Применение сублимационной сушки для пищевых продуктов растительного происхождения

Фрукты

В литературе представлен широкий спектр сублимированных фруктов, о которых сообщалось ранее, включая клубнику, ежевику, гуаву, ананас и т. д. Свежие фрукты с высоким содержанием влаги трудно обезвоживать классическими методами сушки из-за значительного повреждения их физических свойств, главным образом, разрушения и сильного кровотечения из-за разрыва кожицы. Были исследованы различные параметры качества (кинетика сушки, изменение цвета и объема) нарезанной и целой клубники при различных температурах хранения сублимационной сушки (30, 40, 50, 60 и 70 C). Было обнаружено, что уровень усадки не зависит от температуры на полке при сублимационной сушке, при этом среднее уменьшение объема цельной и нарезанной клубники составило 8% и 2% соответственно. С другой стороны, было обнаружено, что риск разрушения увеличивается в геометрической прогрессии, когда температура на полке при вымораживании превышает температуру стеклования сушеной клубники.

При сушке, главным образом при воздушной сушке, часто наблюдаются усыхание и разрушение плодов. Сравнивалось качество гуавы, полученной с помощью сушилок с тепловым насосом (RH = 10%, v = 0,7 м/с, T = 45 C, 8 ч), вакуума (давление вакуума = 15 000 Па, T = 45 C, 8 ч) и сублимационные сушилки (замораживание при -20 C в течение 24 часов, вакуумное давление менее 613,2 Па, температура на полке 10 C, 24 часа для сублимационной сушки). Пористость, цвет, регидратация и сохранение витамина С у гуавы, полученной методом сублимационной сушки, были лучше, в результате чего гуава, полученная методом сублимационной сушки, оказалась наиболее желательным продуктом по сравнению с порошком, полученным с помощью вакуумных и тепловых насосных сушилок. При сублимационной сушке удалось сохранить 63% витамина С, тогда как при сушке с тепловым насосом — только 25%.

Часто бывает сложно обезвоживать фрукты с восковой непроницаемой кожицей, как описано ранее, например, ягоды облепихи (Hippophae rhamnoides L.), которые представляют собой нежные плоды, содержащие природные антиоксиданты, аскорбиновые кислоты, каротиноиды и флавоноиды. Было исследовано влияние сушки горячим воздухом при скорости 1 м/с и 50 C или 60 C, а также лиофилизации (вакуум 4 Па, температура полки 20 C или 50 C) для получения высушенных мякоть облепихи. Они обнаружили, что при сублимационной сушке сохраняется на 93% больше каротиноидов, на 34% больше витамина С и на 11% больше фенольных соединений, чем при сушке горячим воздухом. Увеличение температуры сушки привело к увеличению кинетики сушки. Тем не менее, для образцов, полученных методом сублимационной сушки или сушки горячим воздухом, не было отмечено существенного влияния температуры сушки на общее сохранение питательных веществ, хотя небольшое снижение было обнаружено для отдельных соединений, таких как витамин Е, для обоих методов сушки при повышении рабочей температуры. Сообщалось, что между двумя процессами сушки кинетика сушки была на удивление быстрее при сублимационной сушке.

Овощи

Овощи являются хорошим источником необходимых питательных веществ для рациона человека. Обезвоживание овощей обычно производится при их длительном употреблении. Были проведены исследования по сублимационной сушке некоторых овощей, включая спаржу, морковь, тыкву и помидоры. Изучалась сушка нарезанной спаржи с использованием сублимационной сушки и других методов сушки, включая лотковую сушилку, сушилку с преломляющим окном и сушилку с фонтанирующим слоем. Наибольшее количество аскорбиновой кислоты сохранялось при обезвоживании образцов методом сублимационной сушки и рефракционной оконной сушки. Сублимированная тыква находит множество применений при производстве таких пищевых продуктов, как супы, лапша, хлеб и пирожные.

Несколько авторов изучали сублимирование тыквы, чтобы охарактеризовать ее питательные и физико-химические свойства для вышеупомянутых пищевых применений. При анализе текстурных свойств сообщается об уменьшении содержания влаги с 90% до 8% в лиофилизированной тыкве, но лиофилизация вызывала размягчение тыквы, поскольку твердость тыквы уменьшалась с 19,37 Н (свежая) до 1,59 Н (сушеная/регидратированная). Также важным было изменение цвета (общее изменение цвета, ΔE = 12). Изучалось влияние различных методов предварительной обработки (бланширование и осмотическое обезвоживание) на свойства сублимированной тыквы. Длительная продолжительность осмотической дегидратации привела к снижению содержания воды в тыкве и активности воды в готовых лиофилизированных образцах.

Исследовалось влияние солнца, духовки, вакуумной печи и сублимационной сушки на количество фенолов, антиоксидантную способность и содержание аскорбиновой кислоты в томатах. Сублимированные томаты имели содержание фенолов примерно в два раза выше, чем при других методах сушки (654,60 против 314,27–355,79 мг эквивалента галловой кислоты/100 г дм). В отличие от сублимационной сушки, процессы с использованием высоких температур сушки могут вызвать активацию окислительных ферментов, что приводит к потере фенольных соединений. Такие ферменты, как пероксидантный и гидролитический, также могли высвобождаться из-за разрушения структуры томата при высокой температуре сушки. Сохранение содержания аскорбиновой кислоты (65,47 против 4,14–24,39 мг/100 г дм) и антиоксидантной способности (1699,59 против 873,32–1148,86 мг тролокса/100 г дм) было самым высоким у сублимированных томатов.

Сообщается о высоком коэффициенте регидратации и сохранении аромата в лиофилизированной моркови. Что касается усадки, морковь, подвергшаяся сублимационной сушке, имела меньшую степень усадки (20,83%), чем при сушке сухим воздухом (35,53%). В литературе также сообщается, что листовые овощи, такие как шпинат, также обезвоживаются методом сублимационной сушки. Обнаружилось, что лиофилизированный шпинат имеет высокую пористость и площадь поверхности (263,6-296,8 м2/г). Содержание хлорофилла в лиофилизированном шпинате снижалось с увеличением температуры и времени хранения.

Специальные продукты

Использование сублимационной сушки не ограничивается фруктами и овощами, его использовали для производства сушеных специальных продуктов из растительных источников, таких как кофе, чай и специи. Кофе и чай — самые популярные напитки в мире. Сублимационная сушка использовалась для производства растворимого чая из-за его способности сохранять летучие соединения. Обнаружилось, что растворимый чай, полученный методом сублимационной сушки, имел высокую концентрацию летучих соединений, что было сравнительно в два-пять раз выше, чем у чая, полученного другими методами сушки (от 68,60 до 143,33 нг/г).

Сообщалось, что в случае кофе содержание фенольных кислот в кофейных зернах после сублимационной сушки увеличивается на 41% больше, чем в свежих зеленых кофейных зернах. Недавно был разработан процесс сублимационной сушки кофе с использованием математического моделирования для оптимизации энергоэффективности и сохранения важных вкусов и питательных веществ. Проводилось исследование, чтобы наблюдать влияние методов сублимационной сушки на соединения запаха и ароматический профиль жареных кофейных зерен. Интересно, что они обнаружили, что хинная кислота, которая является основной органической кислотой, от которой зависит качество кофе, была обнаружена только в образце, обезвоженном методом сублимационной сушки.

Сообщалось также, что такие специи, как чеснок и имбирь, обезвоживаются с помощью сублимационной сушки. Изучалось влияние температур полки сублимационной сушки на образование пор чеснока. Обнаружилось, что чеснок, высушенный при более высокой температуре на полке, приводит к снижению открытой пористости. Кроме того, кажущаяся пористость чеснока экспоненциально увеличивалась со временем сушки. Исследовалось влияние сублимационной сушки на способность к образованию аллицина. Установлено, что содержание аллицина снижается с увеличением температуры сушки, а лучшее сохранение способности к образованию аллицина достигается у высушенного при 20 С. В другом исследовании обнаружилось, что чесночный порошок при сублимационной сушке демонстрирует лучшее качество с точки зрения цвета и содержания инулина, а также более высокую температуру стеклования по сравнению с принудительной сушкой воздухом. Высокая температура стеклования 44,9–46,2 C в лиофилизированном чесночном порошке может быть связана с низкой активностью воды от 0,12 до 0,13.

Имбирь, распространенная приправа, используемая в различных продуктах питания и напитках, является еще одной специей, широко обезвоживаемой методом сублимационной сушки. Сублимационная сушка имбиря привела к высокому сохранению гингеролов, содержания фенолов, флавоноидов, антиоксидантной активности и некоторых летучих соединений.

Нетрадиционные продукты

В последнее время наблюдается растущая тенденция потребления нетрадиционных продуктов питания или продуктов питания из альтернативных источников. Одним из таких нетрадиционных продуктов растительного происхождения является кленовый сироп. Кленовый сироп состоит из смеси сахаров (66% сахарозы, 0,4% глюкозы и 0,5% фруктозы), минералов и воды, а также следов органических кислот, белков и полифенолов [66]. Была изучена сушка кленового сиропа для получения порошка кленового сахара.

Сублимационная сушка продуктов с высоким содержанием сахара затруднена из-за высокой гигроскопичности простых сахаров, увеличения растворимости с температурой, низкой температуры стеклования сахаров (фруктозы, глюкозы и сахарозы; Tg = 5, 31 и 62 C, соответственно) и проблема липкости в сушильном оборудовании. Разбавление кленового сиропа с 66 до 20 Brix было необходимо для получения сухого порошка кленового сиропа. Такой лиофилизированный порошок кленового сахара проявлял свойства мгновенного растворения, поскольку он растворялся в течение 14 с, но демонстрировал характеристики текучести от удовлетворительных до плохих из-за когезионной природы сахаров. Авторы также предложили использовать температуру стеклования (связанную с температурой разрушения) для определения температуры вымораживания и онлайн-регистрацию температуры с помощью термопар для определения периодов сушки.

Общие сведения о влиянии лиофилизации на биосоединения

В нескольких исследованиях изучалось/рассматривалось важное влияние различных методов сушки, включая сушку вымораживанием, на активные ингредиенты и фитохимический состав фруктов, овощей, трав и лекарственных растений. В частности, из-за сушки вымораживанием показаны значительные потери витамина С в тропических фруктах (от 3% до 70% в зависимости от плода).

Сообщается о 20%-ной потере витамина С и общих каротиноидов, 35%-ной потере витамина Е, но только 4%-ной потере общего количества фенольных соединений при сублимационной сушке ягод облепихи при температуре полки 20 C и давлении вакуума 30 мТорр. Таким образом, хотя сублимационная сушка является отличным выбором для сохранения продуктов растительного происхождения, она приводит к некоторому снижению фитохимического содержания. Тем не менее, по сравнению с другими методами сушки, лиофилизация обычно является более эффективной технологией.

Сообщается, что сублимационная сушка сохраняет общее количество фенольных соединений в клубнике и кукурузе лучше, чем сушка на воздухе. Показано, что по сравнению с сушкой на воздухе сублимационная сушка улучшает сохранение антоцианов, фенольных соединений и антиоксидантной активности во время обработки обычной черники и малины по сравнению с органической, а в некоторых случаях даже увеличивает концентрацию фитохимических веществ. Указано, что содержание аскорбиновой кислоты в чернике значительно снижается при сушке вымораживанием в любых рабочих условиях, в то время как общее содержание полифенолов, по-видимому, увеличивается при использовании вакуума (по сравнению с атмосферным давлением), причем это увеличение объясняется улучшением экстрагируемость полифенолов.

Для сохранения содержания витамина С и фенольных соединений вакуумная сублимационная сушка в большинстве случаев дает наилучшие результаты. С точки зрения сохранения β-каротина, ликопина, витамина Е, ненасыщенных масел и других окисляемых биосоединений на основе липидов во фруктах и ​​овощах, к сублимационной сушке и хранению сублимированных продуктов следует относиться с большим вниманием, поскольку автокаталитические окислительные реакции ускоряются при очень низкой активности воды, достигаемой во время сублимационной сушки. Например, указано, что масла из лиофилизированной мякоти ягод облепихи имели гораздо более низкое перекисное число, чем масла, полученные из высушенных на воздухе ягод, показывая, что низкая активность воды, достигаемая во время лиофилизации, может повредить качеству биосоединений на основе липидов.