автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.01, диссертация на тему:Разработка технологии производства кондитерских изделий на основе сахарной ваты

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Кондитерская промышленность - отрасль, производящая высококалорийные пищевые продукты, в составе которых, как правило, содержится большое количество сахара.

В состав кондитерской промышленности входят две группы производств:

1 - по выработке сахаристых кондитерских изделий;

2 - по выработке мучных кондитерских изделий.

Эти группы, в свою очередь, включают в себя ряд производств: карамельное, конфетное, шоколадное, пастило-мармеладное, вафельное, производство печенья, крекеров, галет, тортов, пирожных и др., различающихся по технологии, применяемому оборудованию и конечной продукции.

Кондитерская отрасль является одной из наиболее динамично развивающихся отраслей пищевой промышленности. За последние четыре года потребление кондитерских изделий возросло с 8,5 до 10 кг в год на человека.

В силу специфики кондитерское производство относится к отраслям, тяготеющим к потребителю. Это приводит к тому, что потребность населения в кондитерских изделиях в регионах, имеющих дефицит мощности, обеспечивается за счет завоза их из других регионов России или по импорту.

Современные тенденции развития производств кондитерских изделий направлены на поиск новых видов и разновидностей ассортимента, удовлетворяющих растущим изысканным требованиям потребителей.

Среди населения, особенно детей и подростков, неизменно высоким спросом пользуется такое кондитерское изделие как сахарная вата. Однако номенклатура изделий из сахарной ваты весьма ограничена. Изделия содержат в своем составе только сахар и поэтому не сбалансированы по пищевой и биологической ценности, не соответствуют требованиям «Доктрины продовольственной безопасности Российской Федерации» и «Основам государственной политики Российской Федерации в области здорового питания населения на период до 2020 года».

Установлена взаимосвязь между временем изготовления нитей, влажностью сахара и массой навески. Выявлены основные стадии плавления сахара в процессе получения нитей, отличающиеся скоростью и и константой к плавления. Вычислены осред-

ненные значения и и к для характерных участков кинетических кривых плавления сахара;

- обоснована целесообразность внесения ароматизирующих, окрашивающих и витаминизирующих добавок путем напыления на сахарные нити различных растительных порошков;

- установлено, что сформованная микроструктура корпуса изделия из сахарной ваты характеризуется неупорядоченным стохастическим распределением сахарных волокон в объеме. Волокна, диаметр которых составляет 20-40 мкм, образуют матричный скелет корпусов изделий с пористой структурой. Наличие значительного межволоконного пространства позволяет получать изделия с низкой, легко регулируемой плотностью;

- впервые определены прочностные характеристики кондитерских изделий на основе сахарной ваты. Выявлены зависимости разрушающего напряжения от плотности корпусов изделий, а также от толщины слоя шоколадной глазури. Установлено, что увеличение плотности корпусов изделий в два раза приводит к росту разрушающего напряжения при сжатии более чем в три раза;

- выявлено влияние условий хранения, типа упаковочного материала и способов упаковки на устойчивость и сроки хранения кондитерских изделий;

- проведена оценка содержания и сохранности витаминов в готовых изделиях из сахарной ваты после введения в них добавок из различного высушенного растительного сырья;

- созданы научно-технические основы производства новых видов кондитерских изделий на основе сахарной ваты, базирующиеся на результатах диссертационного исследования;

- разработано и защищено патентом РФ (№ 2009146678) устройство, позволяющее осуществлять непрерывное изготовление сахарных нитей и ваты для формирования корпусов изделий.

Практическая значимость работы:

- обоснована целесообразность применения сахарной ваты для производства широкого ассортимента новых кондитерских изделий;

- созданы опытно-промышленные установки для непрерывного изготовления сахарных нитей, ваты и корпусов кондитерских изделий;

- обоснованы рациональные технологические режимы получения корпусов изделий из сахарной ваты;

- экспериментально установлено, что при изготовлении сахарных нитей влажность сахара не должна превышать 0,4 %, а температура плавильной головки - 192 °С;

- определены наиболее рациональные технологические параметры получения и введения в сахарные нити путем их опыления порошкообразных витаминизирующих добавок из растительного сырья;

- предложен ассортимент кондитерских изделий на основе сахарной ваты в шоколадной глазури с различными добавками, позволяющими повысить вкусовую, питательную и витаминную ценность продукции. Разработаны, утверждены и внедрены в производство технические условия «Изделие кондитерское сахаристое в шоколадной глазури с добавками» (ТУ 9120001-93027492-2009);

- разработаны технология и машинно-аппаратурная схема производства кондитерских изделий на основе сахарной ваты, позволяющие организовать промышленное изготовление кондитерских изделий всего ассортиментного ряда;

- разработаны рекомендации по выбору упаковочных материалов и технологии упаковывания готовых изделий, обеспечивающие их высокое качество при хранении и транспортировке. Наилучшую защиту от воздействия внешних условий обеспечивают пленки из ориентированного полипропилена и полиэтилена высокой плотности. Для исключения быстрой усадки и потери качества изделий их упаковку необходимо проводить при относительной влажности воздуха не больше 60%;

- выполнена оценка вкусовых и потребительских свойств кондитерских изделий из сахарной ваты, подтвердившая их вы-

6

сокое качество, наличие спроса у населения и перспективность развития промышленного производства с приемлемой рентабельностью;

- изготовлена и запущена на базе инновационной структуры ООО НПФ «ПоТехИн и К», входящей в технопарк «Волга-техника» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А., в промышленную эксплуатацию технологическая установка для производства указанных изделий. Организованы серийный выпуск кондитерских изделий и их реализация в торговой сети;

- выполнена оценка технико-экономической и финансовой эффективности реализации проекта производства кондитерских изделий на основе сахарной ваты, которая показала, что при производственной мощности технологической установки, равной 225 т/год, чистый дисконтированный доход (NPV) при ставке дисконтирования 15% в год составляет 5225,5 тыс.руб. При этом внутренняя норма рентабельности (IRR) равна 78% в год, а период полной окупаемости проекта - 20 месяцев. Это достаточно высокие показатели, подтверждающие эффективность разработки.

Достоверность результатов работы обеспечивается использованием современных, независимых и взаимодополняющих методов исследования исходного сырья, корпусов, шоколадной глазури и кондитерских изделий: гостированных методов анализа влажности, химического состава, калорийности, плотности, температуры, прочности, микробиологических показателей, оптической и электронной микроскопии, позволяющих получать экспериментальные результаты с приемлемой и контролируемой точностью.

Воспроизводимость опытных данных оценивалась их статистической обработкой с анализом погрешностей.

Полученные результаты сопоставлялись с данными других исследований.

Основные положения, выносимые на защиту:

- обоснование целесообразности использования сахарной ваты для разработки новых кондитерских изделий, обогащенных витаминами и минеральными веществами, а также сбалансированных по пищевой и биологической ценности;

7

- способы, режимы и аппараты для изготовления сахарных нитей, ваты, корпусов и готовых изделий;

- результаты исследований структурных, прочностных, функциональных и термовлажностных характеристик новых кондитерских изделий на основе сахарной ваты;

- машинно-аппаратурная схема промышленной технологической установки для производства всего разработанного ассортимента кондитерских изделий, а также результаты апробации и технико-экономической оценки научно-технических решений.

Соответствие темы диссертации паспорту научной специальности. Диссертационное исследование соответствует п. 3, 4, 11 паспорта специальности 05.18.01 - «Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и демонстрировались на Международных и всероссийских конференциях: VIII Всероссийской конференции молодых ученых с международным участием «Пищевые технологии» (Казань, 2007 г.); III Салоне изобретений, инноваций и инвестиций (Саратов, 2007 г.); IX Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в пищевой и легкой промышленности» (Алма-ата, 2008 г.); X и XI Международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии» (Казань, 2009, 2010); V Салоне изобретений, инноваций и инвестиций (Саратов, 2010 г.); II Международной научно-технической конференции «Новое в технологии и технике пищевых продуктов» (Воронеж, 2010 г.); V Международной конференции «Перспективные полимерные композиционные материалы. Альтернативные технологии. Переработка. Применение. Экология» (Саратов, 2010 г.); Международной научно-технической конференции «Производство продуктов для здоровья человека как составная часть наук о жизни » (Воронеж, 2012 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 работ, из них 4 - в журналах, рекомендованных Минобрнауки РФ, 1 патент РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, основных выводов и результатов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 144 страницах, содержит 35 рисунков и 31 таблицу. Список литературы включает 145 наименований. Приложения к диссертации представлены на 18 страницах.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Во введении охарактеризовано современное состояние технологии производства сахаристых кондитерских изделий, обоснована актуальность темы диссертационной работы, определены научная новизна и практическая значимость исследований, перечислены основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе дан анализ производства сахаристых кондитерских изделий и структуры их потребления в России, рассмотрено состояние технологий изготовления и упаковки сахарной ваты, вопросы выбора и внесения в сахарные нити ароматизирующих, витаминизирующих и окрашивающих добавок, нанесения на корпус шоколадной глазури и твердых наполнителей - обогатителей. На основе анализа состояния проблемы сформулированы цель и задачи исследования.

Во второй главе представлены объекты исследования и методы определения их характеристик, а также предложены способы и экспериментальные установки для изготовления сахарных нитей, ваты и корпусов кондитерских изделий. Отработаны технологические режимы работы и конструктивные параметры основных элементов экспериментальных установок, на которых наработаны опытные партии всех компонентов кондитерских изделий для исследования их структуры и свойств.

В третьей главе приведены результаты экспериментальных исследований структуры и свойств новых кондитерских изделий на основе сахарной ваты. В ходе исследования были определены зависимости времени плавления сахара от его исходной влажности и массы навески (рисунок 1).

Установлено, что при влажности сахара менее 0,05% сахарные нити плохо наматываются на вилку, разлетаются в приемной чаше, становятся недостаточно прочными. Такое поведение нитей объясняется снижением пластичности сахарного рас-

9

плава. При увеличении влажности сахара >0,05% технологический процесс производства нитей нормализуется. При увеличении влажности сахара >0,4% сахарные нити налипают на захватывающее устройство и стекают на дно приемной чаши, т.е. технологический процесс их производства нарушается.

Рисунок-1 Зависимость времени плавления сахара от массы и влажности: а - без ароматизатора, б - с ароматизатором «Карамель»: 1 - XV менее 0.05%; 2 - \У = 0,05 - 0,1 %; 3 - \У = 0,4 - 0,5%; 4 - № = 0,6 - 0,7 %.

Такое поведение сахарного расплава при повышенной влажности, видимо, объясняется снижением его вязкости и уменьшении сил сцепления с захватывающим устройством.

Из рисунка 1 следует, что время получения сахарных нитей увеличивается, а с ростом содержания влаги в сахаре при этом снижается и производительность установки.

Экспериментами установлено, что для базового варианта (без ароматизаторов) оптимальная температура плавильной головки составляет 185-192°С, а с ароматизаторами - 179-185°С.

Кривые плавления сахара можно разбить условно на два спрямленных временных участка, отличающихся значениями

скоростей и и констант к плавления (рисунок 1).

Таблица 1 - Средние значения параметров а) в опытах без ароматизатора б) в опытах с ароматизатором

»/ ' ' .

V ¿V- ■ ;, . ; V'>,'.-:.

^г ; ".'■'- - ' I ■г1'* - :: Ч С I" ¿4

'Ч >. " ■ .

Образцы полученного материала характеризуются относительно равномерным распределением элементарных сахарных волокон в объеме

Рисунок - 2 Фотографии микроструктуры поверхности кондитерского изделия с фрагментами сахарных нитей (100х) Установлено, что сформированная структура характеризуется неупорядоченным расположением элементарных сахарных волокон. Средний диаметр волокон составляет 20-40 мкм. Элементарные волокна соприкасаются друг с другом без ярко выраженного адгезионного взаимодействия.

Установлено, что сформованный из сахарных нитей корпус имеет неплотную структуру. Хрупкие сахарные элементарные волокна при формовании изделия из них ломаются на отрезки различной длины. Происходит реструктурирование материала, ------------------------------^—мы ГОТОВОМу изделию (рисунок 3).

Рисунок - 3 Фотографии микроструктуры среза поверхности кондитерского изделия с фрагментами сахарных нитей (100х) Отмечено отсутствие ярко выраженной направленной ориентации сахарных нитей в готовом изделии. Полученные данные свидетельствуют о том, что структура кондитерских изделий характеризуется низкой плотностью, наличием значительного межволоконного пространства.

Несмотря на низкую плотность, элементарные сахарные волоконца, участвующие в образовании структуры образцов, обеспечивают требуемую механическую прочность готового изделия, что позволяет использовать полученный материал в качестве корпусов для кондитерских изделий.

Изучены прочностные характеристики новых кондитерских изделий. Были получены данные для установления связи максимально допустимых нагрузок с устойчивостью структуры изделий в процессе производства и транспортировке (рисунок 4).

Анализ результатов измерений показал, что значения разрушающего напряжения при сжатии изделий сильнее всего зависят от их плотности. Так, для неглазированных корпусов увеличение плотности в два раза приводит к росту ор более чем в три раза.

Покрытие кондитерских изделий из сахарной ваты тонким слоем шоколадной глазури (5=0,5мм) приводит к росту разрушающего напряжения в 2^2,5 раза. Дальнейшее увеличение толщины глазировочного слоя приводит к менее существенному изменению значений разрушающего напряжения.

в

& 7

4/ ■—I

« ^ С

X 2 6

х =

4 -

I 2Н £ с 1

50

Плотность, р. [кг/мЗ]

100

150

Рисунок - 4 Зависимости разрушающего напряжения при сжатии от плотности

корпусов изделий 1 - неглазированные корпуса изделий из сахарной ваты; 2 - глазированные корпуса изделий с толщиной слоя 0,5 мм; 3 - глазированные корпуса изделий с толщиной слоя 2 мм.

нов в отобранном сырье, оптимальные режимы сушки и напыления таких порошков, проведена оценка сохранности витаминов в кондитерских изделиях после внесения в них порошкообразных добавок из различного высушенного растительного сырья. Предложены варианты составов кондитерских изделий на основе сахарной ваты, включающих твердые наполнители-обогатители, и перечень таких добавок.

5. Определено влияние упаковочных материалов, способов упаковки и климатических условий на устойчивость и сроки хранения готовых изделий. С привлечением независимых дегустаторов выполнена оценка вкусовых качеств и потребительского спроса разработанных кондитерских изделий, подтвердившая перспективность их промышленного производства и сбыта.

6. Предложена машинно-аппаратурная схема технологической установки для производства кондитерских изделий на основе сахарной ваты, получившая промышленную реализацию. Выполненная оценка технико-экономической и финансовой эффективности разработки подтвердила ее достаточно высокие показатели.

ПУБЛИКАЦИИ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Гордеев, В. А. Исследование технологических параметров производства сахарной ваты в шоколадной глазури [Текст] / В.А. Гордеев, В.М, Седелкин, В.Н. Сопляченко // Вестник Саратовского государственного технического университета. -2008. - № 2. - С. 35-37. (лично соискателем 0,2 п.л.).

2. Гордеев, В. А. Разработка технологии и оборудование для производства новых кондитерских изделий из сахарной ваты в шоколадной глазури [Текст] / В.А. Гордеев, В.М. Седелкин, В.Н. Сопляченко, О.В. Пачина // Вестник Саратовского государственного технического университета,- 2010-№ 3(48). -С.88 -90(лично соискателем 0,06 п.л.).

3. Гордеев, В. А. Исследование физико-механических показателей корпусов конфет на основе сахара низкой плотности

[Текст] / В.А. Гордеев // Вестник Саратовского госагроуниверси-тета им. Н.И. Вавилова. - 2012. - № 5. - С. 57-59.

4. Гордеев, В. А. Структурные и прочностные характеристики кондитерского изделия из сахарной ваты [Текст] / В.А. Гордеев // «Научное обозрение» - Саратов - 2012. - № 5. С. 31-33.

Публикации в других изданиях

5. Гордеев, В. А. Разработка процесса производства кондитерского изделия на основе сахара / В.А. Гордеев, В.М. Седел-кин, В.Н. Соплячеико // Труды науч.-практич. конф. «Пищевые технологии: VIII Всероссийская конференция молодых ученых с междунар. участием» - Казань, 2007. - С. 21. (лично соискателем 0,06 пл.).

6. Гордеев, В. А. Технология и оборудование для производства новых кондитерских изделий на основе сахарной ваты в шоколадной глазури / В.А. Гордеев, В.М. Седелкин, В.Н. Соплячеико // Труды межд. науч.-практич. конф. «Инновационные технологии в пищевой и легкой промышленности» - Казахстан, Алма-ата, 2008. - С. 20-22. (лично соискателем 0,06 п.л.).

7. Гордеев В. А. Исследование термо-влажностных характеристик кондитерских изделий "сахарная вата в шоколадной глазури/ В.А. Гордеев, В.М. Седелкин, В.Н. Сопляченко // Труды межд. науч.-практич. конф. «Пищевые технологии и биотехнологии: X Международная конференция молодых ученых» - Казань,

2009. - С. 27-28. (лично соискателем 0,06 п.л.)

8. Гордеев, В. А. Разработка технологии производства кондитерского изделия на основе сахара низкой плотности/ В.А. Гордеев, В.М. Седелкин, В.Н. Сопляченко, О.В. Пачина// Труды межд. науч.-практич. конф. «Пищевые технологии и биотехнологии: XI Международная конференция молодых ученых» - Казань,

2010. - С. 75. (лично соискателем 0,03 пл.)

9. Гордеев, В. А. Исследование совместимости нового кондитерского изделия с упаковочными материалами и способами упаковпи/ В.А. Гордеев, В.М. Седелкин, В.Н. Сопляченко, О.В. Пачина // Труды межд. науч.-практич. конф. «Композит-2010. Перспективные полимерные композиционные материалы. Альтернативные технологии. Переработка. Применение. Экология» - Саратов, 2010. - С. 357-359. (лично соискателем 0,06 пл.)

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

САРАТОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ ГАГАРИНА Ю.А.

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА КОНДИТЕРСКИХ ИЗДЕЛИЙ НА ОСНОВЕ САХАРНОЙ ВАТЫ

специальность 05.18.01 - Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

На правах рукописи

04201455083

ГОРДЕЕВ Валентин Анатольевич

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Седелкин В.М.

Саратов - 2013

Оглавление

Введение...................................................................................................................4

1. Состояние проблемы и задачи исследования.................................................10

1.1. Кондитерские изделия в структуре питания населения России---------------10

1.2. Сахаристые кондитерские изделия: технология производства, оценка потребительских свойств-----------------------------------------------------------------14

1.3. Анализ технологий изготовления сахарной ваты и ее упаковки----------16

1.4. Анализ ароматизирующих, витаминизирующих и окрашивающих добавок и технологий их введения в изделия---------------------------------------28

1.5. Анализ технологий приготовления шоколадных масс и нанесения глазури на изделия------------------------------------------------------------------------37

1.5.1.Технологии приготовления шоколадных масс и шоколадной глазури - 38

1.5.2. Технологии нанесения шоколадной глазури на корпуса изделий-------42

1.6. Анализ твердых наполнителей-обогатителей и технологий их введения в кондитерские изделия--------------------------------------------------------------------45

1.7. Постановка задач исследования -------------------------------------------------48

2. Объекты исследования и методы определения их характеристик. Разработка экспериментальных установок и способов изготовления сахарных нитей и ваты-------------------------------------------------------------------------------49

3. Результаты экспериментального исследования структуры и свойств новых кондитерских изделий на основе сахарной ваты...............................................64

3.1. Исследование влияния влажности сахара-песка на технологию производства сахарных нитей и ваты-------------------------------------------------64

3.2. Исследование структуры корпусов из сахарной ваты-----------------------72

3.3. Исследование прочностных характеристик кондитерских изделий на основе сахарной ваты--------------------------------------------------------------------76

3.4. Исследование влияния упаковочных материалов, способов упаковки и климатических условий на устойчивость и сроки хранения готовых кондитерских изделий-------------------------------------------------------------------82

4. Разработка ассортиментного ряда кондитерских изделий из сахарной ваты

в шоколадно глазури с различными добавками------------------------------------88

5. Разработка технологии и машинно-аппаратурной схемы производства кондитерских изделий на основе сахарной ваты-----------------------------------94

6. Определение вкусовых и потребительских свойств кондитерских изделий из сахарной ваты --------------------------------------------------------------------------105

7. Промышленная апробация и технико-экономическая оценка

предложенных научно-технических решений -------------------------------------108

Основные результаты и выводы........................................................................112

Список использованной литературы.................................................................114

Приложения..........................................................................................................126

Введение

Кондитерская промышленность - отрасль, производящая высококалорийные пищевые продукты, в составе которых, как правило, содержится большое количество сахара.

В состав кондитерской промышленности входят две группы производств:

1 - по выработке сахаристых кондитерских изделий;

2 - по выработке мучных кондитерских изделий.

Эти группы, в свою очередь, включают в себя ряд производств: карамельное, конфетное, шоколадное, пастило-мармеладное, вафельное, производство печенья, крекеров, галет, тортов, пирожных и др., различающихся по технологии, применяемому оборудованию и конечной продукции.

Кондитерская отрасль является одной из наиболее динамично развивающихся отраслей пищевой промышленности. За последние четыре года потребление кондитерских изделий возросло с 8,5 до 10 кг в год на человека.

В силу специфики кондитерское производство относится к отраслям, тяготеющим к потребителю. Это приводит к тому, что потребность населения в кондитерских изделиях в регионах, имеющих дефицит мощности, обеспечивается за счет завоза их из других регионов России или по импорту.

По регионам России размещение производственных мощностей крайне неравномерно: 50% всех мощностей приходится на Центральный и СевероЗападный регионы, 15% - на Поволжский регион, 13% - на Северо-Кавказкий регион. На остальные регионы приходится по 2-7% .

Если принять общий объем выработки кондитерских изделий за 100%, то выпуск сахаристых изделий составляет 45%, а мучных- 55%.

Современные тенденции развития производств кондитерских изделий направлены на поиск новых видов и разновидностей ассортимента, удовлетворяющих растущим изысканным требованиям потребителей.

Среди населения, особенно детей и подростков, неизменно высоким спросом пользуется такое кондитерское изделие как сахарная вата. Однако ассортимент изделий из сахарной ваты весьма ограничена. Изделия содержат в своем составе только сахар и поэтому не сбалансированы по пищевой и биологической ценности, не соответствуют требованиям «Доктрины продовольственной безопасности Российской Федерации» [1] и «Основам государственной политики Российской Федерации в области здорового питания населения на период до 2020 года» [2].

В соответствии с этими документами, в области производства продовольствия усилия должны концентрироваться на формирование здорового типа питания, увеличении доли производства новых продуктов питания, обогащенных витаминами и минеральными веществами.

Отсутствуют научные исследования, направленные на разработку определенного ассортимента кондитерских изделий из сахарной ваты, изучение технологических особенностей их производства, структурных и потребительских свойств.

Поэтому проведение исследований в этой области с выходом на разработку технологии и оборудования для производства новых кондитерских изделий на основе сахарной ваты является актуальной научно-технической задачей.

Научная новизна работы.

- созданы новые экспериментальные установки, позволяющие регулировать технологические режимы получения сахарных нитей и ваты, а также корпусов изделий с различной плотностью;

- выявлен характер влияния влажности исходного сырья (сахара-песка) на технологию производства сахарных нитей. Установлена взаимосвязь между временем изготовления нитей, влажностью сахара и массой навески.

Выявлены основные стадии плавления сахара в процессе получения нитей, отличающиеся скоростью и и константой к плавления. Вычислены осредненные значения и и к для характерных участков кинетических кривых плавления сахара;

обоснована целесообразность внесения ароматизирующих, окрашивающих и витаминизирующих добавок путем напыления на сахарные нити различных растительных порошков;

- установлено, что сформованная микроструктура корпуса изделия из сахарной ваты характеризуется неупорядоченным стохастическим распределением сахарных волокон в объеме. Волокна, диаметр которых составляет 20-40 мкм, образуют матричный скелет корпусов изделий с пористой структурой. Наличие значительного межволоконного пространства позволяет получать изделия с низкой, легко регулируемой плотностью;

- впервые определены прочностные характеристики кондитерских изделий на основе сахарной ваты. Выявлены зависимости разрушающего напряжения от плотности корпусов изделий, а также от толщины слоя шоколадной глазури. Установлено, что увеличение плотности корпусов изделий в два раза приводит к росту разрушающего напряжения при сжатии более чем в три раза;

- выявлено влияние условий хранения, типа упаковочного материала и способов упаковки на устойчивость и сроки хранения кондитерских изделий;

- проведена оценка содержания и сохранности витаминов в готовых изделиях из сахарной ваты после введения в них добавок из различного высушенного растительного сырья;

- созданы научно-технические основы производства новых видов кондитерских изделий на основе сахарной ваты, базирующиеся на результатах диссертационного исследования;

- разработано и защищено патентом РФ (№ 2009146678) устройство, позволяющее осуществлять непрерывное изготовление сахарных нитей и ваты для формирования корпусов изделий.

Практическая значимость работы:

- обоснована целесообразность применения сахарной ваты для производства широкого ассортимента новых кондитерских изделий;

- созданы опытно-промышленные установки для непрерывного изготовления сахарных нитей, ваты и корпусов кондитерских изделий;

- обоснованы рациональные технологические режимы получения корпусов изделий из сахарной ваты;

- экспериментально установлено, что при изготовлении сахарных нитей влажность сахара не должна превышать 0,4 %, а температура плавильной головки - 192 °С;

- определены наиболее рациональные технологические параметры получения и введения в сахарные нити путем их опыления порошкообразных витаминизирующих добавок из растительного сырья;

- предложен ассортимент кондитерских изделий на основе сахарной ваты в шоколадной глазури с различными добавками, позволяющими повысить вкусовую, питательную и витаминную ценность продукции. Разработаны, утверждены и внедрены в производство технические условия «Изделие кондитерское сахаристое в шоколадной глазури с добавками» (ТУ 9120-001-93027492-2009);

- разработаны технология и машинно-аппаратурная схема производства кондитерских изделий на основе сахарной ваты, позволяющие организовать промышленное изготовление кондитерских изделий всего ассортиментного ряда;

- разработаны рекомендации по выбору упаковочных материалов и технологии упаковывания готовых изделий, обеспечивающие их высокое качество при хранении и транспортировке. Наилучшую защиту от воздействия внешних условий обеспечивают пленки из ориентированного полипропилена и полиэтилена высокой плотности. Для исключения быстрой усадки и потери качества изделий их упаковку необходимо проводить при относительной влажности воздуха не больше 60%;

- выполнена оценка вкусовых и потребительских свойств кондитерских изделий из сахарной ваты, подтвердившая их высокое качество, наличие спроса у населения и перспективность развития промышленного производства с приемлемой рентабельностью;

- изготовлена и запущена на базе инновационной структуры ООО НПФ «ПоТехИн и К», входящей в технопарк «Волга-техника» Саратовского государственного технического университета имени Гагарина Ю.А., в промышленную эксплуатацию технологическая установка для производства указанных изделий. Организованы серийный выпуск кондитерских изделий и их реализация в торговой сети;

выполнена оценка технико-экономической и финансовой эффективности реализации проекта производства кондитерских изделий на основе сахарной ваты, которая показала, что при производственной мощности технологической установки, равной 225 т/год, чистый дисконтированный доход (NPV) при ставке дисконтирования 15% в год составляет 5225,5 тыс.руб. При этом внутренняя норма рентабельности (IRR) равна 78% в год, а период полной окупаемости проекта - 20 месяцев. Это достаточно высокие показатели, подтверждающие эффективность разработки.

Основные положения диссертации, выносимые на защиту:

- обоснование целесообразности использования сахарной ваты для разработки новых кондитерских изделий, обогащенных витаминами и минеральными веществами, а также сбалансированных по пищевой и биологической ценности;

- способы, режимы и аппараты для изготовления сахарных нитей, ваты, корпусов и готовых изделий;

- результаты исследований структурных, прочностных, функциональных и термовлажностных характеристик новых кондитерских изделий на основе сахарной ваты;

- машинно-аппаратурная схема промышленной технологической установки для производства всего разработанного ассортимента кондитерских изделий, а также результаты апробации и технико-экономической оценки научно-технических решений.

1. Состояние проблемы и задачи исследования 1.1. Кондитерские изделия в структуре питания населения России

Кондитерские изделия являются одним из основных продуктов удовлетворяющих ежедневные потребности населения в питании за счет хорошей усвояемости и высокой калорийности.

К кондитерским изделиям относятся группа пищевых продуктов широкого ассортимента, значительно отличающихся по технологии производства, рецептурному составу и потребительским свойствам. В настоящее время наблюдается увеличение потребления кондитерских изделий, хотя многие виды из них остаются все еще недоступными по цене определенным слоям населения.

Повышенное употребление кондитерских изделий приводит нарушению сбалансированность рациона по энергетической ценности. Кондитерские изделия являются в основном источниками углеводов, причем легкоусвояемых, то есть Сахаров и крахмала, а также жиров. Например, доля легкоусвояемых углеводов в карамели составляет 95,7%, в шоколаде без добавлений - 51%. Содержание жира в кондитерских изделиях колеблется от 10 % до 20%. В то же время содержание важнейших микронутриентов (витаминов, макро - и микроэлементов) в кондитерских изделиях незначительно, что существенно снижает биологическую ценность этих пищевых продуктов.

Шоколад без добавок, включат в себя самые разнообразные составы минеральных веществ, также он содержит К, Са, Р, Бе, но малых количествах. Свойственно всем кондитерским изделиям отсутствие витаминов С, А, Р и др.

[3,4]

В настоящее время нет одной классификации кондитерских изделий, это приводит к некоторой путанице. Существует классификация, принятая в

кондитерском производстве, которая использует термин «сахарные» изделия, и товароведная классификация, которая использует термин «сахаристые» изделия.

На сегодняшний день ассортимент сахаристых кондитерских изделий насчитывает более 2000 наименований.

За последнее десятилетие наблюдается тенденция роста отечественного производства кондитерских изделий. Так увеличилась в 2012 г. по сравнению с 2008 г. выработка кондитерских изделий на 1010 тыс. т, или в 2 раза [5].

В 2012 г. на одного человека производилось 19,7 кг кондитерских изделий, тогда как в 2008 г. - 10,6 кг. Оптимальная годовая норма потребления кондитерских изделий на одного человека составляет 20-22 кг [6].

Сравнение розничной продажи и производства кондитерских изделий в РФ за последние 8 лет показывает, что объём продажи превышает производство. В последние годы ситуация на рынке кондитерских изделий в последние годы изменилась, что видно из данных по Российской Федерации, представленных в табл. 1 [7].

Таблица 1.1 - Производство и продажа кондитерских изделий в Российской

Федерации, тыс.т

Показатели 2004 г 2005 г 2006 г 2007 г 2008 г 2009 г 2010 г 2011г 2012 г

Производство 1835 1958 2167 2233 2419 2557 2739 2845 2779

Розничная продажа 2733 2974 2932 2736 2984 2924 2980 2986 2964

Производство в % к розничной продаже 67,1 65,8 73,9 81,6 81,1 87,5 91? 953 93,6

В табл. 1.2 и 1.3 представлена динамика производства и потребления кондитерских изделий в Саратовской области [5,6].

Таблица 1.2 - Производство кондитерских изделий в Саратовской области, тыс.т

2004 г 2005 г 2006 г 2007 г 2008 г 2009 г 2010 г 2011 г 2012 г

32,8 40,1 51,7 48,0 54,1 57,1 57,8 58,6 57,3

Таблица 1.3 - Потребление кондитерских изделий в Саратовской области (в

среднем на потребителя в год, кг)

2008 2009

Куплено 23,0 22,3

Натуральное поступление 1,0 1,2

Потреблено 22,9 21,7

По данным Саратовского областного комитета государственной статистики за 2009 год, производство кондитерских изделий, включая сахар-песок, занимало третье место (160 тыс.т.) после производства хлеба и хлебобулочных изделий (434 тыс. т) и молока и молочных продуктов (258 тыс. т) [7,8].

Анализируя данные по импорту кондитерских изделий за 2008-2012 гг. показали, что объем ввоза в натуральном выражении увеличился в 2012 г. по сравнению с 2008 г. на 16,1%.

Главными импортерами кондитерской продукции в Россию являлись Украина и Испания. На долю этих государств в 2009 г. приходилось 90,4% общего объема импорта [5].

За анализируемый период значительно сократились поставки из Германии, Польши, Турции и Финляндии. Однако возрос объем поставок по импорту из Узбекистана.

В результате кризиса 2008 г. удельный вес импорта кондитерских изделий из стран СНГ увеличился в 2009 г. до 31,5% против 18,5% в 2006 г. Импорт кондитерских изделий в 2009 г. превышал экспорт в 1,7 раза.

Россия в настоящее время вывозит кондитерскую продукцию в Азербайджан, Казахстан, Киргизию, Германию, Латвию, Украину, Эстонию.

Анализ ассортимента производимых и продаваемых кондитерских изделий