автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.01, диссертация на тему:Технология получения купажированных соков из мелкоплодных яблок и дикорастущих ягод Восточной Сибири

На правах рукописи

БЕЛЯЕВ АНДРЕЙ АЛЕКСАНДРОВИЧ

ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ КУПАЖИРОВАННЫХ СОКОВ ИЗ МЕЛКОПЛОДНЫХ ЯБЛОК И ДИКОРАСТУЩИХ ЯГОД ВОСТОЧНОЙ СИБИРИ

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

Автореферат диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

Красноярск 2014

005559420

005559420

Работа выполнена в Научно-исследовательском институте аналитического мониторинга и моделирования на лабораторно-производственной базе Института пищевых производств ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет».

Научный руководитель

Цугленок Галина Ивановна, доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты:

Школьникова Марина Николаевна, доктор технических наук, доцент, профессор кафедры общей химии и экспертизы товаров, Бийский технологический институт (филиал), ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова»

Гусакова Галнна Семеновна, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент кафедры органической химии и пищевой технологии, ФГБОУ ВПО «Иркутский государственный технический университет»

Ведущая организация:

ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет»

Защита состоится 15 января 2015 года в 9 00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.037.03 при ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет» по адресу: 660049, г. Красноярск, просп. Мира, 90, e-mail: dissovet@kgau.ru, факс: 8 (391) 227-36-09.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет» и на официальном сайте www.kgau.ru.

Автореферат разослан /У ноября 2014 г.

Учёный секретарь диссертационного совета

М.А. Янова

Актуальность темы. По общему объему потребления соков Российская Федерация входит в первую десятку стран мира. Потребление сока на человека в год по статистике в Российской Федерации составляет всего четыре литра. На продовольственном рынке представлено 80 % соков, полученных путем восстановления концентрата, состав которых менее полезен для организма человека.

Содержание биологически активных веществ в свежих плодах и ягодах и в соках прямого отжима практически идентично. Соки можно рассматривать как дополнительную возможность насыщения организма витаминами и минеральными веществами. В условиях Восточной Сибири объективно существует недостаток витаминов для организма человека.

Перспективным направлением научно-технологических исследований является создание купажированного сока из мелкоплодных яблок и дикорастущих ягод Восточной Сибири, которые богаты полезными веществами, витаминами и микроэлементами.

Работа выполнена по тематическому план-заданию Министерства сельского хозяйства «Проведение научных исследований по диагностике уровня развития сельскохозяйственных территорий Красноярского края на основе мониторинга отраслей растениеводства и перерабатывающей промышленности» (2014 г.).

Степень разработанности темы. Вопрос создания технологий получения купажированных соков из мелкоплодных яблок и дикорастущих ягод мало изучен. Известны труды Д.А. Барашкина, A.M. Беличенко, JI.A. Оганесянца, П.С. Гельфандбей-на, Е.И. Прахина, В.М. Позняковского, А.Н. Самсонова, В.Б. Ушевой, А.Ю. Колесно-вой, Н.Ф. Берестеня, A.B. Орещенко, У. Шобингера и других, которые занимались современными проблемами получения натуральных соков с повышенными биологически активными веществами. Тенденции развития соковой промышленности Восточной Сибири опеределили направления исследований по разработке новых видов купажированных соков с повышенным содержанием биологически активных веществ.

Цель исследования. Разработка технологии получения и купажированния соков из мелкоплодных яблок и дикорастущих ягод Восточной Сибири для улучшения качества питания населения.

Задачи исследования;

1. Провести анализ современного состояния сырьевой базы и технологических возможностей производства сока из мелкоплодных яблок и дикорастущих ягод.

2. Разработать алгоритм формирования технологической схемы получения натуральных купажированных соков.

3. Разработать рецептуры и провести физико-химический и дегустационный анализ полученных образцов купажей яблочно-брусничного и яблочно-клюквенного сока и дать рекомендации для пищевых производств.

4. Разработать аналитическую модель для проведения исследований по проектированию технологической схемы получения сока из сортов мелкоплодных яблок и дикорастущих ягод Восточной Сибири.

5. Разработать методику определения режимных параметров процесса приготовления соков и биологически активных веществ, провести исследования технологии получения натурального сока с испытанием фильтрационной системы.

6. Определить экономическую эффективность внедрения технологии и рецептуры в производство купажей натуральных соков Восточной Сибири.

Защищаемые положения:

1. Перспективность создания технологии получения натуральных купажированных соков из местного растительного сырья с необходимыми элементами питания.

2. Обоснованность рецептуры получения купажированных соков методом физико-химического и органолептического анализа.

3. Модели технологических и режимных параметров процессов производства купажированного сока из мелкоплодных яблок и дикорастущих ягод.

4. Результаты проектирования технологии получения купажированных соков.

5. Экономическая эффективность производства натурального купажированного сока из местного растительного сырья Восточной Сибири.

Научная новизна исследования. На основе комплексного исследования органолептических, физико-химических свойств сырья (мелкоплодных яблок и дикорастущих ягод) обоснованы и экспериментально подтверждены новые рецептуры получения купажированных соков.

Разработаны информационно-логическая и аналитическая модели и программы для ЭВМ, позволяющие получать эффективные режимные и технологические параметры производства натуральных купажированных соков, рецептуры яблочно-брусничного и яблочно-клюквенного соков; предложено оборудование накопителя-отстойника проектируемой технологической схемы; определены технологические параметры технологической схемы для получения купажированных соков.

Практическая значимость исследования. Результаты исследования способствуют решению важной народно-хозяйственной задачи - использованию местного растительного сырья для производства натуральных соков, способствующих оздоровлению и повышению качества жизни людей.

Полученные результаты работы практически применены на производстве ООО «APTA», г. Красноярск.

Апробация результатов исследования. Основные результаты исследований представлялись и обсуждались на научных конференциях различного уровня, в том числе Всероссийской научно-практической конференции «Актуальные проблемы и перспективы инновационной агроэкономики» (Саратов, 2011); V Международной научно-практической конференции «Технология и продукты здорового питания» (Саратов, 2011).

Основные теоретические методы и алгоритмы расчетов систематически докладывались на заседаниях научно-методического семинара НИИ аналитического мониторинга и моделирования при ФГБОУ ВПО КрасГАУ «Математическое моделирование и оптимизация технологических процессов в АПК» (Красноярск, 2012, 2013).

По тематике исследования автор удостоен Государственной премии Красноярского края 2014 года в области профессионального образования.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 15 научно-методических работ, из них 10 научных статей, в том числе 4 в ведущих рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК Российской Федерации.

Автор имеет 3 патента Российской Федерации, из них 2 на изобретения и 1 на программу для ЭВМ, 2 свидетельства ФГУП НТЦ «Информрегистр», акт внедрения результатов исследования в производство.

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 135 страницах машинописного текста, состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы и приложения. Работа содержит 39 таблиц и 47 рисунков. Список литературы включает 150 источников, в том числе 21 на иностранном языке.

Личный вклад автора. В основу диссертационной работы легли исследования по разработке технологии и рецептуре натуральных купажированных соков, проведенные автором в период с 2009 по 2014 г.

Модели и методы исследований технологии получения купажированных соков из плодово-ягодного сырья Восточной Сибири, а также научные выводы, впервые предложены автором.

Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определены цели и задачи исследования, связанные с производством натурального сока на территории Восточной Сибири.

Глава 1. Современное состояние вопроса получения натуральных соков из мелкоплодных яблок и дикорастущих ягод Восточной Сибири

Анализ существующих и перспективных технологий приготовления и хранения натуральных соков показал необходимость исследования направления создания тех-нологиии и рецептур получения купажированных соков из местного растительного сырья Восточной Сибири. Продовольственный рынок заполнен соками, уступающими по качеству натуральным сокам.

Выявлено, что существующие технологии получения сока не дают возможность производить сок из местного растительного сырья с сохранением биологически активных веществ. Для освоения новых видов сырья необходимо модернизировать линии с внедрением современного нового оборудования.

Сырьевая база Восточной Сибири по мелкоплодным сортам яблок и дикорастущих ягод позволяет производить сок без дополнительных затрат на транспортировку сырья, что способствует экономическому подъему местных сельхозтоваропроизводителей и частных садоводов.

Глава 2. Алгоритм формирования технологической системы получения натуральных купажированных соков

Во второй главе определено направление исследований, дано описание объектов и методов исследования. Объектами исследования являлись сорта мелкоплодной яблони (Аленушка, Уральское наливное, Воспитанница) и дикорастуще ягоды (брусника и клюква).

Химический состав определен согласно общепринятым методикам. Схема диссертационных исследований включает в себя алгоритм формирования технологии и экспериментальные исследования по оптимизации рецептуры плодово-ягодных соков (рис. 1). Для компьютерного моделирования использованы пакеты Maple и DataFit.

Рисунок 1 - Схема исследований технологии получения натуральных купажированных соков

Глава 3. Экспериментальные исследования по получению оптимальной рецептуры натуральных купажировапных соков

Путем экспериментальных исследований на основе физико-химического анализа сырья построена экспертно-аналитическая модель дегустационной оценки и разработаны рецептуры производства яблочно-брусничного и яблочно-клюквенного соков.

Способ производства консервированного сока из мелкоплодных яблок Восточной Сибири и ягод брусники защищен патентом РФ №2513162. Для получения купажа объемом 1 л смешивали подготовленные компоненты (табл. 1-2).

Таблица 1 - Компоненты для приготовления купажа сока с ягодами брусники

Наименование компонента Объем компонента

Сок из мелкоплодной яблони (купаж), мл 602

Брусничный сок, мл 305

Сахар, г 95

Аскорбиновая кислота, г 0,210

Вода питьевая отфильтрованная, мл 100

Способ производства консервированного сока из мелкоплодных яблок Восточной Сибири и ягод клюквы защищен патентом РФ №2492503.

Таблица 2-Компоненты для приготовления купажа сока с ягодами клюквы

Наименование компонента Объем компонента

Сок из мелкоплодной яблони (купаж), мл 602

Клюквенный сок, мл 305

Сахар, г 95

Аскорбиновая кислота, г 0,210

Вода питьевая, отфильтрованная, мл 100

Опытные образцы получены смешиванием купажей соков ранетки с соком диких ягод (рис. 2). Всего в результате опытов было получено 6 опытных образцов купажа сока.

Рисунок 2 - Способ формирования образцов

В ходе лабораторных испытаний в ФГБУ «Красноярский референтный центр Федеральной службы по ветеринарному и фитосанитарному надзору» были получены протоколы испытаний, из которых следуют результаты, представленные в таблице 3.

Таблица 3 - Результаты физико-химического аначиза

Показатель Образец

№1 №2 №3 №4 №5 №6

Массовая доля нелетучего осадка, % 5,79 3,2 19,8 12,7 8,7 1,1

рН напитка 6,85 3,2 19,7 12,1 8,3 1,2

Содержание оксиметилфурфурола, мт/кг 6,47 3 19,6 12,7 8,9 1,2

Массовая доля растворимых сухих веществ, % 5,44 3 19,9 8,8 8,3 1,4

Массовая доля сахара, % 7,87 3 19,8 10,4 7,4 1,4

Массовая доля титруемых кислот в расчете на яблочную кислоту, % 6,69 2,9 19,7 8,8 7,9 1,4

Массовая концентрация диоксида серы во всех 6 опытных образцах составляет 0,02 %, массовая доля минеральных примесей - 0,05 %, массовая доля примесей растительного происхождения не обнаружена.

В ходе лабораторных исследований проводились испытания показателей промышленной стерильности образцов, которые хранились в течение 10 календарных месяцев. Результаты показали, что в 6 опытных образцах не было обнаружено споро-образующих мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов группы В. зиЫШэ, В. сегеий и В. Ро1утуха, мезофильных клостридий, неспорообра-зующих микроорганизмов, плесневых грибов и дрожжей, а также молочнокислых микроорганизмов. Выявлено что данные образцы соответствуют техническому регламенту на соковую продукцию ТР ТС 023/2011.

Шесть опытных образцов прошли дегустационную оценку. Оценка проходила в НИИ АММ КрасГАУ, дегустаторы в ходе оценки заполняли дегустационные листы. Образцы прошли испытания на органолептические показатели, такие, как, вкус, цвет и запах. Максимальное количество баллов, которое мог набрать образец, равнялось 5.

В результате проведения дегустационного исследования выявлено, что на первом месте по органолептическим показателям оказался образец №1, на втором - образец №2, на третьем месте - образец №5.

В трех образцах, набравших наибольшее количество баллов в ходе дегустационной оценки, определяли содержание витаминов и микроэлементов (табл. 4).

Таблица 4 - Результаты исследований образцов сока

Показатель Образец №1 Образец №2 Образец №3 Значение существующих соков

Витамин А, мг/100 мл 0,131 0,098 0,111 0,05±0,01

Витамин Вь мг/100 мл 0,287 0,336 0,315 0,19±0,7

Витамин Вг, мг/100 мл 0,603 0,621 0,592 0,314±0,05

Витамин С, мг/100 мл 7,15 6,98 7,22 3 + 1,5

Витамин РР, мг/100 мл 0,103 0,115 0,11 0,1 ±0,04

Кальций, мг/100 мл 4,12 4,23 4,06 2,3±0,9

Калий, мг/100 мл 88 115 87 86±1,8

Железо, мг/100 мл 0,30 0,41 0,35 0,2±0,05

Белки, мг/100 мл 0,12 0,10 0,11 0,8±0,2

Жиры, мг/100 мл 0,1 0,12 0,1 0,24±0,6

Углеводы, мг/100 мл 12,5 15,1 11,0 10±5

Энергетическая ценность, кКал/100 мл 50 61 44 55±15

Таким образом, содержание биологически активных веществ в разработанных соках из местного растительного сырья Восточной Сибири в 1,5-2 раза превосходит показатели привозных соков из других регионов.

Глава 4. Разработка технологии получения купажированных соков из мелкоплодных яблок и дикорастущих ягод

В ходе работы над созданием технологий получения натуральных купажированных соков была разработана принципиальная схема технологии производства плодово-ягодного сока, которая в дальнейшем послужила основой математической модели (рис. 3),

С использованием аппарата дифференциальных уравнений Колмогорова:

~ = Ар15вР«(е) - ЛИВММ5К(С), (1)

= Я<ГВВММ5Й(С) - Явммм/ВММ(С), (2)

где БЩО - функция состояния звена 811 (сортировка) в момент времени ^ ВММ(1:) -функция звена ВММ (барабанно-моечная машина).

Рисунок 3 - Принципиальная схема получения плодово-ягодного сока

Для постановки задачи Коши для системы дифференциальных уравнений вида (1), (2) заданы начальные состояния технологических звеньев, равных нулю.

Численное решение задачи Коши найдено с помощью пакета Maple, тем самым определена динамика состояний звеньев (табл. 5).

Таблица 5 - Результаты моделирования массы сырья по времени, т

Индекс Звено Время, ч

3 6 9 12 15 18 21 24

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

SR Сортировка(инспекция) 1,018 1,043 1,088 1,047 1,092 1,051 1,097 1,058

ВММ Барабанная моечная машина 0,795 0,963 0,219 0,989 1,012 0,993 1,010 0,998

MJ Мойка-измельчитель 0,568 0,926 0,996 0,99 1,001 1,002 0,998 1.004

LP Ленточный пресс 0,341 0,832 0,963 0,991 0,985 0,995 0,983 0,996

SUR Сушилка 0,061 0,248 0,333 0,356 0,356 0,360 0,357 0,360

PKR Погрузчик 0,039 0,470 1,287 2,237 3,213 4,192 5,173 6,152

PNR Приемник-накопитель 0,119 0,472 0,625 0,667 0,665 0,673 0,666 0,672

NOR Накопитель-отстойник 0,054 0,380 0,617 0,697 0,708 0,714 0,711 0.714

SY Сортировка(инспекция) 0,305 0,322 0,327 0,326 0,327 0,328 0,325 0,328

M Мойка 0,235 0,296 0,302 0,303 0,302 0,303 0,302 0,303

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

J CT Измельчитель центробежного типа 0,165 0,278 0,297 0,299 0,299 0,299 0,300 0,299

KP Корзинчатый пресс 0,099 0,249 0,292 0,299 0,299 0,299 0,300 0,299

SUY Сушилка 0,029 0,122 0,168 0,197 0,181 0,181 0,181 0,181

PKY Погрузчик 0,019 0,230 0,641 1,119 1,612 2,107 2,602 3,097

PNY Приемник-накопитель 0,022 0,092 0,124 0,132 0,133 0,133 0,133 0,133

NOY Накопитель-отстойник 0,010 0,073 0,121 0,136 0,139 0,140 0,140 0,140

NEK Накопительная емкость купажа 0,024 0,299 0,619 0,759 0,795 0,801 0,803 0,802

S Стерилизатор 0,008 0,192 0,524 0,720 0,768 0,799 0,803 0,802

A Диаэратор 0,002 0,113 0,418 0,663 0,768 0,795 0,802 0,802

P Пастеризатор 0,000 0,062 0,318 0,600 0,753 0,803 0,817 0,819

BB Разлив Bag in Box 0,000 0,030 0,219 0,502 0,694 0,773 0,796 0,802

G Готовый продукт 0,000 0,024 0,348 1,427 3,237 5,440 7,779 10,15

Шаг в 3 ч был выбран для выяснения, в какое время линия входит в стационарный (нормальный) режим работы (рис. 4).

Рисунок 4 - Функция состояния звеньев NOR (-), NOY (-), NEK (-), NEK (-)

Следовательно, линия входит в стационарный режим эксплуатации через 12 ч (точка Z*), в ходе которой происходит устранение неравномерности потоков сырья.

При подстановке значений режимных и управляющих параметров, соответствующих выбранным маркам машин с учетом возмущающих факторов, получена оценка выхода готового продукта:

C(t) =ас + 0,99(1,300 + 0,030 sin(t) + 0,020 sin(2, t) + 0,005 sin(3, t) + 0,005 sin(4, t))t. (3)

Таким образом, представленная принципиальная схема и построенная модель позволяют рассчитывать управленческие, технологические и режимные параметры эксплуатации. На модель потоков сырья в технологической системе получения сока из мелкоплодных яблок и дикорастущих ягод получено свидетельство Роспатента на программу для ЭВМ №2014617374.

Произведен поиск оборудования (табл. 6), необходимого для создании технологической линии для получения сока. В ходе математического моделирования были произведены расчеты, в которых объем поступающего сырья был 1 т/ч. Данный объем взят за минимальный при выборе оборудования.

Таблица 6 - Выбор оборудования для технологической линии

Индекс Звено Марка машины

1 2 3 4

SR Сортировка (инспекция) Ленточный конвейер (транспортер) "ЛКТ Ленточный универсальный конвейер "ЛУК" Желобчатый ленточный конвейер (транспортер) "ЖЛК" -

ВММ Барабанная моечная машина Барабанная моечная машина А9-КМ-2 Барабанная моечная машина BD800/1250 Вибрационная машина ММКВ-2000 Барабанная щеточно-моечная машина BJ 6-2000

MJ Мойка-измельчитель WA LC Voran WAR65 Voran SA Voran

LP Ленточный пресс ЕВР350 VORAN ЕВР500 VORAN ЕВР650 VORAN ЕВР1200 VORAN

SY Сортировка (инспекция) Ленточный конвейер (транспортер) "ЖТ Ленточный универсальный конвейер "ЛУК" Желобчатый ленточный конвейер (транспортер) "ЖЛК" -

М Мойка Барабанная моечная машина А9-КМ-2 Линейная моечная машина Вибрационная машина ММКВ-2000 Лопастная моечная машина А9-КЛА/1

JCT Измельчитель центробежного типа RM 1,5 RM 2,2 RM 5,5 -

KP Корзинчатый пресс 60 К 60KRM1.5 100 К 100К RM1.5

SUY SUR Сушилка Сушильная камера HJ-9 барабанного типа Сушильная камера HJ-4 2-байпасная с 2 печами Сушильная камера HJ-4 3-импульсная с 1 печью -

NOY NOR Накопите ль-отстойник Накопительная емкость 65 л Накопительная емкость 100 л Накопительная емкость 150 л -

S Стерилизатор Стерилизационная установка скребкового типа SSTH 3000 Стерилизатор STH-5000 - -

A Диаэратор Деаэратор DV-2000 Деаэратор DV-5000 - -

P Пастеризатор Пастеризатор электрический РА300Е (РА300ЕА) Пастеризатор пластинчатый РА500 oil EL Пастеризатор пластинчатый на газе PA500Gas (PAlOOOGas) -

BB Разлив Bag in Box MBF500 MBF750 MBF1500 -

Примечание. Жирным шрифтом выделены марки машин, которые использовались при компоновке линии.

Линия работает следующим образом (рис. 5). Сырье (яблоки) поступает в приемный лоток 1, далее по ленточному конвейеру 2 в барабанную моечную машину. В линии расположены по два узла мойки, сделано это с целью того, чтобы предотвратить попадание плодов, находящихся в загрязненном состоянии, которые перед сбором могли находиться на земле, либо транспортироваться в плохих условиях. Из барабанной моечной машины сырье поступает в мойку-измельчитель, где проходит второй этап мойки и измельчение сырья.

Рисунок 5 - Спроектированная технологическая схема получения сока: 1 - приемный лоток для яблок; 2 - ленточный универсальный конвейер «ЛУК»; 3 - барабанная моечная машина А9-КМ-2; 4 - мойка-измельчитель WA LC Voran; 5 - ленточный пресс ЕВР650 VORAN; 6 - сушильная камера HJ-9 барабанного типа; 7 - погрузчик; 8 - приемник-накопитель яблочного сока; 9 — накопитель-отстойник сока; 10 - приемный лоток для ягод; 11 - транспортер "ЖЛК"; 12 —линейная моечная машина; 13 - измельчитель центробежного типа RM 2,2; 14 - корзинчатьш пресс 100К; 15 - приемник-накопитель ягодного сока; 16 - накопитель-отстойник сока ягод; 17 - накопитель-отстойник купажа; 18 - отборник пробы STH-5000; 19 - диаэратор DV-2000; 20 - пастеризатор пластинчатый на газе PA500Gas; 21 -разлив Bag in Box MBF1500; 22 - готовый продукт

Измельченная масса поступает непосредственно из измельчителя в ленточный пресс, в ходе которого масса разделяется на две фракции, это отжатый сок и жмых. Жмых отправляют в сушильную машину, в которой происходит формирование сырья для использования в кормах домашних животных и скота в качестве добавки к корму. Отжатый сок поступает в приемник-накопитель яблочного сока, откуда посредством насосной установки перекачивается в накопитель-отстойник сока 9.

Сырье (ягоды) поступает в приемный лоток 10, далее на транспортер 11 и барабанную моечную машину 12. Из барабанной моечной машины сырье поступает в измельчитель центробежного типа 13, где проходит его измельчение. Полученная масса поступает из измельчителя в корзинчатьш пресс 14, в ходе которого масса отжимается. Жмых ягод, так же, как и жмых яблок, отправляют в сушильную машину б для использования в кормовой отрасли. Отжатый сок поступает в приемник-накопитель 15 ягодного сока, откуда насосом поступает в накопитель-отстойник сока ягод 16, также разработанный под технологическую линию.

Вся технологическая линия в целом снабжена датчиками, регулирующими параметры подачи сырья из одного узла в другой.

Из накопителя-отстойника сока 9 и 16 сок поступает в накопитель-отстойник купажа 17, разработанный под данный вид сырья, и технологическую линию, в которой происходит отделение осадка в виде мякоти и образование купажа сока с добавлением необходимых компонентов. Далее купаж поступает в отборник, где происходит отбор пробы для проведения физико-химической и органолептической оценки.

удаление частиц воздуха из купажа для более длительного хранения. После чего купаж поступает в пастеризатор пластинчатого типа, в котором задается температура пастеризации. Пастеризационная установка работает в диапазоне температур +5-85°С. Для пастеризации сока используемая температура составляет 80°С.

При достижении заданной температуры открывается клапан, подающий сок на разлив системы Bag in Box. При падении температуры на 1°С клапан закрывается и отправляет сок на дополнительный нагрев до достижения заданной температуры. В системе разлива Bag in Box на панели управления задается объем для розлива в бутылки, в держателе горловины фиксируется бутылка, опускается затвор с трубкой, включается кнопка «старт», и происходит разлив до заданного значения объема. Далее отводится затвор с трубкой, накручивается крышка и перемещается в коробку. Разлив производится в бутылки объемом 1 л, также для системы Bag in Box существуют насадки для заполнения сразу нескольких бутылок.

Таким образом, представленная технологическая линия позволяет улучшить процесс получения сока с помощью системы датчиков, регулирующих и подбирающих режимные параметры.

Планирование эксперимента при компоновке фильтров в накопителе-отстойнике

Для подбора фильтрационных элементов проведена дегустационная оценка с выявлением трех лучших образов купажа сока (рис. 6),

Образец сока

Кол-во фильтрационных элементов/размер ячейки

Массовая доля осадка

Рисунок 6 - Схема подбора компоновки фильтрационной установки накопителя-отстойника

Три образца исследовались в эксперименте по компоновке фильтров в накопителе-отстойнике для отделения яблочно-ягодных взвесей. В шести опытных образцах определили массовую долю осадка (табл. 7). Таблица 1 -

Номер опыта Образец № 1 Образец № 2 Образец № 3

1 57,9 68.5 78,7

2 85,1 91,6 95,6

3 81,2 87,7 89,1

4 68,1 75,3 85,3

5 88,6 105,3 112,1

6 87,1 93,1 101,3

Оптимальная конструкция системы фильтрации накопителя отстойника подобрана с помощью пакета Па1аРй (рис. 7-9).

Для образца сока №1 массовая доля осадка (у, мг/л) выражена функцией от количества сеток (хь шт.) и размера ячейки (хг, мм):

у = Ъ0 + Ъгхг + Ь2х 2 + Ь3х22 + Ъ^хгг, (4)

где Ь0=127,1507944; Ь1=-1,303960396; Ь2=-450,8407591; Ь3=950,Ш10246; Ь4=-545,5205695 -коэффициенты регрессии.

размер ячейки

Рисунок 7 - Зависимость влияния системы фильтрации на осадок образца сока №1

Таблица 8 - Анализ погрешностей определения режимных параметров отделения осадка

Номер опыта Кол-во сеток, шт. Размер ячейки, мм Массовая доля осадка, мг/л Вычисленная массовая доля осадка, мг/л Относительная погрешность 5

1 4 0,4 57,9 58,70149666 1,384277481

2 5 0,8 85,1 88,71650933 4,249717186

3 3 0,6 81,2 76,93838361 5,248296052

4 1 0,5 68,1 69,76163942 2,439999148

5 2 0,1 88,6 88,41428736 0,209607947

6 6 0,9 87,1 85,46768363 1,874071609

Аналогично для образца №2:

у = Ь0 + Ьгхг + Ь2х22 + Ь3х2 + Ь4х22, (5)

где Ь0=106,0973218; Ь,= 16,67760259; Ь2= -3,664341253; Ь3= -221,6293737; Ь4=268,8423326.

Рисунок 8 — Зависимость влияния системы фильтрации на осадок образца сока №2

Таблица 9 - Анализ погрешностей определения режимных параметров отделения осадка

Номер опыта Кол-во сеток, шт. Размер ячейки, мм Массовая доля осадка, мг/л Вычисленная массовая доля осадка, мг/л Относительная погрешность 6, %

1 4 0,4 68,5 68,5412959 0,06028598004

2 5 0,8 91,6 92,63239741 1,127071406

3 3 0,6 87,7 86,95667387 0,8475782599

4 1 0,5 75,3 75,50647948 0,274209139

5 2 0,1 105,3 105,3206479 0,01960868772

6 6 0,9 93,1 92,5425054 0,598812675

Массоая доля осадка ыг л

размер ячейки

Для образца №3:

у = Ь0 + Ьг/хг + fc2/*i2 + Ь31пх2 + Ь41п2х2, (6)

где Ьо=Ю0,4403603; bi= 39,30503981; Ь2=-28,26311432; Ь,=53,86170561; Ы=23,21902856 -коэффициенты регрессии.

Рисунок 9 - Зависимость влияния системы фильтрации на осадок образца сока №5

Для всех регрессионных зависимостей (4) - (6) относительная погрешность не превышает 5 %, а коэффициент детерминации больше 95 %.

Таблица 10 - Анализ погрешностей определения режимных параметров отделения осадка

Номер опыта Кол-во сеток, Размер ячейки, Массовая доля Вычисленная массовая доля осадка, мг/л Относительная

шт. мм осадка, мг/л погрешность S

1 4 0,4 78,7 78,64162807 0,074170178

2 5 0,8 95,6 96,30809753 0,7406877975

3 3 0,6 89,1 88,94659357 0,1721733241

4 1 0,5 85,3 85,30384865 0,00451189785

5 2 0,1 112,1 112,1108648 0,00969208101

6 6 0,9 101,3 100,7889674 0,504474476

Рассмотренные результаты исследований по определению оптимальных вариантов модернизации емкости накопителя дают основание полагать, что оптимальным режимным параметром по отделению осадка является накопление отстаиваемого купажа сока, выдержка в течение 15 мин в емкости и прогонка сока через фильтр, состоящий из 4 секций с размером ячеек 0,4 мм: 1 - металлическая тканная; 2 -SEFAR NYTAL PA-MF; 3 - SEFAR ТЕТЕХ DLW HD; 4 - SEFAR ТЕТЕХ MONO.

Разработана конструкция накопителя-отстойника, позволяющая получать готовый продукт с заданным органолептическими и физико-химическими показателями качества за счет установленной системы фильтрации в отстойнике-накопителе. Подобрана структура системы фильтрации, которая была смоделирована с помощью программного пакета DataFit.

Экспериментальная проверка теоретических показателей выхода сока

Экспериментально путем составления линии в масштабе 1:1000 были получены и измерены составляющие точки экспериментальной кривой, которая была наложена для сравнения на теоретическую кривую (рис. 10).

При исследовании отклонения эксперементальной кривой (p(t) выхода сока от теоретической G(t) в точках наибольшего отклонения рассчитана относительная погрешность (табл. 11).

Экспериментальная кривая (p{t) G(t) 4

Рисунок 10- Экспериментальная и теоретическая кривые выхода готового продукта

Таблица И - Результаты получения наибольшего отклонения

t G(t) □(t) Абсолютная погрешность Относительная погрешность

18 8 8,5 0,5 6%

22 13 12,4 -0,6 4%

25 16,9 17,4 0,5 3%

29 21,9 21,5 0,4 2%

Из рисунка 10 и рассчитанных данных таблицы 11 следует, что наибольшее отклонение экспериментальной кривой от теоретической не превышает 6 %.

Таким образом, на основе теоретических исследований с использованием математического моделирования произведен подбор технологического оборудования в соответствии с заявленными требованиями для получения готового продукта. Вычислительный эксперимент и производственные испытания показали, что линия стабилизируется по всем звеньям через 12 ч эксплуатации от начала функционирования технологической системы.

Глава 5. Технико-экономические показатели производства натуральных соков из мелкоплодных яблок и дикорастущих ягод

Разработанные виды и технология получения купажированных соков прошли экономические исследования (табл. 12).

Таблица 12 - Показатели экономический эффективности изделий

Наименование продукции Валовой выпуск, л Цена за 1 л, руб. Стоимость реализованной продукции НДС, руб.

Яблочно-брусничный сок 460 000 80 36 800 000 5 613 559

Яблочно-клюквенный сок 460 000 90 41 400 000 6 315 254

Спроектированное экспериментальное производство купажей сока является рентабельным. Чистая прибыль данного производства в год составляет 10 490,56 тыс. руб. За счет внедрения технологии получения купажированных соков снижается энерготрудоемкость и себестоимость продукта, рентабельность производства составляет 22,48 %.

Общие выводы

1. На основе анализа существующих технологий и сырьевой базы обоснована необходимость и целесообразность создания аппаратно-технологической системы получения сока из мелкоплодных яблок и дикорастущих ягод.

2. Разработан алгоритм формирования технологической схемы получения натуральных купажированных соков, позволяющий получить сок с высоким содержанием биологически активных веществ.

3. Использование местного растительного сырья позволило разработать новые виды купажированных соков, превосходящих в 1,5-2 раза по содержанию биологически активные вещества соков других производителей. Подобраны оптимальные соотношения компонентов продукта, проведены физико-химические исследования, а также исследования показателей промышленной стерильности готового продукта. Разработана модель и методика дегустационной оценки, позволяющая получить уточненную оценку качества продукта.

4. Разработанные математические модели процессов получения сока из мелкоплодных яблок и дикорастущих ягод позволили прогнозировать производство технологической схемы и получать оптимальные режимные параметры ее эксплуатации.

5. На основе теоретических исследований произведен подбор технологического оборудования, а также обоснована необходимость применения конструкции накопителя-отстойника с функциями фильтрации для получения сока из мелкоплодных яблок и дикорастущих ягод. При выбранных производственных мощностях выход готового продукта в среднем составляет 1,28 т/ч.

6. Внедрение технологии производства натуральных купажированных соков позволяет повысить уровень рентабельности на 22,48 %.

Практические рекомендации

1. Предложить Министерству сельского хозяйства и продовольственной политики Красноярского края разработать программу развития пищевой отрасли в регионе с привлечением садоводческих хозяйств, частных садоводов и предприятий АПК Красноярского края.

2. Использовать способы и модели получения купажированных соков в учебном процессе Института пищевых производств ФГБОУ ВПО КрасГАУ.

Публикации по теме диссертации

в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Беляев, A.A. Концепция проектирования технологической линии для изготовления плодово-ягодного сока / A.A. Беляев II Вестник КрасГАУ. - 2012. - Вып. 8. -С. 183-187.

2. Беляев, A.A. Получение образцов купажа сока из мелкоплодных яблок и дикорастущих ягод Восточной Сибири / A.A. Беляев // Вестник КрасГАУ. - 2014. - Вып. 1. -С. 186-191.

3. Беляев, A.A. Дегустационная оценка образцов сока из мелкоплодных яблок и дикорастущих ягод восточной Сибири / A.A. Беляев II Вестник КрасГАУ. - 2014. -Вып. 2.-С. 197-206.

4. Беляев, A.A. Производство консервированного сока из мелкоплодных яблок Восточной Сибири и ягод брусники / A.A. Беляев, H.H. Tuncuna, А.Е. Туманова II Пищевая промышленность. - 2014. - Вып. № 6.

Патенты РФ

5. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. Моделирование потоков сырья в технологической системе получения сока из мелкоплодных яблок и дикорастущих ягод №2014617374.

6. Патент №2513162 Российская Федерация, МПК A23L 2/02. Способ производства консервированного сока из мелкоплодного яблока Восточной Сибири и ягод брусники / Беляев A.A.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО КрасГАУ. -№2012132167/13; заявл. 26.07.2012; опубл. 20.04.2014, Бюл. №11.

7. Патент №2519828 Российская Федерация, МПК A23L 2/02. Способ производства консервированного сока из мелкоплодного яблока Восточной Сибири и ягод клюквы / Беляев A.A.; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО КрасГАУ. -2012132163/13; заявл. 26.07.2012; опубл.20.06.2014, Бюл. № 17.

Санитарно-эпидемиологическое заключение № 24.49.04.953.П. 000381.09.03 от 25.09.2003 г. Подписано в печать 13.11.2014. Формат 60x84/16. Бумага тип. № 1. Печать - ризограф. Усл. печ. л. 1,0 Тираж 100 экз. Заказ №480. Издательство Красноярского государственного аграрного университета 660017, Красноярск, ул. Ленина, 117