Формирование качества и обеспечение потребительских свойств морсов на основе интенсификации процессов их производства

Размещено на http://www.allbest.ru/

Формирование качества и обеспечение потребительских свойств морсов на основе интенсификации процессов их производства

Специальность: 05.18.15 - Технология и товароведение продуктов функционального и специализированного назначения и общественного питания

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Фаткуллин Ринат Ильгидарович

Орел 2013

Диссертационная работа выполнена в ФГБОУ ВПО Южно-Уральский государственный университет (НИУ) на кафедре «Товароведение и экспертиза потребительских товаров»

Научный руководитель: Потороко Ирина Юрьевна доктор технических наук, доцент, заведующая кафедрой «Товароведение и экспертиза потребительских товаров» ФГБОУ ВПО «Южно-Уральский государственный университет»

Официальные оппоненты Пехтерева Наталья Тихоновна кандидат технических наук, доцент, заведующая кафедрой «Товароведение продовольственных товаров» «Белгородский университет кооперации, экономики и права»

Николаева Мария Андреевна доктор технических наук, профессор, Отраслевой университет повышения квалификации работников торговли Министерства экономического развития Российской Федерации, директор

Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный Торгово-Экономический университет»

Защита состоится «27» декабря 2013 года в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212 182 08 при ФГБОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК» по адресу: 302020, Орел, Наугорское шоссе, 29, ауд.212

С диссертацией можно ознакомиться в научной библиотеке ФГБОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК» по адресу: 302020, Орел, Наугорское шоссе, 29.

Текст автореферата и объявление о защите диссертации размещены в сети Интернет на сайте Минобрнауки РФ http:// vak.ed.gov.ru «25» ноября 2013года и сайте ФГБОУ ВПО «Госуниверситет-УНПК»

Автореферат разослан «26» ноября 2013 года

Ученый секретарь диссертационного

совета, кандидат технических наук А.П. Симоненкова

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В последние годы наблюдается повышенный интерес населения к национальным напиткам на натуральной основе, к числу которых относятся морсы. С позиции потребительских свойств морсы все больше рассматриваются как напитки, обладающие выраженной физиологической ценностью, что и определяет положительную динамику роста этого сегмента в настоящее время.

Направление развития производства напитков в России на сегодняшний день определяется «Стратегией развития пищевой и перерабатывающей промышленности Российской Федерации на период до 2020 года», основными приоритетами в которой закреплены рациональное использование сырьевых ресурсов и внедрение технологических инноваций. В связи с чем, перед производителями стоит задача по совершенствованию технологии производства, позволяющей не только увеличить ассортимент напитков, но и обеспечить улучшение их потребительских свойств и как следствие конкурентоспособности.

Актуальной проблемой на сегодня остается поиск инновационных технологий, направленных не только на формирование заданного качества напитков, но и нацеленных на ресурсосберегающую переработку сырья и максимальное сохранение его физиологически ценных компонентов. Среди таких технологий можно выделить использование методов воздействия физической природы, а именно ультразвука.

Таким образом, вопрос формирования качества, физиологической ценности и интенсификации процессов производства морсов является актуальным, необходимость его изучения и определила выбор темы диссертационного исследования.

Степень разработанности. Значительный вклад в изучение вопросов экспертизы качества продуктов переработки плодово-ягодного сырья внесли М.А. Николаева, В.Г., Тихомиров, Л.А. Оганесянц. Развитию вопросов технологии производства напитков посвящены работы Е.Т. Зуева, Г.А. Гореликовой, Л.А. Маюрниковой и ряда других авторов.

Вопросами использования ультразвука в пищевых производствах в нашей стране и за рубежом активно занимаются такие ученые как С.Д. Шестаков, О.Н. Красуля, Н.В. Дежкунов, Г.А. Кардашев, M.Ashokkumar, K.S.Suslick, F.Grieser и другие.

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы являлся поиск путей обеспечения качества и потребительских свойств морсов, на основе использования ультразвукового воздействия как фактора интенсификации процесса их производства.

Достижение поставленной цели предусматривает решение следующих задач: сырье морс товароведный качество

- анализ регионального рынка напитков (морсов, соков, безалкогольных и сокосодержащих напитков) и установление факторов, определяющих формирование потребительского спроса на них;

- оценка качества и технологических свойств основного сырья, используемого для производства морсов;

- исследование возможности интенсификации процесса производства морсов на основе использования ультразвукового воздействия;

- комплексная товароведная оценка качества и исследование физиологической ценности морсов, полученных с использованием ультразвукового воздействия;

- исследование стойкости морсов, полученных с использованием ультразвукового воздействия;

- промышленная апробация разработанной технологии производства морсов с использованием ультразвукового воздействия.

Научная новизна:

Диссертационная работа содержит элементы научной новизны в рамках пунктов 2, 4 и 5 паспорта специальности 05.18.15.

теоретически обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность применения ультразвукового воздействия для интенсификации процесса экстракции в технологии производства морсов;

определены эффективные режимы ультразвуковой обработки для оптимизации процесса производства морсов;

установлена эффективность использования ультразвукового воздействия для обеззараживания морсов и повышения их физиологической ценности;

впервые исследован дисперсный состав морсов, полученных с использованием ультразвукового воздействия; на основе метода лазерного динамического светорассеивания показано, что ультразвук оказывает диспергирующее действие на систему морса, что приводит к улучшению потребительских свойств напитка;

показана эффективность использования ультразвукового воздействия для увеличения стойкости морсов в хранении.

Предмет исследования. Предметом исследования является качество и способ производства морса на основе использовании ультразвукового воздействия.

Теоретическая и практическая значимость работы состоит в разработке способа интенсификации технологии производства морсов путем включения в технологический процесс ультразвукового воздействия.

Разработаны рекомендации по использованию ультразвукового воздействия на предприятиях пищевой промышленности для технологии водоподготовки, заявка на изобретение № 201312378 с приоритетом от 23.05.2013г «Способ подготовки воды для пищевых производств».

Сформирована матрица зависимости потребительских достоинств готового морса от исходных технологических свойств ягодного сырья, предложен метод расчета показателя технологической пригодности ягод для производства морсов.

Предложенный способ производства морса внедрен в производственную деятельность ООО Компания «ВИТЭКС», ООО «Национальная водная компания «Ниагара», что подтверждается соответствующими актами внедрения. Разработан проект технические условия морс клюквенный, произведенный с использованием ультразвукового воздействия.

Материалы исследования используются в учебном процессе для студентов, обучающихся по направлениям 100800 «Товароведение», 260800 «Технология продукции и организация общественного питания», а также магистрантов 221400 «Управление качеством» ФГБОУ ВПО «ЮУрГУ» (НИУ).

Методология и методы исследования. Использованная в работе методология базируется на общепринятых, стандартных и оригинальных методах исследования.

Положения, выносимые на защиту:

1. Способ интенсификации процессов производства морсов на основе использования ультразвукового воздействия.

2. Состав и свойства основного сырья для производства морсов.

3. Результаты комплексной товароведной оценки качества и физиологической ценности морсов, полученных по модифицированной технологии, в сравнении с традиционным напитком.

4. Рациональные режимы ультразвукового воздействия на этапах водоподготовки, экстракции и обеззараживания.

Степень достоверности и апробация результатов. Степень достоверности экспериментальных данных оценивали методами математической статистики с привлечением современных программных средств MICROSOFT Offiсе, MatCad. Экспериментальные исследования проводились в трех-пяти кратных повторностях для каждого из вариантов опыта и контроля с доверительной вероятностью 0,95.

Основные положения диссертационной работы докладывались на международных научно-практических конференциях «Торгово-экономические проблемы регионального бизнес-пространства» (г. Челябинск 2010, 2012, 2013); международной научно-практической конференции «Использование электрофизических методов исследований для производства и оценки качества пищевых продуктов» (Санкт-Петербург, 2012); на международной научно-практической Интернет-конференции «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании'2012» (Киев, 2012); международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в пищевой промышленности и общественном питании - основы повышения качества, конкурентоспособности и безопасности товаров» (Москва, 2012); научной конференции аспирантов и докторантов ФГБОУ ВПО «ЮУрГУ» (НИУ) (г. Челябинск 2012, 2013); на VI Международной научно-практической конференции «Экономический рост Республики Беларусь: глобализация, инновационность, устойчивость», посвященной 80-летию БГЭУ (г. Минск, 2013).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 9 работ, отражающих ее основное содержание, в т.ч. 4 - в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы и приложений. Диссертационная работа изложена на 148 страницах печатного текста, включает 38 рисунков и 19 таблиц. Список литературы включает 184 источников российских и зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи работы, охарактеризована научная новизна, практическая ценность работы.

В первой главе «Аналитический обзор литературы» представлен обзор отечественной и зарубежной литературы, посвящённой вопросам развития технологии производства напитков на ягодном сырье. Проанализированы способы водоподготовки в технологиях напитков. Рассмотрены особенности протекания отдельных технологических операций и их влияние на качество конечного продукта, изложены инновационные методы экстракции и обеззараживания морсов. Подробно описан метод ультразвукового воздействия, раскрыты перспективы его использования в технологии производства напитков.

Во второй главе «Постановка эксперимента» изложены основные характеристики объектов исследования, представлена структурная схема исследований (рисунок 1), даны описания методов исследования.

Выбор объектов и методов исследования обусловлен целью диссертационной работы.

Для исследований применялся аппарат ультразвуковой технологический «Волна» модель УЗТА-0,4/22-ОМ. Режим ультразвуковой кавитационной обработки: 2 кВт с частотой 22±1,65 кГц.

Основными объектами исследования служили:

сырье, полуфабрикаты: замороженные ягоды клюквы трех поставщиков; пробы воды, используемой в производстве морсов; экстракты, модельные купажные сиропы;

готовая продукция: клюквенный морс, полученный по традиционной и модифицированным технологиям.

Для экспериментальных исследований использовали общепринятые методы анализа. Отбор проб осуществлялся согласно требований соответствующих стандартов. Исследование качества выбранных объектов проводили с учетом номенклатуры показателей:

Пробы воды:

вкус, запах, цвет, мутность по ГОСТ 3351-74, рН потенциометрически по РД 52.24.495-95, щелочность по ГОСТ Р 52963-2008 (ИСО 9963-1:1994,

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1 Схема эксперимента

ИСО 9963-2:1994), жесткость общую по ГОСТ Р 52407-2005, железо общее по ГОСТ 4011-72, кадмий, медь, ртуть, свинец по ГОСТ Р 52180-2003, марганец по ГОСТ 4974-72, нитраты по ГОСТ 18826-73, окисляемость перманганатную по ГОСТ 23268.12-78, сульфаты по ГОСТ 4389-72, сухой остаток по ГОСТ 18164-72, хлориды по ГОСТ 4245-72, кальций по ГОСТ 23268.5-78, магний по ГОСТ Р 52407-2005, общее микробное число по МУ 4.2.1018-01, общие колиформные бактерии по ГОСТ Р 50474-93, термотолерантные колиформные бактерии по ГОСТ Р 52816-2007.

Ягоды клюквы, экстракты из выжимок клюквы, купажные сиропы, готовый морс:

содержание сухих веществ по ГОСТ 28562-90, массовую долю титруемых кислот по ГОСТ 25555.0-82, органолептическая оценка - по эталонной 5-балльной шкале, содержание общих Сахаров по ГОСТ 8756.13-87, содержание дубильных веществ по ГОСТ 24027.2-80, содержание витаминов: тиамин (В1), рибофлавин (В2) - флюориметрическим методом, никотиновая кислота (РР) - колориметрическим методом, аскорбиновая кислота (С) по ГОСТ 24556-89, содержание минеральных веществ: калий, магний, натрий, фосфор, железо, кальций методом атомно-адсорбционной спектроскопии, интенсивность цвета - колориметрически, прозрачность - методом «по шрифту», антиоксидантную активность (АОА)- методом определения перекисного числа льняного масла и выражением АОА в условных единицах 1/ПЧ (Г.А. Гореликова), дисперсный состав - методом лазерного динамического светорассеивания с использованием прибора Nanotrac.

Расчеты и графическая интерпретация результатов реализации моделей проводились с использованием визуального программирования в среде MICROSOFT Offiсе Word XP, Excel XP для Windows XP.

Статистическую обработку результатов эксперимента проводили по методу Стьюдента. Оптимальные режимы ультразвукового воздействия определяли с использованием двухфакторного регрессионного анализа с помощью программного продукта MatCad 2000. С проверкой адекватности модели по критерию Фишера.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

В третьей главе представлен анализ современного состояния регионального рынка напитков (морсов, соков, безалкогольных и сокосодержаших напитков), а также результаты оценки потребительских предпочтений в отношении морсов.

Результаты исследования рынка морсов показали абсолютную несформированность предложения региональных производителей в этом сегменте напитков, удельный вес морсов региональных производителей составил 36% к общему объему реализуемых напитков, среди которых 78% - морсы, собственных производств ритэйлов.

Анализ изучения потребительских предпочтений показал, что органолептические свойства являются основным критерием выбора для потребителя (87%), при этом большинство потребителей, 76%, воспринимают морс как натуральный продукт, отмечая важность полезных свойств напитка и его привлекательность как источника витаминов и других биологически активных веществ.

Вместе с тем, потребителями были отмечены такие недостатки морсов, представленных на региональном рынке, как наличие водянистого вкуса, недостаточно выраженный аромат. Также было установлено, что морсы длительного хранения вызывают недоверие покупателей в части полезных свойств напитков.

Определено, что 68% покупателей отдали бы предпочтение напиткам региональных производителей, произведенным из ягодного сырья Уральского региона. Среди вкусовых предпочтений в сегменте морсов абсолютное лидерство (84% опрошенных) удерживает клюквенный морс.

Полученные результаты легли в основу выбора объекта для дальнейших исследований - клюквенный морс, произведенный из регионального сырья.

В четвертой главе работы был проведен анализ качества воды и замороженных ягод клюквы, используемых для производства клюквенного морса.

Учитывая большую площадь города и значительную рассредоточенность производителей морсов, был проведен анализ качества воды, используемой для производства морсов предприятиями, расположенными в различных муниципальных районах города.

Результаты проведенных исследований позволили выявить номенклатуру приоритетных показателей качества воды разных районов г. Челябинска, требующих корректировки:

Район города	Номенклатура приоритетных показателей качества воды, требующих корректировки
Металлургический Тракторозаводский Ленинский Советский Курчатовский Центральный Калининский	Fe, нитраты Fe, перманганатная окисляемость, жесткость жесткость, нитраты жесткость, Fe жесткость, Fe, нитраты перманганатная окисляемость, Cu, жесткость, хлор остаточный Fe, хлор остаточный

Анализ полученных результатов с учетом требований к качеству воды для производства морсов позволил установить два критических показателя, требующих корректировки - это содержание железа (превышение нормы в среднем в 1,5 раза) и общая жесткость (превышение нормы в среднем 6 %), отклонения по которым были отмечены в пробах воды пяти районов.

Исследование качества воды по сезонам, проведенное в рамках деятельности одного из предприятий, расположенного в Советским районе г. Челябинска, показало превышение нормативных значений этих показателей независимо от времени года. Дополнительно в список приоритетных был включен показатель общее микробное число (ОМЧ), ввиду значительных его колебаний в отдельные сезоны.

Таким образом, было установлено, что перед региональными производителями морсов стоит приоритетная задача корректировки свойств воды по показателям общая жесткость и содержание железа, а также необходимость обеззараживания воды.

В соответствии с планом эксперимента на следующем этапе исследований был проведен анализ качества и технологических свойств замороженных ягод клюквы трех поставщиков: «Озерская лесопромышленная компания»; ООО «ТехПром»; ООО «Фреш».

Для обоснования выбора ягод для дальнейших исследований на основе экспертной оценки была составлена матрица зависимости потребительских достоинств готового морса от исходных технологических свойств ягод клюквы (таблица 1).

Таблица 1

Матрица зависимости потребительских свойств морса от технологических свойств клюквы

Показатели качества клюквы	Показатели качества морса	Ранг пок-ля	Коэф. весомости
	вкус	запах	цвет	консистен	физиол.цен	стойкость
Содержание сухих веществ	+	+	+	+	0	0	2	0,20
Титруемая кислотность	+	-	0	-	0	0	4	0,10
Содержание общих Сахаров	+	-	-	-	0	0	5	0,10
Содержание дубильных веществ	0	0	+	0	+	+	3	0,15
Содержание пектина	-	-	0	+	+	0	6	0,10
Суммарное содержание витаминов	-	-	-	-	+	-	7	0,05
Суммарное содержание минеральных элементов	-	-	-	-	+	-	8	0,05
Средний выход сока	+	+	+	+	+	0	1	0,25

Примечание (получено методом опроса экспертов): + - сильная связь; 0 - средняя связь;- - слабая связь или ее отсутствие

Результаты исследования образцов замороженной клюквы позволили установить неоднородность качества и химического состава ягод, и как следствие, разный уровень их технологических свойств (рисунок 2).

Полученные результаты позволили определить два образца клюквы производителей «Озерская лесопромышленная компания» и ООО «Фреш» как пригодное для производства морсов сырье, тогда как клюква ООО «ТехПром» было отнесена к градации условно пригодное сырье.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 2 Показатель технологической пригодности ягодного сырья для производства морса (1- ООО «Озерская лесопромышленная компания»; 2 - ООО «ТехПром»; 3 - ООО «Фреш»)

Комплексный анализ результатов позволил установить в качестве объекта для последующих исследований клюкву поставщика ООО «Озерская лесопромышленная компания», которая отличалась наиболее высоким показателем технологической пригодности 0,68.

В задачи пятой главы работы «Исследование влияния ультразвукового воздействия на технологические этапы производства морса» входило изучение возможности использования ультразвукового воздействия для интенсификации процессов производства клюквенного морса.

На первом этапе исследовалась возможность использования ультразвукового воздействия для технологического этапа водоподготовки.

Вода обрабатывалась ультразвуком мощность 120 Вт, 180 Вт и 240 Вт, экспозиция 1, 3 и 5 мин. Контроль проводился по номенклатуре критических показателей, установленных на предыдущем этапе исследований. В результате были установлены наиболее эффективные режимы ультразвукового воздействия для корректировки качества воды:

Снижение показателя по отношению к исходному значению
Общая жесткость	Содержание железа	Общее микробное число
180 Вт, 5 мин на 24,6% 240 Вт, 3 мин на 24,7%	180 Вт, 3 мин на 15,0% 180 Вт, 5 мин на 23,0% ультразвук+фильтрация	180 Вт, 5 мин на 83,9% 240 Вт, 3 мин на 88,9%

Было установлено, что использование ультразвукового воздействия позволяет снизить жесткость воды. При обработке мощностью 180 Вт и 240 Вт в течение 3 минут - в среднем на 20 - 24%, воздействие ультразвука в течение 5 минут при указанных мощностях позволяет снизить значения жесткости еще лишь на 5 -7%. Полученный эффект основан на разрушении распространяющимися в воде импульсами давления от кавитации гидратных оболочек растворенных и существующих в виде ионов бикарбонатов кальция и магния, и стимулировании тем самым перехода этих солей жесткости в аморфную коллоидную форму карбонатов, которая может существовать в воде, не кристаллизуясь.

Для обеспечения эффективной очистки воды от железа необходимо было установить исходное состояние элемента в исследуемых пробах воды и влияние ультразвукового воздействия на него. Контроль проводили с использованием диаграммы Пурбэ. Было установлено, что ультразвуковое воздействие ускоряет процесс окисления Fe²⁺ в Fe³⁺ с последующим образованием Fe(OH)₃.

Ввиду нерастворимости Fe(OH)₃ для очистки воды от железа было приятно решение о необходимости последующей фильтрации исследуемых образцов воды.

В результате было установлено, что ультразвуковое воздействие с последующей фильтрацией позволило снизить содержание железа в воде (по отношению к отфильтрованной воде) при обработке в режиме мощность 180 Вт, экспозиция 3 и 5 мин - на 15 и 23 % соответственно.

Обработка ультразвуком мощностью 180 Вт в течение 3 мин позволила снизить значение общего микробного числа, однако такой режим нельзя было признать эффективным. Увеличение мощности, как и экспозиции ультразвукового воздействия, позволило достичь лучших результатов, причем эффект воздействия ультразвуком 180 Вт, 5 мин и 240 Вт, 3 и 5 мин различался незначительно. Использование режимов ультразвукового воздействия мощность 180 Вт в течение 5мин и мощность 240 Вт в течение 3 и 5 мин позволила снизить значении ОМЧ воды в 6 - 7 раз.

Комплексный анализ полученных результатов позволил установить наиболее эффективный режим ультразвукового воздействия - 180 Вт, экспозиция 5 мин.

Для определения степени эффективности модифицированной технологии водоподготовки был проведен сравнительный анализ качества воды, полученной с использованием традиционной и обновленной технологии.

Результаты проведенных исследований показали, что использование модифицированной технологии с применением ультразвукового воздействия позволяет скорректировать значения показателей, выходящих за пределы нормативных значений, и обеспечить стандартное качество воды.

Вместе с тем, применение традиционной технологии водоподготовки (на основе обратного осмоса) позволяет достичь более выраженного снижения значений большинства контролируемых показателей качества воды, что послужило основанием отказа от внедрения ультразвукового воздействия в технологию производства морсов на этапе водоподготовки.

На следующем этапе исследований была проведена серия экспериментов по изучению влияния ультразвука разной мощности и продолжительности действия на процесс экстракции из выжимок клюквы.

Известно, что экстракция биологически активных веществ из природных материалов растительного происхождения, как правило, ограничена скоростью диффузии в твердой фазе. Для интенсификации диффузионных процессов было предложено использовать ультразвуковое воздействие.

Был сформирован перечень объектов исследований, состоящий из 4 образцов экстрактов, полученных по традиционной и модифицированным технологиям. Характеристика образцов с указанием технологических особенностей их получения представлена в таблице 2.

Таблица 2

Перечень объектов исследования влияния УЗ на процесс экстракции

Объекты исследования	Условия экстракции
Контроль	Перемешивание выжимок клюквы с подготовленной водопроводной водой в течение 20 мин при температуре 60 єС
Экстракт 1	Перемешивание выжимок клюквы с водопроводной водой, предварительно обработанной УЗ (мощностью 180 Вт экспозиция 5 мин) 10 мин без нагревания
Экстракт 2	Обработка УЗ (мощностью 180 Вт экспозиция 5 мин) смеси выжимок клюквы с водой без нагревания
Экстракт 3	Обработка УЗ (мощностью 180 Вт экспозиция 5 мин) смеси выжимок клюквы с водой с последующим перемешиванием в течение 5 мин при температуре 30 єС

Соотношение выжимки: вода для всех исследуемых образцов составило 1,5:10.

Оценивались показатели: содержание сухих веществ, массовая доля дубильных веществ, интенсивность цвета (таблица 3).

Таблица 3

Результаты физико-химических показателей качества экстрактов

Наименование показателя	контроль	экстракт 1	экстракт 2	экстракт 3
Интенсивность цвета	1,48±0,03	1,28±0,04	1,56±0,03	1,62±0,03
Содержание сухих веществ, %	2,6±0,03	2,2±0,02	3,1±0,02	3,8±0,03
Содержание дубильных веществ, %	1,4±0,02	1,2±0,02	1,6±0,03	1,7±0,02

Результаты исследования не показали значительного эффекта увеличения сухих веществ в экстракте 1. Использование в качестве экстрагента воды, обработанной ультразвуком в течение 5 мин при мощности воздействия 180 Вт, привело к потере 15,4% экстрактивных веществ по отношению к контролю, на основании чего этот образец был исключен из дальнейших исследований.

Гораздо более эффективно, как показали исследования, подвергать ультразвуковой обработке готовую смесь воды и выжимок ягоды. Так воздействие в течение 5 мин при мощности 180 Вт (экстракт 2) позволило на 19,2% увеличить содержание сухих веществ в готовом экстракте, при этом время, затрачиваемое на экстракцию, сократили на 15 мин.

Максимальный эффект увеличения содержания сухих веществ был получен при использовании 3 способа экстракции. Дополнительное перемешивание экстракта в течение 5 мин при температуре 30 єС увеличило выход экстрагируемых веществ еще на 22,6% (примерно в 1,5 больше, чем в контроле). Но временные затраты увеличились на 5 мин по отношению к предыдущему образцу, однако по отношению к контролю время экстрагирования было сокращено в 2 раза.

Тенденции экстрагирования дубильных веществ и общего количества сухих веществ в исследуемых образцах носили идентичный характер, максимальное увеличение выхода дубильных веществ составило 21,4% (экстракт 3).

Таким образом, серия проведенных исследований показала целесообразность и эффективность применения ультразвукового воздействия в технологии приготовления морсов на этапе экстракции.

На следующем этапе работы были проведены исследования влияния ультразвукового воздействия на процесс обеззараживания. В качестве объектов исследования выступали купажные сиропы, произведенные по традиционной технологии и с применением ультразвукового воздействия (на основе экстрактов 2 и 3).

В традиционной технологии, для обеззараживания предусмотрена пастеризация, которая, как известно, приводит к значительной потере витаминов, разрушению части пигментов и ряда вкусоароматических веществ. Для решения этой проблемы, нами было предложено использование ультразвуковой обработки уже готового купажного сиропа.

Основываясь на ранее полученных результатах по влиянию ультразвукового воздействия на общее микробное число (ОМЧ) воды, были выбраны три режима обработки: 180 Вт, 5 мин, 240 Вт, 3 и 5 мин.

Обработка ультразвуком купажных сиропов показала, что эффективными режимами ультразвукового воздействия являются мощность 240 Вт, экспозиция - 3 и 5 мин, которые позволили значительно снизить ОМЧ и практически обеспечить стерильность, аналогичную термической обработке, при этом, позволяя избежать термической обработки морсов, а, следовательно, давая возможность максимально сохранить его физиологическую ценность.

Для установления эффективных режимов ультразвуковой обработки было проведено двухфакторное планирование эксперимента. В качестве переменных факторов были выбраны мощность ультразвукового реактора и длительность воздействия. Номенклатура контролируемых показателей была установлена с учетом ранее проведенных исследований.

Оценивались: содержание сухих веществ, интенсивность цвета - на этапе экстракции и ОМЧ - на этапе обеззараживания. Полученные поверхности отклика представлены на рисунке 3.

Обобщенный анализ данных, полученных в результате планирования эксперимента, с учетом физического смысла устанавливаемых величин, удобства контроля в производственных условиях позволил определить сочетание 2х факторов: мощность ультразвука, 190 Вт и длительность воздействия 5 мин для этапа экстракции, и 235 Вт и 4 мин - для обеззараживания морса.

Сухие вещества	Интенсивность цвета	ОМЧ
opt (189.2; 4.6)	opt (192.9; 4.8)	opt (234.8;4.2)

Рисунок 3 Зависимость показателей качества экстрактов и купажных сиропов от мощности и длительности ультразвукового воздействия

На основании полученных результатов было решено в качестве объектов для дальнейших исследований установить два образца клюквенного морса, полученных с использованием ультразвукового воздействия:

образец 1 - морс, произведенный при однократном воздействии ультразвука на этапе экстракции в режиме 190 Вт, 5 мин;

образец 2 - морс, полученный при двукратном воздействии ультразвука на этапе экстракции в режиме 190 Вт, 5 мин и на этапе обеззараживания в режиме 235 Вт, 4 мин.

Шестая глава работы основывалась на проведении комплексной товароведной оценки качества и исследовании физиологической ценности морсов, полученных по традиционной и модифицированным технологиям.

Профилограмма органолептических показателей морсов, полученных на основании использования 5-уровневой дегустационной шкалы, представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 Результаты дегустационного анализа образцов морса

Было установлено положительное влияние ультразвукового воздействия на органолептические характеристики морса. Более выражено это влияние на такой показатель как цвет, а также ультразвуковая обработка улучшает вкус и запах напитка.

Значительной разницы в органолептической оценке морса, полученного с использованием одно- и двукратного ультразвукового воздействия отмечено не было.

В качестве приоритетных направлений дальнейших исследований был выбран комплекс физико-химических показателей, результаты определения которых, представлены в сводной таблице 4 и свидетельствуют о выраженном влиянии ультразвукового воздействия на показатели качества морсов.

Таблица 4

Результаты физико-химических показателей качества морсов

Наименование показателя	контроль	образец 1	образец 2
Интенсивность цвета	2,08±0,03	2,58±0,02	2,64±0,03
Содержание сухих веществ, %	10,40±0,03	12,18±0,02	12,20±0,02
Массовая доля титруемых кислот, %	0,30±0,02	0,33±0,02	0,33±0,02
Содержание общих Сахаров, %	5,62±0,02	5,78±0,02	5,76±0,02
Содержание дубильных веществ, %	1,28±0,02	1,36±0,03	1,38±0,02
Объемная доля осадка, %	1,2±0,1	1,4±0,1	1,5±0,1
Скорость образования осадка, мин	10±0,5	14±0,5	16±0,5

Для морса, полученного на основе двукратного ультразвукового воздействия, рост значений показателей по отношению к контролю был интенсивнее: содержание сухих веществ увеличилось на 18,4%, а дубильных - на 8,6%, тогда как для морса на основе однократного ультразвукового воздействия эти значения составили 17,1% и 6,3% соответственно. Аналогичная тенденция была отмечена и для остальных показателей.

Такой результат может быть объяснен диспергирующим действием ультразвука на систему морса, а также его способностью повышать растворяющие и экстракционные свойства воды.

Увеличение значений показателя прозрачность для морса, полученного с применением ультразвукового воздействия по отношению к контролю, указывает на способность ультразвука изменять дисперсный состав напитка (рисунок 5).

а б

в

Рисунок 5 Результаты определения дисперсного состава образцов клюквенного морса (а - контроль; б - морс однократного озвучивания; в - морс на основе двукратного озвучивания)

Было установлено, что для контрольного образца морса характерно присутствие дисперсных частиц, размер которых составляет 5670нм.

Для образца полученного двукратным озвучиванием размер дисперсных частиц находился в диапазоне значений 236,8 - 5830 нм. Ультразвук оказывает выраженное диспергирующее действие на систему морса, причем двукратное воздействие является более эффективным и позволяет достичь снижения размера частиц до 24 раз.

Результаты исследования дисперсного состава клюквенного морса коррелировали с оценкой скорости образования осадка в напитках. Для образцов морсов, полученных на основе использования ультразвука, снижение скорости образования осадка (по отношению к контролю) составило 27 и 34% для одно- и двукратного воздействия соответственно.

Для анализа физиологической ценности морсов, определяли содержание витаминов и минеральных веществ в напитках (рисунок 6).

Рисунок 6 Содержание витаминов и минеральных веществ в образцах морса

Сравнительный анализ витаминного состава исследуемых образцов морсов показал, что использование ультразвука позволило обеспечить увеличение содержание витаминов в среднем на 14,3 - 20%, наиболее существенное влияние ультразвуковое воздействие оказало на содержание аскорбиновой кислоты.

Анализ минерального состава показал, что, несмотря на колебания между отдельными веществами, разница с контрольным образцом составила в среднем 16 - 18%, что может быть обусловлено общим увеличением содержания сухих веществ в морсе, полученном по модифицированной технологии.

Вместе с тем, было отмечено более высокое содержание витаминов и минеральных элементов в морсе, полученном с применением двукратного ультразвукового воздействия по сравнению с однократным.

Известно, что клюква отличается высоким содержанием полифенольных веществ, совместное действие которых с аскорбиновой кислотой обусловливает антиоксиданты свойства ягоды и напитков, полученных из нее.

Результаты определения АОА образцов морса, основанные на установлении количества первичных продуктов распада липидов, показали эффективность использования ультразвукового воздействия для повышения АОА клюквенного морса. Увеличение значения АОА составило 15,3% по отношению к контролю для образца, полученного двукратным озвучиванием и 13,6% - однократным. Такой эффект обусловлен как общим увеличением количества веществ антиоксидантного ряда в модифицированном напитке, так и возможным усилением синергетического эффекта их действия.

На основании комплексного анализа полученных результатов было решено использовать ультразвуковое воздействие на 2х этапах технологического цикла производства морсов:

– на этапе экстракции для сокращения времени экстракции и максимального извлечения экстрактивных веществ, режим воздействия: мощность 190 Вт, экспозиция 5 мин;

– на этапе заключительной обработки купажного сиропа взамен пастеризации для сохранения физиологически ценных компонентов напитка, режим воздействия: мощность 235 Вт, экспозиция 4 мин.

На заключительном этапе работы были проведены исследования стойкости морсов (традиционного и модифицированного) в хранении. Стойкость напитков оценивалась по комплексу органолептических и физико-химических показателей на протяжении всего периода хранения напитков (72 ч); кинетика процессов «старения» изучалась дополнительно по показателям коллоидного помутнения и сохранности цвета.

Анализ результатов показал, что качество морсов в процессе хранения при соблюдении установленного режима оставалось достаточно стабильным. Было установлено незначительное снижение содержания сухих веществ, которое для контрольного образца морса составило 7,7%, для модифицированного - 4,1%.

Вместе с тем, было определено, что использование в технологии производства морса ультразвука позволило снизить интенсивность протекания процессов коллоидного помутнения и потери интенсивности цвета.

Потеря прозрачности для контрольного образца морса составила 27,7 %, тогда как для образца, полученного на основе ультразвукового воздействия - 12,3%.

Данные, представленные на рисунке 7, свидетельствуют о снижении интенсивности цвета морсов в процессе хранения.

Более активно этот процесс протекал для контрольного образца морса, потеря интенсивности цвета составила 13,5%, тогда как для образца, на основе двукратного воздействия - 8,6%.



а б

Рисунок 7 Результаты определения оптической плотности и интенсивности цвета исследуемых образцов морсов (а - контроль; б - морс, полученный при использовании двукратного ультразвукового воздействия)

Также было отмечено, что потеря интенсивности цвета морсов произошла в большей степени за счет потери антоцианов.

Таким образом, результаты проведенных исследований показали эффективность интенсификации процесса производства морса, путем внедрения ультразвукового воздействия на этапах экстракции и обеззараживания морсов. Предложенная технология производства морсов позволяет обеспечить улучшение потребительских характеристик напитков, их физиологической ценности и стойкости в хранении.

ВЫВОДЫ

1. Установлены факторы формирования потребительских предпочтений в отношении морсов, лидирующие позиции занимают органолептические свойства напитков - 87% опрошенных, физиологическая ценность (полезность) - 76% респондентов. Определено, что 68% респондентов предпочитают продукцию региональных производителей.

2. На основании исследования состава и свойств воды, используемой для производства морсов региональными производителями. определена номенклатура критических показателей качества воды, требуемых корректировки. Превышение по показателю общая жесткость составило в среднем на 5,7%, содержание железа - в среднем в 1,5 раза.

Установлено, что использование ультразвукового воздействия в технологии водоподготовки позволяет снизить значения жесткости в среднем на 24%, содержания железа на 15 - 23%.

3. На основе экспертного метода разработана матрица оценки технологической пригодности ягодного сырья, с учетом рангов отдельных показателей качества исходного сырья и их весомости в формировании потребительских свойств готовой продукции.

4. Доказана применимость ультразвукового воздействия для интенсификации процессов производства морсов. На основе двухфакторного анализа определены эффективные режимы ультразвукового воздействия. Установлено, что ультразвуковая обработка в режиме 190 Вт, экспозиция 5 мин позволяет в 2 раза сократить процесс экстракции и увеличить выход экстрактивных веществ на 19,4%, а ультразвуковое воздействие в режиме 235 Вт, экспозиция 4 мин - обеспечить обеззараживание морсов.

5. Установлена эффективность применения двукратного ультразвукового воздействия для повышения потребительских свойств и физиологической ценности морсов. Определены этапы его встраивания в технологический процесс: этап экстракции и обеззараживания.

Комплексная товароведная оценка качества клюквенного морса показала, что морс, полученный по модифицированной технологии, отличается лучшими потребительскими свойствами (4,85 балла) по отношению к контролю (4,5 балла). Содержание витаминов для образца, полученного по модифицированной технологии, возросло на 14,3 - 20,0%, минеральных веществ 16 - 18%, антиоксидантная активность увеличилась на 13,6% по отношению к контролю.

6. Определено, что использование ультразвука в технологии производства клюквенного морса позволяет увеличить стойкость напитков в хранении. Установлено снижение интенсивности протекания процесса коллоидного помутнения в 2,3 раза по отношению к контролю, а потери интенсивности цвета - в 1,6 раза.

Перспективы дальнейшей разработки темы. В рамках дальнейших исследований планируется расширение ассортимента напитков, произведенных на основе применения ультразвукового воздействия, для изучения возможности повышения качества и интенсификации процессов их производства.

Список опубликованных работ по теме диссертации

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

Фаткуллин, Р.И. К вопросу обеспечения качества и безопасности воды, используемой в пищевых производствах / И.Ю. Потороко, И.В. Калинина, Р.И. Фаткуллин // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Экономика и менеджмент». Том 7, №3, 2013. С. 165 - 169.

Фаткуллин, Р.И. Современные подходы развития инновационных технологий в пищевой отрасли: проблемы, решения, перспективы / И.Ю. Потороко, В.В. Ботвинникова, Р.И. Фаткуллин // Журнал «Товаровед продовольственных товаров». 2013. №6. С. 54 - 57.

Фаткуллин, Р.И. Системный подход в технологии водоподготовки для пищевых производств / И.Ю. Потороко, И.В. Калинина, Р.И. Фаткуллин // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Экономика и менеджмент». Том 7, №3, 2013. С. 153 - 158.

Фаткуллин, Р.И. Перспективы использования ультразвукового воздействия как фактора формирования потребительских свойств напитков на натуральном сырье / Р.И. Фаткуллин // Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия «Экономика и менеджмент». Том 7, №4, 2013. С. 186 - 188.

Публикации в других изданиях

Фаткуллин, Р.И. Исследование эффективности способов снижения химической контаминации сырья для пищевой отрасли / И.Ю. Потороко, И.В. Калинина, Р.И. Фаткуллин: Сборник научных трудов SWorld, Киев. 2012. С. 44 - 47.

Фаткуллин, Р.И. К вопросу об использовании электрофизических методов в производстве питьевой бутилированной воды / И.Ю. Потороко, Р.И. Фаткуллин // Сборник научных трудов ФГБОУ ВПО «СПбГТЭУ» Использование электрофизических методов исследований для производства и оценки качества пищевых продуктов. СПб.: Изд-во «ЛЕМА», 2012. С. 76 - 80.

Фаткуллин, Р.И. Перспективы использования ультразвуковой экстракции в технологии производства морсов /Р.И. Фаткуллин, И.В. Калинина, // Проблемы экономики и управления в торговле и промышленности, №3 (003). Санкт-Петербург (издательско-полиграфический центр), 2013. С. 55 - 60.

Авторские свидетельства и патенты РФ

Заявка на изобретение № 2013123709 с приоритетом от 23.05.2013г «Способ подготовки воды для пищевых производств». Авторы: Потороко И.Ю., Фаткуллин Р.И., Попова Н.В. и др. Заявитель: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Южно-Уральский государственный университет» (национальный исследовательский университет).

Материалы конференций.

Фаткуллин, Р.И. Инновационные подходы формирования качества и безопасности продуктов питания, как стратегическое направление развития пищевой отрасли / Р.И. Фаткуллин, В.В. Ботвинникова // Экономика и бизнес: Взгляд молодых. Сб. материалов международной научно-практической конференции молодых ученых, 2012: в 2 т. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2012. Т. 2. С. 298 - 300.

Фаткуллин, Р.И. Перспективы использования ультразвуковой кавитации в технологии обеззараживания питьевой воды для пищевых производств / И.Ю. Потороко, Р.И. Фаткуллин, И.В. Калинина // Торгово-экономические проблемы регионального бизнес пространства: сб. материалов международной научно-практической конференции. Челябинск: Изд-во ЮУрГУ, 2012. № 1. С. 338- 341.

Размещено на Allbest.ru

...