автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.15, диссертация на тему:Разработка способа оценки эффективности применения стабилизаторов для удаления компонентов помутнений напитков

— предложен способ расчета коэффициентов эффективности применения стабилизаторов для их качественной оценки.

Теоретическая н практическая значимость. Теоретическая ценность результатов исследований заключается в разработке подхода к формированию стабильной равновесной системы полуфабрикатов и готовых напитков с использованием математического моделирования и оценке эффективности применяемого стабилизирующего материала.

Практическая значимость заключается в разработке рецептур морсов из ягод брусники и клюквы, приготовленных с использованием стабилизированных соковых основ.

Разработанные математические модели технологических процессов производства напитков — дображивания пива, брожения кваса, получения ягодных соков для морсов - с использованием стабилизаторов позволяют рассчитать оптимальную дозировку внесения стабилизатора для получения коллоидно-устойчивой системы напитков.

Результаты тестирования разработанных математических моделей стабилизации пива подтверждены актом производственных испытаний на ООО «Пивоварня «Келлере».

Разработанные подходы в оценке эффективности применения стабилизирующих средств в технологии напитков на основе ягодного и зернового сырья позволяют оценить не только качественную действенность стабилизатора, но и его экономическую составляющую.

В соответствии с актом внедрения результаты исследований используются в учебном процессе при подготовке студентов по специальности «Технология бродильных производств и виноделие» и по направлению «Продукты питания из растительного сырья».

Апробация работы. IV Всероссийская конференция с международным участием студентов, аспирантов и молодых ученых «Пищевые продукты и здоровье человека» (Кемерово, 2011); I Всероссийская заочная научно-лрактическая конференция «Новые технологии в промышленности и сельском хозяйстве» (Бийск, 2012); Международный научный форум «Пищевые инновации и биотехнологии» (Кемерово, 2013).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, выводов, списка литературы и приложений. Основной текст изложен на 169 страницах. Диссертация содержит 51 таблицу и 59 рисунков. Список использованной литературы включает 106 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследования, дана общая характеристика работы.

В первой главе представлен обзор отечественной и зарубежной литературы. Рассмотрены факторы, определяющие и формирующие стойкость напитков, описаны характеристики основных мутеобразователей напитков.

ФГБОУ ВПО КЕМЕРОВСКИЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ ПИЩЕВОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

04201453413

На правах рукописи

ШАФРАИ АНТОН ВАЛЕРЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА СПОСОБА ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СТАБИЛИЗАТОРОВ ДЛЯ УДАЛЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ ПОМУТНЕНИЙ

НАПИТКОВ

Специальность: 05Л8.15 - технология и товароведение пищевых продуктов и функционального и специализированного назначения и общественного питания

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель д.т.н., профессор В.А. Помозова

Кемерово - 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.............................................................................................................................................4

ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.........................................................................................................9

1.1 Характеристика компонентов помутнений напитков................................................................9

1.2 Вспомогательные средства, применяемые для предотвращения помутнений напитков, и способы их применения....................................................................................................................21

1.3 Современное состояние рынка стабилизирующих средств, используемых в индустрии напитков.............................................................................................................................................30

1.4 Математическое моделирование в технологических процессах............................................34

1.5 Заключение по обзору литературы............................................................................................37

ГЛАВА 2 МЕТОДОЛОГИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА...................................................40

2.1 Организация работы и этапы эксперимента.............................................................................40

2.2 Объекты и методы исследований..............................................................................................43

ГЛАВА 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ...............................................................46

3.1 Использование стабилизаторов в технологии сокосодержащих напитков...........................46

3.1.1 Современное состояние рынка сокосодержащих напитков.............................................46

3.1.2 Исследование рынка предложения сокосодержащей продукции в г. Кемерово и оценка потребительских предпочтений в отношении соковой продукции..........................................63

3.1.3 Исследование возможности использования природных стабилизаторов для осветления соковых основ................................................................................................................................73

3.1.4 Разработка рецептуры и товароведная оценка качества морсов на основе ягодных соков, обработанных стабилизаторами.......................................................................................95

3.2 Использование стабилизаторов в технологии напитков на основе зернового сырья.........102

3.2.1 Исследование эффективности использования стабилизаторов при производстве пива .......................................................................................................................................................102

3.2.2 Исследование возможности использования хитозана в технологии квасоварения.....106

3.2.3 Товароведная оценка качества напитков на основе зернового сырья, обработанных стабилизаторами..........................................................................................................................110

ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА НАПИТКОВ, ПРИГОТОВЛЕННЫХ С ПРИМЕНЕНИЕМ СТАБИЛИЗАТОРОВ..........................................................................................................................115

4.1 Построение математических моделей процесса осветления соковых основ при производстве морса с использованием стабилизаторов..............................................................115

4.1.1 Построение математической модели процесса осветления соковых основ на основе клюквы с использованием хитозана..........................................................................................117

4.1.2 Построение математической модели процесса осветления соковых основ на основе клюквы с использованием модифицированного крахмала.....................................................120

4.1.3 Построение математической модели процесса осветления соковых основ на основе брусники с использованием хитозана.......................................................................................123

4.1.4 Построение математической модели процесса осветления соковых основ на основе брусники с использованием модифицированного крахмала...................................................126

4.2 Построение математических моделей процесса дображивания пива с использованием стабилизаторов................................................................................................................................129

4.2.1 Построение математической модели процесса дображивания пива с использованием хитозана........................................................................................................................................130

4.2.2 Построение математической модели процесса дображивания пива с использованием ПААФ...........................................................................................................................................133

4.3 Построение математических моделей процесса приготовления кваса с использованием стабилизаторов................................................................................................................................135

ГЛАВА 5 ТЕСТИРОВАНИЕ РАЗРАБОТАННЫХ МАТЕМАТИЧЕСКИХ МОДЕЛЕЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА НАПИТКОВ, ПРИГОТОВЛЕННЫХ С ПРИМЕНЕНИЕМ СТАБИЛИЗАТОРОВ......................................................................................139

5.1 Тестирование математических моделей процесса осветления соковых основ при производстве морса с применением стабилизаторов..................................................................139

5.2 Тестирование математических моделей процесса дображивания пива с использованием стабилизаторов на основе производственных испытаний.........................................................142

5.3 Тестирование математических моделей процесса приготовления кваса с применением стабилизатора..................................................................................................................................149

ГЛАВА 6 РАЗРАБОТКА СПОСОБА ОЦЕНКИ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ СТАБИЛИЗАТОРОВ ДЛЯ УДАЛЕНИЯ КОМПОНЕНТОВ ПОМУТНЕНИЙ НАПИТКОВ.....152

6.1 Разработка коэффициентов эффективности стабилизаторов...............................................152

ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ......................................................................................................158

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ........................................160

ПРИЛОЖЕНИЯ...................................................................................................................................170

ВВЕДЕНИЕ

На сегодняшний момент в нашей стране наблюдается устойчивая тенденция, соответствующая росту производства и потребления напитков.

Одним из приоритетов современного направления развития экономики является выпуск товаров, максимально удовлетворяющих потребности покупателей. Необходимость постоянного повышения качества продукта является аспектом высокого уровня конкуренции среди производителей напитков на отечественном рынке. В связи с этим современные пищевые технологии постоянно совершенствуются и неотъемлемо связаны с использованием вспомогательных материалов, позволяющих получить готовый продукт высокого качества. Стойкость напитков при хранении является одним из важнейших показателей качества.

Понятие стойкости напитков подразумевает способность сохранять прозрачность в течение длительного времени. Главной задачей оптимального ведения технологического процесса - сделать напиток стабильным, при одновременном сохранении в нем как можно больше компонентов, обусловливающих его биологическую и пищевую ценность, в состоянии, не приводящем к помутнению полуфабрикатов и готовых изделий.

В связи с неоднородным и непостоянным составом природного растительного сырья проблема повышения стабильной прозрачности полуфабрикатов и готовых напитков достаточно сложна.

В настоящее время рынок вспомогательных средств, применяемых для получения равновесной, коллоидно-устойчивой системы напитков, достаточно разнообразен. Исследования, посвященные поиску перспективных видов и форм стабилизаторов и оценке их эффективности в технологиях напитков, проводятся многими отечественными и зарубежными учеными: Покровской Н.В., Гернет М.В., Ермолаевой Г.А., Мелединой Т.В., Помозовой В.А., Валуйко Г.Г., Зинченко В.И., Бурачевским И.И., Lubbers S. и др.

При этом следует отметить, что привлечение математического аппарата для обоснования выбора стабилизатора в технологии того или иного напитка позволило бы оптимизировать данный процесс.

В связи с этим, исследования в области разработки способа оценки эффективности применения стабилизаторов при производстве напитков, являются актуальными.

Цель и задачи исследования. Целью данной работы является разработка методики оценки эффективности стабилизаторов коллоидной системы напитков.

В соответствии с поставленной целью определены основные задачи исследований:

— оценить состояние отечественного рынка сокосодержащих напитков. Провести исследования рынка предложения соковой продукции, а также потребительских предпочтений в отношении данной товарной группы на примере г. Кемерово с целью определения позиции ягодных морсов в линейке сокосодержащих напитков;

— определить возможность и целесообразность использования стабилизаторов природного происхождения - хитозана и модифицированного крахмала - в технологии приготовления морсов, провести анализ эффективности действия указанных гидроколлоидов в сравнении с классическим для данной отрасли сорбентом - бентонитом;

— определить оптимальные параметры обработки соковых основ из ягод клюквы и брусники, позволяющие получить коллоидно-устойчивую систему напитка с сохранением полноценных органолептических характеристик готового морса;

— обосновать возможность и целесообразность использования хитозана в качестве вспомогательного стабилизирующего материала в технологии приготовления кваса. Определить оптимальные параметры обработки кваса хитозаном, которые позволят усовершенствовать существующую технологию квасоварения;

— провести товароведную оценку качества напитков, приготовленных с использованием стабилизаторов;

— построить математические модели процесса осветления соковых основ при производстве морса с использованием хитозана и модифицированного крахмала, процесса производства напитков на основе зернового сырья (пива, кваса) с использованием хитозана и флокулянта на основе полиакриламида;

— произвести тестирование построенных математических моделей;

— разработать методику оценки эффективности применения стабилизаторов.

Научная новизна полученных результатов заключается в обосновании и разработке способа оценки эффективности применения стабилизаторов для удаления компонентов помутнений напитков.

Признакам научной новизны отвечают следующие результаты диссертационной работы:

— обоснованы принципы стабилизации коллоидной системы ягодных соков и кваса путем регулирования количественного состава мутеобразующих компонентов таких, как фенольная фракция - для ягодных соков и белковая - для кваса;

— предложен вариант совершенствования технологии приготовления кваса путем ускорения флокуляции дрожжей для интенсификации дальнейшей технологической обработки напитка;

— определены основные закономерности удаления потенциальных компонентов помутнений из соков и кваса в процессе их обработки;

— показаны изменения в качественном и количественном выражении мутеобразующих составляющих ягодных соков в процессе формирования равновесной системы полуфабрикатов с использованием хитозана и модифицированного крахмала, а также мутеобразующих составляющих кваса с использованием хитозана;

— разработаны математические модели технологических процессов производства напитков - получения соковых основ для ягодных морсов, брожения кваса и дображивания пива, с использованием стабилизаторов;

— предложен способ расчета коэффициентов эффективности применения стабилизаторов для их качественной оценки.

Теоретическая и практическая значимость. Теоретическая ценность результатов исследований заключается в разработке подхода к формированию стабильной равновесной системы полуфабрикатов и готовых напитков с использованием математического моделирования и оценке эффективности применяемого стабилизирующего материала.

Практическая значимость заключается в разработке рецептур морсов из ягод брусники и клюквы, приготовленных с использованием стабилизированных соковых основ.

Разработанные математические модели технологических процессов производства напитков - дображивания пива, брожения кваса, получения ягодных соков для морсов - с использованием стабилизаторов позволяют рассчитать оптимальную дозировку внесения стабилизатора для получения коллоидно-устойчивой системы напитков.

Результаты тестирования разработанных математических моделей стабилизации пива подтверждены актом производственных испытаний на ООО «Пивоварня «Келлере».

Разработанные подходы в оценке эффективности применения стабилизирующих средств в технологии напитков на основе ягодного и зернового сырья позволяют оценить не только качественную действенность стабилизатора, но и его экономическую составляющую.

В соответствии с актом внедрения, результаты исследований используются в учебном процессе при подготовке студентов по специальности «Технология бродильных производств и виноделие» и по направлению «Продукты питания из растительного сырья» (акт внедрения приведен в приложении Г).

Апробация работы. IV Всероссийская конференция с международным участием студентов, аспирантов и молодых ученых «Пищевые продукты и здоровье человека» (Кемерово, 2011); I Всероссийская заочная научно-практическая конференция «Новые технологии в промышленности и сельском хозяйстве» (Бийск, 2012); Международный научный форум «Пищевые инновации и биотехнологии» (Кемерово, 2013).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 7 работ, в том числе 3статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, выводов, списка литературы и приложений. Основной текст изложен на 169 страницах. Диссертация содержит 51 таблицу и 59 рисунков. Список использованной литературы включает 106 наименований.

ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Характеристика компонентов помутнений напитков

В настоящей работе рассматриваются группы напитков, при товароведной оценке которых в комплексе органолептических показателей уделяется внимание прозрачности напитка. Данная группа включает напитки, в технологии которых имеется стадия осветления полуфабрикатов и готовых изделий.

Обеспечение прозрачности готовых изделий в момент их выпуска не всегда гарантирует обеспечение стойкости к коллоидным помутнениям в процессе хранения. Стабилизация напитков предполагает необходимость удаления из него соединений, которые потенциально могут стать причиной помутнений различной природы. Однако одной из главных задач оптимального ведения технологического процесса является также сохранение в нем как можно больше компонентов, обусловливающих его пищевую ценность, в состоянии, не приводящем к помутнению полуфабрикатов и готовых напитков. Проблема повышения стойкости полуфабрикатов и готовых напитков достаточно сложна в связи с неоднородным составом природного сырья, необходимостью одновременно с устранением мутеобразующих компонентов из готовых напитков сохранить их вкусовые и ароматические характеристики. Переход этих веществ и их комплексов в полуфабрикаты, а затем в готовые напитки определяет эффективность важной с точки зрения технологии стадии - фильтруемости, и, как следствие, стабильность изделий при хранении.

В целом, напиток, приготовленный из природного сырья, можно рассматривать как сложную многокомпонентную полидисперсную систему, находящуюся в определённом равновесии. Значительная доля веществ напитка, обусловливающих его характерные особенности (например, вкус, прозрачность) находится в коллоидном состоянии. При хранении под действием

многочисленных факторов таких, как температура, свет, кислород, перемешивание, происходят нарушение физико-химического равновесия коллоидной системы напитка, и в нём образуется помутнение.

Показатель стойкости напитков из сырья растительного происхождения можно считать многофакторным, так как на него влияет качество сырья, параметры производства, качество применяемой тары для упаковывания, соблюдение условий хранения.

На рисунке 1.1 представлена обобщенная схема технологического процесса производства напитков из растительного сырья.

На основании этой схемы разработан план анализа потенциальных опасностей производственного процесса напитков из растительного сырья (таблица 1.1).

Рисунок 1.1- Схема технологического процесса производства напитков из растительного сырья

Таблица 1.1— План анализа потенциальных опасностей производственного процесса напитков стойких к помутнениям

Потенциальная опасность Контролируемый параметр

1 2

Хранение и подготовка растительного сырья

Растительное сырье

химическая токсичные элементы

физическая механические, ферромагнитные частицы, сорная примесь

микробиологическая зараженность микроорганизмами

технологическая количественное с