Технология производства пищевых порошков

О. А. Бывалец







            ТЕХНОЛОГИЯ
            ПРОИЗВОДСТВА ПИЩЕВЫХ ПОРОШКОВ




Учебное пособие




















Москва Вологда «Инфра-Инженерия» 2023

УДК 664.861:633
ББК 36.91

     Б95




Рецензенты:
доктор биологических наук, профессор, зав. кафедрой физиологии и химии Курской государственной сельскохозяйственной академии Г. Ф. Рыжкова;
доктор биологических наук, профессор кафедры биологии и экологии Курского государственного университета Т. А. Белова




    Бывалец, О. А.

Б95 Технология производства пищевых порошков : учебное пособие / О. А. Бывалец. - Москва ; Вологда : Инфра-Инженерия, 2023. - 148 с.: ил., табл.

          ISBN978-5-9729-1169-1


            Изложены теоретические основы и практический опыт технологии производства пищевых порошков из растительного и животного сырья, а также рассмотрены серьезные проблемы производства и хранения порошков. Затронуты вопросы по пищевой и биологической ценности пищевых порошков, содержанию аминокислот, витаминов, макро- и микроэлементов.
            Для студентов направления подготовки «Продукты питания из растительного сырья», «Продукты питания животного происхождения», а также может быть рекомендовано широкому кругу читателей.


                                                              УДК 664.861:633
                                                              ББК 36.91













ISBN 978-5-9729-1169-1

© Бывалец О. А., 2023
     © Издательство «Инфра-Инженерия», 2023
                            © Оформление. Издательство «Инфра-Инженерия», 2023

        ОГЛАВЛЕНИЕ


ПРЕДИСЛОВИЕ.....................................................4
ВВЕДЕНИЕ........................................................5
1. Некоторые свойства и особенности получения натуральных порошков 6
2. Применение порошков растительного сырья в производстве продуктов питания..........................12
  2.1 Физические и химические процессы, происходящие при производстве порошков...............................12
  2.2 Технологическая характеристика и требования к сырью при изготовлении порошков из овощей.....................16
3. Методы производства порошков из овощей.................22
  3.1 Метод прямой сушки..................................23
  3.2 Метод сушки из пюре.................................25
4. Применение порошков из овощей в кондитерском производстве при производстве конфет и мучных кондитерских изделий.........37
5. Производство пищевых порошков из бахчевых культур......40
6. Производство порошков из фруктово-ягодных и плодовых культур.49
7. Производство пищевого порошка из водорослей............67
8. Технология производства сухого молока и сухих молочных компонентов...............................................72
9. Технология производства лактозы........................80
10. Производство яичного порошка..........................85
11. Производство порошка из грибов........................95
КОНТРОЛЬНЫЕ РАБОТЫ........................................113
ЛАБОРАТОРНЫЕ РАБОТЫ.......................................116
ЗАКЛЮЧЕНИЕ................................................138
РЕКОМЕНДУЕМЫЙ СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...........................139
СЛОВАРЬ ТЕРМИНОВ И ОПРЕДЕЛЕНИЙ............................144

3

        ПРЕДИСЛОВИЕ



    Целью данного учебного пособия является закрепление студентами знаний, полученных в ходе освоения курса технологии продуктов питания, также оно является источником информации при изучении технологии производства пищевых порошков, углубленном и самостоятельном изучении предмета.
    В пособии рассмотрены различные схемы и способы производства пищевых порошков из сырья растительного и животного происхождения, грибов, водорослей, а также указаны перспективные направления применения пищевых порошков.
    Помимо теоретического материала в пособии представлены контрольные и лабораторные работы, а также вопросы и тесты для самоконтроля, что позволит читателям самостоятельно оценить свои знания.
    Пособие адресовано студентам и магистрантам, обучающимся по направлению подготовки «Продукты питания из растительного сырья», «Продукты питания животного происхождения». Оно может быть использовано не только как вспомогательный учебный материал, дополняющий знания, полученные на занятиях, но и как издание, направленное на самостоятельное изучение дисциплины.

4

        ВВЕДЕНИЕ



     Процесс производства и переработки пищевых порошков ставит перед технологами множество задач. Необходимо тщательно изучить и исследовать само

сырье, частицы полученных порошков, отследить процессы, происходящие в них с течением времени и при различных температурах, влажности и других параметрах. Как правило, порошки и изделия из них состоят и смеси нескольких компонентов, которые гидрофильны, непостоянны при внешних условиях, имеют биологическую активность (микроорганизмы и энзимы), подвержены окислению. В связи с этим производство качественных пищевых порошков является достаточно сложным процессом.
    Создание порошковой отрасли в России направлено на подъем сельскохозяйственного производства - повышение переработки сельскохозяйственного сырья, сокращение потерь продукции сельского хозяйства, повышение качества продуктов питания. Основная задача производства пищевых порошков из овощей, фруктов и другого сырья - наиболее полная и безотходная переработка с максимально возможным сохранением входящих в его состав витаминов, макро- и микроэлементов, пектинов и других биологически активных веществ.
    Рациональная переработка сырья, соблюдение установленных режимов технологической обработки при обезвоживании и изготовлении порошков позволяют максимально сохранить в них питательные вещества, биологическую активность, а также увеличить их калорийность и биологическую ценность. Порошковые технологии позволяют получать изделия с заранее заданными химическими свойствами и составом - продукты функционального питания, лечебнопрофилактической направленности. Пищевые порошки содержат сухое вещество сырья в легкоусвояемой форме и в оптимальных для организма человека соотношениях.

5

        1. НЕКОТОРЫЕ СВОЙСТВА И ОСОБЕННОСТИ ПОЛУЧЕНИЯ НАТУРАЛЬНЫХ ПОРОШКОВ

    Последние годы характеризуются бурным развитием производства и потребления порошков, используемых как при изготовлении напитков и кондитерских изделий, так и при производстве мясных полуфабрикатов. Производят порошки из чеснока; винограда или его выжимок; цельной тыквы, арбуза или цельной дыни - где в порошок идет весь плод без каких-либо отходов; порошки из мёда, кофе, цельного молока; порошки из мяса вареного или сырого, используемые в дальнейшем для приготовления пищевых полуфабрикатов и готовых продуктов.
    При производстве пищевых порошков используются различные методы и оборудование, но наибольшее распространение как в России, так и за рубежом получило производство пищевых порошков с помощью распылительной сушки.

    Свойства порошков
    Многие из пищевых порошков производятся путем выпаривания жидкости. Однако в процессе сушки порошок, как правило, образует агрегаты. Из-за содержания соли, белков, жира и других пищевых компонентов процесс сушки порой сложно спрогнозировать и трудно реализовать в больших сушилках. Проявление липких свойств в процессе высыхания и гидроскопичность получаемых порошков определяется методом проб и ошибок в процессе испытаний. Поэтому в процессе производства пищевых порошков в первую очередь необходимо глубокое понимание процесса их сушки. Текучесть порошков также вызывает много проблем, поскольку моделирование и управление свойствами текучести также слабо изучены.
    Некоторые из компонентов продовольственных продуктов (а также многие фармацевтические изделия) потенциально являются вредными для людей. Например, ферменты, которые используются как добавки в производстве продуктов питания, могут вызывать аллергические реакции при вдыхании, так как превращаются в пылевидное состояние при высыхании. В настоящее время все продовольственные продукты измельчаются по технологиям, обеспечивающим минимальное загрязнение помещений и гарантирующим безопасную обработку. Для эффективного обеспечения безопасности необходимы очень чувствительные методы анализа, чтобы определить формирование частиц ферментной пыли в процессе переработки, а также создание приборов и методов, способных определять минимальные концентрации пыли и ее активность.


6

    Как правило, порошки являются самостоятельным видом продовольственного продукта или компонентом смеси. Однако с помощью пищевых порошков возможно покрытие пищевых продуктов, гранул с целью предотвратить порчу, снижение качества произведенных продуктов под воздействием внешней среды, например, окисление кислородом воздуха или повышение влажности. Толщина покрытия часто является минимальной, но является достаточной для гарантирования безопасности качества изделия, а устройства, обеспечивающие эффективность нанесения этих покрытий, приборы для контроля толщины, равномерности слоя этих покрытий, способные контролировать и находить бракованные, являются дорогостоящими или иногда отсутствуют вообще.

    Производство порошков с «живыми» организмами
    При производстве некоторых продуктов необходимы живые организмы, например, дрожжи (хлеб, вино, пиво), молочно-кислые бактерии (йогурт, сыр и пробиотики). Живые организмы высушиваются для обеспечения им стабильных качеств при хранении. Стабильность хранения очень важна, так как не всегда возможно расположить производство максимально близко к местам потребления. Таким образом, живые организмы высушиваются в определенных местах, а транспортируются в другие места, где они могут храниться еще дольше (до 2 лет), прежде чем будут использованы. Поэтому необходимы тщательные и множественные исследования в области обезвоживания живых микроорганизмов. Необходимо точно контролировать процесс потери влаги во время сушки и хранения, а также процессы последующего восстановления высушенных живых организмов. Эти процессы требуют большой исследовательской работы. В настоящее время имеется не так много приборов и датчиков, которые управляют и контролируют протекание процессов производства.
    Работы по совершенствованию приборов контроля помогут специалистам управлять процессами при производстве пищевых порошков с целью обеспечения их лучшего качества. Так как все большее число продуктов питания перерабатывается в порошки и производится из порошков, технологии, оборудование и совершенные приборы должны обеспечивать достаточно точно не только степень измельчения, но и такие параметры, как плотность, форма, толщина и прочность покрытий.
    Пищевые порошки - это порошки, которые должны содержать живые организмы, ферменты, витамины, аромат, вкус и т. д. А это значит, что эти качества и свойства в процессе их производства должны быть максимально сохранены. Чтобы улучшить производство порошков, необходимы приборы, кото

7

рые могут контролировать процессы непрерывно и добиваться оптимальных параметров сушки, сыпучести, содержания ферментов, качества напыления и т. д.
    При производстве порошков одним из важных свойств является способность готовых порошков впитывать воду из окружающей среды с изменением своих физических и потребительских свойств. Используя знания о гигроскопичности порошков, специалисты определяют и поддерживают наиболее оптимальные условия их использования и хранения.
    Гигроскопичность - свойство некоторых веществ, особенно пористых и порошкообразных, поглощать водяные пары из воздуха. Поглощение гигроскопической воды есть особая форма взаимодействия между веществами и водой, составляющая переход от прилипания к растворению. Связь между водой и гигроскопическим телом такова, что разделить их возможно, только превращая гигроскопическую воду в пар (нагревая, как правило, до 100 °С). Если такое нагревание недопустимо, то влажное тело необходимо поместить в сухую атмосферу, а лучше еще и разреженную. Поглощение воды порошками зависит не только от природы сырья, но и от величины его поверхности, температуры и влажности воздуха. Чем рыхлее и чем ниже температура и влажнее воздух, тем больше происходит поглощение воды. Вещество, содержащее гигроскопическую воду, как правило, не кажется влажным на ощупь, по внешнему виду практически ничем не отличается от сухого и иногда кажется достаточно сухим. Однако в некоторых случаях, поглощая влагу, вещества или сырье достаточно сильно изменяют свой вид и объем: разбухают, становятся сырыми (сахар), а иногда растекаются, образуя раствор.
    О гигроскопичности вещества и количестве поглощенной воды делают вывод по потере веса тела при высушивании его нагреванием в сушильном шкафу, также можно поместить его в емкость, открытую с обоих концов, пропуская над ним сухой воздух (можно также при нагревании). Известно множество гигроскопических веществ различной химической природы - оксид кальция, сернокислые соли алюминия - жженые квасцы, сорбит, молочная кислота, лактат натрия, мочевина, аминокислоты, сахара (например, олигоглюкозил-фрутозиды, олигосахариды). В связи гигроскопичностью хранить эти вещества необходимо в идеально запечатанной таре или эксикаторах.
    Влияние влажности, находящейся в окружающей среде, на вещества и сырье определяют с помощью коэффициента гигроскопического расширения (КГР) или коэффициента гигроскопического сжатия (КГС). В результате поглощения влаги происходит изменение многих физических и порой химических свойств порошков.
    Явление гигроскопичности определено растворимостью порошка в воде. Механизм можно представить схемой - происходит адсорбция молекул воды

8

поверхностью частиц, а затем капиллярная конденсация в пористом веществе. При этом поверхность частиц должна быть гидрофильной. На этом явлении основаны способы увеличения или уменьшения гигроскопичности порошков (при-минение ПАВ). В результате обработки поверхности частиц порошка она становится гидрофобной, а порошок - менее гигроскопичным.
    Порошки растительного происхождения обладают очень высокой гигроскопичностью. Гигроскопичность порошков не всегда одинакова и зависит (при постоянной температуре, давлении и скорости движения окружающего воздуха) от давления водяного пара в окружающем воздухе и давления пара над частицами порошка.
    Давление пара над частицами порошка - это давление пара насыщенного раствора данного вещества, образующегося в виде тончайшей пленки на каждой частице. Величина его изменяется при постоянных физических условиях в зависимости от относительной влажности воздуха. В связи с этим различают следующие понятия: влажность и влагосодержание.
    Влажность - это отношение массы влаги в веществе ко всей массе вещества.
    Влагосодержание - это отношение массы влаги в веществе к массе абсолютно сухого вещества.
    Между водяными парами в воздухе и водяными парами около частиц порошка устанавливается обмен, выражающийся в том, что пар из воздуха оседает на частицах, а пар из частиц уходит в окружающий воздух. Интенсивность этого процесса может быть неодинаковой. Если давление пара в воздухе выше, чем давление над частицами, то последние в единицу времени могут получать влаги больше, чем отдавать в атмосферу, поэтому происходит отсыревание. В обратном случае происходит высыхание. При одних и тех же условиях одни вещества будут отсыревать, другие останутся сухими.

    Поглощение влаги плодово-ягодными порошками
    Наиболее интенсивное поглощение влаги порошками происходит в первые часы, причем большая величина относительного привеса массы отмечена у порошков клюквы, калины и брусники. Порошки из выжимок калины, черноплодной рябины, косточки винограда менее гигроскопичны, что обусловлено, по-ви-димому, особенностью их химического состава, структурой и размером частиц. В последующие сутки количество поглощенной воды увеличивается. При этом порошки из целых плодов комкуются, частично теряют сыпучесть, в то время как порошки из выжимок сохраняют свои физические свойства неизменными. В условиях относительной влажности воздуха 70 % равновесная влажность устанавливается на 4-е сутки.

9

    Яичные и молочные порошки также сильно поглощают влагу. Они интенсивно поглощают воду из воздуха, в результате качество их резко снижается. В них образуются крупинки и комки. Ухудшаются органолептические показатели (вкус и запах). Также отрицательно влияют на качество кислород воздуха и свет.
    Большой гигроскопичностью обладают также тонкомолотые порошки и порошки морских водорослей (ламинарии, фукуса и др.).
    Молотые порошки какао и кофе в меньшей степени способны поглощать влагу, скорее всего вследствие высокого содержания в них жира. Однако они тоже сорбируют влагу из воздуха, в результате снижается срок их хранения и ухудшаются органолептические показатели (очень быстро снижается аромат, специфичный для каждого из данных порошков).
    Чрезвычайно высокой гигроскопичностью обладают растворимые порошки, например кофе и цикория. Порошок цикория настолько сильно адсорбирует влагу, находящуюся в воздухе помещения, что уже через несколько часов превращается в смолоподобное вещество. Для работы с такими порошками требуется поддерживать температуру воздуха в местах переработки не выше 15 градусов и относительную влажность не выше 45-50 %.
    Влажные пищевые порошки быстро плесневеют. Срок хранения пищевых порошков напрямую зависит от следующих факторов:
    -  уровня микробиологического заражения готового порошка (он не является нулевым при любом уровне санитарного обеспечения предприятия);
    -  температуры хранения (рекомендуемая температура - комнатная, но ниже 20оС);
    -  относительной влажности воздуха (рекомендуемая влажность - 65-75 %);
    -  содержания влаги в готовом продукте (рекомендуемая влажность -2-4 %).
    В результате длительного нахождения сыпучих материалов в неподвижном состоянии сыпучие материалы теряют способность течь и могут превратиться в монолит. Особый вред слеживание оказывает при хранении муки, сахара, крахмала, дрожжей и других пищевых масс.
    Количественно этот процесс (потеря сыпучести) можно характеризовать прочностью слежавшегося материала на разрыв. Она равна прочности индивидуальных контактов, умноженной на их число, в расчете на единицу поверхности сыпучих материалов.
    При слеживании одновременно происходят два процесса:
    -  увеличение числа контактов в результате постепенного проникновения мелких частиц между крупными частицами;

10

    -  увеличение прочности контактов вследствие заполнения имевшихся пустот. В результате повышается прочность слеживающейся массы, что в итоге приводит к полной потере ее подвижности.
    Растворимые в воде порошки особенно сильно слеживаются при увлажнении и последующем высушивании, так как при достижении высокой влажности образуется «сцепка» между частицами порошка. Потеря, сыпучести порошков при хранении в емкости происходит за счет увеличение площади контакта между частицами под тяжестью вышележащих слоев в результате их пластической деформации.
    Существуют активные и пассивные способы предупреждения слеживания:
    -  воздействие на сыпучую пищевую массу до начала слеживания (активный);
    -  возвращение слежавшемуся продукту исходной текучести или уменьшение отрицательного влияния слеживания (пассивный).
    Предотвращают слеживание обычно следующим:
    -  гигроскопичным порошкам «придают» гидрофобные свойства, обрабатывая частицы ПАВ;
    -  вводят высокодисперсные нерастворимые в воде добавки;
    -  герметизируют емкости для хранения порошков;
    -  ограничивают сроки хранения и др.

11