Влияние нового способа предварительного охлаждения на показатели качества ягоды в процессе хранения

The effect of the new method of preliminary cooling on the quality of berries during storage

Завражнов А.И., Хайрутдинов З.Н., Дьячков С.В., ФГБОУ ВПО «Мичуринский государственный аграрный университет»

Authors: A.I. Zavrazhnov, the academician of Russian Academy of Agrarian Sciences; Z.N. Hajrutdinov, the senior teacher instructor; S.V. Dyachkov, the docent, Michurinsk state agrarian university

Аннотация. Ягоды являются особо скоропортящимся продуктом растительного происхождения. Чтобы затормозить физиолого-биохимические процессы, предотвратить развитие фитопатогенных микроорганизмов и уменьшить потери влаги ягоду после сбора необходимо быстро и качественно охладить. Предварительное охлаждение-первое и очень важное звено в технологии хранения ягод. Применение предварительного охлаждения позволяет продлить сроки питания свежими ягодами человеком.

Annotation. Berries are the especially perishable plant product. To slow down physiological and biochemical processes, prevent development of phytopathogenic microorganisms and decrease the losses of moisture it is necessary to cool berries quickly and qualitatively after picking. Preliminary cooling is the first and very important link in technology of storage of berries. Application of the preliminary cooling allows to prolong the terms of feeding a man with fresh berries.

Ключевые слова: технология, хранение, предварительное охлаждение, камера хранения, качество ягод, активная вентиляция воздуха.

Keywords: technology, storage, preliminary cooling, baggage room, quality of berries, active ventilation of air.

I. Введение

Под режимом хранения следует понимать совокупность условий, которые необходимо соблюдать, чтобы в достаточной мере замедлить биохимические процессы в плодах и ягодах, максимально сохранить качество и снизить потери и воспрепятствовать поражению их микробиологическими и физиологическими заболеваниями [1,2]. Условия, при которых в наилучшем состоянии сохраняется качество плодов и ягод, а процессы, происходящие в них, осуществляются нормально, называют оптимальными. Для каждого вида и даже отдельного сорта плодов и ягод существуют свои оптимальные условия хранения [3]. Режим хранения характеризуется следующими важнейшими факторами: температурой среды в камере хранения, влажностью воздуха, давлением воздуха, кратностью обмена воздуха, составом газовой среды и другими. Принудительная вентиляция, осуществляемая с помощью электровентиляторов, в том числе через массу продукции по методу активного вентилирования, позволяет более гибко и эффективно регулировать температуру и влажность воздуха в крупных хранилищах особенно при большой высоте загрузки с учетом вида хранимой продукции (рисунок 1) [3,4,5,6]. Сами вентиляторы могут располагаться как в промежутках между штабелями с продукцией (рекомендуемая ширина промежутков 30-50 см), так и напротив штабеля с продукцией, что приводит к более равномерному распределению всего воздушного потока через слой ягод. В последнем случае воздух проходит через весь слой ягод, устраняя «застойные» зоны. Особенностью данной технологии является то, что все промежутки между штабелями с продукцией по периметру закрываются тонкой пленкой ПВХ, оставляя только отверстия для вентиляции воздуха (рисунок 2) [3,4]. Подобный способ быстрого охлаждения продукции разработан в Университете штата Флорида (США) и используется в разных странах для предварительного охлаждения ягод [5,7,8,9,10,11,12].

Предлагаемый авторами способ предварительного охлаждения продукции путем продувки воздуха непосредственно через весь слой ягод (рисунок 2) показал лучшие результаты по сравнению с существующим (рисунок 1). Что, в конечном итоге, привело к сокращению времени на охлаждение ягод и увеличению сроков хранения продукции на 15-20%. В результате проведенных опытов срок хранения земляники садовой составил 10 суток (рекомендуемый-7 суток), смородины черной - 20 суток, смородины красной - 30 суток (рекомендумый-14 суток). При этом пищевая ценность ягод была высокой, что показал биохимический анализ проведенных опытов [5,7,8,9].

Рисунок 1 – Существующая технология охлаждения ягод

Рисунок 2 – Предлагаемая технология охлаждения ягод

II. Постановка задачи

Цель исследований: увеличение продолжительности хранения ягод при сохранении их товарного качества и пищевой ценности за счет интенсификации процесса предварительного охлаждения.

Методология и методы исследований: методологической основой явились системный подход, математическое и физическое моделирование. В процессе теоретических исследований использовались методы математического анализа, теории сложных систем, тепломассопереноса, методы математического и компьютерного моделирования. Экспериментальные исследования проводились в соответствии с общепринятыми методами планирования многофакторного эксперимента с использованием действующих ГОСТов и ОСТов, частных методик и лабораторных исследований, стандартных контрольно-измерительных приборов и автоматики, компьютерной техники и оригинальной лабораторной установки.

Исследования проводились в 2009-2012 годах в ФГБОУ ВПО «Мичуринский государственный аграрный университет» в соответствии с Программой фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на 2011-2015 годы и планом научных исследований университета на кафедре механизации производства и безопасности технологических процессов. Исследования проводились в соответствии с ГОСТ 15101-98 «Порядок выполнения научно-исследовательских работ», ГОСТ Р 50419-92 (ИСО 2169-81) «Фрукты и овощи. Физические условия хранения в охлаждающих складских помещениях. Определения понятий и измерения», ГОСТ Р 50520-93 (ИСО 6665-83) «Земляника. Руководство по хранению в холодильных камерах», СанПиН 42-123-4117-86 «Условия и сроки хранения особо скоропортящихся продуктов», СанПиН 2.3.5.021-94 «Санитарные правила для предприятий продовольственной торговли».

III. Результаты

В данной работе сравнивались два способа предварительного охлаждения ягоды: «охлаждение» и «охлаждение+активная вентиляция». Также определялось их влияние на состояние ягоды за весь период хранения ягоды. При этом в ходе исследований проводился систематизированный биохимический анализ состояния ягоды в процессе предварительного охлаждения и хранения ягоды [5,7,8,9].

Рассмотрим изменение содержания аскорбиновой кислоты в ягодах земляники садовой и смородины черной во время хранения в холодильной камере при применении различных способов предварительного охлаждения.

Экстремальные условия, которые создаются в холодильной камере, требуют дополнительного расхода защитных веществ – антиоксидантов, в том числе и аскорбиновой кислоты. При способе хранения земляники садовой «охлаждение» изменение содержания аскорбиновой кислоты в ягоде в течение двух суток при предварительном охлаждении не изменялось, что обуславливается процессом дозревания ягоды. На третьи сутки отмечалось плавное снижение содержания аскорбиновой кислоты в ягоде, а на одиннадцатые сутки она понизилась на 10% по сравнению с первоначальным значением во время закладки ягоды на хранение с 71,5 мг/100 г до 64 мг/100 г (рисунок 3).

При способе хранения земляники садовой «охлаждение+активная вентиляция» на вторые сутки хранения содержание аскорбиновой кислоты в ягоде заметно начинает понижаться и на одинадцатые сутки хранения понизилась на 5% по сравнению с первоначальным значением во время закладки ягоды на хранение с 71,5 мг/100 г до 67 мг/100 г. Таким образом, при способе хранения земляники садовой «охлаждение+активная вентиляция» содержание аскорбиновой кислоты в ягоде после окончания хранения в холодильной камере выше, чем при способе хранения земляники садовой «охлаждение» на 5%.

Рисунок 3-Зависимость содержания аскорбиновой кислоты в землянике садовой от способов предварительного охлаждения

При способе хранения черной смородины «охлаждение» изменение содержания аскорбиновой кислоты в ягоде в течение двух суток при предварительном охлаждении не изменялось, что обуславливается процессом дозревания ягоды. На третьи сутки отмечалось плавное снижение содержания аскорбиновой кислоты в ягоде, а на одинадцатые сутки она понизилась на 10% по сравнению с первоначальным значением во время закладки ягоды на хранение с 250 мг/100 г до 117 мг/100 г (рисунок 4).

Рисунок 4-Зависимость содержания аскорбиновой кислоты в черной смородине от способов предварительного охлаждения

При способе хранения смородины черной «охлаждение+активная вентиляция» на вторые сутки хранения содержание аскорбиновой кислоты в ягоде заметно начинает понижаться и на одинадцатые сутки хранения понизилась на 5% по сравнению с первоначальным значением во время закладки ягоды на хранение с 250 мг/100 г до 130 мг/100 г. Таким образом, при способе хранения смородины черной «охлаждение+активная вентиляция» содержание аскорбиновой кислоты в ягоде после окончания хранения в холодильной камере выше, чем при способе хранения смородины черной «охлаждение» на 15% [5,7,8,9].

Таким образом, на основании исследований можно сделать следующие выводы:

1. Анализ отечественных и зарубежных научных исследований показывает, что в целях сокращения потерь продукции после сбора ягоду необходимо в кратчайшие сроки очистить от примесей и некондиции, отсортировать и поместить в холод. Быстрое и качественное предварительное охлаждение ягоды является приоритетной задачей для производителей такой скоропортящейся продукции.

2. Наиболее экономичной и доступной технологией предварительного охлаждения, хранения ягод для производителей плодово-ягодной продукции является воздушное охлаждение. Данную технологию можно осуществлять в специальных холодильных камерах хранения или секциях стационарных плодохранилищ. Степень охлаждения ягоды зависит от используемого способа и режима предварительного охлаждения. При этом рекомендуется использование увлажняющих устройств.

3. Эффективность хранения плодово-ягодной продукции зависит от основных режимных показателей предварительного охлаждения. Установлено, что наибольшее влияние на процесс предварительного охлаждения ягод оказывают такие показатели как: начальная температура воздуха в камере хранения t_в (°С), скорость воздуха V (м/с), влажность продуваемого воздуха W_в (%),температура t_я (°С), и влажность ягод W_я (%). Чем меньше продолжительность предварительного охлаждения ягод, тем выше качество сохраняемой продукции.

4. Интенсификация процесса предварительного охлаждения ягод может происходить за счет изменения режимных показателей предварительного охлаждения. Оптимальный режим предварительного охлаждения ягоды: для земляники садовой – температура охлаждающего воздуха - +1,1°С, влажность воздуха - 90%, средняя скорость воздуха - 8 м/с, время охлаждения - 60 минут; для смородины черной и красной - температура охлаждающего воздуха - +1,0°С, влажность воздуха - 95%, средняя скорость воздуха - 8 м/с, время охлаждения - 60 минут. При этом температура ягоды будет колебаться от +2ºC до +4ºC, что соответствует требованиям ГОСТов.

5. В результате исследований процесса предварительного охлаждения ягод выявлена взаимосвязь между уровнем интенсивности дыхания и содержанием сахарозы в ягоде. При повышении энергии дыхания ягоды в процессе предварительного охлаждения наблюдается накопление сахарозы в тканях ягоды. Содержание сухих растворимых веществ увеличивается за счет снижения влажности материала. Содержание витамина С, при интенсификации процесса предварительного охлаждения, практически не изменяется, что обуславливается дозреванием ягоды и накоплением в ней этого ценного витамина. При этом сохранение первоначальных свойств продукции - хорошее.

В результате проведения предварительного охлаждения по способу «охлаждение+активная вентиляция» срок хранения ягод земляники садовой составил 10 суток (рекомендуемый - 7 суток), смородины черной – 14 суток (рекомендуемый - 12 суток). При этом товарные показатели и пищевая ценность ягод была высокой.

7. При хранении в течение 10 суток поражение ягод земляники садовой серой гнилью при способе «охлаждение» составило 19% от всей массы продукции, а при способе хранения «охлаждение+активная вентиляция» за тот же период времени - 9-10%, т.е. почти в 2 раза меньше. Поражение ягод смородины черной серой гнилью при способе хранения «охлаждение» в течение 14 суток составило 16% от всей массы продукции, а при способе хранения «охлаждение+активная вентиляция» за тот же период времени – 9%, т.е. также в 2 раза меньше.

8. Дополнительная прибыль от внедрения предлагаемой технологии составит 7237 рублей на 1000 кг продукции. Срок окупаемости дополнительно вложенных капитальных вложений соответственно составит 1,5 года [3,8].

IV. Выводы

Научная новизна работы:

- определены факторы оптимизации процесса предварительного охлаждения ягод;

- обосновано направление совершенствования технологии хранения ягод путем интенсификации процесса предварительного охлаждения;

- разработана математическая модель, описывающая процесс интенсивного предварительного охлаждения ягод;

- предложен новый способ сохранения качества плодов ягодных культур и их пищевой ценности в процессе хранения в холодильных камерах.

Теоретическая и практическая значимость работы: результаты научных исследований являются основой для совершенствования существующих и создания новых способов предварительного охлаждения ягод, расчета оптимальных режимов предварительного охлаждения и хранения плодов ягодных культур. Материалы работы целесообразно использовать в учреждениях и предприятиях по производству и хранению сельскохозяйственной продукции, организациях торговли, в учебном процессе для студентов высших и средних учебных заведений, а также для научных сотрудников, соискателей и аспирантов, занимающихся исследованиями в области хранения плодово-ягодной продукции.

Тема исследований имеет перспективы дальнейшей разработки по нескольким направлениям:

1. Исследования в области обработки, предварительного охлаждения и хранения плодово-ягодной продукции.

2. Совершенствование существующих и разработка новых способов предварительного охлаждения и хранения плодово-ягодной продукции.

3. Применение современных технологий, оборудования и материалов для увеличения сроков хранения ягод при сохранении их товарного качества и пищевой ценности.

Литература

1. Хайрутдинов З.Н. Применение экспериментальной холодильной установки для исследования процессов хранения плодов и ягод/ А.И. Завражнов, З.Н. Хайрутдинов // Инновационные технологии производства, хранения и переработки плодов и ягод: материалы всеросс. науч. - практ. конф., 4-я Всеросс. выставка «День садовода-2009».-Мичуринск-наукоград РФ. - 2009. - С.124-125.

2. Хайрутдинов З.Н. Экспериментальная холодильная установка для исследования процессов хранения плодов и ягод/ А.И. Завражнов, З.Н. Хайрутдинов // «Вестник Мичуринского государственного аграрного университета», научно-производственный журнал. - 2010. - № 2. -С.139-140.

3. Хайрутдинов З.Н. Эффективные виды упаковки для хранения пищевой продукции в свежем и консервированном виде/ З.Н. Хайрутдинов // научно-производственный и информационный журнал «Консервная промышленность сегодня: технологии, маркетинг, финансы». - Москва. - 2011. - №9. - С. 39-42.

4. Хайрутдинов З.Н. Учебная холодильная установка для хранения сельскохозяйственной продукции/ А.И. Завражнов, З.Н. Хайрутдинов // «Вестник Мичуринского государственного аграрного университета», научно-производственный журнал. - 2011. - № 1. - С.235-236.

5. Хайрутдинов З.Н. Совершенствование технологии хранения плодов ягодных культур путем интенсификации процесса охлаждения/ З.Н. Хайрутдинов // «Вестник Мичуринского государственного аграрного университета», научно-производственный журнал.-2011.- № 1.-С.244-245.

6. Завражнов А.И. Биотехнические системы в агропромышленном комплексе./ А.И. Завражнов, П.И. Огородников. – Москва, 2011.

7. Хайрутдинов З.Н. Результаты научных исследований по совершенствованию технологии хранения плодов ягодных культур путем интенсификации процесса охлаждения/ З.Н. Хайрутдинов // материалы междунар. науч.-практ. конф. «Достижения науки и инновации в производстве, хранении и переработке сельскохозяйственной продукции», посвященной 80-летию Заслуженного работника высшей школы РФ профессора Ю.Г. Скрипникова.- Мичуринск-наукоград РФ. - 2011. - С. 230-231.

8. Хайрутдинов З.Н. Исследования свойств плодово-ягодной продукции в процессе предварительного охлаждения и хранения/ А.И. Завражнов, З.Н. Хайрутдинов, С.В. Дьячков //«Вестник Мичуринского государственного аграрного университета», научно-производственный журнал. – 2012. - № 2. – С.190-192.

9. Хайрутдинов З.Н. Теплофизические и органолептические характеристики плодово-ягодной продукции для оптимальных режимов предварительного охлаждения и хранения/ А.И. Завражнов, З.Н. Хайрутдинов // «Вестник Мичуринского государственного аграрного университета», научно-производственный журнал.-2012.-№ 2.-С.200-202.

10. Хайрутдинов З.Н. Классификация современных технологий обработки и хранения плодово-ягодной продукции и технических средств, их обеспечивающих/ А.И. Завражнов, З.Н. Хайрутдинов // Инновационные технологии производства, хранения и переработки плодов и ягод: материалы всеросс. Науч.-практ. Конф., 7-я Всеросс. Выставка «День садовода-2012». – Мичуринск-наукоград РФ. – 2012. – С.124-125.

11. Хайрутдинов З.Н. Передовой опыт агробизнеса фермерских хозяйств Финляндии по производству, хранению и переработке плодово-ягодной продукции/ З.Н. Хайрутдинов // научно-производственный и информационный журнал «Консервная промышленность сегодня: технологии, маркетинг, финансы».- Москва.- 2012.-№5.-С. 65-68.

12. Завражнов А.И., Хайрутдинов З.Н. Классификация современных технологий предварительного охлаждения плодов ягодных культур и средств их обеспечивающих // Плоды и овощи – основа структуры здорового питания человека – сборник научных статей, посвященный 10-летию Мичуринску-наукограду РФ – Мичуринск-наукоград РФ. – 2013. – С.26-33.

1. Hajrutdinov Z.N. Applying the experimental cooling unit while studying the process of fruit and berries storage/ A.I. Zavrazhnov, Z.N. Hajrutdinov // Innovative technology of fruit and berries production, storage and processing: articles of All-Russian research and training conference, the 4^th All-Russian exhibition “Gardener’s day 2009”. – Michurinsk – science town of the RF. – 2009. – p. 124-125.

2. Hajrutdinov Z.N. Experimental cooling unit for studying fruit and berries storage process/ A.I. Zavrazhnov, Z.N. Hajrutdinov // “Reporter of Michurinsk State Agrarian University”, research and production magazine. – 2010. – №2 - p. 139-140.

3. Hajrutdinov Z.N. Effective types of packaging for storing fresh and canned food products/ Z.N. Hajrutdinov // research and production and information magazine “Canning industry nowadays: technology, marketing, finance”. – Moscow.- 2011. - №9 – p. 39-42.

4. Hajrutdinov Z.N. Training cooling unit for agricultural products storage/ A.I. Zavrazhnov, Z.N. Hajrutdinov // “Reporter of Michurinsk State Agrarian University”, research and production magazine. – 2011. – №1 - p. 235-236.

5. Hajrutdinov Z.N. Improving the technology of storing berries by intensifying the cooling process/ Z.N. Hajrutdinov // “Reporter of Michurinsk State Agrarian University”, research and production magazine. – 2011. – №1 - p. 244-245.

6. Zavrazhnov A.I. Bioengineering systems in agro industrial complex/ A.I. Zavrazhnov, P.I. Ogorodnikov. - Moscow.- 2011.

7. Hajrutdinov Z.N. Results of research on improving technology of berries storage by intensifying cooling process/ Z.N. Hajrutdinov // articles of international research and training conference “Science achievements and innovations in agricultural products, production, storage and processing”, dedicated to the 80^th anniversary of the Honored Worker of High School of the RF professor Y.G. Skripnikov. - Michurinsk – science town of the RF. – 2011. – p. 230-231.

8. Hajrutdinov Z.N. Investigating fruit and berries products during the process of preliminary cooling and storage/ A.I. Zavrazhnov, Z.N. Hajrutdinov, S.V. Dyachkov // “Reporter of Michurinsk State Agrarian University”, research and production magazine. – 2012. – №2 - p. 190-192.

9. Hajrutdinov Z.N. Thermal and physical and organoleptic characteristics of fruit and berry products for optimum performance of preliminary cooling and storage/ A.I. Zavrazhnov, Z.N. Hajrutdinov // “Reporter of Michurinsk State Agrarian University”, research and production magazine. – 2012. – №2 - p. 200-202.

10. Hajrutdinov Z.N. Classification of modern technology and techniques of processing and storing fruit and berries products/ A.I. Zavrazhnov, Z.N. Hajrutdinov // Innovative technology of fruit and berries production, storage and processing: articles of All-Russian research and training conference, the 7^th All-Russian exhibition “Gardener’s day 2012”. – Michurinsk – science town of the RF. – 2012. – p. 124-125.

11. Hajrutdinov Z.N. Best practices of agribusiness farms in Finland producing, storing and processing fruit and berries products/ Z.N. Hajrutdinov // research and production and information magazine “Canning industry nowadays: technology, marketing, finance”. – Moscow.- 2012. - №5 – p. 65-68.

12. Zavrazhnov A.I., Hajrutdinov Z.N. Classification of modern technology and techniques of processing and storing fruit and berries products/ A.I. Zavrazhnov, Z.N. Hajrutdinov // Fruit and vegetables as the basis of the structure of man healthy nutrition: collection of scientific articles dedicated to the 10^th anniversary of Michurinsk – science town of the RF. - Michurinsk – science town of the RF. – 2013. – p. 26-33.