Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время особую актуальность приобретает разработка новых продуктов питания с повышенным содержанием полезных компонентов. Данное явление связано с недостаточной обеспеченностью населения жизненно важными нутриентами (минеральные вещества, аминокислоты, пищевые волокна и т. д.). Для людей, ведущих менее активный образ жизни, необходима пища с меньшим содержанием жиров и углеводов, предотвращающая появление избыточной массы и ожирения, ведущих к развитию многочисленных заболеваний.
За последние годы во многих странах отмечается устойчивое снижение содержания микроэлементов в продуктах питания. Особенно остро отмечается низкое содержание в продуктах питания таких витаминов как тиамин, аскорбиновая кислота, фолиевая кислота и рибофлавин, а также содержание минеральных веществ и микроэлементов (железо, кальций, йод, фтор и селен).
Несмотря на популярность овощных консервов, по их потреблению Россия заметно отстает от стран ЕС, США и Канады. По данным института маркетинговых исследований «ГФК-Русь», в России на душу населения в год приходится около 4 кг овощных консервов, в странах ЕС – 13 кг, США – 50 кг и Канаде – 13 кг при средней норме потребления 60 кг в год.
Объем консервного рынка в России на 2010 год составил 1 071 986 т., что на 50 т. больше, чем в 2009 году, а в 2011 году объем составил 1 163 750 т., что превысило уровень производства предыдущего года на 8,56 %. На российском рынке пищевой продукции доля импорта составляет около двух третей от общего объема. За период 2007-2011 гг. объем производства овощных консервов в России постоянно возрастал. На 2008 год уровень производства овощных консервов составил 494 147,45 тыс. усл. б., что на 28,3 % больше, чем за 2007 год – 385 150 тыс. усл. б. В 2011 году было произведено 710 782 тыс. усл. б., что превысило уровень производства на 7,66 % по сравнению с 2010 годом – 648 524 тыс. усл. б.
Неправильное питание является источником нарушения обмена веществ и развития хронических заболеваний, а также создает почву для снижения иммунитета и устойчивости к инфекциям. Во многих отдаленных регионах России ощущается острая нехватка в рационе витаминов и биоэлементов, в большом количестве содержащихся в овощах и фруктах.
Наиболее эффективным и целесообразным решением проблемы нехватки необходимых нутриентов в потребляемой населением пище является выпуск новых пищевых продуктов, обогащенных необходимыми витаминами, макро- и микроэлементами до уровня, соответствующего физиологическим потребностям человека.
Работа проводилась в соответствии с планом госбюджетной НИР кафедры процессов и аппаратов химических и пищевых производств ФГБОУ ВПО «ВГУИТ» (№ гос. регистрации 01.130.2.12440) «Разработка новых и совершенствование существующих технологических процессов и аппаратов в химической и пищевой технологиях» на 2011-2015 гг.; государственного контракта № 14.740.11.0980 от 05.05.2011 г. «Разработка энергосберегающих технологий и оборудования для их реализации на основе новых теоретических и экспериментальных данных по гидродинамике, кинетике и тепломассообмену» в рамках ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг.
Цель работы – научное обеспечение процесса двухстадийного вакуум-выпаривания пюреобразных овощных концентратов на основе комплексного анализа основных закономерностей процесса совместно с их физико-химическими и структурно-механическими характеристиками, разработка рекомендаций по совершенствованию технологий производства пюреобразных овощных концентратов; создание перспективных конструкций вакуум-выпарных аппаратов и разработка технологической линии производства овощных консервов.
Для достижения цели решались следующие задачи:
-
Создание и оптимизация рецептуры поликомпонентных овощных смесей по химическому составу.
-
Исследование реологических и теплофизических характеристик исходных и концентрированных поликомпонентных овощных смесей.
-
Изучение основных закономерностей тепло- и массообменных процессов при вакуум-выпаривании поликомпонентных овощных смесей и определение рациональных технологических режимов.
-
Разработка математической модели процесса вакуум-выпаривания поликомпонентных овощных пюре при механическом перемешивании.
-
Разработка новых способов производства поликомпонентных овощных пюре сбалансированного состава, конструкций вакуум-выпарных аппаратов и технологической линии.
-
Исследование показателей качества и безопасности исходных и концентрированных поликомпонентных овощных пюре.
-
Расчет технико-экономической эффективности от внедрения технологии в производство. Выработка опытной партии продукции и проведение дегустации.
Научная новизна. Созданы четыре рецептуры поликомпонентных овощных смесей, оптимизированные по углеводному, витаминному составу и по содержанию микро- и макроэлементов. Определены реологические и теплофизические характеристики поликомпонентных овощных пюре.
Выявлены, сформулированы и описаны основные закономерности тепло- и массообмена в процессе двухстадийного вакуум-выпаривания поликомпонентных овощных пюре; обоснована необходимость использования двухстадийного вакуум-выпаривания пюре для сохранения термолабильных веществ.
Разработана математическая модель процесса двухстадийного вакуум-выпаривания поликомпонентных овощных пюре при механическом перемешивании, позволяющая рассчитать массу удаляемых из овощных пюре паров на каждой стадии процесса.
Определен химический состав, показатели качества и антиоксидантная активность исходных и концентрированных образцов поликомпонентных овощных пюре.
Научная новизна предложенных технических решений подтверждена 7 патентами РФ.
Практическая значимость и реализация результатов работы. Разработаны способы производства поликомпонентных овощных пюре, новые перспективные конструкции вакуум-выпарных аппаратов, предложена линия производства овощных консервов (пат. РФ № 2406569, 2409986, 2409960, 2412599, 2431408, 2458509, 2465773).
Определены и обоснованы рациональные технологические режимы процесса двухстадийного вакуум-выпаривания поликомпонентных овощных пюре, обеспечивающие сокращение времени процесса, снижение удельных энергозатрат и повышение качества готовой продукции.
Получены новые поликомпонентные овощные пюре, обладающие высокой пищевой ценностью и потребительскими свойствами. В научно-учебно-производственном центре технологий индустрии гостеприимства («НУПЦТИГ», ВГУИТ) произведена выработка опытной партии пирогов с добавлением овощных пюреобразных концентратов.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных, всероссийских, научных, научно-технических и научно-практических конференциях и симпозиумах: (Воронеж, 2009 - 2012 гг.), (Москва 2011 г.), (Звенигород 2009 г.), (Краснодар 2012 г.), (Казань 2010 г.), (Миасс, 2010 г.), (Красноярск 2011 г.), (Ставрополь 2011 г.), отчетных научных конференциях ВГТА (ВГУИТ) за 2011-2012 гг.
Результаты работы демонстрировались на 25-й межрегиональной специализированной выставке «Продторг» (Воронеж, 2008 г.), Воронежском агропромышленном форуме «Урожай 2009», Молодежном научно-инновационном конкурсе «У.М.Н.И.К. 2011» (Воронеж 2011 г.), конкурсе «Инженерные технологии XXI века» и награждены 6 дипломами, 1 грамотой и 1 сертификатом.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 33 работы, в т. ч. 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК, 17 тезисов докладов, получено 7 патентов РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, основных выводов и результатов, литературы из 164 наименований, в том числе 25 – на иностранных языках, объемом 156 страниц, приведены 15 таблиц и 71 рисунок.
