автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Научное обоснование разработки технологических потоков и оценки качества быстрорастворимых гранулированных продуктов

На правах рукописи

КРАВЧЕНКО СЕРГЕЙ НИКОЛАЕВИЧ

НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОТОКОВ И ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА БЫСТРОРАСТВОРИМЫХ ГРАНУЛИРОВАННЫХ ПРОДУКТОВ

Специальности: 05.18.15 05.18.12

АВТОРЕФЕРАТ диссертации иа соискание ученой степени доктора технических наук

Кемерово - 2011

- технология и товароведение пищевых продуктов и функционального и специализированного назначения и общественного питания

- процессы и аппараты пищевых производств

4848187

2 июн 2011

4848187

Работа выполнена в ГОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности»

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Попов Анатолий Михайлович

Официальные оппоненты: академик Россельхозакадемии,

доктор сельскохозяйственных наук, профессор Хабаров Станислав Николаевич

доктор технических наук, профессор Цапалова Инта Эрнестовна

доктор технических наук, профессор Федоренко Борис Николаевич

Ведущая организация: Государственное научное учреждение

Научно-исследовательский институт пищеконцентратной промышленности и специальной пищевой технологии, г. Москва

Защита состоится «24» июня 2011 г. в Ю00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.089.02 при ГОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» по адресу: 650056, г. Кемерово, бульвар Строителей, 47, ауд. 4 лек., факс (3842) 39-68-88.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности».

Автореферат разослан « /3 » мая 2011 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

И.А. Бакин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Важной задачей, стоящей перед пищевой промышленностью, является удовлетворение физиологических потребностей населения в основных продуктах питания и незаменимых нутриентах. Одним из главных направлений в ее решении является создание перспективных технологий и оборудования для производства высококачественных продуктов функционального назначения.

Темп современной жизни ставит многих людей в условия постоянного дефицита времени. Немаловажное значение в этой ситуации имеют сухие быстрорастворимые продукты, содержащие физиологически активные компоненты. Такие продукты длительное время сохраняют полезные свойства исходного сырья, не требуют особых условий хранения и специальных способов приготовления.

Исследования последних лет показали, что использование природных биологически активных веществ в виде натуральных ингредиентов растительного происхождения может обеспечивать широкий спектр их лечебно-профилактического применения. Среди всего многообразия рассматриваемых ингредиентов наиболее перспективными являются концентрированные плодово-ягодные экстракты из сырья местного произрастания. Продукты, произведенные с их использованием, стимулируют обменные процессы, улучшают работоспособность, способствуют повышению активности и укреплению естественных антиоксидантных механизмов организма, оказывают благоприятное влияние на состояние здоровья.

Необходимость разработки новых технологий основывается на расширении функций технологических процессов, что требует разработки многофункциональных машин и аппаратов и является предпосылкой для разработки унифицированных технологических потоков.

Следует отметить, что теоретические и практические аспекты разработки и оценки качества функциональных быстрорастворимых гранулированных продуктов недостаточно изучены, что препятствует развитию производства и продвижению товаров данной группы на современном потребительском рынке.

Таким образом, в условиях дефицита необходимых для здоровья пищевых веществ разработка эффективных технологий и аппаратурного оформления представляет актуальную проблему, имеющую важное народнохозяйственное значение в области производства пищевых продуктов общего и специального назначения.

Научной базой для выполнения настоящей работы явились фундаментальные исследования A.A. Покровского, В.А. Тутельяна, В.Б. Спиричева, В.А. Панфилова, А.Г. Храмцова, Л.Н. Шатнюк, В.Ф. Добровольского, В.М. Позня-ковского, И.Э. Цапаловой, А.М. Попова и других отечественных и зарубежных ученых.

Работа выполнялась в рамках реализации «Концепции государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации» и

разработанной на ее основе региональной программы «К здоровью - через питание».

Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка новых подходов к созданию и оценке качества функциональных быстрорастворимых гранулированных продуктов, основанных на методах системного анализа и совершенствовании технологических потоков.

Для достижения цели определены следующие задачи:

- изучить потребительские предпочтения в отношении пищевых продуктов, содержащих плодово-ягодные экстракты, провести анализ рынка сухих продуктов быстрого приготовления, в том числе функционального назначения;

- определить пищевую ценность продуктов переработки ягод семейства брусничных (УассМасеае), произрастающих в Западно-Сибирском регионе, с целью их использования в производстве экстрактов функционального назначения;

- обосновать способы извлечения биологически активных веществ из высушенного плодово-ягодного сырья, получить на его основе экстракты для их дальнейшего использования в производстве функциональных продуктов; разработать аппарат, совмещающий процессы диспергирования и экстрагирования плодово-ягодного сырья в технологическом потоке производства быстрорастворимых гранулированных продуктов;

- исследовать процесс концентрирования плодово-ягодных экстрактов в роторно-пленочном испарителе горизонтального типа; установить рациональные режимы, обеспечивающие наиболее полную сохранность биологически активных веществ;

- установить факторы, влияющие на антиоксидантные свойства концентратов, выработанных на основе плодово-ягодных экстрактов;

- разработать рецептуры и технологии новых видов функциональных быстрорастворимых гранулированных продуктов с использованием плодово-ягодных экстрактов;

- провести комплексную товароведную оценку новых видов быстрорастворимых гранулированных продуктов функционального назначения;

- разработать математическую модель оценки качества быстрорастворимых гранулированных продуктов;

- выявить закономерности организации, строения и функционирования технологического потока производства быстрорастворимых гранулированных продуктов, провести его диагностику и определить направления развития;

- провести промышленную апробацию новых продуктов, разработать и утвердить техническую документацию для их промышленного производства.

Научная концепция. В основу научной концепции диссертационной работы положен системный подход в разработке быстрорастворимых гранулированных продуктов функционального назначения, позволяющий провести комплексную оценку их качества и определить общие закономерности организации, строения и функционирования технологических потоков.

Научная новизна. На основании результатов анализа рынка и потребительских предпочтений обоснована необходимость разработки сухих быстро-

растворимых продуктов функциональной направленности с использованием плодово-ягодных экстрактов.

Обоснован выбор плодово-ягодного сырья, позволяющего получать на его основе экстракты с антиокислительными свойствами.

Установлено влияние технологических факторов (интенсивность ультразвуковых колебаний, время, температура, соотношение сырье:экстрагент, вид экстрагента, зазор между ротором и статором аппарата) на процесс экстрагирования продуктов переработки ягод семейства брусничных. Получены экспериментально-статистические уравнения, описывающие влияние данных параметров на эффективность извлечения сухих растворимых веществ, витамина С, биофлавоноидов, дубильных веществ и Р-каротина в широких диапазонах изменения параметров.

Получены основные зависимости для параметров, определяющих закономерности процесса концентрирования плодово-ягодных экстрактов в роторно-пленочном испарителе горизонтального типа, обеспечивающих высокую степень сохранности биологически активных веществ перерабатываемого сырья.

Исследованы антиокислительные свойства концентрированных водных, водно-спиртовых, спиртовых и сывороточных экстрактов из ягод семейства брусничных, а также их композиций. Установлены рациональные соотношения компонентов, оказывающие взаимоусиливающее влияние на антиоксидантную активность композиций.

Научно обоснованы технологические аспекты производства функциональных быстрорастворимых гранулированных продуктов с использованием плодово-ягодных экстрактов.

Разработана математическая модель оценки качества быстрорастворимых гранулированных продуктов, основанная на методе анализа иерархий и теории нечетких множеств.

Вскрыты закономерности организации, строения, функционирования и развития технологического потока производства быстрорастворимых гранулированных продуктов. Дана количественная оценка уровней организации существующей (основанной на традиционных технологиях) и модернизированной технологической системы.

Практическая значимость. Установлены рациональные параметры процессов экстрагирования продуктов переработки плодово-ягодного сырья и концентрирования экстрактов.

По результатам теоретических и экспериментальных исследований разработана новая конструкция аппарата для диспергирования и экстрагирования плодово-ягодного и растительного сырья (патент РФ №2340383), который внедрен на ООО НПО «Здоровое питание» (г. Кемерово).

Установлены регламентируемые показатели качества, положенные в основу технических условий на плодово-ягодные концентраты и быстрорастворимые гранулированные продукты.

Разработана и утверждена техническая документация на новые виды продуктов: концентрированные плодово-ягодные экстракты «Концентрат плодово-ягодный» (ТУ и ТИ 9185-015-16362254-06); быстрорастворимые гранулирован-

ные напитки «Напиток сухой» (ТУ и ТИ 9197-023-16362254-06) и завтраки «Завтрак овсяной» (ТУ и ТИ 9196-001-16362254-06).

Безотходные технологии производства быстрорастворимых гранулированных продуктов внедрены на ООО НПО «Здоровое питание» (г. Кемерово) и ООО «Биоцен» (г. Томск). Новизна предлагаемых решений подтверждена патентом РФ №2410983 «Способ получения гранулированного пищевого продукта».

Результаты прикладных научных исследований используются в учебном процессе студентов, обучающихся по специальностям «Товароведение и экспертиза товаров», «Технология бродильных производств и виноделие», «Технология консервов и пищеконцентратов».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных и российских научно-практических и научно-технических конференциях и симпозиумах: «Новые технологии в научных исследованиях и образовании» (Юрга, 2001); «Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья» (Барнаул,

2005); «Перспективы производства продуктов питания нового поколения» (Омск, 2005); «Технология и техника агропромышленного комплекса» (Улан-Удэ, 2005); «Устойчивость и безопасность в экономике, праве, политике стран Азиатско-Тихоокеанского региона» (Хабаровск, 2005); «Рыночное пространство современной России: реклама, коммерция, маркетинг» (Новосибирск, 2006); «Повышение качества продукции и эффективности производства» (Курган,

2006); «Продовольственная безопасность в системе народоснабжения» (Екатеринбург, 2006); «Агропромышленный комплекс: состояние, проблемы, перспективы» (Пенза, 2007); «Рациональное использование природных биологических ресурсов» (Сусс, 2007); «Производственные технологии» (Кемер,

2007); «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке» (Санкт-Петербург, 2007, 2009); «Приоритетные направления развития науки» (Нью-Йорк, 2007); «Математическое моделирование, обратные задачи, информационно-вычислительные технологии» (Пенза, 2007); «Биотехнология. Вода и пищевые продукты» (Москва, 2008); «Техника и технологии переработки гидро-бионтов и сельскохозяйственного сырья» (Мурманск, 2008); «Пища. Экология, качество» (Новосибирск, 2008); «Фундаментальные и прикладные исследования» (Рио-де-Жанейро, 2008); «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 2009); «Пища, экология и качество» (Кемерово, 2009); «Актуальные вопросы развития современной науки, техники и технологий» (Москва, 2010); «Качество продукции, технологий и образования» (Магнитогорск, 2010).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 66 печатных работах, в том числе в 18 статьях в реферируемых журналах, входящих в перечень ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация включает введение, восемь глав, выводы, список литературы и приложения. Диссертация изложена на 332 страницах машинописного текста, содержит 87 рисунков, 61 таблицу, библиография составляет 463 источника отечественных и зарубежных авторов.

Основные положения, выносимые на защиту:

- обоснование способов получения плодово-ягодных экстрактов и основанных на них концентратов функционального назначения с антиоксидантными свойствами;

- новые технологические решения, состав и свойства, показатели функциональности быстрорастворимых гранулированных продуктов с использованием плодово-ягодных экстрактов;

- математическая модель прогнозирования и оценки качества быстрорастворимых гранулированных продуктов, в основе которой лежит метод анализа иерархий и теория нечетких множеств;

- обоснование принципа модернизации существующих и создания новых эффективных технологий на базе системного анализа и диагностики производства быстрорастворимых гранулированных продуктов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении дана общая характеристика состояния проблемы и обоснована актуальность темы диссертации, сформулирована цель работы, показана ее научная новизна и практическая значимость.

В первой главе обобщены литературные сведения, научная информация и экспериментальные материалы отечественных и зарубежных авторов по рассматриваемой проблеме. Изложены научные походы к созданию продуктов функционального назначения с использованием плодово-ягодного сырья. Показана роль антиоксидантов в профилактике свободнорадикальных патологий. Установлено, что перспективным видом плодово-ягодного сырья являются ягоды семейства брусничных. Дана их характеристика как источника биологически активных веществ, способных обеспечить потребности организма человека в основных нутриентах. Проведен системный анализ технологических процессов производства быстрорастворимых гранулированных продуктов. Установлено, что качество конечного продукта определяется экстракцией биологически активных веществ из растительного сырья. Проанализированы современные способы интенсификации процесса экстрагирования растительных материалов. Показано, что путем наложения на обрабатываемую среду ультразвуковых колебаний можно добиться существенного ускорения процесса. Определены задачи исследования.

Во второй главе изложена организация проведения эксперимента, исходящая из цели и задач исследования. Общая схема проведения работы представлена на рисунке 1 и состоит из нескольких взаимосвязанных этапов.

На первом этапе проведен анализ научно-технической литературы и патентной информации по теме диссертационного исследования.

Второй этап посвящен маркетинговым исследованиям потребительских предпочтений в отношении продуктов, содержащих плодово-ягодные экстракты. Изучены факторы, формирующие потребительское поведение на рынке данных продуктов. Проанализирован ассортимент сухих продуктов быстрого приготовления, реализуемый на рынке городов Кемерово и Новокузнецка, с целью обоснования разработки новой товарной категории - быстрорастворимых

—Г"'

йайййак. .

Режимы концентрирования

Пищевая ценность, т.ч. физиологическая

Факторы, формирующие потребительское поведение

Рынок сухих продуктов быстрого приготовления

ш ■ щш ШЙЗДР РПЯ ашшш' ШШшШИШ тжтшттш мнШШШй меяврщм ш

■ —1 щярш в ШШ^ЯШШ^Ш ■чрвк-яа

Разработка рецептур и технологий

Органолептические, физико-химические показатели

1

Показатели безопасности

Пищевая ценность

Антиоксидантные свойства

Структурно-механические свойства

Установление регламентируемых показателей качества

Особенности потребления

Химический состав сырья

гранулированных продуктов функционального назначения.

На третьем этапе изучен химический состав, пищевая ценность и безопасность ягод семейства брусничных, произрастающих в Сибирском регионе. Обоснована возможность использования продуктов их переработки в технологии производства функциональных экстрактов. Изучено влияние основных технологических факторов на эффективность извлечения сухих растворимых и биологически активных веществ из данного сырья.

На четвертом этапе исследовано влияние режимов концентрирования плодово-ягодных экстрактов на эффективность процесса и сохранность нативных веществ. Определены антиоксидантные свойства плодово-ягодных концентра-

Компонентный состав экстрактов

Рис. 1. Схема проведения исследования

тов путем подбора компонентного состава упариваемых экстрактов с учетом синергического эффекта. Исследованы органолептические показатели, пищевая ценность и безопасность вышеуказанных концентрированных экстрактов с целью их использования в качестве основы для производства продуктов функционального назначения.

Пятый этап посвящен разработке научно обоснованных рецептур и технологии производства функциональных быстрорастворимых гранулированных продуктов с использованием плодово-ягодных экстрактов. Исследованы органолептические показатели, пищевая ценность, антиоксидантные и структурно-механические свойства, микробиологические показатели и их изменения в процессе хранения. Установлены режимы и сроки хранения, регламентируемые показатели качества.

Шестой этап работы заключается в разработке математической модели оценки качества быстрорастворимых гранулированных продуктов на основе метода анализа иерархий и теории нечетких множеств.

На седьмом этапе проведен системный анализ и синтез технологического потока быстрорастворимых гранулированных продуктов с построением их операторных моделей. Выполнена диагностика технологического потока и выбраны направления его развития на основе энтропийной оценки стабильности функционирования подсистем и определения уровня целостности всей системы (технологического потока быстрорастворимых гранулированных продуктов).

На завершающем этапе разработана и утверждена техническая документация на новую продукцию. Проведена промышленная апробация и внедрение полученных результатов.

На разных этапах работы объектами исследования являлись: потребительские предпочтения в сфере потребления продуктов, содержащих плодово-ягодные экстракты; ассортимент сухих продуктов быстрого приготовления; свежие ягоды (брусники, голубики, клюквы, черники) семейства брусничных, произрастающие в Западно-Сибирском регионе, и продукты их переработки (высушенные ягоды и выжимки); водные, водно-спиртовые, спиртовые, сывороточные экстракты из продуктов переработки ягод семейства брусничных, а также их концентраты и композиции; аппарат для диспергирования и экстрагирования растительного сырья; образцы быстрорастворимых гранулированных продуктов функционального назначения, полученные в лабораторных и промышленных условиях; технологические параметры и режимы, особенности строения технологического потока производства быстрорастворимых гранулированных продуктов, влияющие на стабильность функционирования технологического потока и организацию выпуска продукции требуемого качества.

При выполнении работы использованы общепринятые, стандартные и оригинальные методы исследования, в том числе органолептические, физические, химические, микробиологические. Исследования проводились в трех- пятикратной повторности. Результаты исследований обрабатывались современными методами расчета статистической достоверности измерений, а также с помощью серии пакетов компьютерных программ.

В третьей главе представлены результаты маркетинговых исследований в отношении пищевых продуктов, содержащих плодово-ягодные экстракты, на примере городской и сельской местности Кемеровской области. Исследование проводилось в форме анкетного опроса (2006-2007 гг.). Элементами выборки были случайные прохожие. Объем выборки составил 2335 человек. Анализ рынка сухих продуктов быстрого приготовления проведен в 2007-2008 гг. в городах Кемерово и Новокузнецк (витринные наблюдения).

Представляло интерес определить отношение респондентов к экстрактам и содержащим их продуктам. Установлено, что основная масса опрошенных (59,7 %) положительно относится к данным продуктам, 7,3 % респондентов выразили свое отрицательное отношение к изучаемым продуктам и 33,0 % опрошенных не смогли его определить.

На основе полученных данных можно сделать вывод, что общая информированность потребителей об экстрактах и содержащих их продуктах находится ниже среднего уровня. Наиболее осведомлены в этом вопросе люди с высшим образованием (47,5 %), в возрасте от 18 до 40 лет (30,9 %) и респонденты с высоким уровнем доходов (40,7 %).

Анализ периодичности покупок продуктов, содержащих экстракты, показал, что 23,9 % респондентов приобретают данные продукты еженедельно,

20,7 % опрошенных делают это 1-2 раза в месяц, 17,0 % - реже 1 раза в месяц и только 12,5 % совершают подобные покупки ежедневно. Частота покупок напрямую зависит от уровня доходов потребителей.

При опросе респондентов о предпочтениях в выборе товарной формы продуктов, содержащих экстракты, установлено (рис. 2), что для 34,3 % опрошенных не имеет значения, в каком виде их покупать, 31,5% респондентов предпочитают подобные продукты в жидком (в том числе пастообразном) виде и 31,2 % потребителей отдают свои голоса в пользу сухих продуктов (гранулированных - 11,5 %, порошкообразных - 10,7 % и таблетированных - 9,0 %).

Потребители, предпочитающие продукты, содержащие экстракты в сухом виде, объясняли свой выбор сочетанием высоких потребительских достоинств (например, занимают мало места, удобно брать на работу и т.д.) и продолжительностью срока хранения по сравнению с традиционными.

При выборе продуктов питания, содержащих экстракты, отдается предпочтение продуктам массового потребления (молочным - 32,0 %, безалкогольным напиткам - 20,6 % и др.), регулярно используемым в повседневном питании, доступным для всех возрастных групп населения.

10,7 9,0

нв жидком (в т.ч. пастообразном) ИВ гранулированном и В таблетированном о В порошкообразном вне имеет значения в Другое

Рис. 2. Предпочтения потребителей при выборе продуктов, содержащих экстракты, в зависимости от товарной формы

Установлено, что качество (35,9 %) и функциональные свойства (30,2 %) продукции являются основными, с точки зрения потребителей, характеристиками, оказывающими значительное влияние на принятие решения о покупке на исследуемом сегменте рынка.

При выборе места покупки изучаемой продукции предпочтение отдается супермаркетам и/или универсамам (29,1 %), т.к. именно они соответствуют требованиям и ожиданиям потребителей по качеству обслуживания, а также ряду других факторов, оказывающих влияние на окончательное решение.

Удовлетворенность покупкой продуктов, содержащих плодово-ягодные экстракты, находится ниже среднего уровня (41,7 %). Эти данные подчеркивают необходимость повышения качества и улучшения функциональных свойств продуктов данной группы.

Исследование рынка сухих продуктов быстрого приготовления показало, что: реализуемая продукция представлена производителями преимущественно центральных регионов России; присутствует ограниченный ассортимент предлагаемых продуктов; практически все производители исследуемых товаров изготавливают продукты с использованием сахара, что ограничивает круг потенциальных потребителей (например, исключаются люди, страдающие сахарным диабетом).

Таким образом, на основании проведенного исследования можно сделать вывод, что ассортимент группы сухих быстрорастворимых продуктов необходимо расширить, в том числе за счет продукции функциональной направленности. Учитывая значительные запасы в Сибирском Федеральном округе плодово-ягодного сырья, целесообразно получать из него экстракты, впоследствии не только являющиеся функциональными (например, обладающими антиокси-дантными свойствами) ингредиентами при производстве быстрорастворимой продукции, но и повышающие ее пищевую ценность в целом (например, вкусо-ароматические свойства).

В четвертой главе представлены результаты экспериментального исследования процесса экстрагирования продуктов переработки ягод семейства брусничных. Экстракты были получены из ягод и выжимок, которые предварительно сушились при температуре 50-55°С до влажности 12-14%. Данные о содержании биологически активных веществ сортовой смеси высушенных ягод и выжимок представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Биологически активные вещества сортовой смеси высушенных ягод и выжимок семейства брусничных

Наименование показателя Черника Голубика Клюква Брусника

1 2 3 4 5

Массовая доля сухих веществ, % 86.9±2.7 87,7±1,8 87.2±2.2 88,1±1.7 87.8±1.9 8б,2±2,6 8б.3±3.2 86,8±1,3

Массовая доля органических кислот (в пересчете на яблочную кислоту), % 7.3±0.5 2,2±0,1 7.0±0.6 2,1 ±0,1 23.0+1.5 6,6±0,3 11.5±0.9 3,5±0,2

Массовая доля дубильных веществ, г/100 г ?,5±0,4 9,1±0,4 5.7+0.7 13,4±0,б 1.8±0.3 5,9±0,3 2.2±0.2 5,7±0,4

Продолжение табл. 1

1 2 3 4 5

Массовая доля витамина С, мг/100 г 180.9±5.1 35,5±2,3 121.514.2 24,011,8 276.915.9 50,712,1 125.013,4 24,313,3

Массовая доля [5-каротина, мг/100 г 7.43±0.17 2,20Ю,33 2.1010.10 0,8210,16 3.87Ю.25 1,1410,25 0.42+0.14 0,2310,07

Массовая доля витамина Вь мг/100 г 0.22+0.08 0,10±0,02 0.1310.03 0,1010,01 0.29Ю.07 0,1210,02 0.1110.05 0,0610,01

Массовая доля витамина Вг, мг/100 г 0.34±0.11 0,20±0,03 0.1310.04 0,10Ю,01 0.22Ю.06 0,09Ю,02 0.16+0.07 0,09Ю,01

Массовая доля витамина РР, мг/100 г 10,2±0.9 б,5±0,4 2.6Ю.5 1,610,3 1,110,3 0,6Ю,1 -

Массовая доля витамина Кь мг/100 г 0.54±0.15 0,44±0,03 1.85Ю.29 1,25Ю,05 4.8310.34 2,7910,19 0.50Ю.20 0,4210,06

Массовая доля биофлавоноидов (по рутину), мг/100 г, 7073±188 2700±112 117791374 3773196 92921249 2410173 44451109 1525153

в т. ч. ангоцианы 4180±95 1290168 77751169 21301100 36801103 846141 1810159 567141

лейкоантоцианы 380±28 229±36 1950176 720145 613123 176113 504118 181128

катехины 484±1б 285±38 980153 371125 1940182 523127 1130124 410137

флавонолы 1620179 652152 746161 253129 2386183 667136 455136 166119

Примечание: в числителе приведены данные для высушенной «годы; в знаменателе - для высушенных выжимок.

Высушенные ягоды и выжимки (табл. 1) отличаются высоким содержанием антиоксидантного комплекса (витаминов С, К], биофлавоноидов, органических кислот и дубильных веществ), что доказывает перспективность их использования в качестве сырья для производства экстрактов функционального назна-назначения.

Из продуктов переработки ягод семейства брусничных были получены экстракты. Исследование процесса экстрагирования проводилось поэтапно на аппарате для диспергирования и экстрагирования (патент РФ № 2340383), представленном на рисунке 3.

Экстрагирование осуществлялось в Рис. 3. Аппарат для диспергирования и экс- поле ультразвуковых колебаний с часто-трагирования растительного сырья: 1- той 22 кГц и интенсивностью 2-10 корпус; 2-ультразвуковые излучатели п/2 п пияпя,пнр трмпр„ят™ элслоо (3 шт., установлены друг относительно Ит/см >в Диапазоне температур ¿0-50 и друга под углом 120°); 3 - термостатирую- Продолжительность процесса составляйся рубашка; 4 и 5- ротор и статор (РИА); ла 20-60 мин. В качестве экстрагентов 6-ножи; 7-направляющийконус быди использовшш: улирафилырат

творожной сыворотки (УТС), вода, этанол и их растворы с концентрациями

0,3 0,5 0,7 0,9 1,1

Зазор между ротором и статором аппарата, ми

Рис. 5. Зависимость содержания сухих веществ в экстракте от зазора между ротором и статором аппарата: 1 - ягода брусники (УТС, С:Э=1:5, Г=50°С); 2 - ягода клюквы (УТС, С:Э=1:8, 1=50°С); 3 - выжимки клюквы (УТС, С:Э=1:8, Ы30°С); 4 - ягода черники (вода, С:Э=1:5, Ы0°С); 5 - выжимки голубики (СР-60, С:Э=1:5, Ы0°С)

4 8 12

Интенсивность УЗ колебаний, Вт/см2 Рис. 4. Зависимость содержания сухих веществ в экстракте от интенсивности УЗ колебаний: 1 - выжимки клюквы (УТС, 6=0,8 мм, С:Э=1:5, t=50°C); 2 - ягода брусники (УТС, 6=0,6 мм, С:Э=1:8, t=50°C); 3 - выжимки черники (УТС, 6=0,6 мм, С:Э=1:8, t=50°C); 4 - ягода голубики (СР-30, 6=0,4 мм, С:Э=1:5, t=40°C); 5 - ягода черники (вода, 6=1,0 мм, С:Э=1:8, t=50°C)

30% (СР-30) и 60% (СР-60). Массовое соотношение сырье:экстрагент составляло -1:5—1:15.

На первом этапе изучалось влияние интенсивности ультразвуковых колебаний на выход сухих растворимых веществ (рис. 4). Рост интенсивности вводимых колебаний в диапазоне 2-8 Вт/см2 ведет к резкому увеличению содержания сухих веществ в экстракте, а следовательно, приводит к ускорению процесса экстракции. Увеличение интенсивности с 8 до 10 Вт/см2 не оказывает существенного влияния на эффективность процесса. Дальнейшие исследования влияния технологических факторов на процесс экстракции проводились при интенсивности ультразвуковых колебаний - 8 Вт/см2.

Установлено, что основная масса сухих веществ переходит в растворитель в первые двадцать минут: в течение этого периода извлекается в среднем 87 % сухих растворимых веществ.

Экстрагирование высушенного плодово-ягодного сырья показало (рис. 5), что наибольший выход сухих веществ наблюдается при зазоре в 1,0 мм между ротором и статором аппарата. Уменьшение зазора приводит к более сильному диспергированию сырья, что вызывает переход в экстрагент большого количества взвешенных частиц и балластных веществ, приводит к повышению вязкости, ухудшению циркуляции, возрастанию гидравлического сопротивления, образованию застойных зон и, следовательно, снижению эффективности процесса.

Полученные в ходе исследования опытные данные были обработаны на ЭВМ в среде статистического пакета «excel 2007», в результате чего были найдены уравнения регрессии, описывающие зависимость содержания сухих

растворимых веществ (У/, масс. %) в экстракте от соотношения сы-рье:экстрагент (Х^, температуры процесса (Х2, °С), концентрации спирта в экс-трагенте (Х3, %), зазора между ротором и статором аппарата (Х4, мм) и продолжительности процесса (А}, мин), которые имеют вид (коэффициенты множественной регрессии Ао■.-А,- приведены в табл. 2):

- при использовании в качестве экстрагентов воды, СР-30, СР-60 или этанола

У1=А0+А1Х,+А2Х,2+А3Х2+А4Х3+Л5Х32+А6Х33+А7Х4+АаХ5+А9Х,Х2Х4Х5\ (1)

- при использовании в качестве экстрагента УТС

У/ =А0+А,Х, +А2Х,2+А3Х2+А4Х4+А 5Х1+А6Х,Х2Х5. (2)

Таблица 2 - Коэффициента множественной регрессии

Ао А1 А2 | Аз А4 | А] | Ав а7 а8 а,

вода, СР-30, СР-60 или этанол

-0.941 -0,580 (Ч о СП «л п. "л N ТГ 00 СП СП 7 00 о "Л 7 ь гч ь г~ «л 00 о о СП о о о СП сн То г> 00 1 00 о 1= 00 ш о чг V© 00 СЧ сч оо7® «л . ©12 чо *? т о о А ~ о о г- 71Ч" *? Т о о СП СП СП| гТ

УТС

3.922 4,512 г-<ч ы сч о о N 00 00 »л Г) т 7о V® ш оС о СП СП ь о »л г- о\ СП СП 00 00 го" о 1з 00 •л *? 00 сч о о 1П оо гГ - - -

Примечание: в числителе приведены коэффициенты множественной регрессии для экстрактов, полученных из высушенной ягоды; в знаменателе - для экстрактов, полученных из высушенных выжимок.

Проведенное исследование процесса экстракции позволило установить рациональные параметры, обеспечивающие наибольший выход сухих растворимых веществ при наименьших энергозатратах: интенсивность ультразвуковых колебаний - 8 Вт/см2, продолжительность экстрагирования - 20 минут и зазор между ротором и статором аппарата -1,0 мм.

На втором этапе изучалось влияние соотношения сырьеэкстрагент, экстракционных свойств растворителей и температуры процесса на биологически активный комплекс получаемых экстрактов при параметрах процесса, установленных на первом этапе. Результаты представлены на рисунке 6. В качестве биологически активных компонентов изучалось содержание в экстрактах витамина С, биофлавоноидов, дубильных веществ и Р-каротина, что обусловлено их высокой антиоксидантной активностью.

При использовании рангового критерия Дункана установлены ряды предпочтительности влияния вида экстрагента на выход биологически активных веществ из высушенных ягод и выжимок семейства брусничных (табл. 3).

Таблица 3 - Влияние вида экстрагента на выход биологически активных

веществ из высушенных ягод и выжимок семейства брусничных

Биологически активные вещества Ряды предпочтительности по влиянию экстрагента

ВитаминС УТС > вода > СР-30 > СР-60 > этанол

Биофлавоноиды СР-30 > СР-60 > УТС > вода > этанол

Дубильные вещества СР-60 > СР-30 > этанол > УТС > вода

Р-каротин этанол > СР-60 > СР-30 > УТС

По результатам исследования получены статистические модели, позволяющие определить содержание вышеизученных биологически активных веществ в экстрактах.

При использовании в качестве экстрагентов воды, СР-30, СР-60 или этанола уравнение множественной регрессии для определения витамина С (У/, мг/100 г) имеет вид (коэффициенты множественной регрессии Ад.. .А, приведены в табл. 4):

УЫо+А1Х,+А2Х,2+А3Х,3+АМ+А5Х1Х2Х3+А6Х,Х2+А7Х3+АвХ32-, (3)

- для (3-каротина (У2, мг/100 г) справедливо в диапазоне ССп=30^96 %:

У2=А0+А1Х,+А2Х,Х3+А}Х1Х2Х3+А4Х,Х2+А5Х3+А6Х32- (4)

- для биофлавоноидов (У?, мг/100 г):

¥3=Ао+А,Х1+А2Х1Х3+А3Х1Х2+А4Х3+А5Х32+АбХ33; (5)

- для дубильных веществ (У4, г/100 г):

1200

Черника Голубика Клюква Брусника Я Вода в СР-30 В СР-60 □ Этанол ВУТС а

0,25

Черника Голубика Клюква Брусника НУТС ввода о СР-30 в СР-60 а Этанол в

Черника Голубика Клюква Брусника НВода НСР-ЗО ВСР-60 а Этанол ВУТС б

итН-

Черника Голубика Клюква Брусника ввода В СР-30 и СР-60 И Этанол ВУТС г

Рис. 6. Влияние вида растворителя на содержание в экстрактах: а - витамина С (ягода, С:Э=1:5,1=30°С); 6 - биофлавоноидов (ягода, С:Э=1:5,1=50°С); в - дубильных веществ (ягода, С:Э=1:15, /=40°С),' г - /З-каротина (ягода, С:Э=1:8,1=40°С)

у4=а0+а,х!+а2х12+а3х!3+а4х1х2+а5х32+а6х33. (6)

При использовании в качестве экстрагента УТС уравнения множественной регрессии для определения витамина С (мг/100 г), биофлавоноидов (мг/100 г), р-каротина (мг/100 г) и дубильных веществ (г/100 г) имеют вид:

у=ао+а1х]+а2х,х2+а3х2. (7)

Таблица 4 - Коэффициенты множественной регрессии

Э-т Ао а., Аз Аз а4 а, Аб а7 а8

для витамина С

* -0.385 74.12 2,40 -66.50 154.91 -0.487 6.27-10"4 -5.66-10"2 1.10-10"2 -1.36-10"4

0,403 101,96 -255,10 -0,104 1,55-Ю"4 -4,68-10"2 2,44-Юг3 -2,15-Ю"5

** -0.832 69.155 11,650 -3.495-10"2 1.933-10"2 - - - - -

0,104 3,282-10"2 -1,688-10-'

для биофлавоноидов

* -126.40 4555.24 -3.88 0,607 12.62 4,20 11.33 3,80 -0.127 -5,64-Ю"2 1.33-10"4 - -

-26,65 1321,24 1,72-Ю"4

** 6.20 -6,48 3829,9 1297,2 27.52 7Д0 -1.71 -0,37 - - - - -

для дубильных веществ

* -0.079 125 0,906 -0.525 142 -60,61 3.31-Ю"2 1.28-10"4 -1.27-10"6 - -

-0,075 22,44 6,58-Ю"2 2,81-Ю"4 -2,80-10"6

** 2.228-10"2 0.916 2,427 2.861-10"2 -4.024-10-4 - - - - -

1,163-Ю"2 5,971-Ю"2 1,657-Ю"4

для 1-каротина

* 2.97'10"2 1,70-10"2 -0,263 4,71-Ю"3 1.22-10"2 2,76-Ю"3 7.40-10"5 8,88-10-' -4.71-Ю"4 -3,46-10"3 1.15-Ю"3 -«,07-Ю-1 8.92-10"6 4,49-Ю"4 - - '

** 3.025-10"4 3.840-Ю"2 4.927-Ю"1 -9.236-Ю"4 - - - - -

-5,225-Ю"4 1,683-10~2 1,604-10-' -<>,498-Ю'7

Примечание: в числителе приведены коэффициенты множественной регрессии для экстрактов, полученных из высушенной ягоды голубики; в знаменателе - для экстрактов, полученных из высушенных выжимок голубики. "Для экстрагентов: вода, СР-30, СР-60 и этанол. "Дня экстрагента УТС.

Получены аналогичные уравнения множественной регрессии для определения биологически активных веществ в экстрактах для остальных представителей семейства брусничных (брусники, клюквы и черники).

В результате математической обработки экспериментальных данных были найдены рациональные параметры процесса экстракции: температура - 50°С, соотношение сырье:экстрагент - 1:8. При этих параметрах установлены физико-химические показатели качества для экстрактов из высушенных ягод (выжимок): массовая доля сухих веществ - 2,9-9,7 (2,2-8,6) %; витамина С - 2,1019,68 (0,40-3,51) мг/100 г; биофлавоноидов - 192-764 (64-235) мг/100 г; дубильных веществ - 0,09-0,48 (0,28-1,09) г/100 г; Р-каротина - 0,01-0,54 (0-0,16) мг/100 г.

В пятой главе представлены результаты исследования процесса концентрирования экстрактов, которые проводились на экспериментальном роторно-пленочном испарителе горизонтального типа, работающем под вакуумом. Испаритель имеет следующие характеристики: диаметр дисков - 0,25 м; количество дисков - 58 шт.; внутренний диаметр корпуса испарителя - 0,27 м; длина испарителя - 0,62 м. В качестве упариваемых жидкостей использовались экстракты из высушенных ягод черники, полученные с использованием следую-

щих растворителей (начальное содержание сухих веществ в экстракте): вода (Сн=4,5% масс.), СР-30 (Сн=5,0% масс.), СР-60 (Сн=4,2% масс.), этанол (Сн=3,5 % масс.) и УТС (Сн=9,6 % масс.).

Концентрирование экстрактов осуществлялось в следующем диапазоне рабочих параметров роторно-пленочного испарителя: начальный расход упариваемого продукта 6//= 1,2-8,8 кг/ч; остаточное давление в аппарате /"=4,8-5,0 кПа; угловая скорость ротора £и=0,8-2,1 с"1; уровень перерабатываемой жидкости в аппарате #=0,075-0,175 м; давление греющего параРп=1,\~М5 Па.

Влияние подачи исходного продукта на эффективность процесса упаривания оценивалось коэффициентом концентрирования (еНОн-ЩЮн, где Ж -производительность аппарата по вторичному пару). Установлено (рис. 7), что при увеличении производительности аппарата по исходному продукту коэффициент концентрирования, при прочих равных условиях, значительно возрастает и, следовательно, эффективность процесса снижается.

у 1 V2

f \ Г, / уЗ —

0,4 1,6 2,8 4 вн, кг/ч

Рис. 7. Зависимость коэффициента концентрирования от исходного расхода продукта: 1 - УТС, 10=1,3 с'1, Н=0,15 м; 2 - СР-30, (0=1,3 с', Н=0,175 м; 3 - СР-60, ш=1,3 с1, Н=0,175 м; 4 - вода, ш=1,3 с1, Н=0,125 м

58

£

| 46

х

X

&

о: с

10

0,04 0,08 0,12 0,16 н, м

Рис. 8. Зависимость содержания сухих веществ в экстрактах от уровня перерабатываемой жидкости в аппарате: 1 - СР-60, ш=0,8 с"'; 2 - этанол, ш=1,3 с'1; 3 - вода, ш=1,3 с V 4 - УТС, ш=2,1 с'

Уровень перерабатываемой жидкости в аппарате оказывает существенное влияние на конечную концентрацию сухих веществ в продукте (рис. 8). Увеличение высоты с 0,075 до 0,1 м приводит к возрастанию концентрации продукта. Дальнейшие увеличение уровня приводит к снижению концентрации сухих веществ. Уменьшение глубины погружения дисков в перерабатываемый продукт приводит к росту удельных энергозатрат.

Исследовано влияние режимов работы роторно-пленочного испарителя на сохранность термолабильного витамина С. Работа испарителя при уровне перерабатываемой жидкости в аппарате от 0,075 до 0,125 м позволяет сохранить 9293 % витамина С в концентрированном экстракте (рис. 9). При увеличении уровня продукта до 0,15 м сохранность витамина С снижается на 2,5 %, а при уровне 0,175 м содержание витамина С составляет 87,6 % от теоретического,

что связано с уменьшением поверхности пленкообразования на дисках аппарата и, соответственно, со снижением эффективности его работы. В связи с этим

дальнейшее повышение уровня жидкости нецелесообразно.

Используя инструмент «Поиск решения» в «excel 2007» для нахождения решения уравнений и задач оптимизации и применяя ряд ограничений (исходный расход перерабатываемой жидкости 1,2< Gtf <8,8; угловая скорость ротора 0,8< со <2,1; высота уровня продукта в аппарате 0,075< н<0,175), удалось установить рациональные режимы работы роторно-пленочного испарителя: Gh=2,64 кг/ч; со=0,8 с'1; Я=0,11 м. При о,04 0,08 0,12 0,16 н, м этом средний коэффициент теплопере-Рис. 9. Влияние уровня перерабатываемой Дачи составил К=962 Вт/м2-К, а потери жидкости в аппарате на сохранность вита- витамина С не превысили 8,0 %. мина С в экстракте (GH=2,4 каЧ ы=1,3 с"') Таким образоМ) проведенное ис-

следование свидетельствует о высокой эффективности роторно-пленочного испарителя, в котором затраты энергии на вращение ротора и обогрев корпуса аппарата незначительны по сравнению с достигаемым эффектом интенсификации процесса концентрирования и сохранности биологически активных веществ.

С учетом того, что входящие в состав концентрированных экстрактов биологически активные вещества проявляют антиокислительные свойства, была определена их антиоксидантная активность на модельной реакции инициирования окисления кумола. Реакция является тестом на способность соединения обрывать цепь окисления.

Исследуемые экстракты с массовой долей сухих веществ 55-60 % являются типичными акцепторами пероксидных радикалов, они тормозят скорость окисления кумола, а многие из них имеют ярко выраженный период индукции.

Установлено, что антиоксидантные свойства концентратов, полученных из продуктов переработки ягод семейства брусничных, в зависимости от используемого растворителя ухудшаются в ряду для экстрактов из высушенных: -ягод: СР-60 О этанол ^ СР-30 УТС ■=> вода; - выжимок: этанол СР-60 СРЭ-30 ■=> УТС => вода. Наибольшей антиокислительной активностью обладают экстракты из высушенных ягод, полученные на 60%-ном этаноле. Содержание антиоксидантов в них составило (моль/кг): брусника - 0,367; голубика - 0,909; клюква - 0,784 и черника - 0,662.

Концентрирование данных экстрактов до содержания сухих веществ 5560% масс, не позволяет полностью их деалкоголизировать (массовая доля спирта составляет 4,4-4,9 %). Решением данной проблемы является совместное концентрирование водно-спиртовых экстрактов (СР-60), например с УТС, с водным или сывороточным экстрактами. Это позволяет снизить общее содер-

0,72

8 0,54

0,36

0,18

жание спирта в исходной смеси и добиться полной деалкоголизации при упаривании, а также повысить физиологическую или биологическую ценность полученной композиции.

Исследование показало, что совместное упаривание обеспечивает полную деалкоголизацию при соотношении водно-спиртового экстракта со смешиваемым компонентом не более 1,7:1. Установлено (рис. 10), что наибольшим ингибирующим эффектом в отношении процесса окисления обладает композиция с использованием сывороточного 1 2 з экстракта,

вврусника нголубика пклюква пчерника Определены рациональные соотно-

Рис. 10. Антиоксидантная активность кон- шениЯ; позволяющие повысить анти-цвнтрированных композиций водно-

спиртового экстракта с: 1 - ультрафиль- окислительные свойства ^ композиции тратом творожной сыворотки; 2 - водным водно-спиртовых (60%-ноЙ концентра-экстрактом; 3 - сывороточным экстрак- ции) и сывороточных экстрактов (содержание антиоксидантов, моль/кг): на основе брусники - 1,6:1 (0,347); голубики - 1,5:1 (0,774); клюквы - 1,7:1 (0,693) и черники-1,6:1 (0,683).

Изучена пищевая ценность полученных композиций водно-спиртовых и сывороточных экстрактов из ягод семейства брусничных (табл. 5). Полученные данные показывают целесообразность их совместного концентрирования. Таблица 5 - Физико-химические показатели композиций водно-спиртовых и

Наименование показателя Концентрированная композиция из

черники голубики клюквы брусники

Массовая доля сухих веществ, % 59,6+0,1 58,3±0,4 59,0+0,2 57,9±0,2

Массовая доля углеводов, % 42,7+0,2 40,4±0,2 31,1±0,1 42,7±0,3

Массовая доля органических кислот (в пересчете на яблочную кислоту), % 4,7±0Д 4,6+0,3 14,4±0,4 7,8±0,2

Массовая доля дубильных веществ, % 2,8±0,1 4,4+0,1 1,4+0,1 1,8+0,1

Массовая доля витамина С, мг/100 г 84,8±1,4 58,5±2,1 130,0±0,9 61,0±1,9

Массовая доля Р-каротина, мг/100 г 2,3±0,2 0,7+0,1 1,1 ±0,2 0,1 ±0

Массовая доля биофлавоноидов (по рутину), мг/100 г 4415±56 7168±112 5578±145 2810±74

Исследованы физико-химические и микробиологические показатели концентрированных плодово-ягодных композиций в процессе хранения (12 месяцев) при температуре 8±2°С и относительной влажности 75±5 %. Установлено, что при соблюдении условий хранения изучаемые показатели на протяжении

исследуемого срока изменяются незначительно и соответствуют требованиям СанПиН 2.3.2.1078.

На основании проведенного исследования установлены регламентируемые органолептические и физико-химические показатели качества концентрированных композиций, разработана и утверждена техническая документация на плодово-ягодные концентраты (32 разновидности).

Таким образом, разработанные плодово-ягодные концентраты характеризуются высокими антиоксидантными свойствами и функциональной направленностью и могут применяться в производстве пищевых продуктов функционального назначения, в том числе для получения быстрорастворимых гранулированных продуктов.

В шестой главе представлена разработка ряда быстрорастворимых гранулированных продуктов с использованием концентрированных плодово-ягодных экстрактов с заданными показателями качества.

Проектирование рецептур осуществлялось исходя из определения рациональных соотношений основных компонентов, входящих в состав продуктов и обусловливающих их органолептические показатели. Рецептурный состав завтраков и напитков подбирался с учетом содержания в сырье биологически активных веществ. Использование в рецептуре ряда завтраков и напитков фруктозы, натурального низкокалорийного сахарозаменителя на основе экстракта стевии и фруктоолигосахаридов дает основание идентифицировать их как продукты с пониженным гликемическим индексом. Использование молочной сыворотки при выработке быстрорастворимых продуктов позволяет повысить биологическую ценность продукции данной группы и является доступным и экономически выгодным.

Анализ результатов проведенного исследования позволил обосновать и разработать технологию комплексной переработки плодово-ягодного сырья и организовать на его основе безотходное производство функциональных быстрорастворимых гранулированных продуктов. Технологическая схема включает следующие основные стадии: подготовку плодово-ягодного сырья; сушку ягод и выжимок; экстракцию высушенного сырья; концентрирование экстрактов; гранулирование продукта; сушку гранулята; классификацию.

Проведена товароведная оценка новых видов быстрорастворимых гранулированных продуктов, включающая изучение органолептических и физико-химических показателей качества, критериев безопасности, установление режимов и сроков хранения, определение пищевой ценности. Хранение осуществлялось при температуре 20±2°С и относительной влажности воздуха 75±5 % в течение 9 месяцев.

Установлено, что при соблюдении требований и условий хранения показатели качества существенно не изменяются и соответствуют требованиям СанПиН 2.3.2.1078, что позволило установить гарантированный срок хранения - 6 месяцев.

Исходя из пищевой ценности разработанных быстрорастворимых продуктов (табл. 6), расчетная пищевая и энергетическая ценность 200 см3 готового продукта (25 г сухого гранулята - рекомендуемое количество) - 77,6-81,6 ккал.

Таблица 6 - Физико-химические показатели качества и пищевая ценность

Наименование показателя Напиток Завтрак

черничный брусничный голубичный клюквенный

Массовая доля влаги, % 5,6±0,2 8,4±0,1 8,5±0,1 5,7±0,1

Массовая доля белка, % 2,9±0,2 1,5±0,1 6,1 ±0,2 5,3±0,3

Массовая доля жира, % 0,5±0,1 0,1±0,1 1,1±0,1 0,9±0,1

Массовая доля углеводов, % 72,5±0,1 78,6±0,3 69,2±0,4 70,5±0,5

Массовая доля титруемых кислот (в расчете на яблочную кислоту), % 1,73±0,10 2,20±0,14 0,70±0,20 2,30±0,12

Массовая доля пектиновых ве- 1,1±0,1 1,5±0,3 1,7±0,1 2,1±0,2

ществ, %

Массовая доля золы, % 1,71 ±0,04 1,45±0,07 1,22±0,05 1,85±0,10

Энергетическая ценность, ккал/100 г 310,3 326,6 312,8 316,8

Содержание витаминов и других биологически активных веществ в разработанных быстрорастворимых гранулированных продуктах (на 100 г) представлено в таблице 7.

Таблица 7 - Содержание биологически активных веществ в быстрорастворимых

гранулированных продуктах (на 100 г)

Витамины Напиток Завтрак

черничный брусничный* голубичный* клюквенный

Витамин А, мг 0,02 0,93 1,00 -

Витамин О, мг 0,07 0,008 0,08 -

Витамин Е, мг 0,02 7,75 8,27 -

Витамин Вь мг 0,07 1,18 1,48 0,14

Витамин Вг, мг 0,28 2,02 2,47 0,04

Витамин Вб, мг 0,10 1,60 2,06 0,22

Витамин РР, мг 0,31 14,70 17,33 1,21

Пантотенат кальция, мг 0,51 6,20 7,12 -

Витамин В», мг 0,04 0,35 0,43 0,02

Витамин В и, мг 0,001 0,002 0,004 -

Витамин Н, мг 0,008 0,17 0,19 -

Витамин С, мг 30,8 122,5 121,9 21,5

р-каротин, мг 0,77 0,04 0,12 0,20

Дубильные вещества, г 0,92 0,47 0,65 0,20

Биофлавоноиды (по рутину), мг 1528,5 806,9 1371,9 877,3

Примечание: 'обогащены витаминным премиксом «Валетек-3».

Изучена антиоксидантная активность разработанной продукции. По результатам исследования были построены кинетические кривые поглощения кислорода кумолом в присутствии изучаемых продуктов для определения

периодов индукции и общих кинетических параметров антиоксидантов (табл. 8).

Таблица 8 - Общие кинетические параметры антиоксидантов в

Исследуемый образец Период индукции х,с Содержание ингибиторов окисления с, моль/кг Константа скорости ингибиро-вания ¿7, м3/моль-с Суммарное содержание ингибиторов окисления в пересчете на ионол, % масс.

'к7 2к7

Напиток черничный 3059 0,347±0,007 4,97 2,96 3,82

Напиток брусничный 1523 0,173±0,016 3,95 - 1,91

Завтрак голубичный 2920 0,330+0,012 5,34 3,56 3,65

Завтрак клюквенный 2764 0,313±0,010 4,83 2,92 3,45

Установлено, что наибольшим антиоксидантным эффектом обладает напиток черничный (рис. 11). Данный продукт содержит два типа антиоксидантов (присутствует излом на полулогарифмической анаморфозе - рис. 11 б), отличающихся по антиокислительной активности ('к7 = 4,97 м3/моль-с, 2к7 = 2,96 м3/моль-с).

Время, с -1д(1-Ут)

а б

Рис. 11. Кинетическая кривая поглощения кислорода кумолом в присутствии напитка черничного (а) и ее полулогарифмическая анаморфоза (б)

Из данных таблицы 8 видно, что разработанные продукты незначительно уступают по антиоксидантной активности концентрированным композициям на основе водно-спиртовых и сывороточных экстрактов, входящих в их состав.

Это можно объяснить тем, что концентрированные плодово-ягодные композиции совместно с другими основными компонентами завтраков и напитков проявляют эффект синергизма. Ценность их возрастает во много раз благодаря тому, что присутствующие в завтраках и напитках вещества образуют физиологические комплексы, действующие во взаимоусиливающем направлении.

Изучены структурно-механические свойства гранулята разработанных продуктов (табл. 9). Данные показатели характеризуют технологические свойства и имеют значение при дозировании, фасовании, транспортировании гранулята и т.д.

Таблица 9 - Структурно-механические показатели быстрорастворимых

гранулированных продуктов

Показатель Напиток Завтрак

черничный брусничный голубичный клюквенный

Прочность, Н/мм2 33,1±1,1 48,2±2,0 43,4±1,7 35,6±1,8

Пористость, % 38,3±1,3 32,1±2,2 35,8±1,4 36,5±0,8

Насыпная плотность, кг/м3 0,633±0,054 0,692±0,09б 0,681±0,038 0,649±0,060

Сыпучесть, 10""3 кг/с 4,1 ±0,2 5,6±0,1 5,1±0,4 3,9±0,4

Угол естественного откоса, град. 37±1 33±1 35±1 38±1

На основании проведенного исследования установлены регламентируемые показатели качества, разработаны и утверждены комплекты технической документации, включающие технические условия и технологические инструкции на сухие гранулированные завтраки (42 разновидности) и напитки (28 разновидностей). Освоено крупнотоннажное производство данных продуктов на ООО НПО «Здоровое питание» (г. Кемерово) и ООО «Биоцен» (г. Томск).

Таким образом, проведенные комплексные исследования показали, что быстрорастворимые гранулированные продукты с использованием плодово-ягодных экстрактов по составу, свойствам, пищевой, в том числе физиологической, ценности и антиоксидантным свойствам отвечают требованиям, предъявляемым к продуктам функционального назначения.

Новизна технических решений подтверждена патентом РФ №2410983 «Способ получения гранулированного пищевого продукта».

В седьмой главе представлена разработка вероятностной модели оценки качества быстрорастворимых гранулированных продуктов.

Современные тенденции совершенствования ассортимента ориентированы на создание функциональных продуктов питания. Однако существующая система оценки качества быстрорастворимых гранулированных продуктов основывается на требованиях ГОСТов и СанПиНов, которые содержат нормируемые показатели качества и допустимые уровни показателей безопасности. На наш взгляд, эти критерии недостаточно характеризуют объект, поскольку не учитывают, например, функциональные свойства, стоимость и т.д., что не позволяет в полной мере оценить качество продукции данной группы.

Предлагается математическая модель оценки качества быстрорастворимых гранулированных продуктов, учитывающая комплекс свойств и позволяющая дать объективную оценку качества продукции не только по пищевой ценности и безопасности, но и по социальной значимости.

С Каче V___Фа»

Качество быстрорастворимых гранулированных продуктов

I Уровень

ЕЬ

Органолептические показатели

Пищевая ценность

Структурно-механические свойства

Функциональность

Уровень

|1

III Уровень

Кадмий

Ртуть

Стронций-90

Д АТ и его метаболиты

Патогенные (1 т.ч. сальмонеллы)

Свинец Цезий-137

Гексахлорциклогексан

Дрожжи

Полифенольные соединения

Витамин В1 Витамин Вг

Витамин Вв

^каротхн

Биофлавоноиды

Дубильные вещества

Рис. 12. Иерархическая структура критериев качества быстрорастворимых гранулированных продуктов (на примере завтраков)

Продукт рассматривается как элемент сложной системы. Строится многоуровневая иерархическая структура, каждый уровень которой, начиная с нижнего, оценивается набором числовых показателей.

Для решения поставленной задачи использована иерархия прямого процесса, основанная на методе анализа иерархий. Задачей метода является оценка высшего уровня исходя из взаимодействия нижних уровней. В методе анализа иерархий оценка воздействия одного уровня на другой осуществляется посредством композиции соответствующего вклада элементов нижнего уровня по отношению к элементу верхнего уровня.

На первом этапе построения многоуровневой иерархической модели, с помощью которой в дальнейшем оценивается важность каждого компонента, производится декомпозиция исследуемого явления на составляющие (рис. 12).

Для установления относительной важности элементов иерархии за основу принята шкала отношений Т. Саати. Шкала позволяет ставить в соответствие выраженное числами превосходство одного сравниваемого объекта над другим.

На основе экспертных оценок формируются матрицы парных сравнений следующего вида:

1 а„ ••• а,.

а =

1/а,.

к1/ат

-42 1

1/а,.

где а у- степень значимости одного показателя над другим, г,]-1,2.....б.

Техническая обработка матрицы предполагает определение вектора значений весовых коэффициентов и ее согласованности.

Сумма весовых коэффициентов для каждого уровня иерархии должна составлять единицу, что в нашем случае для первого, второго, третьего и четвери и

того уровней, соответственно, имеет вид: =1; = 1;

м i=i

л я

где п - количество показателей на конкрет-

1-1 i=i ном уровне.

Для того чтобы все показатели были сравнимы, целесообразно представить их в виде дихотомической переменной (например, 1 - значение показателя в норме, 0 - его отрицание) и применить лингвистический подход.

Обратимся к методу нечетких множеств. Для этого используем функции принадлежности (гауссова типа, треугольную, трапецеидальную, сигмоидаль-ную и др.), набор которых практически полностью удовлетворяет потребностям практики.

Для однородности единичных показателей производится нормирование значений каждого показателя иерархической структуры относительно интервала (аь bj, ограничивающего их численные значения по распределению

XM=(Xl-ai)/(bt-al), (9)

где Хт - нормированные значения единичных показателей, являющиеся висячими вершинами иерархической структуры, Xt - значение единичного показателя, а,- <Х{ <bh i=l,2, ...,т,т- число единичных показателей.

Интегрируя функции принадлежности, находим центроиды по уравнению

max /max

VG(p)= \xM{xNi)dxNi J ft,(X„)dXM, (10)

min / min

где ^ (XNi) - функции принадлежности, p=l,2,...,7 - количество термов, min и max - находятся в интервале (0, 1) в зависимости от значения соответствующей функции принадлежности.

Используя полученные векторы значений весовых коэффициентов и матрицы функций принадлежности, определяем базовый вектор фазификации R(p)w (рекуррентно, в нашем случае, на четвертом шаге).

На следующем этапе проводится дефазификация центроидным методом и рассчитывается ненормированная оценка к по уравнению

k = ±(vG{p)-R{p)!V)/±R{p),v. (П)

1 / р=1

На заключительном этапе нормируем полученную оценку к относительно центроидов по уравнению

KN=(k- VG(D)/(VG(7) - VG(lj), (12)

где KN - нормированная оценка качества быстрорастворимого гранулированного продукта, VG(1) и VG(7) - крайние центроиды.

Комплексный показатель качества находится по уравнению

К=кк-Цу¥, (13)

где Уу - показатели безопасности, представляющие собой «коэффициенты вето», т.е. переменную, равную 0 (при несоответствии установленным требованиям) или 1 (при соответствии установленным требованиям), /=2, 3 - номер уровня иерархии,/=1,2,...,6-номер показателя.

На основании формул (10-13) построена диаграмма определения качественной оценки комплексного показателя быстрорастворимых гранулированных продуктов (рис. 13).

В таблице 10 представлена оценка комплексного показателя качества разработанных быстрорастворимых гранулированных продуктов.

Таблица 10- Комплексный показатель качества быстрорастворимых

гранулированных продуктов

Комплексный показатель качества Напиток Завтрак

черничный брусничный голубичный клюквенный

Количественная оценка К 0,84 0,81 0,87 0,80

Качественная оценка высокая высокая высокая высокая

Таким образом, разработана математическая модель, которая может являться базовой для определения качества быстрорастворимых гранулированных продуктов, а также любых исследований в области разработки и оценки качества пищевых продуктов.

В восьмой главе проведенный анализ позволил разобраться в строении технологического потока производства быстрорастворимых продуктов, рассмотреть объект исследования как единое целое, раскрыть взаимосвязь частей, •«■» срё^'го изучить его отдельные эле-

менты и перейти к синтезированию технологического потока.

Структурная и функциональная сложность гибких технологических систем, а также многовариантность затрудняют процесс их синтеза 2/6 з/б 4/6 5/6 1 'к традиционными методами.

Рис. 13. Диаграмма определения качественной оценки Опираясь на основные поло-комплексного показателя быстрорастворимых гранули- жения системного подхода рованных продуктов (на примере завтрака клюквенного) применительно к технологическим системам созданы простейшие операторные модели (операторы) основных технологических операций, которые были объединены в подсистемы. В результате технологический поток производства быстрорастворимых гранулированных продуктов с использованием плодово-ягодных экстрактов был организован по блочно-модульному типу (рис. 14).

Разделение технологического потока на индивидуальные и совмещенные подсистемы периодического типа позволило универсализировать производство,

Рис. 14. Модель технологической системы производства быстрорастворимых гранулированных продуктов с использованием плодово-ягодных экстрактов: А - подсистема инспектирования сырья; В - подсистема подготовки и хранения сырья; С - подсистема экстрагирования; Ь - подсистема подготовки сухой основы; Е - подсистема измельчения сырья и разделения его на составляющие; Р - подсистема выпаривания; в - подсистема формирования гранул; Л - подсистема сушки и классификации гранул; К - подсистема упаковки продукции в тару

выделить в нем подсистемы, играющие ведущую роль в формирования качества готового продукта. В нашем случае это подсистемы экстрагирования, выпаривания, формирования и сушки гранул. Именно в них формируются основные параметры качества быстрорастворимых гранулированных продуктов.

Определение стабильности подсистем и уровня целостности технологической системы осуществлялось по методике, разработанной академиком Рос-сельхозакадемии В.А. Панфиловым на основании результатов замеров контролируемых основных качественных показателей сырья и готовой продукции, а также режимно-технологических параметров работы оборудования. Оценка стабильности технологии проводилась в течение месяца. За этот период брались выборки в количестве 100 образцов.

На предварительном этапе была проведена диагностика существующей технологии производства на примере завтрака голубичного и напитка черничного. Уровень целостности технологического потока производства быстрорастворимых гранулированных продуктов в соответствии с их структурой оценивался по уравнению, которое имеет вид:

©авесрлог^А"^В/А+ПЕ/АВ'+'ПС/АВЕ+ПР/АВЕС+т1О/АВЕС"Н1С/АВЕСРО+П;/АВЕСРОО_7) (14) где Т1 - условная стабильность подсистемы.

Для напитка:

©авеотсг=0,92+0,92+0,92+0,64+0,86+0,86+0,92+0,81-7^0,16.

Для завтрака:

®авесросг=0,92+1,00+0,92+0,61+0,86+0,86+0,92+0,81-7=-0,11.

Установлено, что невысокая стабильность функционирования линии как системы во времени значительно снижается из-за нестабильности функционирования подсистемы С (//=0,61-0,64), что обусловлено нестабильностью процесса экстракции и, как следствие, невысоким качеством получаемых быстрорастворимых продуктов. В результате неэффективности экстрагирования, осуществляемого традиционным способом, происходит отклонение содержания сухих растворимых веществ и витамина С в экстракте, которое приходится компенсировать более длительным концентрированием, что приводит к дополнительным потерям термолабильных биологически активных веществ, а также к повышенным энергозатратам. Вследствие этого уровень целостности технологической системы находится в области плохо организованных суммативных систем.

На основе проведенной на предварительном этапе диагностики для повышения стабильности подсистемы С был разработан аппарат для диспергирования и экстрагирования и проведен ряд исследований, что представлено в четвертой главе диссертации. Применение аппарата позволяет интенсифицировать и увеличить глубину экстракции плодово-ягодного сырья за счет более эффективного воздействия на его клеточную структуру. В результате повышается выход экстрактивных веществ с сохраненной физиологической ценностью. Также отпадает необходимость в предварительном измельчении экстрагируемого сырья, что позволяет сократить одну технологическую операцию.

После проведения необходимого комплекса исследований и практической апробации полученных результатов была повторно проведена диагностика процесса и установлены значения стабильности функционирования подсистемы С и уровня целостности технологической системы в целом. Расчет уровня целостности выполнялся по уравнению

®авсроо1=т1Л+ПВ/А+ПС/АВ+Т1Р/АВС+'ПО/АВС+ПО/АВСКО+П:/АВСРОО-6- (15)

В таблице 11 представлены результаты оценки стабильности подсистем и уровня целостности адаптированной технологической системы.

Таблица 11- Стабильность подсистем адаптированного технологического

Подсистема А В С Б О в :

Стабильность 0.92 0.92 0.92 0.86 0.86 0.92 0.81

подсистем, г; 0,92 1,00 0,86 0,86 0,86 0,92 0,81

Целостность 0.20

потока, © 0,22

Примечание: в числителе приведены значения для напитка черничного; в знаменателе - для завтрака голу-бичного.

Повторные исследования показали, что стабильность подсистемы экстрагирования возросла с 0,61-0,64 до 0,86-0,92 в течение оцениваемого отрезка

времени (один месяц). Это привело к значительному повышению уровня целостности технологической системы производства быстрорастворимых гранулированных продуктов, благодаря чему произошло смещение уровня целостности технологической системы из области плохо организованных, суммативных систем в область высокоорганизованных, целостных систем (рис. 15). В координатах Я (информационная энтропия состояния подсистем) и Ь (количество подсистем в системе) показаны эквидистантные кривые, которые представляют собой уровни целостности 0 той или иной технологической системы. Заштрихованная область -область высокоорганизованных, целостных систем, остальное поле графика - область плохо организованных, суммативных систем.

Таким образом, выполненное комплексное исследование показало повышение эффективности разработанных технологий, а проведенная диагностика выявила основные факторы, уровень целостности и направления дальнейшего развития производства быстрорастворимых гранулированных продуктов.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. По результатам маркетинговых исследований выявлено положительное отношение респондентов (59,7 %) к пищевым продуктам, содержащим плодово-ягодные экстракты. Основными потребительскими характеристиками исследуемой продукции опрошенные считают качество (35,9 %) и функциональные свойства (30,2 %). Около трети респондентов при выборе товарной формы предпочитают продукты в сухом, быстрорастворимом виде. Анализ рынка городов Кемерово и Новокузнецка показал присутствие ограниченного ассортимента рассматриваемых продуктов, что послужило основанием для его расширения и для коррекции ассортиментной политики.

2. Исследованы потребительские свойства продуктов переработки ягод семейства брусничных, произрастающих в Западно-Сибирском регионе, в том числе по критериям безопасности. Показано, что высушенные ягоды и выжимки содержат комплекс биологически активных веществ, обладающих антиокси-дантными свойствами. Обоснована возможность использования данного сырья в производстве плодово-ягодных экстрактов.

3. Изучено влияние технологических параметров работы аппарата для диспергирования и экстрагирования на интенсивность и эффективность процесса экстракции продуктов переработки ягод семейства брусничных. Получены математические модели в виде уравнений регрессии, позволяющие рассчитать со-

е=-в

е*-в

,е—2

я1 0,5 0 0,5 1 я

Рис. 15. Модель процесса развития технологической системы производства быстрорастворимых гранулированных продуктов: 1 - зона уровней целостности существующей технологической системы; 2 - зона уровней целостности адаптированной технологической системы

держание сухих растворимых и биологически активных веществ (витамина С, биофлавоноидов, дубильных веществ и р-каротина) в зависимости от воздействия различных факторов: интенсивности ультразвуковых колебаний, продолжительности и температуры процесса, соотношения сырье:экстрагент, зазора между ротором и статором аппарата, вида экстрагента.

4. Разработан и запатентован аппарат для диспергирования и экстрагирования плодово-ягодного сырья, конструктивное решение которого позволяет осуществлять процесс экстракции без предварительного измельчения сырья. Установлены рациональные условия процесса экстрагирования.

5. Выявлены основные закономерности процесса концентрирования водных, водно-спиртовых, спиртовых и сывороточных экстрактов в роторно-пленочном испарителе. Определены рациональные параметры процесса (расход исходного продукта - 2,64 кг/ч, угловая скорость ротора аппарата - 0,8 с"1; уровень перерабатываемой жидкости в аппарате - 0,11 м), обеспечивающие сохранность витамина С в плодово-ягодных концентратах не менее чем на 92 %.

6. Исследована антиокислительная активность концентрированных экстрактов из продуктов переработки ягод семейства брусничных. Установлено, что наибольшим антиоксидантным эффектом обладают экстракты, полученные из высушенных ягод на 60%-ном этаноле (содержание антиоксидантов - 0,3670,909 моль/кг), из выжимок - на этаноле (0,213-0,449 моль/кг). Показана целесообразность совместного упаривания водно-спиртовых 60%-ной концентрации и сывороточных экстрактов, позволяющего обеспечить полную деалкоголизацию полученных композиций при содержании сухих веществ не менее 55 % масс., повысить их антиокислительные свойства при установленных соотношениях.

7. Научно обоснованы, разработаны и апробированы в производственных условиях безотходные технологии производства функциональных быстрорастворимых гранулированных продуктов с антиоксидантными свойствами, дана их комплексная товароведная оценка. Установлены регламентируемые показатели качества, в том числе пищевая ценность, условия и сроки хранения.

8. Разработана математическая модель прогнозирования и оценки качества быстрорастворимых гранулированных продуктов, в основу которой положены метод анализа иерархий и теория нечетких множеств, учитывающие не только показатели безопасности и пищевую ценность, но и социально значимые свойства.

9. На основании применения системного подхода выявлены закономерности организации, строения и особенностей функционирования технологических потоков производства быстрорастворимых гранулированных продуктов как системы процессов в целом. Диагностика модернизированной технологической системы позволила количественно оценить уровень организации, из которого видно, что повышение устойчивости подсистем, вносящих наибольший вклад в нестабильность технологического потока, приводит к его вхождению в область высокоорганизованных, целостных систем.

Основное содержание диссертации изложено в следующих работах

Монографии

1. Кравченко, С.Н. Производство обогащенных продуктов с использованием экстрактов и их товароведная оценка / С.Н. Кравченко, С.С. Павлов - М.; Кемерово: - Издательское объединение «Российские университеты»: Кузбас-свузиздат - АСТШ, 2006. - 151 с.

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК

2. Кравченко, С.Н. Применение в производстве пищевых продуктов анти-оксидантов, полученных из растительного сырья / С.Н. Кравченко, С.С. Павлов, А.М. Попов // Хранение и переработка сельхозсырья, 2005. - № 2. - С. 37-38.

3. Кравченко, С.Н. Моделирование и синтез технологического потока производства экстрактов из сырья растительного происхождения / С.Н. Кравченко, А.М. Попов, С.С. Павлов // Хранение и переработка сельхозсырья, 2005.-№ 7.-С. 62-64.

4. Попов, А.М. Плодово-овощное сырье в производстве быстрорастворимых гранулированных напитков / A.M. Попов, И.К. Куприна, С.Н. Кравченко, М. А. Постолова, Г.С. Драпкина П Пиво и напитки, 2005. - № 4. - С. 32-34.

5. Кравченко, С.Н. Производство плодово-ягодных экстрактов различных форм и функционального назначения / С.Н. Кравченко, С.С. Павлов, А.М. Попов // Пиво и напитки, 2005. - № 4. - С. 3 8-41.

6. Попов, А.М. Показатели качества концентрированных плодово-ягодных соков / А.М. Попов, О.В. Голуб, С.Н. Кравченко // Пиво и напитки, 2005. -№5.-С. 70-72.

7. Кравченко, С.Н. Рынок экстрактов города и села на примере Кемеровской области / С.Н. Кравченко, Г.С. Драпкина, М.А. Постолова, А.М. Попов // Пиво и напитки, 2006. - № 3. - С. 6-8.

8. Кравченко, С.Н. Исследование рынка экстрактов на примере Кемеровской области / С.Н. Кравченко, Г.С. Драпкина, М.А. Постолова, A.M. Попов // Пищевая промышленность, 2006. -№ 10. - С. 50-51.

9. Кравченко, С.Н. Антиокислительная активность концентрированных соков из плодово-ягодного сырья / С.Н. Кравченко, А.М. Попов, С.С. Павлов // Пиво и напитки, 2006. - № 6. - С. 24-25.

10. Кравченко, С.Н. Исследование ингибирующих свойств продуктов переработки плодово-ягодного сырья / С.Н. Кравченко, А.М. Попов, Н.Т. Ветрова // Известия вузов. Пищевая технология, 2007. - № 4. - С. 59-61.

11. Кравченко, С.Н. Формирование потребительского поведения на рынке продуктов функционального назначения / С.Н. Кравченко, Г.С. Драпкина, М.А. Постолова // Пищевая промышленность, 2008. - № 4. - С. 42-43.

12. Кравченко, С.Н. Потенциал рынка культивируемого плодово-ягодного сырья Центральной зоны Кузбасса / С.Н. Кравченко, Г.С. Драпкина, М.А. Постолова, А.М. Попов // Хранение и переработка сельхозсырья, 2009. - № 1. -С. 16-17.

13. Кравченко, С.Н. Технология комплексной переработки голубики то-пяной (Vaccinium uliginosum L.) и производства на ее основе функциональных быстрорастворимых продуктов / С.Н. Кравченко, А.М. Попов, Н.Б. Дианова // Известия вузов. Пищевая технология, 2009. -№ 1. - С. 65-68.

14. Кравченко, С.Н. Физиологическая ценность экстрактов, полученных из высушенных ягод и жома клюквы / С.Н. Кравченко, А.М. Попов, А.Н. Хи-мич // Известия вузов. Пищевая технология, 2009. - № 2-3. - С. 43-46.

15. Кравченко, С.Н. Методика оценки качества технологической системы производства экстрактов из плодово-ягодного сырья / С.Н. Кравченко, Е.С. Каган, A.A. Столетова // Известия вузов. Пищевая технология, 2009. - № 2-3. -С. 100-104.

16. Голуб, О.В. Рациональное использование местного плодово-ягодного сырья Кемеровской области / О.В. Голуб, С.Н. Кравченко, Т.С. Позняковская, О.В. Елькина // Известия вузов. Пищевая технология, 2009. - № 2-3. - С. 13-15.

17. Попов, А.М. Иерархическая модель структуры дисперсной системы из растительного сырья / А.М. Попов, С.Н. Кравченко, А.И. Попов, В.В. Турин, A.A. Попов И Хранение и переработка сельхозсырья, 2009. - № 7. - С. 48-53.

18. Кравченко, С.Н. Влияние технологических условий на эффективность извлечения сухих растворимых веществ из плодов семейства Vacciniaceae / С.Н. Кравченко, А.М. Попов // Хранение и переработка сельхозсырья, 2009. -№6.-С. 45-47.

19. Кравченко, С.Н. Разработка и товароведная оценка быстрорастворимых гранулированных продуктов / С.Н. Кравченко, О.В. Голуб, Р.Ю. Романен-ко // Новые технологии, 2010. - № 2. - С. 54-58.

Статьи, опубликованные в других центральных журналах и изданиях

20. Кравченко, С.Н. Исследование физико-химических свойств экстракта зверобоя / С.Н. Кравченко, А.Ф. Сорокопуд - Кемерово, 2001. - 8 с. - Деп. в ВИНИТИ 08.02.01, № 335 -В2001.

21 Кравченко, С.Н. Исследование теплофизических характеристик экстрактов зверобоя / С.Н. Кравченко, А.Ф. Сорокопуд - Кемерово, 2001. -7с.-Деп. в ВИНИТИ 22.06.01, № 1477 - В2001.

22. Кравченко, С.Н. Исследование влияния водно-спиртового экстракта тысячелистника на качественные показатели сливочного масла в процессе хранения / С.Н. Кравченко, С.С. Павлов - Кемерово, 2001.-8 е.- Деп. в ВИНИТИ 08.10.01,№2111-В2001.

23. Кравченко, С.Н. Анализ антиоксидантной активности растительных экстрактов с помощью модельной реакции инициированного окисления цикло-гексанона / С.Н. Кравченко, С.С. Павлов - Кемерово, 2004. - 8 е.- Деп. в ВИНИТИ 29.10.04, № 1700 - В2004.

24. Кравченко, С.Н. Исследование условий теплообмена и упаривания экстрактов растительного происхождения в роторном распылительном испарителе / С.Н. Кравченко - Кемерово, 2004. - 13 с. - Деп. в ВИНИТИ 29.10.04, № 1701 -В2004.

25. Кравченко, С.Н. Изучение спроса населения на обогащенные продукты / С.Н. Кравченко, Г.С. Драпкина, М.А. Постолова // Современные аспекты экономики, 2006. -№ 8(101). - С. 231-234.

26. Постолова, М.А. Маркетинговые исследования потребительского спроса на функциональные напитки / М.А. Постолова, С.Н. Кравченко, Г.С. Драпкина // Пиво и напитки, 2007. - № 1. - С. 6-7.

27. Драпкина, Г.С. Потребительская оценка напитков лечебно-профилактического действия на примере города Кемерово / Г.С. Драпкина, С.Н. Кравченко, М.А. Постолова // Маркетинг в России и за рубежом, 2007. -№ 2. С. 59-63.

28. Драпкина, Г.С. Анализ потребительского поведения на рынке обогащенных продуктов питания / Г.С. Драпкина, С.Н. Кравченко, М.А. Постолова // Маркетинг в России и за рубежом, 2008. - № 4. - С. 122-125.

29. Попов, А.М. Рынок экстрактов и обогащенных ими продуктов (г. Новокузнецк) / А.М. Попов, С.Н. Кравченко, О.В. Елькина // Практический маркетинг, 2009. - № 3. - С. 31-34.

30. Kravchenko, S.N. Analytic Hierarchy Process Application in Technological System of Plant Exract Production Quality Estimation / S.N. Kravchenko, E.S. Ka-gan, A.A. Stoletova // in: Biotechnology, Biodégradation, Water and Foodstuffs. -New York: Nova Science Publishers Inc., 2009. - P. 135-147.

Публикации в сборниках научных работ, материалах конференций и симпозиумов

31. Сорокопуд, А.Ф. О рациональном энергетическом режиме работы роторного распылительного испарителя / А.Ф. Сорокопуд, С.Н. Кравченко // Проблемы и перспективы здорового питания: Сборник научных работ. - Кемерово, 2000.-С. 119.

32. Сорокопуд, А.Ф. Теплообмен в роторном распылительном испарителе / А.Ф. Сорокопуд, С.Н. Кравченко // Технология продуктов повышенной пищевой ценности: Сборник научных работ. - Кемерово, 2000. - С. 130.

33. Кравченко, С.Н. Повышение профилактических свойств пищевых продуктов за счет добавок растительного происхождения / С.Н. Кравченко, С.С. Павлов // Продукты питания и рациональное использование сырьевых ресурсов: Сборник научных работ. - Кемерово, 2001. - С. 102.

34. Павлов, С.С. Использование растительных добавок в производстве сливочного масла / С.С. Павлов, С.Н. Кравченко // Продукты питания и рациональное использование сырьевых ресурсов: Сборник научных работ. - Кемерово, 2001. - Вып. 1. - С. 33.

35. Павлов, С.С. Использование растительных экстрактов в качестве анти-оксидантов / С.С. Павлов, С.Н. Кравченко // Новые технологии в научных исследованиях и образовании: Материалы Всероссийской науч.-практ. конф. -Юрга, 2001. - Ч. 1. - С. 79-80.

36. Павлов, С.С. Исследование окисления сливочного масла с добавками растительного происхождения / С.С. Павлов, С.Н. Кравченко // Продукты пи-

тания и рациональное использование сырьевых ресурсов: Сборник научных работ. - Кемерово, 2001. - Вып. 2. - С. 76.

37. Павлов, С.С. Улавливание летучей части ароматических компонентов при концентрировании соков местного плодово-ягодного сырья / С.С. Павлов, Н.А. Комарова, С.Н. Кравченко // Продукты питания и рациональное использование сырьевых ресурсов: Сборник научных работ. - Кемерово, 2001. - Вып. 2.-С. 103.

38. Павлов, С.С. Исследование антиоксидантных свойств добавок растительного происхождения / С.С. Павлов, С.Н. Кравченко // Продукты питания и рациональное использование сырьевых ресурсов: Сборник научных работ. -Кемерово, 2001. - Вып. 3. - С. 96.

39. Кравченко, С.Н. Изучение химического состава местного растительного сырья / С.Н. Кравченко, М.А. Постолова, Г.С. Драпкина, И.К. Куприна // Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья: Материалы II Всероссийской конференции. Барнаул, 21-22 апреля 2005 г. -Книга I. - С. 338-340.

40. Кравченко, С.Н. Качество продуктов питания как фактор конкурентоспособности / С.Н. Кравченко, Г.С. Драпкина, М.А. Постолова // Перспективы производства продуктов питания нового поколения: Материалы II международной научно-практической конференции. - Омск, 2005. - С. 77-79.

41. Павлов, С.С. Изучение местного растительного сырья и использование его для улучшения экологии региона / С.С. Павлов, С.Н. Кравченко // Перспективы производства продуктов питания нового поколения: Материалы П международной научно-практической конференции. - Омск, 2005. - С. 88-89.

42. Драпкина, Г.С. Оценка качества гранулированного продукта из молочной сыворотки / Г.С. Драпкина, М.А. Постолова, С.Н. Кравченко // Технология и техника агропромышленного комплекса: Материалы Всероссийской научно-практической конференции. - Улан-Удэ, 2005. - С. 148-151.

43 Попов, А.М. Прогнозирование конкурентоспособной продукции / А.М. Попов, Г.С. Драпкина, М.А. Постолова, С.Н. Кравченко // Устойчивость и безопасность в экономике, праве, политике стран Азиатско-Тихоокеанского региона: Материалы международного молодежного симпозиума. Хабаровск, 4-6 октября 2005. Часть 3. - С. 232-233.

44. Кравченко, С.Н. Потребительская оценка продуктов питания, обогащенных экстрактами / С.Н. Кравченко, Г.С. Драпкина, М.А. Постолова // Рыночное пространство современной России: реклама, коммерция, маркетинг: Материалы научно-практической конференции, - Новосибирск, 15-16 февраля 2006.-С. 300-302.

45. Драпкина, Г.С. Подтверждение соответствия - залог качества продукции / Г.С. Драпкина, С.Н. Кравченко, М.А. Постолова // Повышение качества продукции и эффективности производства: Материалы Международной научно-технической конференции. Курган, 22-24 марта 2006. - С. 102-103.

46. Кравченко, С.Н. Создание новых пищевых продуктов с увеличенным сроком хранения / С.Н. Кравченко, Р.Ю. Романенко // Продовольственная без-

опасность в системе народоснабжения: Материалы Международной науч,-практ. конф. - Екатеринбург, 7-8 декабря 2006. - Секция 2. - С. 96-98.

47. Кравченко, С.Н. Подготовка плодово-ягодного сырья к экстрагированию / С.Н. Кравченко, Р.Ю. Романенко, Н.Т. Ветрова // Агропромышленный комплекс: состояние, проблемы, перспективы: Сборник материалов IV международной научно-практической конференции. - Пенза, 4-5 апреля 2007. -С. 73-74.

48. Кравченко, С.Н. Технология переработки растительного сырья / С.Н. Кравченко, Г.С. Драпкина, М.А. Постолова // Рациональное использование природных биологических ресурсов: Материалы международной научно-практической конференции. - Сусс (Тунис), 10-17 июня 2007. В Ж. «Фундаментальные исследования», 2007. - № 8. - С. 68-69.

49. Драпкина, Г.С. Технология производства функциональных напитков / Г.С. Драпкина, С.Н. Кравченко, М.А. Постолова // Производственные технологии: Материалы международной научно-практической конференции. - Кемер (Турция), 21-28 мая 2007. В Ж. «Современные наукоемкие технологии», 2007. - № 7. - С. 78-79.

50. Кравченко, С.Н. Регрессионный анализ влияния различных факторов на физико-химические свойства экстрактов растительного происхождения / С.Н. Кравченко, Н.Т. Ветрова, Р.Ю. Романенко // Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке: Материалы Ш Международной научно-технической конференции. - Санкт-Петербург, 13-15 ноября 2007. - С. 478-480.

51. Кравченко, С.Н. Технология производства быстрорастворимых гранулированных продуктов функционального назначения / С.Н. Кравченко, Н.Б. Докучаева, Н.Т. Ветрова // Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке: Материалы III Международной научно-технической конференции. -Санкт-Петербург, 13-15 ноября 2007. - С. 444-447.

52. Кравченко, С.Н. Определение физико-химических характеристик экстрактов, полученных из сырья растительного происхождения / С.Н. Кравченко, Н.Т. Ветрова // Приоритетные направления развития науки: Материалы международной научной конференции. - Нью-Йорк (США), 20-27 октября 2007. В Ж. «Фундаментальные исследования», 2007. -№ 12. - С. 133.

53. Кравченко, С.Н. Математическое моделирование технологической системы производства экстрактов различных форм из плодово-ягодного сырья / С.Н. Кравченко, Е.С. Каган, А.А. Столетова // Математическое моделирование, обратные задачи, информационно-вычислительные технологии: Сборник статей VI международной научно-технической конференции. - Пенза: РИО ПГСХА, 2007. - Ч. 1.-С. 164-169.

54. Кравченко, С.Н. Применение метода анализа иерархий для оценки качества технологической системы производства экстрактов различных форм из плодово-ягодного сырья / С.Н. Кравченко, Е.С. Каган, А.А. Столетова // Биотехнология. Вода и пищевые продукты: Материалы международной научно-практической конференции. Москва, 11-13 марта 2008. - С. 243.

55. Кравченко, С.Н. Модель технологической системы производства экстрактов, организованная по блочно-модульному типу / С.Н. Кравченко // Тех-

ника и технологии переработки гидробионтов и сельскохозяйственного сырья, посвященная памяти профессора ( H.H. Рулева: Материалы Международной научно-практической конференции. - Мурманск, 24-25 апреля 2008. - С. 94-96.

56. Кравченко, С.Н. Пути расширения ассортимента и повышения качества быстрорастворимых гранулированных продуктов с использованием плодово-ягодного сырья / С.Н. Кравченко, Н.Б. Дианова // Пища. Экология, Качество: Материалы V Международной научно-практической конференции / РАСХН. Сибирское отделение. ГНУ СибНИПТИП. - Новосибирск, 2008. - С. 150-152.

57. Кравченко, С.Н. Качественная характеристика высушенных ягод клюквы как сырья для производства экстрактов / С.Н. Кравченко, А.Н. Химич // Фундаментальные и прикладные исследования: Материалы международной научной конференции. - Рио-де-Жанейро (Бразилия). В Ж. «Фундаментальные исследования», 2008. - № 12. - С. 46.

58. Кравченко, С.Н. Оптимизация процесса экстракции отходов переработки плодово-ягодного сырья / С.Н. Кравченко, А.Н. Химич // Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности: Материалы VII Международной научно-практической конференции. - Санкт-Петербург, 2009.-С. 276-277.

59. Кравченко, С.Н. Потребительские свойства инстантированных продуктов на основе плодово-ягодного сырья / С.Н. Кравченко, А.Н. Химич, О.В. Елышна // Пища, экология и качество: Материалы международной научно-практической конференции. - Кемерово, 23 апреля 2009. - С. 147-149.

60. Кравченко, С.Н. Антиоксидантная активность продуктов переработки голубики топяной / С.Н. Кравченко, О.В. Елькина, А.Н. Химич // Пища, экология и качество: Материалы международной научно-практической конференции. - Кемерово, 23 апреля 2009. - С. 145-146.

61. Кравченко, С.Н. Пищевая ценность высушенного плодово-ягодного сырья / С.Н. Кравченко, О.В. Елькина, А.Н. Химич // Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке: Материалы IV Международной научно-технической конференции. - Санкт-Петербург, 25-27 ноября 2009.-С. 372-373.

62. Кравченко, С.Н. Оценка качества технологической системы производства экстрактов / С.Н. Кравченко, Е.С. Каган, A.A. Столетова // Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке: Материалы IV Международной научно-технической конференции. - Санкт-Петербург, 25-27 ноября 2009. -С. 278-279.

63. Кравченко, С.Н. Модель технологической системы производства быстрорастворимых гранулированных завтраков / С.Н. Кравченко, А.Н. Химич // Актуальные вопросы развития современной науки, техники и технологий: Материалы II Всероссийской научно-практической конференции. - Москва, 1-3 февраля 2010. - С. 78-80.

64. Кравченко, С.Н. Продукты переработки черники - ценный источник биологически активных веществ / С;Н. Кравченко, A.A. Столетова // Качество продукции, технологий и образования: Материалы V Всероссийской научно-практической конференции. - Магнитогорск, 13-14 апреля 2010. - С. 140-143.

Патенты РФ

65. Пат. 2340383 РФ, МПК7 B01D 11/00, СИВ 1/00 Аппарат для диспергирования и экстрагирования плодово-ягодного и растительного сырья / А.М. Попов, С.Н. Кравченко, Н.Н. Рогалев; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. -№ 2007111273/13; заявл. 27.03.2007; опубл. 10.12.2008, Бюл. № 34.

66. Пат. 2410983 РФ, МПК7 A23L 2/39, A23L 2/385, А23В 7/02 Способ получения гранулированного пищевого продукта / Г.С. Драпкина, С.Н. Кравченко, М.А. Постолова, A.M. Попов; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. -№ 2008141039/13; заявл. 15.10.2008; опубл. 10.02.2011, Бюл. № 4.

ЛР № 020524 от 02.06.97 Подписано в печать 11.05.11. Формат 60x841/16 Бумага типографская. Гарнитура Times Уч.-изд. л. 2,4. Тираж 120 экз. Заказ № 90

ПДД№ 44-09 от 10.10.99 Отпечатано в редакционно-издательском центре Кемеровского технологического института пищевой промышленности 650010, г. Кемерово, ул. Красноармейская, 52

ГОУ ВПО Кемеровский технологический институт пищевой промышленности

НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ РАЗРАБОТКИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПОТОКОВ И ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА БЫСТРОРАСТВОРИМЫХ ГРАНУЛИРОВАННЫХ ПРОДУКТОВ

Специальности: 05.18.15 - технология и товароведение пищевых продуктов

и функционального и специализированного назначения и общественного питания

05.18.12 — процессы и аппараты пищевых производств

На правах рукописи

05201151573

КРАВЧЕНКО СЕРГЕЙ НИКОЛАЕВИЧ

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени доктора технических наук

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Попов А.М.

Кемерово - 2011

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 5

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 11

1.1. Научные подходы к созданию функциональных продуктов с использованием плодово-ягодного сырья 11

1.2. Роль антиоксидантов в профилактике свободнорадикальных патологий 18

1.2.1. Влияние свободных радикалов на организм человека 18

1.2.2. Характеристика и классификация веществ, обладающих антиокси-дантной активностью 22

1.3. Характеристика и свойства экстрактивных веществ плодово-ягодного сырья 28

1.4. Экстрагирование растительных материалов и способы интенсификации процесса извлечения биологически активных веществ 43

1.4.1. Проблемы извлечения биологически активных веществ из растительного сырья 43

1.4.2. Анализ способов интенсификации экстракционных процессов 57 I

1.5. Системный анализ технологических процессов производства быстрорастворимых гранулированных продуктов 78

2. МЕТОДОЛОГИЯ ИССЛЕДОВАНИЯ 85

2.1. Организация эксперимента 85

2.2. Объекты и методы исследования 87

3. МАРКЕТИНГОВЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ В ОТНОШЕНИИ ПРОДУКТОВ, СОДЕРЖАЩИХ ПЛОДОВО-ЯГОДНЫЕ ЭКСТРАКТЫ 99

3.1. Изучение особенностей потребления продуктов, содержащих экстракты (на примере городской и сельской местности Кемеровской области) 101

3.2. Факторы, формирующие потребительское поведение на рынке продуктов, содержащих экстракты 109

3.3. Исследование рынка сухих продуктов быстрого приготовления в Кузбассе 124

4. НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ СПОСОБОВ ПОЛУЧЕНИЯ ЭКСТРАКТОВ ИЗ ПРОДУКТОВ ПЕРЕРАБОТКИ ЯГОД СЕМЕЙСТВА БРУСНИЧНЫХ 132

4.1. Изучение пищевой ценности ягод семейства брусничных и продуктов их переработки 132

4.2. Изучение кинетики процесса экстракции продуктов переработки ягод семейства брусничных 146

4.3. Исследование и обоснование основных факторов, влияющих на процесс извлечения биологически активных веществ 153

5. ФОРМИРОВАНИЕ КАЧЕСТВА И АНТИОКСИДАНТНЫХ СВОЙСТВ КОНЦЕНТРАТОВ НА ОСНОВЕ ПЛОДОВО-ЯГОДНЫХ ЭКСТРАКТОВ 161

5.1. Исследование процесса концентрирования плодово-ягодных экстрактов 161

5.2. Изучение антиоксидантной активности концентрированных экстрактов из продуктов переработки ягод семейства брусничных 170

5.3. Формирование и комплексное исследование качественных показателей концентратов на основе плодово-ягодных экстрактов 180

6. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И ТОВАРОВЕДНАЯ ОЦЕНКА БЫСТРОРАСТВОРИМЫХ ГРАНУЛИРОВАННЫХ ПРОДУКТОВ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПЛОДОВО-ЯГОДНЫХ КОНЦЕНТРАТОВ 190

6.1. Разработка рецептур быстрорастворимых гранулированных продуктов с использованием плодово-ягодных концентратов 191

6.2. Разработка технологии производства быстрорастворимых гранулированных продуктов с использованием плодово-ягодных концентратов 202

6.3. Товароведная оценка быстрорастворимых гранулированных продуктов функционального назначения, производимых с использованием плодово-ягодных концентратов 207

6.4. Регламентируемые показатели качества быстрорастворимых гранулированных продуктов 222

7. РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА БЫСТРОРАСТВОРИМЫХ ГРАНУЛИРОВАННЫХ ПРОДУКТОВ 228

7.1. Модель оценки качества быстрорастворимых гранулированных продуктов 228

7.2. Оценка качества быстрорастворимых гранулированных продуктов 247

8. АНАЛИЗ И СИНТЕЗ ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПОТОКА ПРОИЗВОДСТВА БЫСТРОРАСТВОРИМЫХ ГРАНУЛИРОВАННЫХ

ПРОДУКТОВ 254

8.1. Системный анализ и синтез технологического потока 254

8.2. Выбор параметров качества и диагностирование технологического потока 274

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 284

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 287

ПРИЛОЖЕНИЯ 333

ВВЕДЕНИЕ

Важной задачей, стоящей перед пищевой промышленностью, является удовлетворение физиологических потребностей населения в основных продуктах питания и незаменимых нутриентах. Одним из главных направлений в ее решении является создание перспективных технологий и оборудования для производства высококачественных продуктов функционального назначения.

Темп современной жизни ставит многих людей в условия постоянного дефицита времени. Немаловажное значение в этой ситуации имеют сухие быстрорастворимые продукты, содержащие физиологически активные компоненты. Такие продукты длительное время сохраняют полезные свойства исходного сырья, не требуют особых условий хранения и специальных способов приготовления.

Исследования последних лет показали, что использование природных биологически активных веществ в виде натуральных ингредиентов растительного происхождения может обеспечивать широкий спектр их лечебно-профилактического применения. Среди всего многообразия рассматриваемых ингредиентов наиболее перспективными являются концентрированные плодово-ягодные экстракты из сырья местного произрастания. Продукты, произведенные с их использованием, стимулируют обменные процессы, улучшают работоспособность, способствуют повышению активности и укреплению естественных антиоксидантных механизмов организма, оказывают благоприятное влияние на состояние здоровья.

Необходимость разработки новых технологий основывается на расширении функций технологических процессов, что требует разработки многофункциональных машин и аппаратов и является предпосылкой для разработки унифицированных технологических потоков.

Следует отметить, что теоретические и практические аспекты разработки и оценки качества функциональных быстрорастворимых гранулиро-

ванных продуктов недостаточно изучены, что препятствует развитию производства и продвижению товаров данной группы на современном потребительском рынке.

Таким образом, в условиях дефицита необходимых для здоровья пищевых веществ разработка эффективных технологий и аппаратурного оформления представляет актуальную проблему, имеющую важное народнохозяйственное значение в области производства пищевых продуктов общего и специального назначения.

Научной базой для выполнения настоящей работы явились фундаментальные исследования A.A. Покровского, В.А. Тутельяна, В.Б. Спиричева, В.А. Панфилова, А.Г. Храмцова, JI.H. Шатнюк, В.М. Позняковского, В.Ф. Добровольского, И.Э. Цапаловой, A.M. Попова и других отечественных и зарубежных ученых.

Работа выполнялась в рамках реализации «Концепции государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации» и разработанной на ее основе региональной программы «К здоровью -через питание».

Цель исследования. Целью диссертационной работы является разработка новых подходов к созданию и оценке качества функциональных быстрорастворимых гранулированных продуктов, основанных на методах системного анализа и совершенствовании технологических потоков.

Научная концепция. В основу научной концепции диссертационной работы положен системный подход в разработке быстрорастворимых гранулированных продуктов функционального назначения, позволяющий провести комплексную оценку их качества и определить общие закономерности организации, строения и функционирования технологических потоков.

Научная новизна. На основании результатов анализа рынка и потребительских предпочтений обоснована необходимость разработки сухих быстро-

растворимых продуктов функциональной направленности с использованием плодово-ягодных экстрактов.

Обоснован выбор плодово-ягодного сырья, позволяющего получать на его основе экстракты с антиокислительными свойствами.

Установлено влияние технологических факторов (интенсивность ультразвуковых колебаний, время, температура, соотношение сырье:экстрагент, вид экстрагента, зазор между ротором и статором аппарата) на процесс экстрагирования продуктов переработки ягод семейства брусничных. Получены экспериментально-статистические уравнения, описывающие влияние данных параметров на эффективность извлечения сухих растворимых веществ, витамина С, биофлавоноидов, дубильных веществ и (3-каротина в широких диапазонах изменения параметров.

Получены основные зависимости для параметров, определяющих закономерности процесса концентрирования плодово-ягодных экстрактов в ро-торно-пленочном испарителе горизонтального типа, обеспечивающих высокую степень сохранности биологически активных веществ перерабатываемого сырья.

Исследованы антиокислительные свойства концентрированных водных, водно-спиртовых, спиртовых и сывороточных экстрактов из ягод семейства брусничных, а также их композиций. Установлены рациональные соотношения компонентов, оказывающие взаимоусиливающее влияние на антиоксидантную активность композиций.

Научно обоснованы технологические аспекты производства функциональных быстрорастворимых гранулированных продуктов с использованием плодово-ягодных экстрактов.

Разработана математическая модель оценки качества быстрорастворимых гранулированных продуктов, основанная на методе анализа иерархий и теории нечетких множеств.

Вскрыты закономерности организации, строения, функционирования и развития технологического потока производства быстрорастворимых гранулированных продуктов. Дана количественная оценка уровней организации существующей (основанной на традиционных технологиях) и модернизированной технологической системы.

Практическая значимость. Установлены рациональные параметры процессов экстрагирования продуктов переработки плодово-ягодного сырья и концентрирования экстрактов.

По результатам теоретических и экспериментальных исследований разработана новая конструкция аппарата для диспергирования и экстрагирования плодово-ягодного и растительного сырья (патент РФ № 2340383), который внедрен на ООО НПО «Здоровое питание» (г. Кемерово).

Установлены регламентируемые показатели качества, положенные в основу технических условий на концентраты плодово-ягодные и быстрорастворимые гранулированные продукты.

Разработана и утверждена техническая документация на новые виды продуктов: концентрированные плодово-ягодные экстракты «Концентрат плодово-ягодный» (ТУ и ТИ 9185-015-16362254-06); быстрорастворимые гранулированные напитки «Напиток сухой» (ТУ и ТИ 9197-023-16362254-06) и завтраки «Завтрак овсяной» (ТУ и ТИ 9196-001-16362254-06).

Безотходные технологии производства быстрорастворимых гранулированных продуктов внедрены на ООО НПО «Здоровое питание» (г. Кемерово) и ООО «Биоцен» (г. Томск). Новизна предлагаемых решений подтверждена патентом РФ № 2410983 «Способ получения гранулированного пищевого продукта».

Результаты прикладных научных исследований используются в учебном процессе студентов, обучающихся по специальностям «Товароведение и экспертиза товаров», «Технология бродильных производств и виноделие», «Технология консервов и пищеконцентратов».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных и российских научно-практических и научно-технических конференциях и симпозиумах: «Новые технологии в научных исследованиях и образовании» (Юрга, 2001); «Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья» (Барнаул,

2005); «Перспективы производства продуктов питания нового поколения» (Омск, 2005); «Технология и техника агропромышленного комплекса» (Улан-Удэ, 2005); «Устойчивость и безопасность в экономике, праве, политике стран Азиатско-Тихоокеанского региона» (Хабаровск, 2005); «Рыночное пространство современной России: реклама, коммерция, маркетинг» (Новосибирск, 2006); «Повышение качества продукции и эффективности производства» (Курган,

2006); «Продовольственная безопасность в системе народоснабжения» (Екатеринбург, 2006); «Агропромышленный комплекс: состояние, проблемы, перспективы» (Пенза, 2007); «Рациональное использование природных биологических ресурсов» (Сусс, 2007); «Производственные технологии» (Кемер,

2007); «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке» (Санкт-Петербург, 2007, 2009); «Приоритетные направления развития науки» (Нью-Иорк, 2007); «Математическое моделирование, обратные задачи, информационно-вычислительные технологии» (Пенза, 2007); «Биотехнология. Вода и пищевые продукты» (Москва, 2008); «Техника и технологии переработки гидро-бионтов и сельскохозяйственного сырья» (Мурманск, 2008); «Пища. Экология, качество» (Новосибирск, 2008); «Фундаментальные и прикладные исследования» (Рио-де-Жанейро, 2008); «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 2009); «Пища, экология и качество» (Кемерово, 2009); «Актуальные вопросы развития современной науки, техники и технологий» (Москва, 2010); «Качество продукции, технологий и образования» (Магнитогорск, 2010).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 66 печатных работах, в том числе в 18 статьях в реферируемых журналах, входящих в перечень ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация включает введение, восемь глав, выводы, список литературы и приложения. Диссертация изложена на 332 страницах машинописного текста, содержит 87 рисунков, 61 таблицу, библиография составляет 463 источников отечественных и зарубежных авторов.

Основные положения, выносимые на защиту:

— обоснование способов получения плодово-ягодных экстрактов и основанных на них концентратов функционального назначения с антиоксидантными свойствами;

— новые технологические решения, состав и свойства, показатели функциональности быстрорастворимых гранулированных продуктов с использованием плодово-ягодных экстрактов;

- математическая модель прогнозирования и оценки качества быстрорастворимых гранулированных продуктов, в основе которой лежит метод анализа иерархий и теория нечетких множеств;

- обоснование принципа модернизации существующих и создания новых эффективных технологий на базе системного анализа и диагностики производства быстрорастворимых гранулированных продуктов.

1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Научные подходы к созданию функциональных продуктов с использованием плодово-ягодного сырья

В настоящее время жизнь человека очень тесно связана с воздействием различных неблагоприятных факторов внешней среды, что приводит организм в состояние стресса и откладывает определенные негативные отпечатки на его здоровье. Это свидетельствует о том, что необходимо находить методы укрепления здоровья, повышения иммунных функций организма.

Во время адаптации к неблагоприятному воздействию в организме человека резко повышается образование свободных радикалов, 98 % которых составляют перекисные соединения. В результате происходит преждевременное старение, развиваются многочисленные болезни, в том числе сердечнососудистые и онкологические, возрастает масса тела и др. По данным ВОЗ и ФАО, в последние годы в России по ряду причин резко увеличилась смертность, ежегодное снижение численности населения составляет в среднем около 1 млн. человек. Это свидетельствует о том, что здоровье нации в опасности.

Эффективная защита от разрушительного действия свободных радикалов обеспечивается антиоксидантами, которые способны их нейтрализовать. Человеческий организм не способен синтезировать необходимый комплекс антиок-сидантов, поэтому для защиты от преждевременного старения и заболеваний их значительная часть должна поступать с пищей. Основные компоненты антиок-сидантной системы питания — нутрицевтики антиоксидантного действия и прежде всего витамины Е, А, С, каротиноиды, биофлавоноиды, цинк, селен, сера и др. В связи с этим питание населения приобретает важнейшее социальное значение.

С точки зрения нутрициологии и диетологии, наука о питании — это наука о превращении пищи в организме человека в энергию и структуры человеческого тела, наука об основных законах жизнедеятельности организма. Она ин-

тегрирует все достижения таких базовых наук, как физиология, биохимия, гигиена, физика, химия и др. [362].

Известно, что пища и отдельные ее компоненты в связи с их биохимическими особенностями влияют на различные функции организма: регуляция нервной деятельности, участие в процессах кроветворения, регуляция иммунной активности, поддержание кислотно-щелочного баланса, антиоксидантная защита и др. Поэтому особую актуальность в рационе населения сегодня приобретают продукты питания функциональной направленности.

Одни из главных компонентов сбалансированного питания профилактического и лечебного назн�