ХЕРСОНСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТЕХНІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ

ГРИГОРЕНКО ОЛЕНА ВІТАЛІЇВНА

УДК 634.22:664.8.037.5

ОПТИМІЗАЦІЯ ЕЛЕМЕНТІВ ТЕХНОЛОГІЇ ЗАМОРОЖУВАННЯ
ПЛОДІВ СЛИВИ

05.18.03 – первинна обробка та зберігання продуктів рослинництва

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук

Херсон – 2005

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Таврійській державній агротехнічній академії,

Міністерство аграрної політики України.

Науковий керівник – кандидат сільськогосподарських наук, старший науковий співробітник Модонкаєва Ганна Ерднієвна, Інститут
винограду і вина "Магарач", провідний науковий
співробітник сектора зберігання

Офіційні опоненти:

доктор технічних наук, професор Оніщенко Володимир Петрович,
Одеська державна академія холоду, завідувач кафедри теплофізики;

кандидат сільськогосподарських наук, старший науковий співробітник
Левченко Світлана Валентинівна, Інститут винограду і вина „Магарач”, старший науковий співробітник відділу селекції, генетики винограду і ампелографії

Провідна установа:

Національний аграрний університет, Міністерство аграрної політики України, кафедра технології зберігання, переробки та стандартизації продукції рослинництва ім. Б.В. Лесика, м. Київ

Захист відбудеться 27 жовтня 2005 року о 1000 годині на засіданні

спеціалізованої вченої ради Д 67.052.02 у 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 26 вересня 2005 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради Сумська О.П.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Як свідчать світові наука і практика, заморожування є унікальним способом збереження початкових властивостей плодоовочевої сировини, який забезпечує тривале зберігання продукції, що швидко псується. У зв'язку з цим, очевидна необхідність оптимізації існуючих технологій виробництва замороженої продукції рослинництва і розробки нових технологій.

Слива – провідна кісточкова культура в Україні, яка отримала широке розповсюдження в усіх зонах плодівництва. Порівняно з іншими кісточковими породами вона відрізняється меншою вимогливістю і пристосованістю до різних умов вирощування, високою і стійкою урожайністю, великим набором сортів. Плоди мають приємний смак і високу харчову цінність, однак термін зберігання їх обмежений. Тому пріоритетного значення набуває розробка ефективних методів, які дозволяють збільшити тривалість зберігання плодів, максимально зберігаючи при цьому їхні вихідні властивості.

Аналітичний огляд літературних джерел показав, що достатньо змістовні дослідження за оцінкою сортів сливи на придатність до заморожування проведені
Є.П. Сеніною (1982 р.), Т.О. Кошелевою (1991 р.), Н.А. Парфьоновою (1997 р.). Проте, збереженість натуральних властивостей і харчової цінності плодів при заморожуванні залежить не тільки від сорту сировини, але й від способу і швидкості заморожування та способу дефростації.

Отже, в цілях підвищення споживчих властивостей заморожених плодів необхідно проводити узагальнені дослідження, присвячені обґрунтуванню оптимальних способів заморожування і дефростації, а також терміну зберігання розморожених плодів сливи у зв'язку із змінами комплексу показників їх якості (теплофізичних, гістологічних, біохімічних, фізико-хімічних, мікробіологічних) з одного боку, і можливості диференційованого використання сортів з іншого.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження виконане протягом 2001-2004 рр. у відповідності з планом науково-дослідних робіт Таврійської державної агротехнічної академії (м. Мелітополь) у рамках програми “Розробка наукових основ систем, технологій і технічних засобів для забезпечення продовольчої безпеки південного регіону України" (номер державної реєстрації 0102U000680).

Особистий внесок автора полягає у визначенні факторів, що впливають на якість плодів сливи в процесі заморожування та зберігання; встановленні на основі теоретичних та експериментальних досліджень оптимальних способів заморожування з урахуванням диференційованого підходу до сортових особливостей; оптимізації режимів заморожування і дефростації плодів сливи та визначенні термінів зберігання розморожених плодів.

Мета і задачі дослідження. Метою дослідження є удосконалення технології заморожування плодів сливи шляхом підбору оптимальних способів заморожування і дефростації та обґрунтування раціонального використання сортів для одержання заморожених плодів з високими споживчими властивостями. Для досягнення поставленої мети потрібно було вирішити наступні задачі:

1. Встановити на основі вивчення зміни мікроструктури, теплофізичних характеристик та органолептичних властивостей оптимальні способи заморожування плодів сливи.

2. Провести хіміко-технологічну оцінку сортів сливи для вибору оптимального способу заморожування.

3. Дослідити зміни вологоутримуючої здатності, фракційного складу води та пектинових речовин в плодах сливи при заморожуванні і зберіганні.

4. Дослідити вплив процесів заморожування і тривалого зберігання на органолептичні, біохімічні і фізико-хімічні характеристики плодів сливи.

5. Виявити оптимальні способи і режими дефростації плодів в залежності від способу заморожування.

6. Визначити термін зберігання плодів у розмороженому стані.

7. Провести виробничі випробування і оцінити економічну ефективність зберігання плодів сливи у замороженому вигляді.

Об'єкт дослідження: технологічний процес заморожування і тривалого зберігання плодів сливи в замороженому вигляді та закономірності зміни їх якості при заморожуванні і в динаміці зберігання.

Предмет дослідження: елементи технології заморожування (спосіб заморожування, спосіб дефростації); сорти сливи: Кірке, Единбурзька, Легенда, Угорка Кавказька, Заповітна, Стенлей, Ісполинська.

Методи дослідження. Для вирішення сформульованих задач використано:

- стаціонарний метод визначення коефіцієнту теплопровідності при позитивних температурах;

- метод визначення коефіцієнту теплопровідності при мінусових температурах шляхом вимірювання температур всередині плоду в певний час та перерахунку інтеграла Гауса з використанням таблиць;

- органолептичний аналіз та лабораторні методи, встановлені державними стандартами, для визначення фізичних, біохімічних та мікробіологічних показників;

- ваговий метод визначення вологовіддачі та метод центрифугування для визначення вологоутримуючої здатності плодів;

- аналітичні методи дослідження залежності вологоутримуючої здатності від строку зберігання та вмісту протопектину в плодах сливи;

- математично-статистичний метод проведення двохфакторного експерименту.

Результати експериментів оброблено відповідно до методів математичної статистики за допомогою пакету аналізу програми "MS Office Excel 2003".

Наукова новизна одержаних результатів полягає у встановленні закономірностей зміни комплексу гістологічних, теплофізичних, органолептичних, біохімічних, фізико-хімічних і мікробіологічних показників якості плодів сливи при заморожуванні, тривалому зберіганні і дефростації з метою оптимізації технології заморожування і, зрештою, одержання економічного ефекту. При цьому:

- в результаті проведення хіміко-технологічної оцінки 7 районованих і перспективних сортів сливи південного Степу України на придатність до заморожування одержала подальший розвиток технологія заморожування плодів сливи шляхом визначення оптимальних способів заморожування в залежності від сортових особливостей;

- вперше встановлено закономірності зміни вологоутримуючої здатності плодів сливи від терміну зберігання в замороженому вигляді, а також від вмісту протопектину в плодах;

- доведено, що заморожування плодів сливи у 20% цукровому сиропі з додаванням заморожених ягід дозволяє збільшити термін зберігання плодів у замороженому вигляді та підвищити їхні споживчі властивості й біологічну цінність;

- досліджено вплив тривалості зберігання після дефростації на якість плодів сливи, встановлено термін зберігання плодів в розмороженому вигляді в залежності від способів заморожування.

Практичне значення одержаних результатів. Оптимізовані елементи технології заморожування плодів сливи увійшли складовою частиною в розроблену технологічну інструкцію з виробництва сливи замороженої ТИ 026/08-03, яка впроваджена в промислових умовах ПП “Агропромсервіс”, м. Мелітополь, в 2003-2004 рр. Застосування нових сортів сливи Угорка Кавказька і Легенда для заморожування і зберігання протягом 8 місяців забезпечило економічний ефект 737 грн. на тонну.

Розроблена технологічна інструкція з виробництва сливи, замороженої в цукровому сиропі ТИ 0174/08-03, впроваджена в промислових умовах ПП “Мелітопольський консервний завод продтоварів” в 2003-2004 рр. з економічним ефектом 5091 грн. на тонну продукції.

Особистий внесок здобувача полягає в проведенні патентного пошуку, постановці мети і завдань дослідження, теоретичних дослідженнях процесу заморожування, проведенні експериментальних досліджень, аналізі й узагальненні одержаних результатів, підготовці до друку статей, впровадженні результатів досліджень у виробництво, розробці технічної документації.

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідалися на Міжнародній науково-технічній конференції (м. Мелітополь, Таврійська державна агротехнічна академія, 2001 р.), на 2-й Міжнародній науково-практичній конференції (м. Одеса, Одеська державна академія холоду, 2002 р.), на конференції молодих учених (м. Ялта, Інститут винограду і вина "Магарач", 2003 р.), на науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу, аспірантів і співробітників (м. Мелітополь, Таврійська державна агротехнічна академія, 2002-2004 рр.), на науковому семінарі (м. Херсон, Херсонський національний технічний університет, 2005 р.).

Публікації матеріалів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи опубліковані у 5 наукових статтях і тезах у фахових виданнях; за матеріалами досліджень розроблені і затверджені 2 технологічні інструкції, отриманий деклараційний патент на корисну модель.

Структура та обсяг роботи. Дисертацію викладено на 142 сторінках комп'ютерного тексту. Вона складається зі вступу, 5 розділів, висновків і рекомендацій виробництву, містить 10 таблиць, 28 рисунків, 18 додатків. Список використаних джерел охоплює 263 літературних джерела, у тому числі 34 - закордонних авторів. Додатки містять 2 акти впровадження, 2 технологічні інструкції, технологічні схеми процесів виробництва заморожених плодів сливи, деклараційний патент на корисну модель.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі розкрито сутність наукової проблеми, обґрунтовано актуальність теми, вказано зв’язок роботи з науковими програмами, сформульовані мета, задачі, предмет і об’єкт дослідження, новизна одержаних результатів та їх практичне значення, апробація результатів дослідження та їх публікації.

У першому розділі проведений аналіз робіт Н.А. Головкіна, В.Й. Іванченка, В.С. Колодязної, Н.Я. Орлової, І.І. Плужнікова, І.А. Рогова, І.Г. Чумака та інших вчених, дослідження яких є основними у теорії заморожування. Розглянуто вплив процесів заморожування та подальшого тривалого зберігання на якість замороженої рослинної продукції, наведено порівняльну характеристику відомих способів заморожування та усунення негативних змін якості плодів при заморожуванні, на основі чого обґрунтовані шляхи пошуку оптимізації технології заморожування плодів.

На підставі аналізу літературних джерел зроблений висновок про необхідність удосконалення технології заморожування плодів сливи шляхом встановлення оптимальних способів заморожування в залежності від сортових особливостей з метою підвищення споживчих властивостей та біологічної цінності заморожених плодів. Дослідження впливу різних способів заморожування на мікроструктуру та теплофізичні характеристики плодів сливи, дослідження вологоутримуючої здатності плодів сливи при заморожуванні, а також конкретні рекомендації по способах дефростації та терміну зберігання плодів у розмороженому стані у літературі відсутні.

У другому розділі наведені програма і методика експериментальних досліджень, що проводилися протягом 2001-2004 рр. на базі Таврійської державної агротехнічної академії (м. Мелітополь), Інституту винограду і вина „Магарач” (м. Ялта) згідно з "Методическими указаниями по хранению плодов, овощей и винограда. Организация и проведение исследований" (Київ, 1998 р.). Приведені характеристики 7 сортів сливи південного Степу України, які включено до експерименту.

Відбір зразків для досліджень проводився в період масового знімання плодів кожного з досліджуваних сортів. Для одержання зіставних і відтворних результатів відбирали середню пробу плодів кожного сорту в кількості, достатній для п’ятикратного проведення оцінки якості плодів за всіма показниками.

Підготовка плодів до заморожування складалася із сортування відповідно ГОСТ 21920 "Слива и алыча крупноплодные свежие. ТУ"; інспекції; миття проточною водою і видалення води. Підготовлені плоди заморожували кріогенним, повітряним способами та в охолоджувальному рідкому середовищі (цукровому сиропі).

Заморожування плодів сливи кріогенним способом проводили у парах рідкого азоту при температурі мінус 150°С за допомогою судини Д’юара „Харків-31”.

Заморожування плодів сливи у повітряному середовищі здійснювали розсипом у 1-2 шари у дерев'яних ящиках за ГОСТ 13359 у холодильній камері з природною циркуляцією повітря при температурі мінус 24°С і відносній вологості 90-95% до досягнення температури у центрі мінус 20±2°С. Маса плодів у ящику не більш
12 кг. Вимір температури робили потенціометром КВ-1. Заморожені плоди розфасовували в поліетиленові пакети товщиною плівки 40-60 мк по 0.5 кг, нумерували, герметизували й упаковували в ящики з гофрованого картону за ГОСТ 9142.

Технологічна схема заморожування плодів сливи у рідкому середовищі (цукровому сиропі) складалася, одночасно з підготовкою сировини, з готування 20% цукрового сиропу, різання великих слив (більш 30 г) на половинки і видалення кісточок, фасування цілих слив або половинок у тару (пластикові стаканчики ємністю 0,250 л за ТУ У 14120089.002-99), додавання заморожених ягід (малини, чорної смородини) відповідно до рецептури, заливання охолодженого сиропу, закупорювання, заморожування при температурі мінус 24°С, укладання стаканчиків із продуктом у картонні коробки. Стаканчики заповнювали продуктом на 90%. Масова частка плодів і ягід від маси нетто - не менш 50%.

Зберігання зразків здійснювали в холодильній камері при мінус 20±2°С протягом 8 місяців.

Оцінку якості плодів сливи проводили поетапно: до заморожування, відразу після заморожування, після 4 і після 8 місяців зберігання за наступними показниками: коефіцієнт теплопровідності – за ГОСТ 7076-99; щільність плодів – за відношенням маси плоду до об’єму витісненої води; тривалість та швидкість заморожування – потенціометром КВ-1 ГОСТ 7164-78 та хронометром 1 класу; органолептична оцінка – за загальноприйнятою методикою; вологовіддача – ваговим методом; вологоутримуюча здатність – методом центрифугування; масова концентрація розчинних сухих речовин – за ГОСТ 28562-90; фракційний склад води – за методом Х.Н. Починка; масова концентрація цукрів – за ГОСТ 27198-87; масова концентрація титрованих кислот – за методикою З.М. Грицаєнко; масова концентрація аскорбінової кислоти – йодометричним методом; масова концентрація пектинових речовин – карбозольним методом; кількісний і якісний склад флавоноїдів – колориметричним методом; активність пероксидази – за модифікованим методом Т. Попова; активність поліфенолоксидази – за методом Х.Н. Починка; гістологічні зрізи – за методикою З.А. Дербеньової; мікробіологічні показники – за ОСТ-111-8-82.

У третьому розділі, що складається з шести підрозділів, приведені результати досліджень та їх обговорення.

У підрозділі 3.1 наведено результати визначення впливу різних способів заморожування на мікроструктуру плодів сливи, які свідчать про те, що в результаті заморожування у повітряному середовищі з природною циркуляцією повітря (розсипом) відбувається відшарування епідермісу від м'якоті плодів, розшаровується і гіподерма; вміст клітин відокремлюється від оболонок, зменшується в обсязі. Структура паренхіми плодів сливи, замороженої в цукровому сиропі, зберігається майже на рівні плодів, заморожених у кріогенному середовищі, що пояснюється кріопротекторною дією сахарози та збільшенням інтенсивності заморожування.

Проведені експерименти по заморожуванню плодів сливи у кріогенному середовищі у парах рідкого азоту показали, що при такій завеликій швидкості заморожування внаслідок великого внутрішнього тиску на поверхні плодів з’являються тріщини, а при контакті з повітрям відбувається розтріскування плодів. Тому цей спосіб заморожування для плодів сливи є неприйнятним.

У підрозділі 3.2 здійснено обґрунтування вибору способів заморожування плодів сливи на основі визначення зміни мікроструктури і теплофізичних характеристик. Теплофізичні характеристики при заморожуванні змінюються як у залежності від температури (щільність с, теплоємність с, коефіцієнт теплопровідності л, коефіцієнт температуропроводності а), так і в залежності від способу заморожування (коефіцієнт тепловіддачі ? і коефіцієнт теплопередачі k). Виходячи з того, що коефіцієнти ? і k надають кількісну оцінку способів заморожування та розморожування, вони можуть бути використані, поряд з органолептичними показниками, як критерії вибору того чи іншого способу.

Аналіз результатів експериментів по визначенню коефіцієнта теплопровідності плодів сливи при заморожуванні вказує на те, що при температурі нижче 0?С відбувається різке зростання л, що обумовлено фазовим переходом води (рис.1).

Рис. 1. Залежність теплофізичних характеристик плодів сливи від температури при заморожуванні (2001 р.)

Як видно з рис.1, при заморожуванні щільність м’якоті сливи зменшується за рахунок зниження густини води, що перетворюється на лід; після льодоутворення щільність зменшується незначно.

Для визначення теплоємності плодів сливи (рис. 1) при заморожуванні одержано рівняння:

c=1922,5+1837,5 tкр/t, (1)

де с – теплоємність плодів, Дж/(кг·?С);

tкр –кріоскопічна температура плодів сливи (мінус 1,2?С);

t – температура при заморожуванні, ?С.

Використовуючи одержані в результаті досліджень значення л і с, а також розрахункові данні по теплоємності, можна визначити коефіцієнт температуропроводності а плодів сливи при заморожуванні (рис.1), який є узагальнюючою величиною. Як видно з рис.1, з початком льодоутворення коефіцієнт температуропроводності а значно змінюється, що пояснюється одночасним збільшенням л та зменшенням с і с. При зниженні температури нижче мінус 15?С зростання а уповільнюється, що пов’язано з виморожуванням більшої частини вологи.

Графіки, представлені на рис.1, можуть бути використані у технологічних розрахунках для визначення теплофізичних характеристик плодів сливи при заморожуванні.

Коефіцієнт тепловіддачі плодів сливи визначали, вирішуючи систему рівнянь теплового балансу та тепловіддачі, за формулою:

б=, (2)

де ? – коефіцієнт тепловіддачі, Вт/(м2·є?);

с – теплоємність плодів, Дж/(кг·?С);

m – маса плодів, кг;

t1– температура в центрі плоду сливи, ?С;

t2 – температура холодоагенту, ?С;

F – площа поверхні плодів, м2;

ф – час заморожування, с;

? tср.лог. – середня логарифмічна різниця температур;

? tср.лог.=, (3)

де ? tmax – різниця між початковою температурою плоду й температурою холодоагенту, ?С;

? tmin – різниця між кінцевою температурою плоду й температурою холодоагенту, ?С.

Результати обчислювання коефіцієнту тепловіддачі показали, що найбільше значення його ?=273,87 Вт/(м2·є?) спостерігається при заморожуванні у кріогенному середовищі у парах рідкого азоту, а найменше – ?=56,88 Вт/(м2·є?) – при заморожуванні у повітряному середовищі з природною циркуляцією. При заморожуванні у рідкому середовищі (20% цукровому сиропі) коефіцієнт тепловіддачі займає проміжне положення ?=148,97 Вт/(м2·є?), що свідчить про те, що використання цукрового сиропу при заморожуванні плодів дозволяє збільшити інтенсивність тепловіддачі приблизно у 3 рази при одній і тій самій температурі заморожування (мінус 24?С).

У підрозділі 3.3 викладені результати досліджень впливу процесу заморожування у повітряному середовищі і подальшого зберігання на органолептичні показники, харчову та біологічну цінність і вологоутримуючу здатність плодів сливи в залежності від сортових особливостей. Достовірність розбіжностей між сортами підтверджено на 5% рівні значущості.

Встановлено, що за показниками харчової та біологічної цінності, як за рівнем вихідного вмісту, так і за їх збереженістю, кращими є Угорка Кавказька та Легенда, дещо поступаються їм сорти Заповітна, Кірке та Стенлей, причому погіршення якості плодів цих сортів спостерігається при зберіганні понад 4 місяці; найгіршими за всіма показниками якості визнані Единбурзька та Ісполінська.

Найбільш інформативним показником криорезистентності плодів є вологоутримуюча здатність. Відповідно до результатів двохфакторного дисперсійного аналізу залежності вологовіддачі плодів сливи від сорту і терміну зберігання, найбільший вплив здійснюють сортові особливості (коефіцієнт детермінації ?2=0,71). Частка участі тривалості зберігання в замороженому вигляді на мінливість досліджуваного показника ?2=0,12, а частка впливу взаємодії цих факторів ?2=0,17.

Підсумовуючи результати досліджень впливу повітряного заморожування розсипом та подальшого тривалого зберігання на комплекс показників якості плодів сливи, зроблено висновок: у групу сортів, придатних для заморожування розсипом та зберігання протягом 8 місяців, увійшли сорти Угорка Кавказька (органолептична оцінка після 8 місяців зберігання – 4,44 балу, показник смаку (цукрокислотний індекс) – 12,3, сума фенольних речовин 386,7 мг/100 г, вологовіддача – 1,95%) та Легенда (4,40 балу, 12,4, 332,0 мг/100 г і 2,69% відповідно. Сорти Заповітна (4,10 балу, 10,9, 305,2 мг/100 г і 2,90%), Кірке (4,02 балу, 9,9, 263,3 мг/100 г і 3,51%) та Стенлей (4,06 балу, 11,0, 328,4 мг/100 г і 3,92% відповідно) для усунення небажаних змін якості при тривалому зберіганні рекомендуються для заморожування з використанням цукрового сиропу. Сорти Единбурзька (3,56 балу, 8,3, 64,5 мг/100 г і 3,61%) та Ісполінська (3,62 балу, 7,0, 88,4 мг/100 г і 4,41% відповідно) для заморожування непридатні.

Наступну серію експериментів було присвячено встановленню характеру впливу фракційного складу води та пектинових речовин на вологоутримуючу здатність плодів сливи сорту Кірке в процесі заморожування і динаміці зберігання. Отримане рівняння регресії свідчить про те, що в процесі зберігання протягом 4 місяців вологоутримуюча здатність підвищується порівняно з вихідною, а при подальшому збільшенні терміну зберігання поступово знижується (рис. 2), що пов’язано із зміною форм зв’язку води (рис. 3).

Рис. 2. Залежність вологоутримуючої здатності заморожених плодів сливи сорту
Кірке від терміну зберігання (2002 р.)

Таким чином, результати досліджень вказують на те, що зі зменшенням масової частки протопектину в плодах сливи знижується масова частка колоїдно-зв‘язаної води, що в кінцевому рахунку обумовлює зниження їхньої вологоутримуючої здатності (рис.4). Дослідження вологоутримуючої здатності плодів сливи сортів, що увійшли за результатами хіміко-технологічної оцінки до другої групи, підтверджує висновок про доцільність їх зберігання у замороженому вигляді не більш 4 місяців.

Рис. 3. Динаміка фракційного складу води у плодах сливи сорту Кірке при заморожуванні та тривалому зберіганні (2002 р.)

Рис. 4. Залежність вологоутримуючої здатності від вмісту протопектину в плодах сливи сорту Кірке (2002 р.)

Відповідно до схеми досліду з вивчення впливу заморожування в охолоджувальному рідкому середовищі (цукровому сиропі) на якість плодів сливи
(підрозділ 3.4), технологія заморожування складалася з операцій, передбачених діючими нормативними документами на виробництво стерилізованих компотів.

Для досліджень було обрано сорт Кірке – один з сортів, що визнані непридатними до заморожування повітряним способом розсипом та зберігання протягом 8 місяців. При заморожуванні плодів використовували цукровий сироп зниженої концентрації – 20%.

Базуючись на головному завданні – максимальному збереженню харчової та біологічної цінності плодів та ягід, поряд з вивченням доцільності заморожування сливи у цукровому сиропі зниженої концентрації було надано спробу збагатити її плоди натуральними С-вітамінними носіями – чорною смородиною та малиною, які містять 198 та 37 мг/100 г вітаміну С відповідно (для порівняння, у сливах – 3,9 мг/100 г (табл.1)). Збереженість вітаміну С в плодах сливи сорту Кірке, заморожених розсипом, після 8 місяців зберігання склала 61% від вихідного (табл.1), у зразках, заморожених у цукровому сиропі, – 91% порівняно зі свіжозамороженим продуктом.

Відомо, що катехіни, лейкоантоціани, антоціани і флавоноли – найважливіші флавоноїди плодів і ягід, що впливають на формування кольору плодово-ягідних продуктів. Збереженість суми флавоноїдів у плодах сливи сорту Кірке (табл.1) наприкінці зберігання склала 82,7%. Найбільше піддалися руйнуванню катехіни (на 37,6%) та антоціани (на 15,2%), що вплинуло на зміну забарвлення плодів при заморожуванні і наступному тривалому зберіганні.

У плодах, заморожених в цукровому сиропі, в кінці зберігання протягом 8 місяців концентрація катехінів зменшилася на 16,3% порівняно зі свіжозамороженими плодами, а сумарна кількість флавоноїдів зросла в 1,3 рази, антоціанів – в 2,4 рази в порівнянні з вихідним, що сприяло стабілізації забарвлення плодів (табл. 1).

У підрозділі 3.5 приведені результати дослідження процесу дефростації заморожених плодів сливи.

Для визначення оптимального способу дефростації було проведено серію експериментів по розморожуванню плодів сливи, заморожених розсипом і у цукровому сиропі, поверхневим (природнім) способом – у воді і на повітрі при кімнатній температурі, – та об’ємним у мікрохвильовій печі до рекомендованої температури споживання розморожених плодів (5?С).

Встановлено, що для заморожених розсипом плодів сливи кращим є поверхневий (природній) спосіб розморожування, причому за органолептичними показниками плоди, розморожені в повітряному і водяному середовищі, практично не відрізнялися.

Час дефростації на повітрі склав 140 хвилин, а у воді – 25 хвилин. Використовуючи ці дані, можна визначити коефіцієнт теплопередачі k при різних теплоносіях за рівнянням:

k=, (4)

де k – коефіцієнт теплопередачі, Вт/(м2·С);

сз – теплоємність сливи при мінус 20?С, Дж/(кг·?С);

m – маса плодів в одиниці пакування (0,5 кг);

tкр – кріоскопічна температура плодів (мінус 1,2 С);

tз – температура заморожених плодів (мінус 20?С);

л – скрита теплота плавлення льоду, (=335 кДж/(кг·С));

w – масова частка води в плодах сливи (87,5%=0,875);

с – теплоємність плодів сливи при температурі вище за кріоскопічну (3760Дж/(кг·С));

tп – температура споживання розморожених плодів (5С);

?t – різниця початкової і кінцевої температур теплоносія, С;

ф – ?ас дефростації, с.

Таблиця 1

Біологічна цінність заморожених плодів сливи сорту Кірке при тривалому зберіганні, мг/100 г, М±m, n=5 (2002 р.)

Строк зберігання, місяці | Вітамін С | Біофлавоноїди | Пектинові речовини

антоціани | лейкоантоціани | катехіни | флавоноли | сума | пектин | протопектин | сума

Вихідний вміст:

Слива свіжа | 3,90±
0,19 | 1,98±
0,02 | 95,40
±1,09 | 132,40±0,61 | 74,80
±0,61 | 304,58±0,59 | 799,50
±0,62 | 951,10
±1,11 | 1730,60
±0,62

Смородина заморожена | 178,51
±4,75 | 292,00
±1,76 | 31,32
±0,95 | 37,68
±0,89 | 12,00
±0,70 | 373,00
±3,11 | 232,98
±0,78 | 1867,82
±0,69 | 2100,80
±0,30

Малина заморожена | 30,23±
0,94 | 257,00
±0,88 | 12,38±
0,40 | 46,60
±0,70 | 35,40
±0,35 | 351,38
±1,78 | 934,82
±0,67 | 807,40
±0,52 | 1742,22
±0,62

Плоди сливи, заморожені розсипом

Відразу після заморожування | 3,21
±0,31 | 1,62
±0,02 | 78,12
±0,32 | 133,44
±0,83 | 69,28
±0,54 | 282,46
±1,51 | 662,78
±0,66 | 825,22
±0,28 | 1488,00±0,47

4 | 2,73
±0,15 | 1,70
±0,01 | 95,40
±1,09 | 129,60
±1,05 | 68,00
±0,61 | 294,70
±0,94 | 782,22
±0,28 | 883,70
±0,36 | 1665,92±0,32

8 | 2,40
±0,06 | 1,68
±0,04 | 96,84
±0,95 | 82,56
±0,65 | 70,80
±0,70 | 251,88
±1,33 | 1202,00±1,52 | 822,20
±0,58 | 2024,20±0,98

НІР05 | 3,47 | 0,81 | 0,49 | 0,33 | 0,42 | 0,20 | 0,43 | 0,32 | 0,30

Плоди сливи, заморожені у 20% цукровому сиропі

Відразу після заморожування | 31,59
±0,24 | 8,20
±0,35 | 67,10
±0,40 | 108,00
±1,05 | 76,40
±0,35 | 259,70
±1,36 | 684,10
±0,68 | 995,38
±0,47 | 1679,48
±1,07

4 | 30,23
±0,41 | 10,40
±0,35 | 97,63
±0,20 | 102,40
±0,70 | 65,0
±1,05 | 275,63
±0,97 | 764,82
±0,47 | 968,38
±0,62 | 1733,20
±1,04

8 | 28,82
±0,27 | 20,00
±0,53 | 99,00
±0,63 | 90,40
±0,35 | 120,00
±0,70 | 329,40
±1,43 | 1045,04
±0,79 | 887,00
±0,75 | 1932,04
±0,95

НІР05 | 0,71 | 1,61 | 0,25 | 0,38 | 0,43 | 0,21 | 3,79 | 0,31 | 0,51

При розморожуванні на повітрі k дорівнює 0,45 Вт/(м2·С), а при розморожуванні у воді – 2,51 Вт/(м2·С). Таким чином, коефіцієнт теплопередачі води у 5,6 разу перевищує коефіцієнт теплопередачі повітря, на підставі чого можна зробити висновок, що для плодів, заморожених розсипом, оптимальним з точки зору швидкості процесу і збереження якості є поверхневий спосіб розморожування – у воді (без розгерметизації пакетів).

Для оптимізації режиму обраного способу розморожування за результатами розрахунків побудовано номограму (рис. 5), яка дозволяє визначити необхідну масу води і час розморожування залежно від початкової температури води. Враховуючи, що кінцева температура води повинна на 4-6є? перевищувати температуру споживання плодів (5є?), приймаємо, що вона дорівнює 10є?. Як видно з рис.5, оптимальною для розморожування плодів є температура води 20-30є?.

Рис. 5. Вплив температури і маси води на час розморожування одиниці пакування (0,5 кг) плодів сливи

Що стосується плодів у цукровому сиропі, відзначено, що при природному способі розморожуванні відбувається інтенсивна дифузія цукру в плоди (за рахунок чого продукт здається солодкішим порівняно з розмороженим у мікрохвильовій печі), а також барвних речовин у сироп, від чого він темнішає і привабливість зовнішнього вигляду продукту трохи губиться. Час дефростації у мікрохвильовій печі при потужності 240 Вт склав 12 хвилин.

Отримано рівняння для визначення необхідної тривалості розморожування при змінній потужності мікрохвильової печі:

ф=162442/Р, (5)

де ф – час розморожування, с;

Р – потужність, Вт.

Встановлені залежності та значення коефіцієнтів тепловіддачі можуть бути використані для визначення оптимальних режимів дефростації плодів сливи.

У літературних джерелах практично відсутні конкретні рекомендації зі збереження розморожених плодів. Інтенсивність якісних змін при розморожуванні обумовлена, насамперед, динамікою мікробіологічних і ферментативних процесів.

У зв’язку з цим, було проведено дослідження зміни вмісту вітаміну С як найбільш лабільного компоненту хімічного складу, а також активності оксидоредуктаз (поліфенолоксидази та пероксидази) та динаміки мікробіологічних показників (кількості бактерій та цвілевих грибів) у розморожених плодах сливи у динаміці зберігання (підрозділ 3.6). Дослідження проводили у плодах сливи одразу після дефростації та через 3, 6, 9, 24 години.

Математична обробка результатів досліджень дозволила встановити, що вміст вітаміну С в плодах (рис. 6) зворотно пропорційний часу збереження у розмороженому стані (для плодів, заморожених розсипом та у цукровому сиропі з2=0,91 і 0,96 відповідно). Вплив терміну зберігання заморожених плодів на динаміку вмісту вітаміну С при розморожуванні малосуттєвий на 5% рівні значущості.

Рис. 6. Динаміка вмісту вітаміну С при дефростації плодів сливи сорту Кірке після 8 місяців зберігання в замороженому вигляді (2003 р.):

1 – плоди, заморожені розсипом; 2 – плоди, заморожені у цукровому сиропі

Попередніми дослідженнями встановлено, що інтенсивність потемніння забарвлення розморожених плодів зростає зі збільшенням тривалості розморожування, а також те, що саме наявність поліфенолоксидази в сировині призводить до ферментативного побуріння. Результати дослідження зміни активності поліфенолоксидази представлені на рис. 7, результати дослідження динаміки активності пероксидази – на рис. 8.

Розморожені плоди є гарним середовищем для залишкової мікрофлори, яка швидко розмножуються при підвищенні температури вище 0С. Данні про зміну чисельності бактеріальних мікроепіфітів і цвілевих грибів на поверхні розморожених плодів сливи, що зберігалися при кімнатній температурі, представлені в табл.2.

Слід відмітити, що в процесі розморожування і збереження плодів сливи у розмороженому вигляді на поверхні на було виявлено дріжджоподібних мікроорганізмів, що ймовірно пов'язано з низькою холодостійкістю останніх.

Рис. 7. Активність поліфенолоксидази при дефростації плодів сливи сорту Кірке, мкмоль/хв
(2003 р.):

1 – плоди, заморожені розсипом; 2 – плоди, заморожені у цукровому сиропі

Рис. 8. Пероксидазна активність при дефростації плодів сливи сорту Кірке у динаміці зберігання, мкат/хв (2003 р.):

1- плоди, заморожені розсипом, одразу після заморожування; 2 – те ж після 4 місяців зберігання; 3 - те ж після 8 місяців зберігання; 4 – плоди, заморожені у цукровому сиропі, одразу після заморожування; 5 – те ж після 4 місяців зберігання; 6 – те ж після 8 місяців зберігання

Аналізуючи данні табл.2, видно, що після 8 місяців зберігання плоди, заморожені розсипом, значно більш заселені бактеріальними мікроепіфітами, ніж плоди у цукровому сиропі (табл.3), що, можливо, пояснюється згубним впливом на мікроорганізми підвищеного осмотичного тиску при заморожуванні в цукровому сиропі і тривалому зберіганні.

Таблиця 2

Мікрофлора плодів сливи сорту Кірке, заморожених розсипом, в динаміці зберігання (2003 р.)

Вид
мікроорганізмів | Колонієутворюючих одиниць на грам | Тривалість збереження у розмороженому вигляді, годин | Відразу після дефростації | 3 | 6 | 9 | 24 | Одразу після заморожування | Бактерії | 4781 | 9967 | 21583 | 24002 | 22206 | Цвілеві гриби | - | 529 | 684 | 176 | - | Після 4 місяців зберігання | Бактерії | 14845 | 34472 | 37657 | 96736 | 90814 | Цвілеві гриби | - | 513 | 630 | - | - | Після 8 місяців зберігання | Бактерії | 27023 | 44874 | 85767 | 103158 | 66889 | Цвілеві гриби | - | 432 | 589 | 178 | 171 |

Таблиця 3

Мікрофлора плодів сливи сорту Кірке, заморожених у цукровому сиропі, в динаміці зберігання (2003 р.)

Термін зберігання, місяці | Колонієутворюючих одиниць на грам

Відразу після дефростації | Через 24 години

бактерії | гриби | бактерії | гриби

Одразу після заморожування | 55029 | 234 | 25199 | -

4 | 18772 | 894 | 34297 | 581

8 | 1927 | 362 | 13643 | 808

Виділені на поверхні плодів, заморожених розсипом, відносно невеликі кількості цвілевих грибів (табл. 2) відносяться до роду Penicillium spр. У зразках, заморожених у цукровому сиропі, виявлені представники цвілей Penicillium spр., Sphaeropsis Malorium spр., Mucor spр., Nigrospora spр.. Досить велика концентрація цвілевих грибів (табл. 3) порівняно із замороженими розсипом плодами сливи пояснюється іх високою осмофільністю. Встановлено, що при збереженні зразків у цукровому сиропі після розморожування показники епіфітної мікрофлори не перевищували допустимого рівня навіть протягом 24 годин.

Патогенні мікроорганізми, БГКП у нормованій масі на жодному етапі досліджень виявлені не були.

Таким чином, результати досліджень дозволяють зробити висновок про обов'язкове вживання заморожених розсипом плодів безпосередньо відразу після дефростації. Хоча розморожені плоди за мікробіологічними показниками відповідають нормам протягом 8-10 годин після розморожування, втрати біологічної цінності й органолептичних властивостей плодів, заморожених розсипом, відбуваються вже в процесі самого розморожування: активність поліфенолоксидази і пероксидази зростає приблизно в два рази вже через 3 години після дефростації, що призводить до незворотних змін якості плодів (рис.8).

У досліджуваних зразках, заморожених у цукровому сиропі, втрати якості при збереженні в розмороженому вигляді також у більшій мері обумовлені ферментативними процесами, ніж мікробіологічними. Показники мікробіологічної безпеки в них зберігаються на допустимому рівні протягом 24 годин після розморожування. Вміст вітаміну С в них залишається на досить високому рівні (15-10 мг/100 г) протягом 3-4 годин після дефростації. Проте, наявні зміни товарної якості (потемніння кольору) у плодах спостерігаються після 6 годин збереження, коли відбувається зростання активності ферментів.

У четвертому розділі приведений розрахунок економічної ефективності заморожування плодів сливи розсипом та у цукровому сиропі. Економічний ефект від застосування нових сортів сливи для тривалого зберігання в замороженому вигляді склав після 4 місяців зберігання 387 грн/т, після 8 місяців зберігання – 737 грн/т. Економічний ефект від заморожування плодів сливи сорту Кірке у цукровому сиропі в порівнянні з плодами, замороженими розсипом, склав: після 4 місяців зберігання – 1991 грн/т, після 8 місяців збереження – 5091 грн/т.

У п’ятому розділі наведено аналіз та узагальнення результатів досліджень.

ВИСНОВКИ

1. В результаті комплексних досліджень впливу різних способів заморожування на якість плодів сливи удосконалено технологію заморожування плодів сливи шляхом підбору оптимальних способів заморожування і дефростації в залежності від сортових особливостей, яка дозволяє одержати заморожені плоди з високими споживчими властивостями й біологічною цінністю.

2. Хіміко-технологічна оцінка сортів сливи показала, що для споживання у натуральному вигляді після заморожування у повітряному середовищі і зберігання протягом 8 місяців придатні сорти Угорка Кавказька та Легенда; протягом 4 місяців – сорти Кірке, Заповітна та Стенлей. Для усунення небажаних змін якості при тривалому зберіганні плоди цих сортів рекомендується заморожувати у 20% цукровому сиропі. Для заморожування не придатні сорти Единбурзька та Ісполіннська.

3. Встановлено, що у процесі заморожування у повітряному середовищі і 8 місяців зберігання зменшується питома вага колоїдно-зв’язаної води у плодах сливи на 40,2%, що обумовлено змінами біоколоїдів протоплазми і призводить до зниження вологоутримуючої здатності плодів. Визначено криволінійну регресійну залежність вологоутримуючої здатності заморожених плодів сливи від терміну зберігання, а також лінійну регресійну залежність цього показника від вмісту протопектину в плодах сливи.

4. Заморожування у 20% цукровому сиропі збільшує інтенсивність тепловіддачі майже у 3 рази порівняно із заморожуванням розсипом при тій самій температурі заморожування (мінус 24?С), що сприяє збільшенню швидкості заморожування та забезпечує мінімальні зміни мікроструктури, органолептичних властивостей і харчової цінності плодів. Збереженість вітаміну С в плодах сливи, заморожених в повітряному середовищі розсипом, після 8 місяців зберігання склала
61%, біофлавоноїдів - 82,7%, у тому числі антоцианів – 84,8%, катехінів - 62,4% від
вихідного; у плодах з цукровим сиропом збереженість вітаміну С - 91%, катехінів - 83,7% від вихідного, а сума біофлавоноїдів зросла в 1,3 рази, антоцианів – у 2,4 рази, що сприяло стабілізації забарвлення плодів.

5. Виявлено, що для дефростації заморожених розсипом плодів сливи кращим є поверхневий спосіб розморожування, заморожених у цукровому сиропі – об'ємний спосіб до температури споживання 5?С. Визначено, що коефіцієнт теплопередачі води у 5,6 разів перевищує при дефростації коефіцієнт теплопередачі повітря, тому для заморожених розсипом плодів з точки зору швидкості розморожування та збереження якості є розморожування у воді температурою 20-30?С.

6. Плоди, заморожені повітряним способом, за показниками мікробіологічної безпеки відповідають нормам протягом 8-10 годин після розморожування; проте, втрата їх харчової та біологічної цінності відбувається вже в процесі самого розморожування унаслідок ферментативних процесів, тому плоди слід вживати в їжу відразу після дефростації. Показники мікробіологічної безпеки в плодах, заморожених в цукровому сиропі, зберігаються на допустимому рівні протягом 24 годин після розморожування, проте, їх рекомендується зберігати в розмороженому вигляді не більше 6 годин, коли спостерігається зростання активності ферментів.

7. Розроблені технології впроваджені на ПП "Агропромсервіс" і ПП "Мелітопольській консервний завод продтоварів". Економічний ефект від заморожування плодів сливи розсипом після 8 місяців збереження складає 737 грн/т; від заморожування у цукровому сиропі – 5091 грн/т за цінами 2004 р.

РЕКОМЕНДАЦІЇ ВИРОБНИЦТВУ

1. Для промислового заморожування у повітряному середовищі з природною циркуляцією повітря і споживання у натуральному виді після 8 місяців зберігання рекомендуються сорти сливи Угорка Кавказька та Легенда. Температура заморожування - мінус 24С.

2. Сорти Кірке, Заповітна та Стенлей придатні до заморожування у повітряному середовищі з природною циркуляцією повітря і споживання у натуральному виді не більш ніж протягом 4 місяців зберігання. З метою усунення небажаних змін якості за тривалого зберігання плоди цих сортів рекомендується заморожувати у 20% цукровому сиропі.

3. Дефростацію заморожених розсипом плодів проводити шляхом