автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Применение физических и электрохимических воздействий при разработке интенсивных способов модификации пищевого сырья и производстве мясопродуктов

□0348ЭВ1В

На правах рукописи

Зорин Алексей Владимирович

ПРИМЕНЕНИЕ ФИЗИЧЕСКИХ И ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ ВОЗДЕЙСТВИЙ ПРИ РАЗРАБОТКЕ ИНТЕНСИВНЫХ СПОСОБОВ МОДИФИКАЦИИ ПИЩЕВОГО СЫРЬЯ И ПРОИЗВОДСТВЕ МЯСОПРОДУКТОВ

Специальности 05.18.04. - технология мясных, молочных, рыбных продуктов и холодильных производств 05.18.12. - процессы и аппараты пищевых производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 л ДЕК 2009

Ставрополь - 2009

003489616

Работа выполнена в ГОУ ВПО Северо-Кавказском государственном техническом университете (СевКавГТУ)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор,

академик РАЕН Борисенко Алексей Алексеевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Защита состоится 23 декабря 2009 г. в 16— на заседании диссертационного совета Д 212.245.05 при ГОУ ВПО Северо-Кавказском государственном техническом университете по адресу: 355028 г. Ставрополь, пр. Кулакова, 2, ауд. К308.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СевКавГТУ Автореферат разослан « /$ » ноября 2009 г.

Мгебришвили Теймураз Вахтангович кандидат технических наук, старший научный сотрудник Поволяев Яков Рузиевич

Ведущая организация: ГОУ ВПО Белгородская государственная сельскохозяйственная академия

Ученый секретарь диссертационного со] кандидат технических наук, доцент

В.И. Шипулин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В числе определяющих задач научно-технической политики России, в соответствии с основными направлениями развития современного производства пищевых продуктов, является разработка новых научных направлений и подходов, которые, наряду с совершенствованием традиционных, обеспечили бы создание принципиально новых технологий, позволяющих повысить качество готовых продуктов питания.

Развитие перерабатывающей промышленности должно быть направлено на создание безотходных и ресурсосберегающих технологий и процессов комплексной переработки сельскохозяйственного сырья для получения качественных и безопасных пищевых продуктов.

Для повышения безвредности и безопасности пищевых продуктов требуется совершенствование основных технологических процессов их производства с использованием экономически выгодных, интенсивных способов воздействия на перерабатываемое сырье.

Использование безреагеншых способов обработки воды, её растворов и пищевых жидких сред открывает широкие возможности для совершенствования технологических процессов, сокращения их продолжительности и повышения качества продукции, что ведёт, в своей совокупности, к созданию прогрессивных и конкурентоспособных рецептур и технологий, соответствующих концепции государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации.

Наиболее известными способами активации жидких сред, используемых для формирования технологически значимых свойств, являются кавита-ционная дезинтеграция, электрохимическая обработка, а так же омагничива-ние.

Существенный вклад в исследование способов активации жидких сред, их применение в мясной и других отраслях промышленности и проектирование нутриентносбалансированных пищевых продуктов внесли отечественные и зарубежные ученые: Антипова Л. В., Бахир В. М., Борисенко Л. А., Бори-сенко А. А., Бражников А. М., Горбатов В. М., Горлов И. Ф., Евдокимов И. А., Жаринов А. И., Касьянов Г. И., Кочеткова А. А., Краснов А. Е., Липатов Н. Н., Лисицын А. Б., Нелепое Ю.Н., Рогов И. А., Рябцева С. А., Тимошенко Н. В., Титов Е. И., Храмцов А. Г., Шаззо Р. И., Шестаков С.Д., Эе Оеппаго Ь., Реппеша О. V/., ОШе1 Т.А ., Масе] О. Э. и многие другие. Исследователями раскрыты сущность процессов и особенности получения активированных сред, изучены специфические свойства этих жидкостей, а также данные по их применению в технологических процессах производства пищевых продуктов. Однако, сведения об исследованиях и практическом применении жидких сред, прошедших комбинированную активацию, для модификации белоксодержащего сырья животного и растительного происхождения, отрывочны и практически отсутствуют.

Важным преимуществом использования активированных сред при

производстве мясопродуктов является их повышенный энергетический уровень и аномальная реакционная способность, позволяющие снизить или полностью исключить содержание традиционно используемых химических соединений, что особенно важно для повышения уровня безвредности и безопасности продуктов питания.

Цель »1 задачи исследований. Целью диссертационной работы является изучение способов получения активированных жидких сред, исследование их свойств, влияющих на основные характеристики сырья и интенсифицирующих процессы при производстве полуфабрикатов и пищевых продуктов.

В соответствии с поставленной целью, при выполнении исследований, решались следующие задачи:

— установить основные закономерности изменения физико-химических свойств рассолов на основе питьевой воды,' полученных в результате кавита-ционной дезинтеграции. Определить оптимальные параметры кавитацион-ной обработки;

— установить параметры обработки и характер изменения основных физико-химических показателей омагничивыемых пищевых жидких сред;

— провести анализ особенностей существующих устройств для омагни-чивания жидких сред, разработать рекомендации по их конструктивному исполнению и расчету;

— изучить способы получения стабильных белково-жировых эмульсий на основе активированных жидких сред с использованием кавитационной дезинтеграции;

— исследовать процесс модификации коллагенсодержащего сырья в активированных различными способами средах и его использование при производстве вареных колбас;

— разработать технологию новых видов мясорастительных полуфабрикатов, сбалансированных по нутриентному составу, с использованием активированных жидких сред;

— оценить способы модификации растительного сырья активированными жидкими средами при производстве мясорастительных полуфабрикатов и предложить оборудование для её осуществления.

Научная новизна. Научно обоснована целесообразность комбинированного использования физических и электрохимических воздействий для получения экологичных и безопасных активированных жидких сред при переработке сельскохозяйственного сырья.

Разработана нейросетевая модель изменения физико-химических и электрофизических свойств водных растворов поваренной соли различной концентрации с учетом режимов их кавитационной обработки.

Изучено изменение физико-химических показателей модельных жидких сред под действием магнитного поля, разработаны конструкции устройств для омагничивания жидких сред, позволяющие эффективно обраба-

тывать водно-дисперсные пищевые композиции.

Получены и исследованы стойкие белково-жировые эмульсии с применением щелочной фракции электрохимически-активированной воды и процесса кавитационной дезинтеграции жидкой среды.

Проведены теоретические исследования по модификации коллагена в нейтральной и активированной водных средах с применением методов молекулярного моделирования и квантово-химических исследований.

Экспериментально определены возможности использования кавитаци-онно-дезинтегрированных и электрохимически-активированных сред при модификации коллагенсодержащего сырья и использование его при производстве вареных колбас.

На основе компьютерного моделирования разработаны рецептуры новых видов мясорастительных полуфабрикатов.

Практическая значимость. По результатам исследований рекомендованы рациональные параметры и режимы:

- изменения физико-химических и электрофизических показателей пищевых жидких сред при различных способах активации;

- получения белково-жировых эмульсий на основе щелочной фракции электрохимически-активированной воды, подвергнутой кавитационной дезинтеграции;

- модификации коллагенсодержащего сырья в активированных средах с заменой эмульсии на его основе части мясного сырья при производстве вареных колбас;

- модификации растительного сырья (зернобобовых и злаковых культур) проращиванием.

Разработана технология мясорастительных полуфабрикатов, сбалансированных по нутриентному составу.

Основные технико-технологические результаты и решения, а также рекомендации по разработке новых технологий и оборудования апробированы и приняты к внедрению на предприятиях Ставропольского края.

Апробация результатов работы. Основные результаты работы опубликованы в трудах, доложены и обсуждены на Международном симпозиуме ММФ «Лактоза и её производные» (Москва, 2007), Всероссийской конференции «Живые системы» (Киров, 2006), региональных научно-технических конференциях (Ставрополь, 2004-2008), I и II международной научной конференции «Научный потенциал студенчества - будущему России» (Ставрополь, 2007, 2008 г.), научно-техйических конференциях профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов СевКавГТУ (20042008), на Московском международном салоне инноваций и инвестиций (Москва, 2006, 2007), Всероссийской выставке «НТТМ-2006» (Москва, 2006).

Публикации. По результатам научных исследований опубликовано 25 работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы из 224 источников и приложений. Работа содержит 162 страницы основного текста, 71 рисунок и 26 таблиц.

Список сокращений, приведенных в работе. ВУС - влагоудержи-вающая способность, ВСС — водосвязывающая способность; ПВ — питьевая вода; ОМВ - омагниченная вода; КВ, ЩВ - кислая (анолит) и щелочная (ка-толит) фракция электрохимически-активированной воды; КДВ - кавитаци-онно-дезинтегрированная вода; ЩВ+КДВ и ККВД - щелочная и кислая фракции электрохимически-активированной воды, прошедшей кавитацион-но-дезинтеграционную обработку; ОВП - окислительно-восстановительный потенциал; КД обработка - кавитационно-дезинтеграционная обработка.

КРАТКОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранного направления исследований, показана научная новизна и практическая значимость работы.

В первой главе приведен обзор существующей информации о сущности процессов активации, таких как кавитационная дезинтеграция, омагничи-вание, электрохимическая активация и применение их в качестве безреагент-ных способов обработки жидких пищевых сред, открывающих широкие возможности для совершенствования технологических процессов производства продуктов питания, сокращения их продолжительности и повышения качества продукции, ведущие, в своей совокупности, к созданию прогрессивных и конкурентоспособных технологий. Выделены преимущества каждого изученного способа активации.

В результате анализа литературных данных сформулированы цель и задачи исследований.

Во второй главе даны краткие характеристики объектов исследований, представлена схема проведения экспериментов, комплекс изучаемых показателей, методы их определения.

Объектами исследований являлись:

- активированные белоксодержащие многокомпонентные смеси, содержащие Кат-гель 95, питьевая водопроводная вода (рН=7,85...8,15 ед.), кислая и щелочная фракция (КВ с рН=2,0...2,2 и ЩВ с рН=10,45...11,0) электрохимически-активированной воды, кавитационно-дезинтегрированная вода; омагниченная вода; щелочная и кислая фракция электрохимически-активированной воды, прошедшие кавитационную дезинтеграцию (ЩВ+КДВ, ККДВ); растворы ЫаС1 на основе ПВ, ЩВ, КВ, КДВ и ККДВ;

- говяжья жилка, гидролизат коллагена, экстракты и эмульсии на её основе; растительное сырье; мясорастительные полуфабрикаты с использованием активированной воды; модельные фаршевые системы и готовые образцы.

Последовательность выполнения этапов работы представлена на рисунке 1.

Разработка методологии выполнения работы

Анализ проблемы, цель и задачи исследований

Исследование процесса кавита-ционной дезинтеграции пищевых жидких сред

Нейрос моделир етевое ование

■

Разработка оптимальных режимов обработки

Исследование процесса омзгни-чивания пищевых жидких сред

Разработка устройств для омагничиваши и рекомендаций по их расчету

Кванто в о-химические исследования . коллагена в ак-тивир. среде

Исследование эмульсии на основе колла-генсодержаще-го сырья с использованием активированных вод

■е. а.

Исследование физико-химических и структурно-механических свойств фарша

Исследование качественных показателей готовых образцов

Разработка оборудования для модификации растительного сырья и рекомендаций по его расчету

Апробация спроектированных рецептур

Разработка технологии мясорастительных полуфабрикатов

Оценка способов модификации растительного сырья активированными средами

Рисунок 1 — Общая схема проведения исследований

В третьей главе установлено изменение физико-химических и электрофизических свойств щелочной фракции электрохимически-активированной и питьевой воды, а так же растворов поваренной соли, полученных на их основе под действием кавитационной дезинтеграции в зависимости от интенсивности и времени обработки.

В результате проведенной серии экспериментов было изучено влияние параметров кавитационной обработки водных растворов поваренной соли, а так же их концентрации на изменение основных физико-химических и электрофизических свойств, таких как плотность (р, кг/м3), показатель активной кислотности (рН, ед.), удельная электропроводность (X, мСм-см) и окислительно-восстановительный потенциал (ОВП, ед.).

Построена нейросетевая модель (рисунок 2) процесса кавитационной дезинтеграции в виде двухслойного персептрона, адекватно описывающая изменение исследуемых свойств в зависимости от концентрации поваренной соли в растворе (с, %), продолжительности (т, мин) и интенсивности кавитационной дезинтеграции (Р, %). Получены математические модели в виде уравнений регрессии данных свойств.

1-й слой 2-й слой

р, кг/м3 рБ, ед X, мСм-см ОВП, мВ

Рисунок 2 — Многослойный персептрон нейронной сети

Полученные уравнения регрессии имеют следующий вид: р = 1027,757-0,871 •Р-5,54-т+0,006-Р2+1,006т2+7,364с-0,027-с2 рН = 7,183+0,010-Р+0,095-т-0,010-т2-0,037-с-0,00 1 -с2 Х= 5,132+0,144-Р+0,555-т-0,001-Р2 -0,1 15-т2+15,224-с-0,240с2 ОВП = 55,968-Ю,386-Р-1,289'т-0,001-Р2 +0,427-тг+2,782-с-0,086с2

Показатель рН повышается как при увеличении продолжительности обработки, так и при увеличении интенсивности воздействия на раствор. Аналогичная динамика изменения рН наблюдается при различных концентрациях раствора (15-ти и 26-ти процентной). По-видимому, это связано с частичной диссоциацией молекул воды на ионы при кавитационной обработке и нарушением баланса концентраций ионов Н+ и ОН", соответствующего нейтральным водным растворам. При этом баланс смещается в сторону увеличение концентрации ионов ОН". Минимальная плотность раствора достигается при средних значениях параметров интенсивности и продолжительности обработки, то есть при интенсивности (Р, %) от 70 до 80 процентов (280...320 Вт) и продолжительности от 2,2 до 3,5 минут. Максимальная плотность раствора определяется при крайних параметрах, то есть при минимальной и максимальной интенсивности и продолжительности обработки (рисунок 3 а). Установлено, что максимальная электропроводность растворов, независимо от концентрации, наблюдается при их обработке в течение 1,5...3,5 мин и интенсивности воздействия 68...90 % (272...360 Вт) (рисунок 36) Данная динамика изменения электропроводности раствора, по-видимому,

свидетельствует о том, что содержание заряженных частиц (ионов) увеличивается. Таким образом, данный вид обработки при указанных параметрах увеличивает степень диссоциации молекул поваренной соли и молекул воды, в связи с чем, возможно снижение рецептурного количества поваренной соли в технологии мясопродуктов без ухудшения их органолептических показателей в среднем на 0,7...0,8 %.

а) б)

Рисунок 3 — График изменения плотности (а), удельной электропроводности (X, мСм-см) (б) раствора ЫаС1 на основе ПВ (С = 4 %) от интенсивности (Р, %) и продолжительности (т,мин) кавитационно-дезинтеграционной обработки (интенсивность воздействия в 100% соответствует мощности 400 Вт)

Воздействие на раствор кавигационной дезинтеграции повышает его окислительно-восстановительный потенциал, причем максимальное значение достигается при наибольшей интенсивности (100 %) и продолжительности 5 минут.

Таким образом, обобщая полученные данные изменения физико-химичехких и электрофизических свойств водных растворов ЫаС1, оптимальными режимами обработки следует считать: продолжительность обработки - 2,2...3,5 минуты при интенсивности воздействий - 68...90 %.

При таких режимах обработки растворов обеспечивается наибольшая доля неструктурированной фазы в среде, достигается высокая степень диссоциации ионов поваренной соли в растворе, увеличивается его реакционная способность.

Получены зависимости изменения показателей активной кислотности (рН), окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) питьевой воды и 15% раствора ЫаС1. а так же их плотности, коэффициента разделения после фильтрования и центрифугирования пищевых жидких сред (нефильтрованного пива и сусла), от величины магнитной индукции магнитного поля. Установлено, что для достижения более эффективного разделения пива фильтрованием величина магнитной индукции должна находиться в интервале от

(20 ... 40) мТл, а для охмеленного сусла наибольшее разделение центрифугированием отмечается при величине магнитной индукции 55 ... 60 мТл.

Разработана краткая классификация устройств для омагничивания жидких пищевых сред. По результатам исследований и с учетом составленной классификации предложены конструкции устройств для омагничивания жидких пищевых сред, основным преимуществом которых является возможность применения съемных сердечников различной формы с возможностью обработки жидких дисперсных сред (рисунок 4).

В четвертой главе экспериментально обоснована целесообразность получения бел-ково-жировых эмульсий на основе сред, прошедших разные виды активации (ПВ,ЩВ и ЩВ+КДВ) с использованием кавитационно-дезинтеграционной установки. Установлено (рисунок 5), что наибольшая стабильность эмульсии достигается при исходной доле растительного масла в системе 60 ... 70 % для

Рисунок 4 - Устройство для омагничивания жидких пищевых сред: 1 - сердечник; 2, 4 -выходной и входной патрубки; 3 - диафрагма-растекатель; 5 -соленоид; 6 - герм, корпус; 7 -изоляционный материал

90 * 80 -§• 70

-

уо о

60

50 40

30

О 20 10 0

Исходная доля жировой фазы, "Л Рисунок 5 - Диаграмма стабильности эмульсий препарата «Кат-гель 95». полученных с использованием кавитационного дезинтегратора на основе: -д— ПВ; -О- - ЩВ+КДВ; -о- - ЩВ; -о) - с ПВ на гомогенизаторе

эмульсий на основе ЩВ+КДВ, полученных с помощью кавитационного дезинтегратора. Эмульгирующая способность препарата «Кат-гель 95» при такой концентрации масла в системе достигает 233 г жира на 1 г белка, то есть в 2,33 раза больше, чем при использовании питьевой воды.

Установлено, что при концентрации масла в системе 40 ... 50 % эмульгирующая способность белкового препарата находится на высоком уровне, прекращается незначительное выпадение белка в осадок, наблюдавшееся при исходном содержании масла в системе от 10 до 30 %. Показано, что эмульсии, полученные на кавитационном дезинтеграторе, с использованием ПВ, более стабильны по сравнению с полученными по стандартным методикам на гомогенизаторе.

Проведенное исследование эмульсии модельной фаршевой системы на основе ЩВ+КДВ, при приготовлении которой использовали кавитационный дезинтегратор, позволило установить, что она обладает в 1,1 раз большей стабильностью, чем при использовании ПВ и практически не зависит от уровня введения белкового препарата. Результаты экспериментальных исследований модельных фаршевых систем позволили рекомендовать 15%-ную замену мясного сырья гидратированным белковым препаратом. При таком уровне замены обеспечиваются высокие функционально-технологические показатели фаршевых систем.

Показано, что применение комбинированной обработки жидких сред (ЩВ+КДВ) при производстве эмульгированных мясопродуктов (вареная колбаса «Ставропольская»), позволяет улучшить качественные показатели сырых и термообработанных модельных фаршевых систем и увеличить выход готовых вареных мясопродуктов на 8,6 % по сравнению с применением ПВ (таблица 1).

Таблица 1 — Качественные показатели готовых образцов вареных кол

бас

Показатели Контроль (с ПВ) Опытный образец, приготовленный 1Лср

с 1ДВ с ЩВ+КДВ

Содержание общей влаги, % 64,20 68,67 70,67 0,269

ВСС, % к общей влаге 54,60 61,30 62,40 0,299

Выход, % к массе несоленого сырья 129,0 135,8 137,6 0,321

рН, ед. 6,17 6,19 6,22 0,020

Потери при тепловой обработке, % 6,10 2,10 1,41 0,017

Удельное сопротивление резанию, Н/м 245 196 254 0,694

Степень пенетрации, мм 4,8 4,5 4,4 0,015

Содержание соли, % 1,74 1,74 1,84 0,005

Остаточный шггрит, мг % 2,11 1,71 1,63 0,030

Так, при исследовании сырых модельных фаршевых систем, установлены наибольшие значения ВСС и содержание общей влаги у образцов, в рецептуру которых входила ЩВ и ЩВ+КДВ. ВСС в случае с добавлением ЩВ+КДВ составила 65,1 %, что на 5,3 % больше по отношению к контрольному образцу.

Наименьшее значение предельного напряжения сдвига (1943,9 Па) имеет образец модельной фаршевой системы, при составлении которой использовали ЩВ+КДВ.

Анализируя структурно-механические характеристики готовых образцов (удельное сопротивление резанию и степень пенетрации, таблица 1), следует отметить некоторое уплотнение структуры и повышение упругости у изделий, при выработке которых была задействована среда (ЩВ+КДВ). По-видимому, большая часть влаги достаточно прочно связана белковой системой продукта, что характеризуется формированием упругой, плотной консистенции.

Установлена возможность снижения рецептурного количества поваренной соли на 0,11 % при использовании (ЩВ+КДВ) без влияния на вкус готовой продукции. Применение комбинированной обработки воды, используемой при производстве вареных колбас, позволяет получить продукт с повышенным выходом, имеющий улучшенные технологические показатели без добавления химических реагентов.

В главе также представлены результаты теоретического и экспериментального изучения процесса модификации коллагенсодержащего сырья в активированных средах. Для оценки химической активности молекулы тропо-коллагена в питьевой воде проведены квантово-химические расчеты с использованием методов молекулярного моделирования в программе HyperChem Professional 7.1 (рисунок 6).

В результате геометрической оптимизации молекулы белка в нейтральной водной среде установлена минимальная потенциальная энергия системы -1127,7 кДж/моль при среднеквадратичном отклонении -0,406 кДж/(А-моль).

Установлено расстояние водородных связей, образованных между полипептидными цепями молекулы, которое составляет0,286...0,315 нм.

Отмечено наличие центров с высокой электронной плотностью, которые отмечаются на атомах кислорода пролина, где электронная плотность достигает значений -{-0,396 ... -0,414), что обуславливает образование прочных водородных связей полипептидных цепочек тропоколлагена в спирали, и объясняет нерастворимость коллагена и его устойчивость в воде.

Результаты квантово-химических расчетов позволяют предположить, что для интенсификации гидролиза коллагена следует усиливать поляризующее действие одноименно заряженных групп каждой полипептидной цепочки.

Рисунок 6 - ЗО-график распределения электростатического потенциала фрагмента тропоколлагена в водной среде

Электростатическое отталкивание между такими группами будет способствовать облегчению проникновения молекул воды внутрь структурных элементов, а одноименно заряженные центры белка будут интенсивно притягивать полярные молекулы воды (ион-дипольное взаимодействие). В качестве такого усилителя нами предложено использовать кислую фракцию ЭХА-воды (КВ - анолит).

Проведены исследования поведения тропоколлагена в кислой фракции электрохимически-активированной воды. При использовании в качестве дисперсионной среды раствора с рН, ниже изоэлектрической точки коллагена, белок проявляет основные свойства и присоединяет ионы водорода к свободным аминогруппам.

По результатам квантово-химических расчетов для тропоколлагена в нейтральных водных средах выявлено, что атаке ионов водорода будут подвергаться участки с высокой электронной плотностью (отрицательно заряженные концевые участки глицина, пролина, аланина, оксипролина), ориентированных к молекулам растворителя.

Проведено моделирование результатов протонирования отмеченных участков ионами водорода КВ, выполнена геометрическая оптимизация тропоколлагена, определена наиболее стабильная конформация белка с наименьшей потенциальной энергией системы.

Выявлено, что использование анолита приводит к нарушению практически всех водородных связей между полипептидными цепочками тропоколлагена (рисунок 7). Происходит некоторое отдаление их друг от друга за счет электростатического отталкивания, проявляемого в результате формирования

областей с высокой электронной плотностью вдоль оси спирали. При этом образуются новые водородные связи между участками белка и молекулами воды, а отдельные диполи воды проникают внутрь спирали тропоколлагена — инициируется процесс гидролиза.

области с дефицитом электронной плотности

области с высокой электронной плотности

Рисунок 7 - 20-график распределения электростатического потенциала фрагмента тропоколлагена в анолите

Представлен комплекс исследований экспериментального обоснования возможности использования активированных жидких сред для модификации коллагенсодержащего сырья. Исследована динамика изменения физико-химических свойств экстрактов, полученных при выдержке говяжьей жилки в растворе поваренной соли на основе ПВ, КВ, ККДВ, КДВ, ЩВ.

Отмечено, что в первые три часа выдержки говяжьей жилки происходит снижение значений рН для экстрактов на основе ПВ, КДВ, ЩВ, а для КВ и ККДВ - увеличение. Дальнейшее увеличение времени выдержки до 72 часов приводит показатель рН к определенному постоянному значению. Сравнительный анализ зависимостей, представленных на рисунке 8, показывает, что выдержка говяжьей жилки в кислой фракции электрохимически-активированной воды, дополнительно подвергнутой кавитационной дезинтеграции в течение 3 минут при интенсивности 80 %, оказывает дополнитель-

ное влияние на изменение показателя рН экстракта при хранении, незначительно понижая его значения на всем исследуемом диапазоне.

рН, ел 7 -

6

5 -4 -3 2 1

О -

О Ю 20 30 4(1 50 60 70 80

срок» хранения, ч

Рисунок 8 - Зависимость изменения рН экстракта жилки на основе ККДВ (кривая 1) и КВ (кривая 2) с течением времени хранения

Одновременно фиксировали значения ОВП экстрактов. В результате установлено, что при выдержке в течение 3-х часов происходит резкое снижение этого показателя для всех исследуемых образцов. Увеличение времени выдержки приводит к дальнейшему снижению ОВП, который стремится, как и значение рН, к постоянному значению.

Изучены функционально-технологические характеристики эмульсий, полученных на основе гидролизата коллагена. Отмечено, что наиболее приемлемыми, по совокупности структурно-механических и физико-химических показателей,' являются эмульсии на основе коллагенсодержащего сырья, полученные с использованием ЩВ и ККДВ.

Проведенные исследования модельных фаршевых систем с 10 и 20 % заменой мясного сырья на коллагенсодержащую эмульсию с использованием активированных жидких сред, позволили установить, что максимальные значения общей влаги (69,9 %) и ВСС (95,4 %) наблюдаются у образцов фарша, для приготовления которого использовали ЩВ+КДВ (с 20%-ой заменой).

Увеличение содержания эмульсии с 10 % до 20 % при составлении модельных фаршевых систем приводит к возрастанию таких показателей, как содержание общей влаги, ВСС, рН и к снижению предельного напряжения сдвига при применении активированной питьевой воды.

Использование (ЩВ+КДВ) при составлении фарша, способствует увеличению выхода готового продукта до 117,0 % (при применении 10 % эмульсии) и до 119,8 % (при 20 % эмульсии), что на 2,8 и 4,9 % больше, чем при использовании ПВ (таблица 2).

5,97 6,07 -/1 "1 ^ &5 5.65- .....

!■.....5.69. 5,84 ... 5. 7Х

2.4

% кг ---------- ----------- ------

Таблица 2 - Показатели готовых образцов вареных колбас

Наименование воды, содержащейся в эмульсии, добавленной в фарш Процентное содержание эмульсии рН, ед. Содержание общей влаги, % ВУС,% Степень пенегра-ции, мм Выход, %

ПВ (ПВ) 10 5,92 63,4 84,4 5,4 114,2

20 5,95 65,5 86,1 6,0 114,9

КВ (ЩВ) 10 6,14 66,5 88,3 4,7 166,6

20 6,18 66,8 90,8 4,9 166,8

КДВ (КДВ) 10 5,97 65,8 85,3 5,2 115,0

20 6,04 66,1 90,2 5,6 115,3

ЩВ(ЩВ) 10 6,15 66,8 90,6 5,8 116,7

20 6,30 67,9 91,5 6,2 118,3

ККДВ (ЩВ+КДВ) 10 6,28 67,1 92,5 6,1 117,9

20 6,34 68,2 94,2 6,3 119,8

ШСр 0,02 0,269 0,299 0,015 0,321

тср - среднеквадратичное отклонение; в круглых скобках указан вид воды, добавляемой в фарш

Так же использование данного типа активированной воды приводит к увеличению таких показателей, как содержание общей влаги, ВУС. Использование ПВ при приготовлении фарша для опытных образцов приводит к снижению всех описанных выше показателей.

Полученные результаты подтверждают целесообразность применения активированных водных сред в технологии эмульгированных мясопродуктов, что позволяет улучшать технологические показатели, исключать из рецептур химические влагоудерживающие добавки и получать продукт с повышенной биологической безопасностью.

В пятой главе на основе компьютерного проектирования и экспериментальных исследований с использованием активированных сред разработаны рецептуры и технология мясорастительных полуфабрикатов, сбалансированных по аминокислотному и жирнокислотному составу. Выбранные мясные (говядина 1с) и растительные (капуста, грибы, морковь, пророщенная пшеница и др.) компоненты дают возможность получить нутриентносбалансиро-ванный готовый продукт. Из множества спроектированных рецептур по значению обобщенного показателя функции желательности Харрингтона были выбраны шесть наиболее приемлемых базовых вариантов, сбалансированных по аминокислотному составу в соответствии с эталоном ФАО. Анализ полученных результатов проектирования и органолептическая оценка выбранных образцов позволили выбрать для дальнейших исследований рецептурные композиции №2, №5, обобщенный критерий'желательности которых составил 0,80 и 0,72 соответственно (рисунок 9).

а)

кп СЕ Ж Ш

ш 01 ш. тж. ш. ж

т. Ш.

т

¿к.

а\ |;

/

...щ

гг

м

к.

¿с

и

х

—"

Ш]

I I

Й4!

В5|

¡36!

¡37|

рГ|

ЙМ"1

1,22 -, 1,1? ; 1,02

б) 0,82 -: 0,72 0,6? : 0,52 0,42 -0,32 ■ 0 А? Ой? -0,02

А

4.

аг

Я2

К

¡Робщ

Й

/171

<¿7

с14

Й5

Й6

¿7

аа

Ообщ

Рисунок 9 - Мультипликационная модель частных функций желательности аминокислотного состава композиционной рецептуры: а) № 2, б) №5: с!)' - лейцина; с12 - изолейцина; (13 - лизина; с14 - метионина + цистина; d5 -фенилаланина+тирозина; <1б - треонина; d7 - триптофана; <38 - валина; Ообщ - общая и с! - частные функции желательности

Проведение оценки сбалансированности выбранных рецептур по жир-нокислотному составу в соответствии с эталоном выявило необходимость дополнительного введения расчетного количества шпика и подсолнечного

масла. Анализ полученных результатов позволил выявить достаточно высокий уровень общего показателя желательности жирнокислотного состава. Сбалансированность по жирнокислотному составу рецептурных композиций №2 и №5 представлена в таблице 3.

Таблица 3 — Сбалансированность по жирнокислотному составу рецептурных композиций №2 и №5_

Элементы г. / 100 г. жира Показатель желательности Эталон

НЖК 37,01 0,85 41,78

я МНЖК 38,30 0,87 43,03

| ПНЖК 12,34 0,99 12,42

S £ НЖК 39,84 0,99 41,78

Ом МНЖК 39,99 0,97 43,03

ПНЖК 11,84 0,99 12,42

Сокращение в таблице: НЖК - насыщенные жирные кислоты, МНЖК мононенасыщенные жирные кислоты, ПНЖК - полиненасыщенные жирные кислоты

В результате компьютерного проектирования были получены рецептуры мясорастительных полуфабрикатов «Сытные» и «Классные», при приготовлении которых использовали питьевую (ПВ) и активированную (КДВ) воду (таблица 4).

Таблица 4 - Рецептурный состав полуфабрикатов

Компоненты г /100 г готового продукта

«Сытные» «Классные»

Говядина 1 сорта 20.00 17.00

Манная крупа 3.00 3.00

Капуста белокочанная 15.00 15,00

Морковь 11.00 15.00

Лук 7.00 5.00

Грибы 7.00 -

Яйцо 5.00 -

Рисовая крупа 6.00 -

Кукурузная крупа 11.00 9.00

Перловая крупа 9.00 25.00

Пророщенная пшеница 5.00 5.00

Шпик 5.00 4.00

Подсолнечное масло 0.30 -

Сухари панировочные 8.00 8.00

Соль поваренная пищевая 1.20 1.20

Перец молотый черный или белый 0.06 0.06

Вода питьевая или КДВ 4.00 2.00

Установлено, что наибольший выход для зраз «Сытные» 96,46 % и «Классные» 93,88 % имели образцы, при изготовлении которых использова-

ли КДВ, что на 4,26 % и 5,27 % соответственно больше, чем при использовании ( питьевой воды. Анализируя результаты исследований качественных показателей рубленых мясорастительных полуфабрикатов в процессе хранения, установлено, что при температуре (-12 °С) максимальный срок хранения составляет 15 суток.

В связи с целесообразностью использования пророщенного растительного сырья (пшеница, ячмень, маш, нут) для производства нутриентносба-лансированных мясопродуктов следующим этапом диссертационной работы было изучение процессов его модификации с использованием различных способов активации воды. При обобщении результатов экспериментальных исследований установлено, что все виды изучаемых активированных вод ОМВ, ЩВ, ЩВ+КДВ, КДВ обладают большей ростостимулирующей активностью по сравнению с питьевой водой.

Показана возможность сокращения продолжительности процесса проращивания с 72 часов до 42. ..43 часов в зависимости от вида культуры.

Разработана конструкция установки для проращивания, представляющая собой барабан с приводом, опирающимся на две пары роликов с плоским перфорированным ситом, и рекомендации по основным расчетам оборудования для модификации растительного сырья.

Проектирование рецептур и результаты проведенных исследований были положены в основу разработки технологии нового вида нутриентносба-лансированных мясорастительных полуфабрикатов «Сытные» и «Классные». Разработан проект технической документации, а также машинно-аппаратурная и технологическая схема производства мясорастительных полуфабрикатов (рисунок 10).

Расчетный экономический эффект предлагаемых технологий мясорастительных полуфабрикатов составляет: «Сытные» — 1,6 тыс. рублей, «Классные» - 1,7 тыс. рублей на 1 тонну готовой продукции.

Рисунок 10 - Технологическая схема производства замороженных мясорастительных полуфабрикатов «Сытные» * Варка осуществляется в активированной воде

ВЫВОДЫ

V На основе методов нейросетевого моделирования установлены основные закономерности влияния процесса кавитационной дезинтеграции на физико-химические и электрофизические свойства растворов поваренной соли на основе питьевой воды. Определены оптимальные режимы обработки: продолжительность обработки — 2,2...3,5 минуты при частоте 22 кГц и интенсивности воздействия 68...90 %.

2. Получены зависимости показателей активной кислотности (рН), окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) растворов ЫаС1, а также пищевых жидких сред (нефильтрованного пива, сусла) и их плотности, коэффициента разделения после фильтрования и центрифугирования от величины магнитной индукции магнитного поля.

3. На основе анализа литературных и патентных источников информации проведен анализ существующих устройств для омагничивания жидких сред, составлена классификация таких устройств, разработаны конструкции и рекомендации по их расчету.

4. Экспериментально обоснована целесообразность получения на кави-тационном дезинтеграторе белково-жировых эмульсий с массовой долей жировой фазы до 60...70 %, на основе кавитационно-обработанной электрохимически-активированной воды, обладающих высокой стабильностью и наилучшими функционально-технологическими свойствами. Показано, что применение комбинированной обработки жидких сред при производстве эмульгированных мясопродуктов, позволяет улучшить качественные показатели сырых модельных фаршевых систем и увеличить выход готовых вареных мясопродуктов на 8,6 %.

5. Методом компьютерного моделирования и квантово-химических расчетов молекулы тропоколлагена в нейтральных водных средах и кислой фракции электрохимически-активированной воды проведен теоретический анализ химической активности белка, обоснована возможность применения коллагенсодержащего сырья при получении эмульсий на его основе. Экспериментально показано, что применение таких эмульсий при производстве вареных колбас увеличивает выход до 119,8 %, улучшает их структурно-механические свойства.

6. На основе компьютерного проектирования и экспериментальных исследований с использованием активированных сред разработаны рецептуры, технология, аппаратурно-процессовое обеспечение и техническая документация на производство мясорастительных полуфабрикатов, сбалансированных по аминокислотному и жирнокислотному составу. Обоснован срок их хранения (15 суток при температуре - минус 12 °С).

7. Оценены способы модификации зерен зернобобовых и злаковых культур активированными средами. Установлены оптимальные условия интенсификации процесса для каждой исследуемой культуры. Показана возможность сокращения продолжительности процесса проращивания с 72 часов до 42...43 часов в зависимости от вида культуры. Разработана конструк-

ция установки для проращивания и рекомендации по основным расчетам оборудования для модификации растительного сырья.

8. Расчетный экономический эффект предлагаемых технологий рубле -ных мясорастительных полуфабрикатов составляет: «Сытные» - 1,6 тыс. рублей, «Классные» - 1,7 тыс. рублей на 1 тонну готовой продукции.

По теме диссертации опубликованы следующие основные работы:

1. Борисенко, А. А. Влияние магнитного поля на изменение физико-химических показателей воды, используемой при производстве пищевых продуктов [Текст] / А. А. Борисенко, А. А. Брацихин, А. В. Зорин [и др.] // Материалы VIII региональной научно-технической конференции «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону», том 1 / Сев-КавГ'ГУ-Ставрополь, 2004 г. - С. 134 - 135.

2. Борисенко, А. А. Изменение рН и ОВП рассола и водной дисперсии белково-углеводного продукта «Лактобел» под действием магнитного поля [Текст] / А. А. Борисенко, А. А. Брацихин, А. В. Зорин [и др.] // Материалы VIII региональной научно-технической конференции «Ву:ювская наука - Северо-Кавказскому региону», том 1 / Сев-КавГТУ-Ставрополь, 2004 г. - С. 135.

3. Борисенко, А. А. Исследование физико-химических показателей рассола с бсл-ково-углеводным продуктом «Лактобел» под действием магнитного поля [Текст] / А. А. Борисенко, А. А. Брацихин, А. В. Зорин // Материалы XXXIV научно-технической конференции по результатам работы профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов Северо-Кавказского технического университета за 2004 год. — Ставрополь, 2005 г.-С. 139.

4. Зорин, А. В. Разработка устройства для омагничиваиия жидких систем [Текст] / А. В. Зорин, А. А. Борисенко, А. А. Брацихин [и др.] // Материалы IX региональной научно-технической конференции «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону», том 1 / СевКавГТУ - Ставрополь, 2005 г. - С. 114.

5. Зорин, А. В. Влияние электромагнитной обработки на изменение плотности и коэффициента разделения нефильтрованного пива [Текст] / А. В. Зорин, А. А. Борисенко, А. А. Брацихин [и др.] // Сборник научных трудов СевКавГТУ, серия «Продовольствие» -Ставрополь, 2006 г. - №2 - С. 160 - 163.

6. Мерзликин, А. Ю. Оптимизация процесса проращивания пивоваренного ячменя при производстве пива под действием постоянного магнитного поля [Текст] / А. Ю. Мерзликин, А. В. Зорин, А. А. Борисенко [и др.] // Материалы I международной научной студенческой конференции «Научный потенциал студенчества - будущему России» - Ставрополь, 2006 г. - С. 58 - 59.

7. Зорин, А. В. Исследование влияния магнитного поля на процесс проращивания ячменя при производстве пива [Текст] / А. В. Зорил, А. А. Борисенко, А. А. Брацихин [и др.] // Материалы XXXV научно-технической конференции по результатам работы профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов Северо-Кавказского технического университета за 2005 год, том 1 / СевКавГТУ - Ставрополь, 2006 г. - С. 96.

8. Зорин, А. В. Исследов ание влияния электромагнитного поля на изменение физико-химических показателей нефильтрованного пива «Губернское классическое» [Текст] / А. В. Зорин, А. А. Борисенко, А. А. Брацихин [и др.] // Вестник Северо-Кавказского технического университета, серия «Продовольствие» / СевКавГТУ — Ставрополь, 2006 г. — №1 -С. 70-73.

9. Зорин, А. В. Интенсификация процесса проращивания пивоваренного ячменя [Текст] / А. В. Зорин // Сборник докладов Всероссийской конференции в рамках конкурсного отбора инновационных проектов аспирантов и студентов по приоритетному направлению «Живые системы» / ВятГУ - Киров, 2006 г. - С. 20 - 22.

10. Зорин, А. В. Исследование влияния магнитного поля на изменение процентного соотношения белка в солоде [Текст] / А. В. Зорин, А. А, Борисенко, А. А. Брацихии [и др.] // Материалы X региональной научно-технической конференции «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону», том 1 / СевКавГТУ — Ставрополь, 2006 г. — С. 58-59.

11. Борисенко, А. А. Положительные результаты применения лактозосодержащего бслково-углеводного продукта «Лактобел», гидратированного электроактивированной водой, при производстве мясной продукции [Текст] / А. А. Борисенко, Е. А. Шаманасва, А. А. Брацихин, А. В. Зорин // Материалы международного симпозиума Международной Молочной Федерации «Лактоза н ее производные» / Москва, 2007 г. - С. 65-66.

12. Зорин, А. В. Изучение кинетики процесса проращивания пшеницы и ячменя с применением активированной воды [Текст] / А. В. Зорин, А. Л. Борисенко, А. А. Борисенко, О. Д. Затынайченко // Материалы XI региональной научно-технической конференции «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону», том I / СевКавГТУ - Ставрополь,

2007 г.-С. 127-128.

13. Борисенко, А. А. Современные способы безреагентного регулирования качественных свойств мясных изделий [Текст] / А. А. Борисенко, Л. А. Борисенко, С. Д. Шсста-ков, А. А. Брацихин, А. В. Зорин, Ю. В. Митякина // Ежеквартальный журнал-каталог / «Мясной ряд» № 4 - Москва, 2007 г. - С. 22.

14. Борисенко, Л. А. Использование активированных поликомпонентных систем в производстве варёных колбас [Текст] / Л. А. Борисенко, А. А. Борисенко, А. А. Брацихин, А. В. Зорин// Материалы XXXVII научно-технической конференции по результатам работы профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов СевероКавказского технического университета за 2007 год, том 1 / СевКавГТУ - Ставрополь,

2008 г.-С. 74.

15. Борисенко, А. А. Современные нанобиотехнологии в производстве варёных колбас [Текст] / А. А. Борисенко, Л. А. Борисенко, Н. В. Подхомутов, А. А. Брацихии, А. В. Зорин, А. В. [и др.] // Ежеквартальный журнал-каталог / «Мясной ряд» К» 1 - Москва, 2008 г.-С. 42-43.

16. Борисенко, А. А. Изучение влияния кзвитационной обработки на свойства солевых растворов [Текст] / А. А. Борисенко, A.A. Брацихин, А. А. Черлянцев, А. Е. Лубяницкий, А. В. Зорин // Материалы XII региональной научно-технической конференции «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону», том 1 / СевКавГТУ - Ставрополь, 2008 г.-С. 214.

17. Борисенко, А. А. Изучение кавитационной дезинтеграции растворов NaCI, полученных на основе католита [Текст] / А. А. Борисенко, А. А. Брацихин, А. А. Черлянцев, А. Е. Лубяницкий, А. В. Зорин // Материалы XII региональной научно-технической конференции «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону», том 1 / СевКавГТУ - Ставрополь, 2008 г.-С. 213.

18. Зорин, А. В. Исследование влияния кавитационной дезинтеграции на изменения показателя активной кислотности и окислительно-восстановительного потенциала питьевой воды [Текст] / А. В. Зорин, А. А. Борисенко, A.A. Брацихин, Л. А. Борисенко // Материалы XII региональной научно-технической конференции «Вузовская наука - СевероКавказскому региону», том I / СевКавГТУ-Ставрополь, 2008 г.-С. 212.

19. Зорин, А. В. Изучение влияния кавитационной дезинтеграции на физико-химические показатели электрохимически-активированной воды [Текст] / А. В. Зорин, А. А. Борисенко, A.A. Брацихин, Л. А. Борисенко // Материалы XII региональной научно-технической конференции «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону», том I / СевКавГТУ -Ставрополь, 2008 г. - С. 210.

20. Борисенко, Л. А. Разработка технологии производства колбасных изделий с использованием активированных жидких систем [Текст] / Л. А. Борисенко, А. А Борисенко, А. В. Лагерева, А. В. Зорин, А. А. Брацихин // Вестник Северо-Кавказского технического университета / СевКавГТУ - Ставрополь, 2008 г. -№2 (15)- С. 45-46.

21. Лагерева, А. В. Изучение эмульгирующей способности препаратов с применением процесса кавитации и гомогенизации [Текст] / А. В. Лагерева, А. В. Зорин // Материалы II международной научной студенческой конференции «Научный потенциал студенчества - будущему России» / СевКавГТУ - Ставрополь, 2008 г. - С. 19-20.

22. Борисенко, Л. А. Перспективные направления использования кавитационно-дезинтегрированных систем в производстве мясопродуктов [Текст] / Л. А. Борисенко, А. А. Борисенко, А. В. Лагерева, А. В. Зорин // Сборник научных трудов: Серия «Продовольствие». - Ставрополь, 2009. -№5. - С. 98 - 101.

23. Борисенко, А. А. Нейросетевое моделирование процесса кавитационион обработки водных растворов поваренной соли [Текст] / А. А. Борисенко, А. А. Брацихин. Л. А. Борисенко, А. В. Зорин [и др.] // Сборник научных трудов. Серия «Продовольствие». - Ставрополь, 2009. - №5. - С. 98 - 101

24. Борисенко, А. А. Исследование влияния кавитационной дезинтеграции на изменение электропроводности щелочной фракции электрохимически-активированной и питьевой воды [Текст] / А. А. Борисенко, А. А. Брацихин, Л. А. Борисенко [идр.] //Сборник научных трудов. Серия «Продовольствие» - Ставрополь: СевКавГТУ, 2009 - №5. - С. 105-106

25. Борисенко, Л. А. Разработка рецептур новых видов мясорастительных полуфабрикатов с использованием компьютерного проектирования [Текст] // Л. А. Борисенко, А. А. Борисенко, А. А. Брацихин, А. В. Зорин [и др.] // Труды Кубанского аграрного университета. - Краснодар: КубГАУ, 2009. - №5 (20). - С. 268-270.

Печатается в авторской редакции

Подписано в печать 12.11.2009 Формат 60x84 1/16 Усл. печ. л. - 1,5 Уч.-изд. л. - 1,0 Бумага офсетная. Печать офсетная. Заказ №373 Тираж 100 экз. ГОУ ВПО «Северо-Кавказский государственный технический университет» 355028, г. Ставрополь, пр. Кулакова, 2

Издательство Северо-Кавказского государственного технического университета Отпечатано в типографии СевКавГТУ

Введение.

Глава 1 Обзор литературы.

1.1 Влияние физических и электрохимических воздействий на пищевые жидкие среды.

1.1.1 Кавитационная дезинтеграция и её применение в пищевой промышленности.

1.1.2 Сущность процесса электрохимической активации и её практическое использование.

1.1.3 Использование жидких сред, прошедших магнитную обработку.

1.2 Обоснование выбранного направления, цель и задачи исследований.

Глава 2 Организация проведения экспериментов и методы исследований.

2.1 Организация работы, схема проведения экспериментов, объекты исследований и используемое оборудование.

2.2 Методы исследований.

2.3 Математическое планирование и обработка экспериментальных данных.

Глава 3 Влияние процессов активации на физико-химические и электрофизические показатели пищевых жидких сред.

3.1 Исследование влияния кавитационной дезинтеграции на физико-химические и электрофизические показатели питьевой воды и рассолов.

3.2 Нейросетевое моделирование процесса кавитационной обработки водных растворов NaCl.

3.3" Исследование влияния магнитной обработки на физико-химические-показатели пищевых жидкостей.

3.4 Классификация аппаратов и разработка устройств для омагничивания жидких сред.

Глава 4 Исследование влияния активированных жидких сред на качественные показатели модельных фаршевых систем.

4.1 Оценка влияния процесса кавитационной дезинтеграции на эмульгирующую способность белоксодержащих препаратов.

4.2 Исследование качественных характеристик модельных фаршевых систем с использованием активированных жидких сред.

4.3 Молекулярное моделирование процесса модификации коллагена в нейтральной и активированной водных средах.

4.4 Исследование процесса модификации коллагенсодержащего сырья

4.5 Исследование функционально-технологических свойств фаршей вареных колбас на основе эмульсий говяжьей жилки.

Глава 5 Разработка технологии новых видов мясорастительных полуфабрикатов, интенсивных способов и оборудования для модификации растительного сырья.

5.1 Компьютерное проектирование рецептур мясорастительных полуфабрикатов, сбалансированных по аминокислотному составу.

5.2 Оптимизация полуфабрикатов по жирнокислотному составу.

5.3 Исследование качественных показателей рубленых мясорастительных полуфабрикатов в процессе хранения.

5.4 Модификация растительного' сырья активированными средами и оборудование для её осуществления.

5.4.1 Оценка интенсивности биохимических превращений растительного сырья при его модификации активированными средами.

5.4.2 Разработка установки-для модификации растительного сырья.

5.5 Разработка технологии мясорастительных полуфабрикатов.

Выводы.

Актуальность работы. В числе определяющих задач научно-технической политики России, в соответствии с основными направлениями развития современного производства пищевых продуктов, является разработка новых научных направлений и подходов, которые, наряду с совершенствованием традиционных, обеспечили бы создание принципиально новых технологий, позволяющих повысить качество готовых продуктов питания.

Развитие перерабатывающей промышленности должно быть направлено на создание безотходных и ресурсосберегающих технологий и процессов комплексной переработки сельскохозяйственного сырья для получения качественных и безопасных пищевых продуктов.

Для повышения безвредности и безопасности пищевых продуктов требуется совершенствование основных технологических процессов их производства с использованием экономически выгодных, интенсивных способов воздействия на перерабатываемое сырье.

Использование безреагентных способов обработки воды, её растворов и пищевых жидких сред открывает широкие возможности для совершенствования технологических процессов, сокращения их продолжительности и повышения-качества продукции, что ведёт, в своей совокупности, к созданию прогрессивных и конкурентоспособных рецептур и технологий, соответствующих концепции государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации.

Наиболее известными способами активации жидких сред, используемых для формирования технологически значимых свойств, являются кавитационная дезинтеграция, электрохимическая обработка, а так же омагничивание.

Существенный вклад в исследование способов активации жидких сред, их применение в мясной и других отраслях промышленности и проектирование нутриентносбалансированных пищевых продуктов внесли отечественные и зарубежные ученые: Антипова Л. В., Бахир В. М., Борисенко JI. А., 5

Борисенко А. А., Бражников А. М., Горбатов В. М., Горлов И. Ф., Евдокимов И. А., Жаринов А. И., Касьянов Г. И., Кочеткова А. А., Краснов А. Е., Липатов Н. Н., Лисицын А. Б., Нелепов Ю.Н., Рогов И. А., Рябцева С. А., Тимошенко Н. В., Титов Е. И., Храмцов А. Г., Шаззо Р. И., Шестаков С.Д., De Gennaro L., Fennema О. W., Gillet T.A Macej O. D. и многие другие. Исследователями раскрыты сущность процессов и особенности получения активированных сред, изучены специфические свойства этих жидкостей, а также данные по их применению в технологических процессах производства пищевых продуктов. Однако, сведения об исследованиях и практическом применении жидких сред, прошедших комбинированную активацию, для модификации белоксодержаще-го сырья животного и растительного происхождения, отрывочны и практически отсутствуют.

Важным преимуществом использования активированных сред при производстве мясопродуктов является их повышенный энергетический уровень и аномальная реакционная способность, позволяющие снизить или полностью исключить содержание традиционно используемых химических соединений, что особенно важно для повышения уровня безвредности и безопасности продуктов питания.

Научная новизна. Научно обоснована целесообразность комбинированного использования физических и электрохимических воздействий для получения экологичных и безопасных активированных жидких сред при переработке сельскохозяйственного сырья.

Разработана нейросетевая модель изменения физико-химических и электрофизических свойств водных растворов поваренной соли различной концентрации с учетом режимов их кавитационной обработки.

Изучено изменение физико-химических показателей модельных жидких сред под действием магнитного поля, разработаны конструкции устройств для омагничивания жидких сред, позволяющие эффективно обрабатывать водно-дисперсные пищевые композиции.

Получены и исследованы стойкие белково-жировые эмульсии с применением щелочной фракции электрохимически-активированной воды и процесса кавитационной дезинтеграции жидкой среды.

Проведены теоретические исследования по модификации коллагена в нейтральной и активированной водных средах с применением методов молекулярного моделирования и квантово-химических исследований.

Экспериментально определены возможности использования кавитацион-но-дезинтегрированных и электрохимически-активированных сред при модификации коллагенсодержащего сырья и использование его при производстве вареных колбас.

На основе компьютерного моделирования разработаны рецептуры новых видов мясорастительных полуфабрикатов.

Практическая значимость. По результатам исследований рекомендованы рациональные параметры и режимы:

- изменения физико-химических и электрофизических показателей пищевых жидких сред при различных способах активации;

- получения белково-жировых эмульсий на основе щелочной фракции электрохимически-активированной воды, подвергнутой кавитационной дезинтеграции;

- модификации коллагенсодержащего сырья в активированных средах с заменой эмульсии на его основе части мясного сырья при производстве вареных колбас;

- модификации растительного сырья (зернобобовых и злаковых культур) проращиванием.

Разработана технология мясорастительных полуфабрикатов, сбалансированных по нутриентному составу.

Основные технико-технологические результаты и решения, а также рекомендации по разработке новых технологий и оборудования апробированы и приняты к внедрению на предприятиях Ставропольского края.

Апробация результатов работы. Основные результаты работы опубликованы в трудах, доложены и обсуждены на Международном симпозиуме

ММФ «Лактоза н её производные» (Москва, 2007), Всероссийской конференции «Живые системы» (Киров, 2006), региональных научно-технических конференциях (Ставрополь, 2004-2008), I и II международной научной конференции «Научный потенциал студенчества - будущему России» (Ставрополь, 2007, 2008 г.), научно-технических конференциях профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов СевКавГТУ (2004-2008), на Московском международном салоне инноваций и инвестиций (Москва, 2006, 2007), Всероссийской выставке «НТТМ-2006» (Москва, 2006).

Публикации. По результатам научных исследований опубликовано 25 работ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, выводов, списка использованной литературы из 224 источников и приложений. Работа содержит 162 страницы основного текста, 71 рисунок и 26 таблиц.

выводы

1. На основе методов нейросетевого моделирования установлены основные закономерности влияния процесса кавитационной дезинтеграции на физико-химические и электрофизические свойства растворов поваренной соли на основе питьевой воды. Определены оптимальные режимы обработки: продолжительность обработки — 2,2.3,5 минуты при частоте 22 кГц и интенсивности воздействия 68. .90 %.

2. Получены зависимости показателей активной кислотности (рН), окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) растворов NaCl, а также пищевых жидких сред (нефильтрованного пива, сусла) и их плотности, коэффициента разделения после фильтрования и центрифугирования от величины магнитной индукции магнитного поля.

3. На основе анализа литературных и патентных источников информации проведен анализ, существующих устройств для омагничивания жидких сред, составлена классификация таких устройств, разработаны конструкции и рекомендации по их расчету.

4. Экспериментально обоснована целесообразность получения на кавита-ционном дезинтеграторе белково-жировых эмульсий с массовой долей жировой фазы до 60.70 %, на основе кавитационно-обработанной электрохимически-активированной воды, обладающих высокой стабильностью и наилучшими функционально-технологическими свойствами. Показано, что применение комбинированной обработки жидких сред при производстве эмульгированных мясопродуктов, позволяет улучшить качественные показатели сырых модельных фаршевых систем и увеличить выход готовых вареных мясопродуктов< на 8,6%.

5. Методом компьютерного моделирования и квантово-химических расчетов молекулы тропоколлагена в нейтральных водных средах и кислой фракции электрохимически-активированной воды проведен теоретический анализ химической активности белка, обоснована возможность применения коллагенсодержащего сырья при получении эмульсий на его основе. Экспериментально показано, что применение таких эмульсий при производстве вареных колбас увеличивает выход до 119,8 %, улучшает их структурно-механические свойства.

6. На основе компьютерного проектирования и экспериментальных исследований с использованием активированных сред разработаны рецептуры, технология, аппаратурно-процессовое обеспечение и техническая документация на производство мясорастительных полуфабрикатов, сбалансированных по аминокислотному и жирнокислотному составу. Обоснован срок их хранения (15 суток при температуре - минус 12 °С).

7. Оценены способы модификации зерен зернобобовых и злаковых культур активированными средами. Установлены оптимальные условия интенсификации процесса для каждой исследуемой культуры. Показана возможность сокращения продолжительности процесса проращивания с 72 часов до 42.43 часов в зависимости от вида культуры. Разработана конструкция установки для проращивания и рекомендации по основным расчетам оборудования для модификации растительного сырья.

8. Расчетный экономический эффект предлагаемых технологий рубленых мясорастительных полуфабрикатов составляет: «Сытные» — 1,6 тыс. рублей, «Классные» — 1,7 тыс. рублей на 1 тонну готовой продукции.

1. А. С. 990165 СССР. МКИ А 23 В 4/02. Способ посола мяса при производстве копченостей Текст. / А. А. Кийс, М. К. Рей, В. В. Кирикал заявлено 13.06.89, опубликовано 23.09.90

2. Активированные вещества. Некоторые вопросы теории и практики Текст. / В. М. Бахир, А. Р. Атаджанов, С. А. Алёхин [и др.] // Изв. АН Уз.ССР, серия технических наук. 1981, № 5. — 68 с.

3. Акуличев, В. А. Пульсации кавитационных полостей Текст. / В. А. Акуличев. // Физика и техника мощного ультразвука. Мощные ультразвуковые поля. М.: Наука, 1968. - 265 с.

4. Алехин, С. А. Новые технологии на основе ЭХА Электронный ресурс. / С. А. Алехин. М. : МИС-РТ. - 1998. - №3. - www misrt. ru.

5. Алешин, А. Д. Совершенствование процесса подготовки коллагеносо-держащего сырья к экстракции желатина Текс. / А. Д. Алешин, Н. Н. Мизерецкий // Журнал «Мясная индустрия». 2004. - № 3. - С. 35 - 36.

6. Антипова, Л. В. Методы исследования мяса и мясных продуктов Текст.

7. J / Л. В. Антипова, И. А. Глотова // Учебники и учебные пособия для сту1.дентов высш. учеб. заведений. М.: Колос, 2001. - 376 с.

8. Антипова, Л. В. Основы рационального использования вторичного коллагеносодержащего сырья мясной промышленности Текст. / Л. В. Анt t