Овощи и фрукты как объекты сушки

Научная организация любого производства немыслима без глубокого изучения объектов, подлежащих переработке в данном производстве, знания его специфических особенностей.

Развитие сушильной отрасли требует также дальнейшего уточнения представлений о процессах переноса тепла и массы, углубления знаний о степени физико-химических изменений продуктов, накопления данных, необходимых для создания инженерных методов расчета процессов обезвоживания.

Овощам и фруктам как объектам сушки характерно большое содержание воды,  и в тоже время довольно малым содержанием сухих веществ. Большая часть воды в сочном растительном сырье находится в более или менее свободной подвижной форме и только около 5% ее связано в клеточных коллоидах и прочно удерживается. Это обусловливает сравнительную легкость высушивания плодов и овощей до влажности 12—14 % и затрудняет удаление остаточной влаги.

Как и большинство других пищевых продуктов, они являются коллоидными капиллярно-пористыми телами. В состав овощей и фруктов входят высокомолекулярные вещества: сахара, пектиновые вещества, крахмал, клетчатка и другие углеводы, белковые вещества, липиды. В небольшом количестве содержатся биологически активные вещества, определяющие их биологическую ценность и вкусовые качества: витамины, по- лифенольные соединения, органические кислоты, минеральные элементы.

Биологически активные вещества — важная составная часть овощей и фруктов — наиболее подвержены неблагоприятным изменениям в процессе подготовки овощей и фруктов к сушке и собственно сушки. Обычно эти изменения приводят к снижению биологической ценности готового продукта.

Пектиновые вещества, гемицеллюлозы и целлюлоза являются основным материалом, образующим решетку каркаса продукта. В построении каркаса участвуют также азотистые вещества.

Как и все живые организмы, овощи и фрукты состоят из клеток, в которых осуществляются жизненные функции. Клетка окружена оболочкой, которая защищает ее внутреннее содержимое от воздействия внешней среды. Оболочка клетки имеет пористое строение, что позволяет клетке осуществлять связь с другими клетками (внешней средой). Нарушение оболочки клетки приводит к ее гибели и растеканию внутреннего содержимого; при этом нативные свойства пищевых веществ претерпевают большей частью необратимые изменения. Так, крахмал клейстеризуется, белковые вещества свертываются и коагулируют (изменения нативных свойств пищевых веществ могут наблюдаться и без разрушения клетки). Если разрушение клетки происходит в водной среде, пищевые вещества растворяются в ней (особенно сахара, минеральные вещества и т. п.).

Клетки организма соединяются в отдельные комплексы, составляющие ткань. Ткани классифицируются по выполнению ими физиологических функций. Например, растительные клетки образуют покровные, запасающие, ассимиляционные и другие ткани. Запасающая ткань овощей и фруктов состоит из так называемых паренхимных клеток, в которых заключены питательные вещества. Внутренняя ткань овощей и фруктов в основном включает паренхимные клетки.

Покровные клетки образуют так называемую покровную ткань — эпидермис и перидерму. Эпидермисом покрыты наземные овощи и фрукты. Овощи, выращенные в земле, в качестве покровной ткани имеют перидерму, за исключением лука и чеснока, которые покрыты эпидермисом.

Все основные вещества в клетке представлены в виде водного раствора, а гидрофобные вещества — в виде эмульсий и коллоидных растворов.

Вода в клетке является средой, в которой протекают все реакции, она участвует также во всех биохимических реакциях, происходящих в клетке. Наиболее примечательны из них две основные реакции: гидролиз и гидратация. При гидролизе вещество распадается на части, одна из которых присоединяет к себе гидроксил, а другая соединяется с водородом воды (например, гидролиз жира с образованием глицерина и жирной кислоты). При гидратации вода присоединяется к химическому веществу, не вызывая его разложения (например, клейстери- зация крахмала).

Количественное содержание воды и химических соединений в овощах и фруктах зависит от многих причин: места произрастания, сорта, метеорологических условий роста и т. п., но полного исключения какого-либо компонента из состава овощей и фруктов не наблюдается.

В овощах и фруктах вода распределена неравномерно. Наибольшее количество ее находится в паренхимных тканях, покровные ткани содержат ее значительно меньше, и совсем мало воды в семенах. Поэтому очищенные и подготовленные к дальнейшему технологическому процессу овощи в процентном отношении содержат больше воды, чем исходное сырье.

Исключительная роль воды в клетках растительных организмов обусловлена строением ее молекулы, в которой атомы водорода и кислорода полярно ориентированы в пространстве. Между собой молекулы воды соединяются водородными мостиками. В силу полярности молекула воды способна притягиваться к молекулам других веществ, образуя комплексы.

Теплофизические и физические характеристики чистой воды изменяются при растворении в воде других веществ. Так, например, плотность воды, в 100 кг которой растворено Есего 1,5 кг NaCl, составляет 1,01-103 кг/м3, температура кипения 100,2° С.

Большую часть сухих веществ составляют углеводы, которые обусловливают вкусовые качества и консистенцию овощей и фруктов, а также технологические особенности их переработки. Картофель из углеводов содержит в основном крахмал, овощи и фрукты — моно- и дисахара: сахарозу, глюкозу, фруктозу .

Сахара в картофеле, как показали исследования М. Л. Фрумкина и Л. П. Ковальской, оказывают отрицательное влияние на качество продукта при сушке. Высокое содержание моносахаров в сушеном картофеле приводит к неферментативному потемнению, обусловленному реакциями меланоидинообразования (сахароаминные реакции).

Содержание Сахаров в картофеле зависит от условий его хранения. Так, хранение при низких (ниже 4° С) температурах приводит к накоплению в нем Сахаров за счет распада крахмала, и наоборот, при повышении температуры хранения (до 20° С) наблюдается ресинтез крахмала и уменьшение содержания Сахаров. На этом основан технологический прием акклиматизации картофеля перед обработкой в производстве сушеного картофеля и картофельной крупки.

Фрукты и ягоды как объекты сушки отличаются от овощей более длительным циклом высушивания, что объясняется следующими факторами: высоким содержанием Сахаров и наличием в сырье аминокислот, что затрудняет применение высоких температур сушильного агента во избежание сахароаминных реакций и карамелизации сахаров  наличием во многих видах плодового сырья пектиновых веществ, обладающих способностью связывать и удерживать влагу; наличием тонкой, прочной, малорастяжимой и маловлагопроницаемой кожицы, которая защищает поверхность от испарения.

Содержащиеся в фруктовом сырье белки и пектиновые вещества претерпевают биохимические и коллоидно-химические изменения, оказывающие влияние на гидрофильные свойства сушеных продуктов. Белки денатурируются и частично гидролизуются, несколько изменяется и аминокислотный состав высушенных фруктов. Из биологически активных веществ в овощах и фруктах содержатся водорастворимые витамины С, Р, РР и группы В (Bi, В2, В6 и др.) и жирорастворимые: провитамин А, витамины D, Е, К. Поскольку все они очень лабильны и чувствительны к изменению температуры и воздействию кислорода, это необходимо учитывать как при подготовке овощей и фруктов к сушке, так и в процессе сушки. Из органических кислот в овощах и фруктах наиболее распространены яблочная, лимонная, винная кислоты и их соли. Поскольку они легко растворяются в воде, при мойке (особенно очищенного и нарезанного сырья) наблюдается потеря этих ценных биологически активных веществ.

Содержание аскорбиновой кислоты, каротиноидов, других витаминов и некоторых полифенолов (катехинов и др.) в процессе сушки изменяется вследствие биохимического и химического распада.

Полифенолы составляют целый ряд соединений, являющихся производными фенола (С6Н5ОН). К ним относят дубильные вещества овощей и фруктов, катехины, красящие вещества, хлорогеновые кислоты, антоцианы и т. п. Типичным представителем полифенолов является витамин Р. Все эти вещества обладают высокой биологической активностью и играют определенную роль в образовании вкуса, запаха, цвета плодов и овощей [30], однако при технологической обработке полифенолы часто являются причиной ферментативного потемнения.

Содержание полифенолов,       мг/100 г продукта (в пересчете на эуюрогеновую кислоту)

Зеленая капуста    500—520

Цветная капуста    200—210

Краснокочанная капуста 260—430

Свекла          100—120

Лук     100—150

Зеленый горошек  62—68

Минеральные элементы, содержащиеся в овошах и фруктах, условно разделяют на две группы: макроэлементы (Са, Na, К, Mg, Fe, Р) и микроэлементы, содержание которых в этих продуктах равно или ниже 10_3% (Al, Mn, Ni, Сг, Zn, J и др.). В общей сложности их содержится в овощах и фруктах около 60.

При сушке почти все минеральные элементы овощей и фруктов сохраняются, что очень важно, так как они играют большую роль в питании. Во избежание потерь растворимых форм минеральных веществ нельзя очищенное и нарезанное сырье долго держать в воде.

Существенное значение для правильного построения процесса сушки имеет знание теплофизических характеристик овощей и фруктов. Этому вопросу посвящено много работ. По данным кафедры сушки Одесского технологического института пищевой промышленности им. М. В. Ломоносова, теплофизические характеристики овощей и фруктов соответствуют следующим значениям (табл. 1).

Полученные данные облегчают математическое описание процесса обезвоживания, помогают рассчитать и построить процесс, добиваясь возможно меньшего изменения нативных свойств овощей и фруктов, с учетом получения высоких технико-экономических показателей процесса сушки.

Как видно из изложенного, овощи и фрукты представляют собой сложные структурные тела, обезвоживание которых без потери пищевых качеств — нелегкая задача.