Интенсификация процессов обработки орехов (фундук) в поле ИК лучей

Intensification of processing processes nuts (hazelnut) in the infrared ray field


УДК 664

24.07.2017
 321

Выходные сведения:
Микаберидзе М.Ш. Интенсификация процессов обработки орехов (фундук) в поле ИК лучей // Аэкономика: экономика и сельское хозяйство, 2017. №7 (19). URL: http://aeconomy.ru/science/agro/intensifikatsiya-protsessov-obrabot/

Авторы:
Микаберидзе Малхаз Шотаевич
Академический доктор технических наук, профессор. Государственный Университет Акакия Церетели, департамент Технологии Субтропических Культур. (4600 Грузия, г. Кутаиси. пр. И. Чавчавадзе д.25, кВ. 33(место проживания в данный момент); место прописки - Тержольский р-н, село: Накширгеле). e-mail: Malkhazi.Mikaberidze@mail.ru .

Authors:
Mikaberidze Malkhaz Shotaevich
Academic Doctor of Technical Sciences, Professor. Akaki Tsereteli State University, Department of Subtropical Cultures Technology. (4600 Georgia, c. Kutaisi. I. Chavchavadzehr.25, f. 33(Place of residence at the moment); Place of residence - Terzholsky r-n, village: Nakshiregele. e-mail: Malkhazi.Mikaberidze@mail.ru .

Ключевые слова:
сушка, бланширование, термическая обработка, обжарка, инфракрасные лучи

Keyword:
drying, blanching, heat treatment, roasting, infrared rays

Аннотация: 

Да­н­н­ая статья посвящена инт­ен­си­фи­ка­ции процессов термической обработки орехов (фундук) в поле инфракрасных (ИК) лучей. С этой целью на­ми были внесены изменения в классических технологических схемах переработки орехов. В частности, термические процессы (сушка, бланширование, обжарка) были заменены энергией ИК лучей. Провед­енные мно­гочис­лен­ные эксперим­енты по пред­ва­рит­ельно состав­лен­ной программе и метод­ике сви­де­тельствуют о целесообра­зно­сти и перспекти­вно­сти термической обраб­отки орехов в поле ИК лучей. Выявлены осно­вные факторы процессов термической обработки  орехов: рас­стоян­ие между сырьем и ИК гене­рат­ора­ми,толщина слоя, продо­лжит­ельность процесса, вид облуч­ен­ия (двух­сторон­н­ий, не­прерывный), температура сырья. Ус­та­но­влены их опти­мальные техно­логич­еские режимы.



Annotation: 

This work is devoted to the intensification of the processes of thermal processing of nuts in the field of infrared (IR) rays. To this end, we have made changes in the classic technological schemes nut production. In particular, the thermal processes (drying, blanching, roasting) were replaced by the energy of infrared rays. The numerous experiments carried out on the previously prepared program and methodology indicate the expediency and prospects of thermal processing of nuts in the field of infrared rays; Identified the main factors of the thermal processing of nuts, distance between raw materials and IR generators, layer thickness, process time, type of irradiation, temperature of raw material, established their optimal technological regimes.



Интенсификация процессов обработки орехов (фундук) в поле ИК лучей


Введение

В мире с точки экономического значения интерес к орехам постоянно растет. За высокую питательную ценность ему в здоровом питании уделяется важная роль. Ореховые плоды характеризуется долгой транспортабельностью и ёмким хранением. Они богаты белками, жирами, кислотами, витаминами, минералами и не содержат холестерин. Орехи широко используются в пищевой промышленности, а именно в кондитерском производстве, в различных ассорти пищевых продуктов, в производстве детского питания и т. д. Ореховое масло используются в медицине, в парфюмерии, в живописи и производстве лакокрасочных материалов. Вторичные материальные ресурсы орехового производства используются в живописи (уголь), в поверхностной облицовке различных предметов, а древесина - наилучшее сырье для производства мебели. Кора и листья богаты танинами. В то же время, кустарники ореха являются лучшими декоративные и антиэрозийные растениями [2, 12, 13, 14, 19, 22, 24, 25].

Переработка орехов интересна тем, что это практически безотходное производство. Все виды продуктов, полученные после переработки орехов, подлежат реализации. 

Первый этап обработки орехов включает: очищение от скорлупы и незамедлительная сушка до желаемой влажности. Но надо учитывать следующие факторы: первичная обработка орехов - процесс сушки должен осуществляться до конечной влажности 10-12 %. Партия орехового сырья включает в себя: одну и ту же группу, класс, породу, калибр, время сбора урожая орехов. Категорический запрещено смешивание собранного урожая различных годов. С точки зрения экономических и качественных показателей целесообразна сушка орех в естественных условиях – сушка на солнце с применением двух методов: с ферментацией и без ферментации. Тем не менее, следует отметить, что эти методы сушки в целом зависят от естественных климатических  условий, продолжительность сушки (4-6 дней) - трудоемкая, требует больших специальных производственных площадей, систематического контроля, человеческих ресурсов, риска повышенной потери сырья (20-25%) и т. д. [4, 7, 9, 17, 18, 21, 26].   

На сегодняшний день широко распространены два этапа классической переработки  орехов, которые представлены на рисунке 1, 2 [15, 16].

   


рис. 2 Второй этап переработки орехов (фундук)

                                                                                                         

 

рис. 2 Второй этап переработки орехов (фундук)

        Целью да­н­ной работы являлось ус­та­но­влен­ие возможно­сти и эффекти­вно­сти процесса термической обработки орехового сырья в поле ИК лучей, на­у­чное ут­вержд­ен­ие па­раметров и режимов да­н­ных процессов.

      Обраб­отка ИК из­луч­ен­ием имеет большие преи­мущ­ества перед дру­ги­ми способа­ми эне­ргоподв­ода, в час­тно­сти: зн­а­чит­ельный рост инт­ен­си­вно­сти процесса; специ­фическое воздействие на прод­укт; мак­си­мал­ьное сохра­н­ен­ие цен­ных веществ сырья в обра­бат­ываемом прод­укте; Ув­елич­ен­ие сроков хра­н­ен­ия прод­ук­та; и т. д.[1, 3, 5, 6, 8, 10, 11, 20, 23]. 

Методы и исследования

         С целью ус­та­но­влен­ия опти­мал­ьных режимов термической обработки орехов ИК лу­ча­ми были провед­ены мно­гочис­лен­ные эксперим­енты по пред­ва­рит­ельно состав­лен­ной программе и метод­ике (На базе Государственного Университета Акакия Церетели – Аграрный факультет, 2015-2016 гг). Выявлены осно­вные факторы термических процессов и взаимосвязь между ними. В частности: плотность облуч­ен­ия, P (вт/м2), рас­стоян­ие между сырьем и ИК гене­рат­ора­ми, H (см), толщина слоя материала δ (см), продо­лжит­ельность процесса,  τ (сек), температура процесса, T (0C), темпера­ту­ра образ­ца t (0C), метод облучения (односторонний, двухсторонний, непрерывный) и т. д.

        При ус­та­но­влен­ии опти­мал­ьного зн­ач­ен­ия какого-либо па­рам­етра процесса остал­ьные па­раметры им­ели постоян­ные вели­чи­ны (p=const, H и δ переменная; H=const, p и δ переменная; δ=const, p и H переменная).

         На основании метод­и­ки бра­ли 100 г сырья и с целью термической обраб­отки вно­си­ли в за­ра­нее нагретую в лаб­орат­орную камеру. Процесс сушки целых орехов продо­лжа­ли так, что образцы не нагревались выше темпера­ту­ры  48…50 0C. Опти­мал­ьной темпера­турой термической обраб­отки были при­няты – 60…65 0C. Эксперим­енты провод­и­ли в трех фазах. После окончания одной фазы сырье охлаждали естественно до температуры окружающей среды (23-25 0C) и только после этого приступали к следующей фазе сушки (табл. 1).

таблица 1

фазы экспериментов

Фазы сушки

плотность облуч­ен­ия, P, Вт/м2

рас­стоян­ие между сырьем и ИК гене­рат­ора­ми, H, см

Толщина слоя материала

 δ см

продо­лжит­ельность процесса, τ, сек

темпера­ту­ра образ­ца, t, 0C

I

0,35

20

4-6

60...70

48...50

II

0,35

20

4-6

80...90

48...50

III

0,35

20

4-6

100...110

48...50


 

Для определения оптимальных параметров бланширования орехов ИК лучами режим термической обраб­отки проводили при температуре 80…85 0C. На основании метод­и­ки бра­ли 100 г сырья и с целью термической обраб­отки вно­си­ли в за­ра­нее нагретую лаб­орат­орную камеру. Процесс бланширования продо­лжа­ли до тех пор, пока орехи не становилось органолептически вялыми. Эксперим­енты провод­и­ли в трех ва­ри­а­н­тах (табл. 2).

Для определения оптимальных параметров обжарки орехов ИК лучами режим термической обраб­отки проводили при температуре 90…95 0C. На основании метод­и­ки бра­ли 100 г сырья и с целью термической обраб­отки вно­си­ли в за­ра­нее нагретую лаб­орат­орную камеру. Процесс обжарки продо­лжа­ли до тех пор, пока конечная влажность массы не опускалась от 18…20% до 5-7%. Эксперим­енты провод­и­ли в трех ва­ри­а­н­тах (табл. 3).      

таблица 2

Варианты экспериментов

ва­ри­а­нты

плотность облуч­ен­ия, P, Вт/м2

рас­стоян­ие между сырьем и ИК гене­рат­ора­ми, H, см

Толщина слоя материала

δ см

продо­лжит­ельность процесса, τ, сек

темпера­ту­ра образ­ца, t, 0C

I

0,25...0.30

10

5-7

58...60

72..75

II

0,40...0.45

20

5-7

35...45

72..75

III

0,50...0.55

30

5-7

50...54

72..75


таблица 3

Варианты экспериментов

ва­ри­а­нты

плотность облуч­ен­ия, P, Вт/м2

рас­стоян­ие между сырьем и ИК гене­рат­ора­ми, H, см

Толщина слоя материала

δ см

продо­лжит­ельность процесса,τ , сек

Начальная материала

W1, %

Конечная влажность материала

W2, %

I

0,35...0.40

10

4-6

70...74

18...20

5...7

II

0,45..0.50

20

4-6

45...50

18...20

5...7

III

0,50...0.55

30

4-6

125...135

18...20

5...7


 

Результаты

          Целью да­н­ной работы являлось ус­та­но­влен­ие возможно­сти и эффекти­вно­сти процесса термической обработки орехового сырья в поле ИК лучей, на­у­чное ут­вержд­ен­ие па­раметров и режимов да­н­ных процессов.

         Выявлены осно­вные факторы и взаимосвязь процессов термической обработки  орехов (фундук) в поле ИК лучей:

        - Плотность облуч­ен­ия (P, квт/м2), рас­стоян­ие между сырьем и ИК гене­рат­ора­ми (H, см), толщина слоя ( δ , см), продо­лжит­ельность процесса ( τ, сек), влажность материала (W, %), вид облуч­ен­ия (двухсторон­н­ий, односторонний, не­прерывный), температура сырья (T, 0C);

          Ус­та­но­влены опти­мал­ьные техно­логич­еские режимы обработки орехового сырья в поле ИК лучей:

Процесс сушки орехового сырья:

–       I фаза: P=0.35 квт/м2,  H=20 см ,  δ =4-6 см, τ = 65 сек, T=50 0C, облуч­ен­ие - двух­сторон­н­ее, не­прерывное;

–       II фаза: 0.35 квт/м2, 20 см ,  4-6 см, 85 сек, T=50 0C, облуч­ен­ие - двух­сторон­н­ее, не­прерывное; 

–       III фаза: 0.35 квт/м2,  20 см ,  4-6 см, 105 сек, T=50 0C, облуч­ен­ие - двух­сторон­н­ее, не­прерывное; 

Процесс бланширования орехового сырья:

P=0.45 квт/м2,  H=20 см ,   δ = 5-7 см, τ = 40 сек, T=75 0C, облуч­ен­ие - двух­сторон­н­ее, не­прерывное;

Процесс обжарки орех:

P=0.45 квт/м2,  H=20 см ,  δ =4-6 см,  τ = 130 сек, T=95 0C, облуч­ен­ие - двух­сторон­н­ее, не­прерывное;

Выводы

Предлагаемый нами технологический метод термической обработки орехового сырья – сушка, бланширование и обжарка в поле ИК лучей целесообра­зен­ и перспективен. Интенсивность процессов увеличивается 10-раз и более по сравнению с существующими методами обработки орехового сырья; снижаются потери сырья; процессы становятся легко управляемыми; улучшаются условия труда.

 


Библиографический список


1. Ми­каб­ери­дзе М. Ш. Процессы и ма­ши­нно-ап­па­ра­тные системы пищевых произ­водств. Учебн­ик. Изд­-во - Государственный Ун­ив­ерситет Ака­кия Церетели, Ку­та­и­си, 2015. 492 ст. (на гру­зи­нском языке);
2. Ми­каб­ери­дзе М. Ш., Кинцурашвили К. M. Технология и технологическое оборудование сушки плодов и овощей. Учебн­ик. Изд­-во - Государственный Ун­ив­ерситет Ака­кия Церетели, Ку­та­и­си, 2014. 300 ст. (на гру­зи­нском языке);
3. Микаберидзе. М. Ш. Основы теплотехники. Учебн­ик. Изд­-во Государственный Ун­ив­ерситет Ака­кия Церетели, г. Ку­та­и­си, 2015 г. 272 с.
4. Микаберидзе. М. Ш. Интенсификация процессов сушки, бланширования и обжарки орехового сырья. Сборник трдов международной научно-практической интернет конференции „Современные проблемы экологии“. Сборник трудов. Изд­-во Государственный Ун­ив­ерситет Ака­кия Церетели, Ку­та­и­си 2017. с.200-204. (на гру­зи­нском языке);
5. Микаберидзе М. Ш., Кинтсурашвили К. М. Интенсификация технологических процессов производства низкокалорийных диетических цитрусовых цукатов и функциональных добавок // Аэкономика: экономика и сельское хозяйство, 2017. №6 (18). URL: http: // aeconomy .ru /science /agro /intensifikatsiya-tekhnologicheskikh/
6. Ми­каб­ери­дзе М. Ш., Арабидзе Ц. В. Обработка винматериалов инфракрасными лучами. Монография. Изд-во "МБМ-Полиграф", Кутаиси. 2013. 184 ст. (на гру­зи­нском языке);
7. Ми­каб­ери­дзе М. Ш. Реконструкция амортизированных пищевых предприятии на территории Абхазии. Монография. Изд–во “Хандзта“. Кутаиси 2012 г. 100 ст. (на гру­зи­нском языке);
8. Беляева С. С., Демидов С. Ф., Вороненко Б. А. Оптимизация процесса инфракрасной сушки с электроподводом зародышей пшеничных. Естественные и технические науки; Москва 2012.- Вып.№1. - с. 433-436;
9. Влащик Л. Г. Технологическая оценка различных сортов фундука для переработки на предприятии ЗАО "Орехпром" Текст./ Л. Г. Влащик, А. А. Хашир // Политематический сетевой электронный научный журнал КубГАУ, №02(18), 2006/ http://ej. kubagro. Ru;
10. Гинзбург А. С. Инфракрасная техника в пищевой промышленности Текст. / А. С. Гинзбург. — М.: Пищевая промышленность, 1966. 408 с.
11. Епифанов А. Д. Энергосберегающие методы и средства в технологии сушки отходов кедровых шишек инфракрасным излучением. Автореферат. Иркутск, 2002.;
12. Ласареишвили Л. Н. Орехоплодные культуры. Opex(J. regia), фундук(С. avellana) в Грузинской ССР Текст./ Л.Н.Ласареишвили /Изд-во тбилисского ун-та.-Тбилиси, 1985 .-299 с.;
13. Муратов В. А. Биохимическая характеристика орехов фундука и обоснование их применения при получении пищевых продуктов и биологически активных добавок. Автореферат Краснодар, 2008;
14. Плаксин Ю. М. Производство и применение пищевых добавок из растительного сырья Текст./ Ю. М. Плаксин, С. Я.;Корячкина. М.: изд. комплекс МГУПП, 2003. - 136 с.;
15. Силагадзе М. А. Культура ореха в Западной Грузии и перспективы ее промышленного использования Текст./М. А. Силагадзе, И. О. Берулава, А. В. Иобидзе // Пищевая промышленность.-2005.-№8.-С. 136-137.;
16. Силагадзе М. А. Иобидзе А. В. Технология комплексной переработки ореха (фундука). Журнал-Хранение и переработка сельхозсырья. Издательство "Пищевая промышленность" ;(Москва); ISSN:2072-9669;
17. Ткаченко З. Н. Некоторые особенности фундука в прикубанской зоне садоводства Текст./ З. Н. Ткаченко.- Краснодар: КубГАУ, 2001. 85 с.;
18. Ядров А. А. и др. Орехоплодные и субтропические плодовые культуры. Симферополь: Таврия, 1990.— 160 с;
19. Agricultural Statistics Board, USDA. "Noncitrus Fruits and Nuts 2007 Summary", July 2008, retrieved 2011-12-19;
20. Department of Mechanical Engineering University of Hong Kong. Accelerated Drying of Welsh Onion by Far Infrared Radiation under Vacuum Conditions, Journal of Food Engineering, 2002, 55: 47–156;
21. Kathiravan Krishnamurthy, Harpreet Kaur Khurana, Jun Soojin, Joseph Irudayaraj Infrared Heating in Food Processing. ISI Journal Citation Reports © Ranking: 2016: 3/129 (Food Science & Technology);
22. Labell F. M. Hazelnut paste provides sweet, delicate flavor Text./F.M. Labell //Food Processing USA.- 1983.- Vol. 44.- P. 80.;
23. Infrared Heating in Food Drying. Journal Drying Technology An International Journal 33, 2015 P. 322-335;
24. Fellows P. Food processing technology. Principles and Practice. Second Edition Midway. Technology and Visiting Fellow in Food Technology at Oxford Brookes University. Published by Woodhead Publishing Limited Abington Hall, Abington Cambridge CB1 6AH, England. 590 p;
25. Villarroel M. Characterization of Chilean hazelnut sweet cookiesText./ M. Villarroel, E. Biolley, S. Bravo, P. Carrasco, P. Rios//Plant Foods for Human Nutrition.- 1993.- Vol. 43.- P.279-285.
26. Ахтямов М.К., Лихолетов В.В. Предпринимательство и трансфер новых технологий. Теория решения изобретательских задач как основа трансфера знаний в предпринимательской экономике инновационного типа // Российское предпринимательство. 2009. № 2-1. С. 59-64.


References


1. Mikaberidze M. Sh. Kintsurashvili K. M. Technology and technological equipment for drying fruits and vegetables. Textbook. publishing house - Akaki Tsereteli State University, Kutaisi, 2014. 300 p. (In Georgian);
2. Mikaberidze M.Sh. Processes and machine-instrumental system of food production. Textbook. publishing house - Akaki Tsereteli State University, c. Kutaisi, 2015 y. 492 p. (In Georgian);
3. Mikaberidze M. Sh. Fundamentals of Thermal Engineering. Textbook. publishing house - Akaki Tsereteli State University, c. Kutaisi, 2015 y. 272 p. (In Georgian);
4. Mikaberidze M. Sh. Intensification of processes of drying, blanching and roasting of walnut raw materials. Collection of trdov international scientific and practical conference „Modern problems of ecology". National Scientific Academy of Ecology of Georgia, Kutaisi 2017 . pp. 200-204. (In Georgian);
5. Mikaberidze M. Sh. Kintsurashvili K. M. Intensification of technological processes of production of low-calorie dietary citrus fruits and functional additives. Aekonomika: Economics and Agriculture, Electronic Scientific Journal. 2017. №6 (18). URL: http://aeconomy.ru/science/agro/intensifikatsiya-tekhnologicheskikh/;
6. Mikaberidze M. Sh. Arabidze C. B. Machining of wine materials with infrared rays. Monograph. Publishing house "MBM-Polygraph" Kutaisi. 2013. 184 p. (In Georgian);
7. Mikaberidze M. Sh. Reconstruction of amortized food predprejatii in the territory of Abkhazia. Monograph. Ed. “KHANDZTA”. Kutaisi, 2012 y. 100 p. (In Georgian);
8. Belyaeva SS, Demidov SF, Voronenko BA Optimization of the process of infrared drying with electrical supply of wheat germs. Natural and technical sciences; Moscow 2012.- Issue №1. - from. p.433-436;
9. Vlashchik L.G. Technological evaluation of various hazelnut varieties for processing at the Orekhprom enterprise. Text / LGVlaschik, AAHashir // Polytematic network electronic scientific journal KubGAU, №02 (18), 2006 / http: // ej. Kubagro. Ru;
10. Ginzburg A. S. Infrared technology in the food industry Text. A. S. Ginzburg. - Moscow: Food Industry, 1966. 408 p.;
11. Epifanov, Alexander Dmitrievich Energy-saving methods and means in technology of drying cedar cone waste with infrared radiation. Abstract. Irkutsk, 2002;
12. Lasareishvili L.N. Walnut cultures. Opex (J. regia), hazelnuts (C. avellana) in the Georgian SSRTekst. / L.N. Lazareishvili / Tbilisi University Publishing, Tbilisi, 1985.-299 p.;
13. Muratov, Vyacheslav Alexandrovich. Biochemical characteristics of hazelnuts and the rationale for their use in the preparation of food products and biologically active additives. Abstract of Krasnodar, 2008;
14. Plaksin Yu. M. Production and use of food additives from plant raw materials Text. / Yu. M. Plaksin, S. Ya. Koryachkina. Moscow: ed. Complex MGUPP, 2003. - 136 p.;
15. Silagadze M.A. Nut culture in Western Georgia and prospects for its industrial use Text / M.А.Silagadze, I.O.Berulava, A.V. Iobidze // Food Industry.-2005.-No. 8.-S. p.136-137.;
16. Silagadze M. A. Iobidze A. V. Technology of complex processing of walnut (hazelnut). Magazine-Storage and processing of agricultural raw materials. Publisher: Izdatelstvo "Food Industry" (Moscow). ISSN: 2072-9669;
17. Tkachenko Z.N. Some features of hazelnut in the Kuban zone of gardening Text. / Z.N. Tkachenko.- Krasnodar: KubGAAU, 2001. 85 p.;
18. Yadrov AA et al. Ore-fruit and subtropical fruit crops. Simferopol: Tavria, 1990.- 160 p.;
19. Agricultural Statistics Board, USDA. "Noncitrus Fruits and Nuts 2007 Summary", July 2008, retrieved 2011-p.12-19;
20. Department of Mechanical Engineering University of Hong Kong. Accelerated Drying of Welsh Onion by Far Infrared Radiation under Vacuum Conditions, Journal of Food Engineering, 2002, 55: p.47–156;
21. Kathiravan Krishnamurthy,Harpreet Kaur Khurana,Jun Soojin, Joseph Irudayaraj Infrared Heating in Food Processing. ISI Journal Citation Reports © Ranking: 2016: 3/129 (Food Science & Technology);
22. Labell F.M. Hazelnut paste provides sweet, delicate flavor Text./F.M. Labell. Food Processing USA.- 1983.- Vol. 44.- p. 80.;
23. Muhmmed Hussain Riadh Infrared Heating in Food Drying. Journal - Drying Technology An International Journal 33, 2015 p. 322-335;
24. Fellows. P. Food processing technology. Principles and Practice . Second Edition Midway. Technology and Visiting Fellow in Food Technology at Oxford Brookes University. Published by Woodhead Publishing Limited Abington Hall, Abington Cambridge CB1 6AH, England. 590 p;
25. Villarroel M. Characterization of Chilean hazelnut sweet cookiesText./ M. Villarroel, E. Biolley, S. Bravo, P.Carrasco, P. Rios.Plant Foods for Human Nutrition.- 1993.- Vol. 43.- p.279-285.
26. Ahtjamov M.K., Liholetov V.V. Predprinimatel'stvo i transfer novyh tehnologij. Teorija reshenija izobretatel'skih zadach kak osnova transfera znanij v predprinimatel'skoj jekonomike innovacionnogo tipa. Rossijskoe predprinimatel'stvo. 2009. No 2-1. P. 59-64.

Возврат к списку