УДК 635.21/24:624.8

 

В статье приведены результаты экспериментальных исследований по изучению физико-механических свойств топинамбура в зависимости от условий хранения клубней, для установления оптимальной технологии очистки его поверхности.

 

Исследование физико-механических свойств топинамбура

 

РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию», г.Минск, Республика Беларусь

 

З.В. Ловкис, заслуженный деятель науки Республики Беларусь, член-корр. НАН Беларуси, доктор технических наук, профессор, генеральный директор;

С.А. Арнаут, кандидат технических наук, и.о. начальника отдела новых технологий и техники;

Е.К. Буталевич, аспирант

 

Являющийся близким родственником подсолнечника, топинамбур представляет собой многолетнее клубненосное растение семейства сложноцветных, обладающее мощной корневой системой и достигающее в высоту до 3 – 4 метров. Особенно широкой популярностью в кулинарии и народной медицине разных стран мира издавна и традиционно пользуются клубни топинамбура, обладающие причудливой формой, приятным сладковатым вкусом, высокой пищевой и диетологической ценностью, а также широким набором целебных свойств [1, c. 6].

В настоящее время топинамбур в промышленных масштабах возделывается как в Республике Беларусь, так и Российской Федерации. Это ценная кормовая, техническая и продовольственная культура (причем по урожайности существенно превосходит сахарную свеклу, кукурузу и картофель, а по пищевой ценности клубни топинамбура лидируют среди большинства выращиваемых в странах СНГ овощей). Топинамбур в севообороте высаживают для повышения плодородия сельскохозяйственных угодий и защиты посевов от ветров.

Содержащие в своем составе большое количество пектинов, клубни топинамбура используются в производстве мармелада, желе, варенья и джемов для диетического и детского питания. Кроме того, топинамбур уже на протяжении многих лет находит применение в хлебобулочной, мясной, молочной и консервной промышленности, используется в производстве алкогольных и безалкогольных напитков, в производстве разнообразных биологически активных добавок (в этой сфере фармацевтической промышленности клубни топинамбура используются в основном в качестве источника инулина) [1, c. 42].

Во многих странах мира клубням топинамбура находят разнообразное применение (эти высокопитательные корнеплоды используют как самостоятельно, так и в составе различных блюд, подвергая их предварительно варке, жарению, тушению, солению, маринованию, квашению, консервированию, сушке). Стоит отметить, что и при таких разнообразных видах кулинарной обработки корнеплоды топинамбура не только сохраняют в значительной степени свою пищевую ценность и массу целебных свойств, а также приобретают более насыщенный вкус и аромат по сравнению со свежими клубнями этого растения [2, c. 8].

В состав топинамбура входят: пектины, сахара, минеральные соли (кремния, калия, железа и цинка), белки, аминокислоты и, разумеется, множество витаминов.

В топинамбуре содержится инулин, вещество столь необходимое тем, кто страдает сахарным диабетом. Доказано, что регулярное употребление топинамбура длительный промежуток времени снижает уровень сахара в крови. Эти свойства делают его крайне необходимым как тем, кто уже болеет сахарным диабетом, так и тем, кто подвержен этому заболеванию и имеет риск заболеть [3, c. 27].

Помимо пользы для диабетиков, полезные свойства топинамбура оказывают положительное влияние на пищеварительную систему человека.

Топинамбур рекомендуется регулярно употреблять людям, которые живут в городах с плохой экологической средой, так как он выводит из организма соли тяжелых металлов [3, c. 35].

В настоящее время овощи и фрукты в виде полуфабрикатов овощей на столе потребителей должны находятся на протяжении всего года, а не сезонно. Одним из всевозможных способов подготовки натуральных полуфабрикатов является вакуумирование. Перед пищевой промышленностью стоит задача бесперебойной поставки таких полуфабрикатов в торговую сеть в вакуумной упаковке.

Целью наших экспериментальных исследований являлось изучение физико-механических свойств характеристик топинамбура в зависимости от  условий хранения клубней. От свойства сырья зависит технология очистки поверхности, производительность и эффективность работы технологического оборудования, потери, качество готовой продукции.

В качестве объектов исследования использовали клубни топинамбура с обработкой поверхности (двухступенчатой мойки и подсушивания) с целью снижения исходной микробиологической обсемененности. На хранение были заложены отсортированные образцы (товарно качественные).

Исследуемые образцы хранили при следующих температурных режимах:

– группа А – (0 ± 1) оС;

– группа В – (11 ± 1) оС;

– группа С – (22 ± 1) оС.

Топинамбур хранили в мягкой таре с ограниченным доступом воздуха – герметично упакованным в пакеты из полиэтиленовой пленки.

В клубнях определяли:

– массовую долю сухих веществ;

– коэффициент объемного смятия;

– твердость;

– силу резания.

Для испытаний качества клубней топинамбура использовались следующие методики:

1. Определение содержания сухих веществ.

Определение массовой доли сухих веществ в клубнях осуществляли методом высушивания до достижения заданного времени сушки при заданной температуре. Металлические бюксы с навеской образца массой 5 г высушивали в сушильном электрическом шкафу при температуре 130оС в течение 50 мин, охлаждали в эксикаторе в течение 20 мин и взвешивали.

Массовую долю сухих веществ в клубнях топинамбура, СВ, %, рассчитывали по формуле:

 

,                                                      (1)

 

где m1 – масса бюксы с навеской образца после высушивания, г; m2  – масса бюксы, г; m3  – масса навески образца, г.

 

Результат округляли до первого десятичного знака.

За окончательный результат принимали среднее арифметическое результатов двух параллельных определений, абсолютное расхождение между которыми не должно превышать 1,0% (при одновременной сушке проб в шкафу).

2. Определение силы резания клубней.

Определение силы резания клубней топинамбура осуществляли на текстурном анализаторе «Brookfield СТ3-10000» (Brookfield, США) представленном на рис. 1А.

Образец устанавливали на столик прибора с прорезью и с помощью функциональных кнопок приближали вплотную к нему измерительный инструмент, в качестве которого выступал стальной нож толщиной 3 мм, с односторонней заточкой под углом 30о. Вводили параметры испытания: усилие касания FК= 5 г, скорость перемещения ножа V=1 мм/с, глубина погружения ножа H=40 мм, наличие реверсионного движения с аналогичными характеристиками.

Силу резания клубней, R, Н, вычисляли по формуле:

 

,                                                     (2)

 

где Fmax – максимальное усилие при прохождении ножа через образец, г; 9,81 – ускорение свободного падения, м/с2.

 

На рис. 2А представлена диаграмма определения усилия резания.

3. Определение твердости клубней.

Определение твердости клубней топинамбура осуществляли на текстурном анализаторе «Brookfield СТ3-10000» (Brookfield, США) представленном на рис. 1Б.

 

Образец устанавливали на столик прибора и с помощью функциональных кнопок приближали вплотную к нему измерительный инструмент, в качестве которого выступал стальной цилиндр диаметром 4 мм. Вводили параметры испытания: усилие касания FК=5 г, скорость перемещения цилиндра V=1 мм/с, глубина погружения цилиндра H=25 мм, наличие реверсионного движения с аналогичными характеристиками.

Твердость клубней, РR, Па, вычисляли по формуле:

 

,                                                       (3)

 

где Fmax – максимальное усилие достигнутое на момент разрушения поверхности клубня, г; 9,81 – ускорение свободного падения, м/с2; rрадиус цилиндра, м.

 

На рис. 2Б представлена диаграмма определения твердости.

 

 

4. Определение коэффициента объемного смятия.

Коэффициента объемного смятия, k, Н/м3, вычисляли по формуле:

 

,                                                       (4)

 

где F – максимальное усилие, достигнутое на момент разрушения поверхности клубня, г; 9,81 – ускорение свободного падения, м/с2; hрасстояние пройденное цилиндром до разрушения поверхности образца, м (рис. 2Б); rрадиус цилиндра, м.

 

Математическая обработка полученных данных позволила определить средние параметры твердости, коэффициента объемного смятия, силы резания, значение которых в дальнейшем будут использоваться для производства технических средств очистки поверхности топинамбура. Динамика физико-механических характеристик клубней топинамбура в процессе хранения представлена на рис. 1 – 3.

Для большей наглядности на рисунках отражена также динамика содержания сухих веществ в клубнях как определяющего фактора, влияющего на исследуемые показатели.

Рис. 3. Динамика физико-механических характеристик клубней
топинамбура группы А в процессе хранения

 

 

Рис. 4. Динамика физико-механических характеристик клубней
топинамбура группы В в процессе хранения

 

Рис. 5. Динамика физико-механических характеристик клубней
топинамбура группы С в процессе хранения

 

Полученные данные по изучению физико-механических свойств клубней топинамбура группы А в процессе их хранения при температуре (0 ± 1) оС позволили установить схожий характер динамики коэффициента объемного смятия клубней и силы резания. Резкое снижение величины данных показателей на 5 сутки хранения обусловлено намоканием поверхности клубней и снижением их прочностных свойств.

Величина твердости клубней топинамбура группы В за исследуемый период не изменилась и составила 3,0 МПа на уровне исходного значения. Твердость клубней топинамбура группы А уменьшилась в 1,2 раза (с 3,4 до 2,9 МПа). Наибольшая потеря твердости клубня (в 1,3 раза) отмечена в образцах топинамбура группы С (с 3,2 до 2,4 МПа).

Динамика силы резания клубней всех групп имеет характер, обратный динамике их твердости. За 17 суток хранения величина силы резания клубней топинамбура групп А и В возросла в 1,2 раза (с 46,5-46,8 до 55,2-56,9 Н), группы С – в 1,1 раза (с 46,4 до 49,9 Н). Вероятно, это обусловлено снижением упругих (хрупких) и повышением пластичных свойств основных структурных составляющих клубней в результате гидролитического расщепления пектина, крахмала, инулина.

Изменение физико-механических свойств клубней топинамбура в процессе хранения отражено изменением характера кривых, характеризующих процесс разрезания клубней. Кривые групп А – В имеют участки с резким скачкообразным снижением усилия нагружения, что обусловлено волокнистой структурой образцов и их склонностью к растрескиванию. В образцах группы С через 10 суток хранения кривая имеет более плавный характер и отражает большую пластичность клубней.

Таким образом, предварительные данные о динамике показателей физико-механических свойств позволяют сделать вывод о необходимости выбора режимов очистки в зависимости от сроков и условий хранения клубней топинамбура до операций очистки.

 

ЛИТЕРАТУРА

 

1.            Катренко, Л.В. Топинамбур. Источник целебной фруктозы. – М.: Диля, 2011. – 144 с.

2.            Скоблина, В.И. Топинамбур. – М.: Армада-пресс, 2001. – 36 с.

3.            Новиков, А.В. Чудо-целитель цивилизации инков. Топинамбур. Лучший помощник при диабете. – М.: АСТ, 2011. – 160 с.

Рукопись статьи поступила в редакцию 21.02.2014

 

Z.V. Lovkis, S.A. Arnaut, Y.K. Butalevich

 

RESEARCH OF PHYSICOMECHANICAL PROPERTIES OF THE GIRASOL

 

In article are provided results of pilot studies on studying of physicomechanical properties of a girasol are given in article depending on storage conditions of tubers, for establishment of optimum technology of cleaning of its surface.