,707 | 0,070 | 0,281

210 | 0,174 | 0,267 | 0,609 | 0,062 | 0,167

Досліджено зміни вмісту іонів макро- і мікроелементів (табл. 3). Встановлено однотипні тенденції для оброблених і контрольних плодів: вміст заліза і магнію змінюється хвилеподібно, фосфору – знижується, кальцію – зростає. Вміст заліза і магнію в оброблених плодах на кінець зберігання є вищим. В оброблених плодах зміни вмісту окремих іонів макро- і мікроелементів уповільнені.

Для оброблених плодів характерними є також менші зміни хімічного складу (пектинових речовин, крохмалю, цукрів, вітаміну С, кислотності).

При зберіганні загальна мікробна обсемененність оброблених плодів є меншою, ніж контрольних, через 90 діб зберігання – у 5-9 разів за кількістю бактерій, у 6-10 разів – за кількістю грибів (залежно від помологічного сорту). В уражених гнилизною плодах та тканинах, що прилягають до місця ураження, підвищується активність ферментних систем (аспартатамінотрансферази в 2,1-2,7 разів, аланінамінотрансферази – у 2,7-15,0 разів, гаммаглутамінтранспептидази – у 1,6-2,5 разів), активізуються обмінні процеси – знижується вміст пластичних та енергозабезпечуючих компонентів хімічного складу (рис. 13).

Таблиця 3

Зміна вмісту макро- і мікроелементів у яблуках

сорту Ренет Симиренко при зберіганні в умовах штучного охолодження (t = 2оС)

(на 100 г сирої маси)

Термін

зберігання, доба | Залізо (двовалентне),

мкг | Фосфор,

мг | Кальцій,

мг | Магній,

мг

На початок | 126,14 | 9,27 | 7,48 | 0

Контрольні плоди

30 | 98,02 | 8,46 | 7,66 | 0

120 | 92,07 | 8,02 | 7,81 | 3,79

150 | 86,77 | 6,27 | 8,02 | 4,63

180 | 111,43 | 5,68 | 8,21 | 2,20

Оброблені плоди

30 | 104,07 | 8,51 | 7,66 | 0

120 | 134,76 | 8,24 | 7,80 | 3,57

150 | 82,94 | 7,97