Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. СОСТАВ САПРОФИТНОГО КОМПЛЕКСА ПРОДУКТОВ РАСТИТЕЛЬНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ И МЕТОДЫ БОРЬБЫ С НИМ.
1.1. Классификация, биологические особенности, вредоносность микрофлоры растительного сырья и продуктов их переработки 10
1.2. Влияние микрофлоры на качественные показатели растительного сырья 31
1.3. Существующие методы обеззараживания продуктов растительного происхождения 38
ГЛАВА 2. МЕТОДИКА СВЧ-ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СМЕСЕЙ РАСТИТЕЛЬНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ
2.1. Обоснование входных параметров обеззараживания растительного сырья и многокомпонентных смесей 49
2.2. Планирование эксперимента СВЧ-обеззараживания многокомпонентных смесей 52
2.3. Методики проведения микробиологических, органолептических исследований и пищевой ценности многокомпонентных смесей растительного происхождения 56
ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛЯИНИЯ СВЧ-ПОЛЯ НА МИКРОФЛОРУ, ПОТРЕБИТЕЛЬСКИЕ СВОЙСТВА И ПИЩЕВУЮ ЦЕННОСТЬ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ СМЕСЕЙ РАСТИТЕЛЬНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ
3.1. Результаты планирования активного эксперимента СВЧ-обеззара живания многокомпонентных смесей 60
3.2. Влияние режимов СВЧ-обеззараживания на комплекс микроорганизмов сырья и многокомпонентных смесей 64
3.3. Влияние термического метода СВЧ-поля на потребительские свойства многокомпонентных смесей 91
3.4. Влияние термического метода СВЧ-поля на пищевую ценность многокомпонентных смесей 98
ГЛАВА 4. ЭКОНОМИЧЕСКИЙ ЭФФЕКТ ОБЕЗЗАРАЖИВАНИЯ МНОГО КОМПОНЕНТНЫХ СМЕСЕЙ РАСТИТЕЛЬНОГО ПРОИСХОЖДЕНИЯ ОТ САПРОФИТНОЙ ИНФЕКЦИИ НА КРУПОПЕРЕ- РАБАТЫВАЮЩИХ ПРЕДПРИЯТИЯХ МЕТОДОМ ТЕРМИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ - .
4.1. Расчёт капиталовложений и эксплуатационных расходов на СВЧ-обработку многокомпонентных смесей 112
4.2. Расчёт показателей экономической эффективности обеззараживания многокомпонентных смесей обработкой вСВЧ-поле 117
ОБЩИЕ ВЫВОДЫ 120
ЗАКЛЮЧЕНИЕ 122
БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК 124
- Классификация, биологические особенности, вредоносность микрофлоры растительного сырья и продуктов их переработки
- Обоснование входных параметров обеззараживания растительного сырья и многокомпонентных смесей
- Результаты планирования активного эксперимента СВЧ-обеззара живания многокомпонентных смесей
Введение к работе
В условиях резкого ухудшения фитосанитарного состояния посевов сельскохозяйственных культур в стране остро стоит проблема микробиологической загрязнённости зерна и продуктов его переработки. По данным В.И. Захаренко, в аграрном секторе России, в переходный период i^ формирующейся рыночной общественно-экономической формации с многоукладной экономикой, недостаток материально-технических средств обусловливает крайне низкий уровень земледелия и критическое всё ухудшающее фитосанитарное состояние агроэкосистем, которые вызывают чрезвычайные ситуации биогенного характера, дестабилизирующие агропромышленный комплекс страны. Потери урожая при умеренном развитии болезней составляют 25. ..27%, на фоне эпифитотий - до 50% и более. # Пищевая промышленность получает заражённое сырьё, качество которого ухудшается в процессе хранения и ряда технологических операций по подготовке к переработке [51].
В связи с этим обеспечение безопасности зернового продовольственного сырья и продуктов его переработки является приоритетным направлением государственной политики в области здорового питания населения России [65].
С ухудшением экологической обстановки в России наряду с обеспечением " безопасности пищевых продуктов возникает необходимость разрабатывать продукцию, обогащенную жизненно необходимыми компонентами. Правильное питание формирует нормальный рост и развитие организма человека, способствует профилактике различных заболеваний, продлению его жизни, повышению работоспособности и создает условия для адекватной адаптации к окружающей среде.
Продукты переработки зерна являются продуктами повседневного спроса и играют существенную роль в питании населения. В последнее время на потребительском рынке города Челябинска появилась новая продукция - многокомпонентные смеси, в основу рецептуры которых входит зерновое (рис), плодоовощное (морковь, горох, томаты, грибы шампиньоны и др.) сырьё и пряноароматические травы (укроп, петрушка, кинза, куркума и др.) [118, 119]. Дополнительные компоненты повышают усвояемость углеводов и белков крупы, улучшают ее вкусовые свойства, пищевую ценность, так как в его состав входят - витамины, макро- и микроэлементы, углеводы, органические кислоты и ароматические вещества. В свою очередь, дополнительные компоненты являются источником загрязнения продукции грибной и бактериальной инфекцией. Поэтому повышается вероятность увеличения обсемененности многокомпонентных смесей микроорганизмами, как зерновым (основным), так и овощным (дополнительным) сырьем.
Особую актуальность приобретают технологические мероприятия, направленные на снижение численности микроорганизмов и сохранение пищевой ценности, потребительских достоинств и качества готовой продукции, обеспечивая её экологическую безопасность.
Альтернативой применяемым методам в отраслях перерабатывающей промышленности является такой прием, который способен, наряду с эффективным уничтожением патогенной микрофлоры различной этиологии, обеспечить сохранность пищевой ценности, потребительских достоинств и качества продовольственных товаров.
В настоящее время созданы новые технологии по применению различных физико-химических воздействий на пищевые продукты — влаготепловая обработка, ультрафиолетовая, ультразвуковое излучение, высокого гидростатического давления и др. [5, 23].
Использование методов влаготепловой обработки, например, экструдирование, обеспечивает повышенную усвояемость продукта и санитарную чистоту: существенно снижает степень поражения грибной флоры и обсеменённость бактериями. Процесс микронизации заключается в тепловой обработке крупы инфракрасными лучами (ИК). Микронизация улучшает энергетическую питательность крупы, разрушает трипсиновые ингибиторы, токсичные плесени и грибы. Однако, данные методы не приемлемы при производстве многокомпонентных смесей, т.к. форма зерновки разрушается, а, следовательно, изменится и консистенция готового продукта, а ароматические вещества, содержащиеся в пряностях, под действием температуры улетучиваются, что приведёт к ухудшению потребительских достоинств смесей, (.g Этим требованиям могут отвечать электрофизические методы. Метод ВЧ и
СВЧ обеззараживания объединяет воздействие двух полей - электромагнитного и теплового, показывая высокую эффективность в оздоровлении растительных продуктов от комплекса микроорганизмов грибной, бактериальной и вирусной этиологии и сохранении качества и потребительских достоинств многокомпонентных смесей растительного происхождения.
Использование термического воздействия открывает новые возможности '0 получения экологичных продуктов питания высокого качества, сохраняя при этом потребительские достоинства и пищевую ценность [2, 13, 71, 73, 110,122,124,138].
В связи с вышеизложенным можно сформулировать следующие цели и задачи диссертационной работы.
Цель работы: изучить состав, распространение и вредоносность комплекса микроорганизмов, заселяющих многокомпонентные смеси растительного 'Л т происхождения, а также зернового и овощного сырья, являющегося основой для их производства и определить возможности термического воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты для обеззараживания и сохранения пищевой ценности готовой продукции. Задачи исследований:
1)установить состав микроорганизмов, участвующих в патогенезе, уровень вредоносности микрофлоры, заселяющей продукты растительного происхождения; провести обзор существующих методов обеззараживания зернового и овощного сырья, обосновать воздействие термического метода СВЧ-обработки на многокомпонентные смеси, с целью обеззараживания от грибной и бактериальной микрофлоры; разработать методики лабораторных, лабораторно-производственных исследований по обеззараживанию многокомпонентных смесей в ЭМП СВЧ; исследовать влияние термического воздействия энергии СБЧ-поля на микрофлору многокомпонентных смесей, химический состав и пищевую ценность; определить экономический эффект использования метода термического воздействия.
Объеыг исследования: процесс воздействия термической энергии СВЧ-поля на микрофлору многокомпонентных смесей растительного происхождения, зернового и овощного сырья, являющегося основой для их производства, а также на химический состав и потребительские достоинства смесей.
Предмет исследования: взаимосвязь между режимными параметрами энергии СВЧ-поля и результатами их воздействия на комплекс микроорганизмов, химический состав и потребительские достоинства многокомпонентных смесей растительного происхождения.
Научная новизна: впервые систематизированы сведения по составу и вредоносности микрофлоры, заселяющей продукты растительного происхождения; проведенными исследованиями подтверждены теоретические положения процесса термического обеззараживания энергией СВЧ-поля многокомпонентных смесей; адаптирована методика планирования эксперимента для термического СВЧ-обеззараживания многокомпонентных смесей от бактериальной и грибной микрофлоры; установлены особенности влияния термического СВЧ-обеззараживания на грибную и бактериальную микрофлору многокомпонентных смесей, зернового и овощного сырья; дана оценка воздействия термического СВЧ-обеззараживания на химический состав и потребительские свойства многокомпонентных смесей;
Практическая значимость: ^систематизированы сведения по вредоносности грибной и бактериальной микрофлоры зерна и овощного сырья, основными микотоксинами и их ПДК; проверены и обоснованы эффективные режимы СВЧ-обеззараживания многокомпонентных растительных смесей от бактериальной и грибной микрофлоры, позволяющие сохранить потребительские достоинства и пищевую полноценность, получить экологически чистую продукцию; результаты исследований могут быть использованы при разработке и проектировании лабораторного и промышленного образцов СВЧ-установок для обеззараживания многокомпонентных смесей от комплекса микроорганизмов; получены положительные решения по двум заявкам (№ 2005119352/13(021921) «Способ обработки многокомпонентных круп», № 2005112329/13(014252) «Способ производства солода из пивоваренного ячменя») на патент РФ на способ (МПК7 A23L 1/015, МПК7 СІ2С 1/02); результаты научно-исследовательской работы приняты к внедрению на ОАО «Екатеринбургхлебпродукт» (г. Екатеринбург).
На защиту выносится:
1) эффективность режимов ЭМП СВЧ в процессе термического обеззараживания многокомпонентных смесей от комплекса микроорганизмов;
2)методика активного планирования эксперимента для
СВЧ-обеззараживания многокомпонентных смесей растительного происхождения от бактериальной и грибной микрофлоры;
3) взаимосвязь параметров СВЧ-поля, химического состава и потребительских свойств многокомпонентных смесей растительного происхождения.
Классификация, биологические особенности, вредоносность микрофлоры растительного сырья и продуктов их переработки
В системе мероприятий, направленных на получение новых качественных пищевых продуктов, основной задачей является подготовка сырья к использованию в технологических процессах. Ухудшению качества зерна и плодоовощного сырья, их технологических показателей, потерям сухого вещества и важных в пищевом отношении компонентов химического состава растительной продукции, загрязнению высокотоксичными и канцерогенными продуктами метаболизма микроскопических грибов - микотоксинами, способствует поражению зерна и плодоовощного сырья микроорганизмами грибной и бактериальной природы [31].
По образу жизни, а, следовательно, и воздействию на зерновую массу встречающиеся в ней микроорганизмы можно разделить на три группы: сапрофитные, фитопатогенные, патогенные для животных или человека.
Основную часть микробов в зерновой массе составляют сапрофиты. Некоторые из представителей этой группы способны при известных условиях питаться органическими веществами зерна и в процессе питания частично или полностью разрушать зерно, изменяя его физические свойства и химический состав. В отдельных партиях зерна обнаруживают фитопатогенные микроорганизмы. Также в зерновую массу попадают микроорганизмы, патогенные для животных или человека [40; 42].
На рисунке 1.1 приведены сводные данные об основных группах микроорганизмов, встречающихся в . зерне крупяных культур.
К типичным эпифитам отнесены микроорганизмы, населяющие здоровые растения в процессе их развития и формирования зерна. Остальные сапрофитные микроорганизмы, попадающие, на растения и зерно из почвы, случайно и при уборке урожая, отнесены к прочим сапрофитам. Следует иметь в виду, что при известных условиях некоторые сапрофиты обладают способностью вести полупаразитический образ жизни на растениях, и поэтому, абсолютно строгого разграничения быть не может. Так, к полупаразитам могут быть отнесены некоторые грибы, например Alternaria, Fusarium.
На изменение качества партий зерна при хранении влияют только сапрофитные и некоторые полупаразитные микроорганизмы.
Развиваясь при благоприятных условиях, они существенно изменяют состояние зерновой массы при хранении. Наличие других групп микроорганизмов в зерновых массах необходимо учитывать при хранении в связи с влиянием их на качество партий зерна [57, 99].
Сапрофитные микроорганизмы. Как уже отмечалось, сапрофитная микрофлора зерновой массы представлена различными бактериями, грибами и дрожжами [18, 85].
Бактерии. Во всякой доброкачественной зерновой партии и в свежеубранном зерне, не подвергавшемся порче, численное превосходство имеют бактерии. Преобладающую часть эпифитных бактерий составляют желтоокрашенные колонии, P. herbicola, var. Herbicola [101; 103; 116].
В свежеубранном зерне, хранившемся в условиях, не допускающих активного развития микроорганизмов, содержание P. herbicola составляет 92...95% всего бактериального населения зерна. Бактерии не обладают способностью разрушать зерно, однако, находясь в активном состоянии и в большом количестве, они выделяют при дыхании много тепла, что способствует началу процесса самосогревания зерновой массы. Оптимальная температура для их роста 27...30С.
Обоснование входных параметров обеззараживания растительного сырья и многокомпонентных смесей
Исходя из цели и задач данной работы, определялось влияние термического воздействия электромагнитного поля сверхвысокой частоты на комплекс микроорганизмов, заселяющих многокомпонентные смеси растительного происхождения, при этом сохраняющего пищевую ценность и улучшающего потребительские достоинства готовой продукции. Для определения влияния воздействия СВЧ-поля подбирались оптимальные режимы обеззараживания, а также рассматривались основные факторы, определяющие развитие микроорганизмов, улучшающие потребительские достоинства многокомпонентных смесей, в рецептуру которых входит рис и овощное сырьё. Основными факторами являются: 1. Наследственная программа развития микроорганизмов, закодированная в ДНК клеток, которая определяет последовательность фаз развития, образования морфологических форм, химический состав, тип обмена веществ. 2. Наличие благоприятных условий для жизнедеятельности микроорганизмов. 3. Изменение углеводного комплекса многокомпонентных смесей. В состав многокомпонентных смесей входит рисовая крупа и овощное сырьё. Зерно риса отличается высоким содержанием крахмала, следовательно, изменение его физико-химических свойств и фракционного состава отразится на кулинарных свойствах крупы. Термический нагрев, полученный в результате воздействия СВЧ-поля на рисовую крупу, оказывает влияние на состав крахмала, возрастает содержание декстринов. Благодаря высокой степени декстринизации крахмала значительно уменьшается время варки, а также под действием температуры удаляется избыточная клейковина и готовый продукт приобретает рассыпчатую консистенцию. Следовательно, тепловой нагрев положительно влияет на потребительские достоинства готового продукта. Применяемое овощное сырьё при производстве многокомпонентных смесей имеет все необходимые и жизненно важные компоненты (углеводы, витамины, ароматические вещества, минеральные элементы). Однако под действием высокой температуры сахара реагируют с аминокислотами с образованием меланоидинов, что приводит к потемнению продукта, витамины разрушаются, и их содержание значительно уменьшается, ароматические вещества улетучиваются, в результате изменяется аромат, вкус готового продукта и снижается пищевая ценность. Поэтому важно подобрать такие режимы воздействия СВЧ-поля, при которых наблюдается обеззараживающий эффект при сохранении химического состава и улучшении потребительских достоинств исследуемой продукции. Чтобы рассмотреть и проанализировать эффекты процесса обеззараживания смесей была проведена серия постановочных опытов. Лабораторные исследования проводились в научной лаборатории Красноярского государственного аграрного университета и в центре химизации и сельскохозяйственной радиологии «Челябинский» г. Челябинска. В соответствии с планом эксперимента разработана методика его проведения, которая включает три этапа (рис. 2.1). Первый этап основан на получении и анализе исходной информации о заражённости зернового, овощного сырья и многокомпонентных смесей, определении химического состава и потребительских достоинств готовой продукции. Рассмотрена физическая сущность метода СВЧ-обеззараживания. Разработаны и адаптированы методики исследования и активного планирования эксперимента. Подобраны и обоснованы режимные параметры факторов воздействия СВЧ-энергии.
Результаты планирования активного эксперимента СВЧ-обеззара живания многокомпонентных смесей
В результате реализации методики исследований (см. рис. 2.1) выявлен видовой состав микрофлоры зернового, овощного сырья и многокомпонентных смесей. Необходимо отметить высокий процент заражённости грибной инфекцией отобранных образцов для исследований овощного сырья и готовой продукции. В ходе анализа комплекса сапротрофных микроорганизмов зерна риса был установлен его основной видовой состав. Наиболее часто встречались грибы p.p. Penicillium, Aspergillus, Cladosporium, Alternaria, Mucor. Сопоставление результатов, полученных при анализе рисовой крупы и тех же образцов зерна риса, показало, что на рисовой крупе содержатся те же виды микроорганизмов, какие были на зерне риса с плёнками, но количество некоторых родов грибов (p.p. Cladosporium и Alternaria) на крупе было значительно ниже, чем на зерне. Численность грибов p.p. Aspergillus и Penicillium на крупе напротив увеличивается на 40% по сравнению с зерном риса. Полученные данные, на наш взгляд, можно объяснить тем, что при выработке крупы, с одной стороны, происходит удаление части микроорганизмов вместе с оболочками зерна, с другой стороны, - технологические приёмы, связанные с повышением влажности и возможным травмированием в процессе гидротермической обработки зерна, шелушения, способствует ускоренному размножению некоторых сапрофитов. Поэтому основными представителями микрофлоры крупы являются плесневые грибы p.p. Aspergillus и Penicillium. Данные по заражённости микроорганизмами зерна риса и рисовой крупы представлены на рис. 3.1.
В ходе анализа комплекса микроорганизмов овощного сырья были установлены доминирующие грибы p.p. Penicillium, Alternaria, Aspergillus, бактерии p.p. Bacillus, Pseudomonas. Данные представлены в табл. 3.2.
Опыты по проверке обеззараживающего воздействия ЭМП СВЧ на пряноароматические травы показали себя наиболее эффективными. По результатам проведённых исследований и данным регрессионного и дисперсионного анализов получены уравнения (уі.-.ys), и построены поверхности отклика и графические зависимости (рис. 3.2-3.6), с помощью которых установлена взаимосвязь режимных параметров и количественных характеристик освобождения пряностей от сапрофитной микрофлоры. Эффективные режимы находятся в плоскости: Vt = 0,6...0,8С/с, т = 140...150 с, температура нагрева пряностей t = 50...65С, которые снижают заражённость до минимума, а также делают продукцию безопасной. Невысокая температура t = 30...45С при скорости нагрева V, = 0,4С/с не избавляет пряности от микробиологической инфекции.
