Удосконалення процесу обробки пива високим тиском з метою стабілізації його якості

Размещено на http://www.allbest.ru/

ДОНЕЦЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ЕКОНОМІКИ

І ТОРГІВЛІ ім. М. ТУГАН-БАРАНОВСЬКОГО

УДК 663.46.083

Спеціальність 05.18.12 - процеси й обладнання харчових, мікробіологічних і фармацевтичних виробництв

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

Удосконалення процесу обробки пива високим тиском з метою стабілізації його якості

Дебелий Володимир Леонідович

Донецьк - 2005



Дисертацією є рукопис

Робота виконана на кафедрі загальноінженерних дисциплін Донецького державного університету економіки і торгівлі ім. М. Туган-Барановського Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник: доктор технічних наук, професор Сукманов Валерій Олександрович, Донецький державний університет економіки і торгівлі ім. М. Туган-Барановського, завідувач кафедри загальноінженерних дисциплін, декан факультету обладнання переробних та харчових виробництв.

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Домарецький Віталій Афанасійович, Національний університет харчових технологій, професор кафедри біотехнології продуктів бродіння, екстрактів і напоїв;

доктор технічних наук, професор Полевич Віталій Вадимович, Харківський державний університет харчування та торгівлі, завідувач кафедри вищої математики.

Провідна установа: Український державний хіміко-технологічний університет Міністерства освіти і науки України, м. Дніпропетровськ, кафедра харчових виробництв та захисту обладнання від корозії.

Захист відбудеться 17 червня 2005 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 11.055.02 Донецького державного університету економіки і торгівлі ім. М. Туган-Барановського за адресою: 83055, м. Донецьк, пр. Театральний, 28, ІІІ-ій корпус, аудиторія 3231.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Донецького державного університету економіки і торгівлі ім. М. Туган-Барановського за адресою: 83017, м. Донецьк, бул. Шевченка, 30.

Автореферат розісланий 16 травня 2005 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, к.т.н., доц. Антропова Л.М.



Загальна характеристика роботи

Актуальність теми. Одним з найбільш популярних слабоалкогольних напоїв в Україні і країнах СНД є пиво. В останні роки в Україні спостерігається стійка тенденція до зростання його виробництва. Одним з етапів відомих технологій виробництва пива є знищення патогенних бактерій, а також мікроорганізмів, що знижують стабільність продукту в процесі його збереження. Дані технології ґрунтуються на пригніченні розвитку мікроорганізмів дією різноманітних фізико-хімічних факторів: високих температур, ультрафільтрації, хімічних і природних консервантів. При цьому харчові й органолептичні якості пива нерідко погіршуються.

Задоволення зростаючих вимог суспільства до більш здорового способу життя вимагає нових екологічно чистих технологій, що максимально зберігають натуральні компоненти продуктів, смакові й ароматизуючі їх складові. Світова сучасна практика збереження та поліпшення якості продуктів виробила принципово нову технологію обробки харчових продуктів шляхом використання високого тиску (ВТ). У багатьох країнах Західної Європи, США, Японії вже розроблені технології обробки продуктів високим тиском, що знайшло відображення у наукових працях зарубіжних вчених Д. Донжі, Д. Феррарі, Б. Таушера, Н. Пілара, Д. Гувера, Ф. Джонсона, У. Донга, Х. Огави, К. Фукушізи, Х. Фукумото та ін. З вчених, погляди яких на наукові аспекти впливу високого тиску на мікроорганізми і їх життєдіяльність вивчалися в процесі дослідження, слід зазначити А. Крісса, Д. Кашнера, К. Сузукі, Д. Смелта, М. Лінтона, В. Сукманова, В. Шаталова.

Широке впровадження в практику технології пива високого тиску ускладнене у зв'язку з тим, що на теперішній час ще не вивчений у достатній мірі механізм впливу високого тиску на мікрофлору пива, відсутні теоретичні моделі, що описують дані процеси, немає залежностей, що дозволяють оптимізувати процес обробки пива високим тиском; обладнання, що дозволяє обробляти продукти харчування високим тиском, випускається провідними зарубіжними фірмами, відсутні дані про характеристики установок і параметри процесу, що приводить до необхідності розробки принципово нових апаратурних схем і технологічних установок для реалізації процесу обробки рідких харчових продуктів загалом і пива зокрема високим тиском. Заповнення цього недоліку визначає актуальність дисертаційної роботи.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження проводилися відповідно до тематики науково-дослідних робіт Донецького державного університету економіки і торгівлі Г-99-1 “Використання надвисокого тиску в харчових технологіях” (0199U001225), Г- 2002-2 “Розробка нової технології обробки сиропу і пива надвисоким тиском з метою збереження харчової цінності і збільшення термінів їхнього збереження” (0102U002044), Г- 2003-3 “Застосування енергетичних полів для розробки нових і удосконалювання існуючих технологічних процесів (“Теоретичні моделі впливу надвисокого тиску й ультразвуку на харчові продукти і напівпродукти з метою управління їхніми властивостями) (0103U001183), планами роботи проблемної науково-дослідної лабораторії ДонДУЕТу “Використання надвисокого тиску в харчових технологіях”.

Мета і задачі дослідження. Метою роботи є удосконалювання процесу обробки пива з використанням високого тиску.

Відповідно до поставленої мети сформульовані задачі дослідження:

- теоретичними й експериментальними дослідженнями встановити характер впливу високого тиску на процес стерилізації мікроорганізмів, що знаходяться у пиві;

- досліджувати вплив високого тиску на фізико-механічні властивості пива (рН середовища, об'ємний зміст спирту, поліфеноли, - аміни, гіркота, діацетил, осадження сульфатом амонію (NH4)2SO4 );

- визначити раціональні параметри (величина тиску; тривалість; температура) процесу обробки пива високим тиском;

- досліджувати оптичну щільність пива, обробленого високим тиском, як споживчу характеристику пива в процесі його збереження;

- досліджувати залежність зміни об`єму пива від тиску;

- розробити апаратурно-технологічну схему установки для обробки пива високим тиском, і конструктивні рішення основних її елементів;

- розробити ТУ на установку для обробки пива високим тиском і “Тимчасове доповнення до технічної інструкції з виробництва пива з використанням високого тиску”;

- оцінити ефективність впровадження результатів наукових досліджень у виробництво.

Об'єкт дослідження - нефільтроване і готове пиво різних сортів.

Предмет дослідження - якісні показники пива після обробки високим тиском.

Методи дослідження. При виконанні роботи використані теоретичні й експериментальні методи дослідження з використанням сучасних вимірювальних пристроїв і приладів, серед яких - фізико-хімічні методи, мікробіологічний і спектральний аналіз пива, підданого дії ВТ. Експериментальні дані оброблялися за допомогою методів математичної статистики, зокрема регресійного аналізу.

Обґрунтування і вірогідність наукових положень, висновків і рекомендацій. Вірогідність експериментальних досліджень щодо стабілізації якості пива, обробленого ВТ, забезпечена використанням сучасних лабораторних методів дослідження з застосуванням комп'ютерної техніки та підтверджена висновками державних бактеріологічних і хімічних лабораторій Донецької обласної і Будьонівської районної м. Донецька санепідстанціями, а також лабораторій ЗАТ “Сармат”. Вірогідність отриманих наукових результатів, методик розрахунку, висновків і рекомендацій забезпечена використанням основних теорій мікробіології, використанням сучасних вимірювальних приладів і методів дослідження, математичних методів обробки експериментальних даних, використанням сучасних обчислювальних методів моделювання і підтверджуються адекватністю результатів теоретичних досліджень та експериментальними даними.

Наукова новизна отриманих результатів.

- теоретичними й експериментальними дослідженнями встановлені параметри стерилізації мікроорганізмів - шкідників пива;

- отримано математичну залежність визначення частки мікроорганізмів, що вижили після стерилізації високим тиском;

- встановлено, що час, необхідний для знищення певної в даних умовах кількості мікроорганізмів, описується логарифмічною залежністю;

-експериментально встановлено, що в обраному діапазоні значень тиск не впливає на фізико-хімічні властивості пива (рН середовища, об'ємний вміст спирту, поліфеноли, ?- аміни, гіркота, діацетил) і приводить до поліпшення важливого його показника - осадження сульфатом амонію (NH4)2SO4.

- науково обґрунтовані параметри процесу обробки пива високим тиском;

- отримані залежності концентрації мікроорганізмів, оцетокислих, молочнокислих бактерій, дріжджів і вмісту вільного амінного азоту в залежності від параметрів процесу;

- уперше досліджені спектральні характеристики зразків пива, оброблених тиском і показаний позитивний вплив тиску на стабільність якості пива в процесі збереження;

- вперше отримана залежність зміни об`єму пива від тиску і зафіксована наявність характерних стрибків на даній кривій.

Практичне значення отриманих результатів.

- визначені раціональні параметри процесу обробки пива високим тиском з метою підвищення його стійкості і поліпшення споживчих властивостей;

- розроблена апаратурно-технологічна схема установки для обробки пива високим тиском і запропоновані конструктивні рішення основних елементів пропонованої установки;

- розроблено Технічні умови ТУ В 29.5-01566057-001-2005. “Установка для обробки пива УОП” і “Тимчасове доповнення до технічної інструкції з виробництва пива”.

Особистий внесок здобувача. Автором особисто визначені напрямки й обґрунтовані методи теоретичних та експериментальних досліджень, розроблені експериментальні стенди і технологічна схема установки для обробки пива високим тиском. Здобувач виконав постановку, планування й аналіз результатів експериментальних досліджень, сформулював загальні висновки роботи.

Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідалися, обговорювалися і були схвалені на щорічних наукових конференціях Донецького державного університету економіки і торгівлі в 2000 - 2005 роках; I і III Міжнародних науково-практичних конференціях “Актуальні проблеми харчування: технологія й устаткування, організація й економіка” (1999р, 2003р.); 3-й Міжнародній науково-практичній конференції “Продовольчий ринок і проблеми здорового харчування” (Росія, м. Орел, 1-3 грудня 2000р.); 4-й Міжнародній конференції “High pressure school on chemistry, biology, materials science and techniques” (Польща, м. Варшава, 22-25 червня 2001р.), наукових читаннях, присвячених пам'яті проф. А.В. Горбатова (Росія, м. Москва, МГУПБ, 2002р.), 7-й і 8-й Міжнародних конференціях “Високий тиск. Фундаментальні і прикладні аспекти” (м. Донецьк, 2002, 2004 р.).

Публікації. З теми дисертації опубліковано 7 наукових статей, 6 тез доповідей на наукових конференціях.

Структура дисертації. Основний зміст роботи викладений на 144 сторінках машинописного тексту, що складається зі вступу, 5 розділів, основних висновків. Дисертація ілюстрована 39 малюнками і 31 таблицею.

Подається список використаної літератури з 144 найменування і 9 додатків.



Основний зміст роботи

високий тиск пиво апаратурний

У вступі на підставі ретельного вивчення літературних джерел щодо обробки пива й інших рідких харчових продуктів традиційними методами із використанням ВТ обґрунтована актуальність проблеми використання ВТ для обробки пива з метою стабілізації його якості.

Сформульовано науково-практичне значення й основні задачі удосконалювання процесу обробки пива з використанням ВТ на підставі теоретично й експериментально обґрунтованого вибору найбільш доцільних параметрів проведення процесів, створенні нової установки для дослідження властивостей пива, обробленого ВТ, і розробці апаратурно-технологічної схеми для реалізації процесу обробки пива ВТ.

У першому розділі на підставі аналізу літературних джерел висвітлюється значення ВТ у харчовій промисловості й удосконалюванні процесу обробки пива й інших рідких харчових продуктів. Розглянуто основні переваги і недоліки традиційних способів обробки пива. Аналіз інформації показав, що широке впровадження в практику технології пива ВТ ускладнене у зв'язку з тим, що на даний час ще не вивчений достатньою мірою механізм впливу ВТ на мікрофлору пива; відсутні теоретичні моделі, що описують дані процеси; немає залежностей, що дозволяють оптимізувати процес; не вивчена стійкість пива, обробленого ВТ, у процесі збереження. Показано, що практична реалізація переваги використання ВТ можлива у випадку подальших досліджень мікробіологічних і якісних характеристик пива, обробленого ВТ, визначенні раціональних параметрів даного процесу і розробки апаратурно-технологічної схеми для практичного впровадження процесу обробки пива ВТ з метою стабілізації його якості. Загальна схема наукових досліджень наведена на рис.1

У розділі 2 викладене теоретичне обґрунтування використання високого тиску для стерилізації пива і підвищення його стабільності.

Експериментальні дослідження впливу високого тиску на такі види чистих культур як оцетокислі Acetobacter aceti, молочнокислі бактерії Lactobacillus sp і бактерії групи кишкової палички Escherihia coli (табл.1) і обробка мікроорганізмів групи Escherihia coli при різних тисках і часі експозиції (рис. 1) дозволили теоретично описати вплив високого тиску на мікрофлору.

Таблиця 1 - Вплив обробки високим тиском на чисті культури мікроорганізмів

Вид	Концентрація мікроорганізмів у рідкому поживному середовищі, N (КОЕ/см3)
	N	Контроль	Тиск, МПа
			100	200	300	400	500	600	700	800	900	1000
Acetobacterium	103	9	10	6	3	1,0	0,8	0,3	0,1	0,08	0	0
Lactobacterium	105	4	5	4	1,5	0,8	0,2	0,15	0,07	0,02	0	0
Escherihia coli	105	12	6	3	1,5	0,3	0,04	0,01	0	0	0	0

Вплив високого тиску на процеси біохімічної рівноваги і на швидкості реакцій описані двома основними рівняннями:

(1)

(2)

де К - константа рівноваги, k - константа швидкості реакції, Р - тиск, V - зміна об`єму реакції, V ? - удавана зміна об`єму активації, R - газова постійна, Т - температура по шкалі Кельвіна.

Вплив тиску на швидкості реакцій визначається рівнянням Ван-Гофта:

(3)

де ?V? - відповідна зміна об`єму; К - коефіцієнт, що дорівнює відношенню швидкостей реакції при двох різних тисках.

Константа швидкості знищення мікроорганізмів є функцією виду:

,

де А - характеристика середовища, у якому мікроорганізми знаходяться (кислотність, вміст фітонцидів і т.п.); S - ступінь нестійкості даного виду мікроорганізмів до підвищеного тиску; Р- тиск стерилізації.

Тоді:

(4)

де NK - кількість мікроорганізмів наприкінці процесу стерилізації; N0 - кількість мікроорганізмів, що підлягають знищенню шляхом створення високого тиску.

Час t, необхідний для знищення визначеної в даних умовах кількості мікроорганізмів визначається як:

(5)

Розділ 3 присвячений дослідженню впливу ВТ на якість пива. Для цього використовувалась експериментальна установка, яка дозволяє обробляти 100 мл пива тиском до 1000 МПа і варіювати робочу температуру в діапазоні від -200С до +900С. В експериментах використовувалося нефільтроване пиво марки “Світле” і фільтроване пиво “Наша марка”, що випускаються ЗАТ “Сармат”.

З метою визначення раціональних параметрів процесу обробки пива високим тиском був застосований метод планування експерименту. Процес обробки пива високим тиском характеризувався такими параметрами:

- Х1 - величина тиску;

- Х2 - температура продукту в процесі обробки тиском;

- Х3 - тривалість обробки (час експозиції).

При плануванні експерименту як функції відгуку, що характеризують ефективність розроблюваного процесу, прийняті:

- фізико-хімічні параметри:

У1 - чисельне значення вільного амінного азоту в пиві, виражене у вигляді цілого числа. Визначення даного параметра здійснювалося на основі осадження амінокислот, аміаку, а також кінцевих альфа-амінних азотомістких груп за допомогою сульфату амонію (NH4)2SO4;

- мікробіологічні параметри. Основними групами мікроорганізмів, у результаті життєдіяльності яких погіршуються харчосмакові якості пива, є:

У2 - концентрація мікроорганізмів у продукті, N, КОЕ/см3;

У3 - концентрація оцетокислих бактерій Acetobacter aceti;

У4 - концентрація молочнокислих бактерій Lactobacillus sp;

У5 - концентрація дріжджів Saccharomyces cereviosiae.

Фізико-хімічний аналіз зразків пива проводили на автоматичному аналізаторі пива компанії ANTON PAAR Gmb (Австрія); для визначення вільного аминного азоту використовували міжнародний метод проведення калориметричного аналізу за допомогою нінгідрину.

Результати серії експериментів наведені в таблицях 2, 3.

Таблиця 2 - Вплив високого тиску на фізико-хімічні показники нефільтрованого пива “Світле”

Номер досліду	1	2	3	Контроль
Тиск, МПа	300	500	600	-
Час обробки, хв	15	3	5	-
рН середовища	4,36	4,36	4,36	4,36
Об'ємний вміст спирту, % об.	4,45	4,45	4,45	4,45
Поліфеноли, мл/л	216	226	221	210
?- аміни	108	108	106	106
Гіркота, од ЕВС	21,7	21,8	21,7	21,0
Діацетил	0,08	0,08	0,08	0,08
Осадження сульфатом амонію (NH4)2SO4	7	7	7	5

Аналіз отриманих даних показує, що обробка високим тиском приводить до поліпшення важливого показника нефільтрованого і фільтрованого пива - осадження сульфатом амонію (NH4)2SO4. Проведення аналогічних досліджень для пива фільтрованого “Наша марка” показали збільшення даного показника з 12 до 16 відповідно. Інші показники не змінюються і відповідають вимогам нормативних документів.

Таблиця 3 - Вплив високого тиску на фізико-хімічні показники фільтрованого пива “Наша марка”

Номер досліду	1	2	3	Контроль
Тиск, МПа	300	500	600	-
Час обробки, хв	15	3	5	-
Фізико-хімічні показники
рН середовища	4,50	4,51	4,51	4,47
Об'ємний вміст спирту, % об.	7, 48	7, 28	7,5	7,46
Поліфеноли, мол/л	173	182	169	167
?- аміни	126	126	124	126
Діацетил	0,08	0,08	0,08	0,08
Осадження сульфатом амонію (NH4)2SO4	14	16	15	12

Планування і реалізація експерименту за планом Бокса-Бенкіна, його регресійний аналіз, побудова поверхонь функцій відгуку й аналіз області раціональних значень факторів дозволили встановити, що для зниження кількості патогенної мікрофлори до рівня медико-біологічних вимог і санітарних норм якості пива, необхідно обробляти тиском 500 МПа протягом 5 хв, при температурі 120С. При цьому поверхні функцій відгуку були описані наступними залежностями:

У1 = 3,5 - 2,9Х1 - 3,2Х2 + 2,69Х12 +2,8Х22- 1,5Х1Х2 (6)

У2 = 49-128Х1-60Х2+121,8Х12+98,8Х22-32Х1Х2 (7)

У3 = 45-114,9Х1 - 60,3Х2 + 127,8Х12 + 73,5Х22 - 31Х1Х2 (8)

У4 = 118 - 108,8Х1 - 96,4Х2 + 113,9 Х12 + 95,6Х22 - 27Х1Х2 (9)

LnУ5 = 1,1 - 2,3Х1 - 1,8Х2 + 2,8Х12 + 2,6Х22 - 1,5Х1Х2 (10)

Використання статистичного методу аналізу головних компонентів дозволило одержати комплексний показник якості пива при експериментах у вигляді лінійної комбінації п'яти перемінних:

Уі=1,193У1+1,258У2+1,247У3+1,262У4+У5 (11)

Колір і прозорість пива є одними з показників, що побічно характеризують його якість у процесі збереження. З метою вивчення питання, пов'язаного зі збереженням у продукті природного кольору була досліджена оптична щільність пива марки “Світле”, обробленого ВТ. Виміри проводилися на спектрометрі з плоскою дифракційною решіткою “PGS-2”, виробництва “Carl Zeiss”. З метою вивчення динаміки оптичної щільності пива, спектральні характеристики обробленого і не обробленого високим тиском пива контролювалися протягом перших 50 днів збереження з періодичністю в 5 днів і надалі - через кожні 10 днів. Аналізовані зразки пива зберігалися у термостаті при температурі 120С.

Обробка отриманих результатів і їхній аналіз показали, що в спектрі поглинання непастеризованого пива марки “Світле” спостерігається потужна смуга поглинання на довжині хвилі 450 нм і слабка смуга в районі 760 нм. Зміна оптичної щільності пива в процесі збереження контролювалося по смузі 450 нм. Зазначена частота максимуму смуги поглинання в процесі обробки пива високим тиском не змінюється.

Аналіз спектрів поглинання зразків пива, отриманих безпосередньо після обробки високим тиском і спектра контрольного зразка, що не піддавався впливу високого тиску показує їх практичний збіг, що дозволяє зробити висновок про відсутність негативного впливу високого тиску на фізико-хімічні показники пива, які визначають його оптичну щільність (рис.3).

Вивчення спектрів, отриманих через 50 діб після обробки, показало, що обробка пива тиском 500 МПа протягом 5 хвилин, не змінює його природний колір (не змінюється довжина хвилі смуги поглинання). Це свідчить про те, що дана обробка не приводить до зміни складу компонент пива, що визначають його спектральні характеристики.

Для дослідження впливу тривалості збереження (протягом 11 місяців) на спектральні характеристики пива “Світле” був проведений експеримент з визначення стабільності спектральних характеристик пива, обробленого тиском 500 МПа протягом 5 хвилин, і пива не обробленого. Спектри наведені на рис. 4.

Аналіз спектрів показав, що пиво, оброблене тиском 500 МПа протягом 5 хвилин, свій природний колір зберігає краще, ніж пиво, яке не пройшло обробку, що говорить про набуття після обробки більшої стабільності.

У розділі 4 подані результати експериментальних досліджень зміни об`єму пива при його обробці високим тиском. Дані дослідження мають першорядне значення, тобто дана величина бере участь у рівняннях (1) - (2).

Експериментальні дослідження виконані на спеціально розробленій та виготовленій установці, у якій зміну об`єму продукту визначали за величиною переміщення поршня камери високого тиску. Реєстрація мікропереміщення поршня (спектр мікропереміщень у залежності від тиску наведений на рис.5) здійснювалася з використанням розробленого індуктивного датчика і відповідного програмного забезпечення обробки одержуваних даних, що дозволило зменшити “шуми”, пов'язані з неточністю виготовлення механічної частини датчика, тертя, коливань технологічних параметрів проведення експерименту.

Як функція, що апроксимує результати експериментів, використана функція Лоренца. Результуюча функція описана рівнянням (12) з подальшим визначенням параметрів 5 лоренціанів.

; (12)

Проінтегрувавши отримані значення мікропереміщень, одержали графік зміни об`єму зразка пива в залежності від тиску (рис. 6).

Зареєстровано характерне падіння об`єму в діапазоні тисків 380- 440 МПа. Отримана експериментальним шляхом зміна об`єму на цій ділянці говорить про наявність деяких змін, що відбулися у випробовуваному зразку.

П'ятий розділ містить опис апаратурно-технологічної схеми установки для обробки пива високим тиском, технічні вимоги та технічні умови на дану установку, розробки окремих конструктивних елементів, а також циклограми управління технологічним процесом обробки пива високим тиском. Схема установки представлена на рис. 7.

Основними елементами даної установки є: контейнер високого тиску, що умовно представлений трьома елементами :1 - зона в контейнері високого тиску (КВТ) , у якій тиск максимальний, позначена ВД+, через дросель Д2 вона з'єднана з виходом із КВТ, позначена ВД-; 2 - баластова камера; 3 - обойма.

Циліндр 6 містить поршневу групу 7, здатну переміщатися в циліндрі, займаючи крайні положення I і ІІ. Це основний циліндр, робочий об`єм поршнів якого дорівнює об`єму баластової камери 2. Допоміжний циліндр 8 містить поршневу групу 9, об`єм поршнів якого дорівнює подвоєному об`єму поршнів у обоймі 3.11 - камера, що містить пиво до обробки високим тиском. Схема містить ключі К1 - К5, керовані вентилі, дроселі Д1-Д3 виключають неконтрольовані коливання тиску; зворотні клапани ОК1 - ОК6.

З метою реалізації результатів досліджень розроблені Технічні умови ТУ У 29.5-01566057-001-2005. “Установка для обробки пива УОП” і “Тимчасове доповнення до технічної інструкції з виробництва пива”. Очікуваний економічний ефект від упровадження результатів дисертаційної роботи на ЗАТ “Сармат”, “Донецький завод Продмаш” і заводі “ВИ-ВА ЛТД” склав 2110,9 тис. грн.



Висновок

1. Аналіз науково-технічної інформації показав, що широке впровадження в практику технології пива ВТ ускладнене у зв'язку з тим, що на даний час ще не вивчений достатньою мірою механізм впливу ВТ на мікрофлору пива; відсутні теоретичні моделі, що описують дані процеси; немає залежностей, що дозволяють оптимізувати процес; не вивчена стійкість пива, обробленого ВТ, у процесі збереження.

2. Теоретичними й експериментальними дослідженнями встановлені параметри процесу стерилізації мікроорганізмів при тиску 500 МПа і тривалості обробки 3 хв: для оцетокислих бактерій Acetobacter aceti - зниження N (КОЕ/см3) порівняно з контрольними зразками в 11,3 рази; для молочнокислих бактерій Lactobacillus sp - у 20 разів і для бактерії групи кишкової палички Escherihia coli - у 300 разів відповідно.

3. Залежність летального часу для окремих груп мікроорганізмів від тиску описується напівлогарифмічною залежністю. Встановлено, що підвищення тиску стерилізації в арифметичній прогресії, приводить до скорочення летального часу в геометричній прогресії.

4. Отримано математичну залежність частки мікроорганізмів, що вижили при стерилізації Nk /N0. Вона тим менша, чим менший ступінь резистентності даного виду мікроорганізмів S, більш агресивний хімічний склад даного сорту пива у відношенні мікроорганізмів А, вищий тиск стерилізації Р і довший час обробки тиском t.

5. Доведено, що час, необхідний для знищення певної в даних умовах кількості мікроорганізмів можна описати логарифмічною залежністю.

Експериментальними дослідженнями встановлено, що в обраному діапазоні значень тиск не впливає на фізико-хімічні властивості пива (рН середовища, об'ємний вміст спирту, поліфеноли, ?- аміни, гіркота, діацетил).

7. У результаті проведення багатофакторного експерименту визначені раціональні параметри процесу обробки пива ВТ: величина тиску - 500 МПа; тривалість процесу - 5 хв; температура процесу - 120С. Отримано відповідні рівняння регресії. Сформовано комплексний показник якості пива.

8. Обробка пива ВТ приводить до поліпшення важливого його показника - осадження сульфатом амонію (NH4)2SO4: для нефільтрованого пива даний показник збільшився порівняно з контрольним зразком з 5 до 7 і для фільтрованого пива - з 12 до 16 відповідно.

9. Вимір оптичної щільності в діапазоні довжин хвиль від 350 до 925 нм показав, що обробка пива тиском 500 МПа протягом 5 хвилин, не змінює його природний колір (не змінюється довжина хвилі смуги поглинання), що свідчить про те, що дана обробка не приводить до зміни складу компонент пива, що визначають його спектральні характеристики.

10. Порівняння спектральних характеристик зразків пива, оброблених тиском з контрольними зразками, показує, що пиво, оброблене тиском 500 МПа протягом 5 хвилин свій природний колір зберігає краще, ніж пиво,яке не пройшло обробку, що говорить про набуття після обробки більшої стабільності.

11. Створено експериментальний стенд для дослідження зміни об`єму продукту при його обробці тиском. При цьому чутливість датчика реєстрації мікропереміщень поршня склала 1,510-3 мкм.

12. Вперше отримана залежність зміни об`єму пива від тиску. При збільшенні тиску до 700 МПа об`єм пива у відносних одиницях зменшується з 800 до 580. Порівняння кривої зміни об`єму пива від тиску з кривою зміни об`єму води вказує на наявність стрибків кривої в діапазоні тисків 380 ... 440 МПа.

13. Розроблено апаратурно-технологічну схему установки для обробки пива ВТ. Запропоновано конструктивні рішення основних елементів пропонованої установки: ключів управління ВТ і двостороннього гідрозамка. Розроблено циклограму, що забезпечує синхронну роботу усіх вузлів і елементів установки.

14. З метою реалізації результатів досліджень розроблені Технічні умови ТУ У 29.5-01566057-001-2005. “Установка для обробки пива УОП” і “Тимчасове доповнення до технічної інструкції з виробництва пива”. Очікуваний економічний ефект від упровадження результатів дисертаційної роботи на ЗАТ “Сармат”, Донецькому заводі “Продмаш” і заводі “ВИ-ВА ЛТД” склав 2110,9 тис. грн.



Список опублікованих робіт

1. Дебелий В.Л., Соколов С.А., Сукманов В.О. Про перспективи використання надвисокого тиску при виробництві слабкоалкогольних напоїв// Обладнання та технології харчових виробництв: Тем. зб. наук. пр. - Донецьк: ДонДУЄТ, 2001. - Вип. 5. - С. 117 - 123.

2. Дебелий В.Л., Гаркуша В.Б., Соколов С.А. До питання розрахунку величини натягів у багатошарових камерах надвисокого тиску// Обладнання та технології харчових виробництв: Тем. зб. наук. пр. - Донецьк: ДонДУЄТ, 2001. - Вип. 6. - С. 120 - 128.

3. Соколов С.А., Дебелий В.Л. Методичне й апаратурне забезпечення досліджень впливу надвисокого тиску на стійкість пива// Обладнання та технології харчових виробництв: Тем. зб. наук. пр. - Донецьк: ДонДУЄТ, 2002. - Вип. 7. - С. 346 - 350.

4. Сукманов В.О., Соколов С.А., Гаркуша В.Б., Дебелий В.Л., Петрова Ю.Н., Курасов С.Н. Установка для дослідження впливу надвисокого тиску на харчові продукти //Тези доповідей Міжн. наук.-метод. конф., присвяченої 35-річчю академії ,,Стратегічні напрямки розвитку підприємств харчових виробництв і торгівлі”.- Харків: ХДАТОХ, 2002. - С. 124-126.

5. Сукманов В.О., Соколов С.А., Гаркуша В.Б., Дебелий В.Л., Петрова Ю.Н. Обробка продуктів харчування надвисоким тиском і устаткування для дослідження даного процесу// Теоретичні і практичні аспекти застосування методів інженерної фізико-хімічної механіки з метою удосконалювання й інтенсифікації технологічних процесів харчових виробництв: Сб. науч. праць. М.: МГУПБ, 2002.-З 331- 335.

6. Соколов С.А., Афенченко Д.С., Шульга А.В., Дебелий В.Л. Експериментальні дослідження впливу надвисокого тиску на стійкість пива // Обладнання та технології харчових виробництв: Тем. зб. наук. пр. - Донецьк: ДонДУЄТ, 2003. - Вип. 8. - С. 172 - 177.

7. Сукманов В.О., Соколов С.А., Ивченко Л.О., Букин Г.В. Дебелий В.Л., Дослідження спектральних характеристик пива, обробленого високим тиском//Матеріали межвузовской науково- практичної конференції "Проблеми техніки і технології харчових виробництв”.- Полтава: РВВ ПУСКУ, 2004. - с.155-160.

8. Савуцький А.І., Сукманов В.О., Соколов С.А., Дебелий В.Л. До питання створення установки для обробки пива надвисоким тиском // Обладнання та технології харчових виробництв: Тем. зб. наук. пр. - Донецьк: ДонДУЄТ, 2004. - Вип. 10. - С. 62 - 71.

9. Сукманов В.О., Соколов С.А., Савуцкий А.І., Дебелий В.Л. Розробка датчика для вимірювання мікропереміщень поршня в установці для обробки харчових продуктів високим тиском // Обладнання та технології харчових виробництв: Тем. зб. наук. пр. - Донецьк: ДонДУЄТ, 2005. - Вип. 11. - С. 342 - 350.

Особистий внесок здобувача:

У роботах [1,2] автором особисто розроблена методика проведення комплексу наукових досліджень для поліпшення споживчих властивостей пива і розроблена методика розрахунку камери високого тиску. У роботах [3,4] автором особисто розроблена методика проведення експериментальних досліджень і запропонована схема комплексу обладнання для обробки пива високим тиском. У роботах [5-6] автором особисто визначені параметри процесу, отримана теоретична крива загибелі мікроорганізмів шкідників пива під дією високого тиску. У роботах [7, 8] автором проведені експериментальні дослідження спектрів пива, зроблений аналіз динаміки спектральних характеристик і розроблені основні вузли установки для обробки пива високим тиском. У роботі [9] автором особисто розроблена конструкція датчика мікропереміщень і методика проведення вимірів.



Анотація

Дебелий В.Л. Удосконалення процесу обробки пива високим тиском з метою стабілізації його якості. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.12 - процеси й обладнання харчових, мікробіологічних і фармацевтичних виробництв. - Донецький державний університет економіки і торгівлі ім. М. Туган-Барановского, Донецьк, 2005 р.

У дисертації вирішені актуальні завданняі з дослідження впливу високого тиску на фізико-хімічні, мікробіологічні показники і споживчі властивості пива з метою стабілізації його якості в процесі збереження.

Теоретично обґрунтовані й експериментально встановлені параметри процесу стерилізації мікроорганізмів - основних шкідників пива: оцетокислих і молочнокислих бактерій, кишкової палички, дріжджів. Досліджено вплив тиску на фізико-хімічні властивості пива. Визначено раціональні параметри процесу обробки пива високим тиском: тиск стерилізації - 500 МПа; тривалість процесу - 5 хв; температура процесу - 120С. Отримано відповідні рівняння регресії. Розроблено комплексний показник якості пива.

Вперше отримані спектральні характеристики пива, обробленого тиском; показане підвищення його стабільності в процесі збереження. Експериментальними дослідженнями вперше отримана залежність зміни об`єму пива від тиску. Розроблено апаратурно-технологічну схему установки для обробки пива високим тиском, запропоновані конструктивні рішення основних її елементів.

Ключові слова: пиво, високий тиск, мікробіологічні, фізико-хімічні показники, споживчі властивості, оптична щільність, стабілізація якості, технологічна схема процесу.



Аннотация

Дебелый В.Л. Совершенствование процесса обработки пива высоким давлением с целью стабилизации его качества. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.18.12 - процессы и оборудование пищевых, микробиологических и фармацевтических производств. - Донецкий государственный университет экономики и торговли им. М. Туган-Барановского, Донецк, 2005 г.

В диссертации решены актуальные задачи по исследованию влияния высокого давления на физико-химические, микробиологические показатели и потребительские свойства пива с целью стабилизации его качества в процессе хранения.

В случае воздействия ВД на нестабильную систему “пиво - патогенная микрофлора”, она будет претерпевать изменения в сторону стабилизации всей системы за счёт угнетения или полной инактивации патогенной микрофлоры. Воздействие давления на скорости реакций определено уравнением Ван - Гофта.

Теоретически обоснованы, экспериментально установлены и подтверждены анализами Государственных бактериологических лабораторий параметры стерилизации микроорганизмов при давлении 500 МПа и продолжительности обработки 3 мин: для уксуснокислых бактерий Acetobacter aceti - снижение N (КОЕ/см3) по сравнению с контрольными образцами в 11,3 раза; для молочнокислых бактерий Lactobacillus sp - в 20 раз и для бактерии группы кишечной палочки Escherihia coli - в 300 раз соответственно.

Получена математическая зависимость доли выживших при стерилизации микроорганизмов. Она тем меньше, чем меньше степень резистентности данного вида микроорганизмов, более агрессивен химический состав данного сорта пива в отношении конкретного вида микроорганизмов, выше давление стерилизации и дольше время обработки давлением. Установлено, что время, необходимое для уничтожения определенного в данных условиях количества микроорганизмов описывается логарифмической зависимостью.

Экспериментальными исследованиями показано, что, в выбранном диапазоне значений, давление не оказывает влияние на физико-химические свойства пива (рН среды, объемное содержание спирта, полифенолы, - амины, горечь, диацетил).

В результате проведения многофакторного эксперимента определены рациональные параметры процесса обработки пива высоким давлением: величина давления - 500 МПа; продолжительность процесса - 5 мин; температура процесса - 120С. Получены соответствующие уравнения регрессии. Разработан комплексный показатель качества пива.

Обработка пива высоким давлением приводит к улучшению важного его показателя - осаждение сульфатом аммония (NH4)2SO4: для нефильтрованного пива данный показатель увеличился по сравнению с контрольным образцом с 5 до 7 и для фильтрованного пива - с 12 до 16 соответственно.

Измерения оптической плотности в диапазоне длин волн от 350 до 925 нм показали, что обработка пива давлением 500 МПа в течение 5 минут, не изменяет его естественный цвет (не изменяется длина волны полосы поглощения), что свидетельствует о том, что данная обработка не приводит к изменению состава компонент пива, определяющих его спектральные характеристики. Сравнение спектральных характеристик образцов пива, обработанных давлением с контрольными образцами, говорит о приобретённой после обработки большей стабильности в процессе его хранения.

С целью исследования изменения объема пива под давлением был разработан специальный датчик микроперемещений поршня камеры высокого давления. При этом чувствительность датчика регистрации микроперемещений поршня составила 1,510-3 мкм.

Спектр микроперемещений поршня аппроксимирован функцией Лоренца.

Экспериментальными исследованиями впервые получена зависимость изменения объема пива от давления. При увеличении давления до 700 МПа объем пива в относительных единицах уменьшается с 1000 до 580. Сравнение кривой изменения объема пива под давлением с кривой изменения объема воды указывает на наличие характерних скачков кривой в диапазоне давлений 380 440 МПа.

Разработана аппаратурно-технологическая схема установки для обработки пива высоким давлением. Предложены конструктивные решения основных элементов предлагаемой установки: ключей управления высоким давлением и двухстороннего гидрозамка. Разработана циклограмма, обеспечивающая синхронную работу всех узлов и элементов установки.

Результаты исследований внедрены на ЗАО “Сармат”, Донецком заводе “Продмаш”, заводе “ВИ-ВА ЛТД” с ожидаемым экономическим эффектом 2110,9 тыс. грн.

Ключевые слова: пиво, высокое давление, микробиологические, физико-химические показатели, потребительские свойства, оптическая плотность, стабилизация качества, технологическая схема процесса.



The summary

Debely V. L. improvement of process of processing of beer by a high pressure with the purpose of stabilization of its quality. - the Manuscript.

The Thesis for a scientific degree of Candidate Technical Science in a specialty 05.18.12 - processes and the equipment of foodstuff, microbiological and pharmaceutical production. - Donetsk state university of economics and trade named after M. Tugan-Baranovsky, Donetsk, 2005.

In the thesis actual problems in research of influence of a high pressure on physical and chemical, microbiological parameters and consumer properties of beer are solved with the purpose of stabilization of its quality during storage.

Parameters of sterilization of microorganisms - the basic wreckers of beer are theoretically proved and experimentally established: acetic and lactic bacteria, an intestinal stick, yeast. Influence of pressure on physical and chemical properties of beer is investigated. Rational parameters of process of processing of beer by a high pressure are determined: size of pressure - 500 MPa; duration of process - 5 minutes; temperature of process - 120N. The appropriate regress- equations are received. The complex parameter of quality of beer is developed.

For the first time spectral characteristics of the beer processed by pressure are received; increase of its stability during storage is shown. Dependence of change of volume of beer on pressure is received by experimental researches for the first time. The hardware - technological scheme of equipment for processing beer by a high pressure is developed, constructive decisions of its basic elements are offered.

Key words: beer, a high pressure, microbiological, physical and chemical parameters, consumer properties, optical density, stabilization of quality, and the technological scheme of process.

Размещено на Allbest.ru

...