Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 8
1.1 Соус майонез как продукт массового потребления 8
1.2 Современный продовольственный рынок майонезной продукции 10
1.3 Факторы, формирующие качество майонезов 12
1.3.1 Сухое цельное молоко как источник белка и структурообразователь эмульсии майонеза 19
1.4 Использование пищевых добавок на основе природного сырья в производстве майонезов 22
1.4.1 Тыква продовольственная как исходное сырье для производства пищевых добавок 26
1.4.2 Липидно-каротшюидный красящий экстракт «Медный» на основе тыквы продовольственной 29
1.4.3 Порошок из жома тыквы «Клетчатка плюс» в качестве загустителя при производстве майонезов 33
1.5 Заключение по главе 37
Глава 2. Постановка эксперимента и методы исследования 39
2.1 Организация работы 39
2.2 Объекты и методы экспериментальных исследований 42
2.3 Теоретический поиск оптимальных условий протекания технологического процесса 49
Глава 3. Экспериментальная часть 52
3.1 Моделирование технологии майонезов с продуктами переработки тыквы..52
3.1.1 Модель оптимизации уровня активной кислотности в задаче управления технологическим процессом получения майонезов с липидно-каротиноидным экстрактом «Медный» 53
3.1.2 Модель оптимизации стойкости эмульсии в задаче управления технологическим процессом получения майонезов с порошком «Клетчатка плюс» 59
3.2 Состав и свойства майонезов с продуктами переработки тыквы 66
3.2.1 Изучение органолептических свойств новых видов майонезов 66
3.2.2 Химический состав и энергетическая ценность майонезов 68
3.2.3 Изучение стабильности каротиноидов в процессе хранения майонезов с липидно-каротиноидным экстрактом «Медный» 70
3.2.4 Исследование динамики изменения массовой доли жира и влаги в майонезах при хранении 71
3.2.5 Динамика изменения общей и активной кислотности в процессе хранения майонезов 73
3.2.6 Исследование стойкости эмульсий майонезов в процессе хранения 75
3.2.7 Исследование реологических свойств майонезов 76
3.2.8 Показатели безопасности новых видов майонезов 79
3.3 Обоснование и выбор технологической схемы производства майонезов с продуктами переработки тыквы 82
3.3.1 Подготовка рецептурных компонентов 89
3.3.2 Оптимизация режима подготовки порошка из жома тыквы «Клетчатка плюс» для использования в качестве загустителя при производстве майонезов 90
3.3.3 Приготовление майонезной пасты 92
3.3.4 Приготовление грубой эмульсии майонеза 93
3.3.5 Гомогенизация эмульсии майонеза 94
3.3.6 Фасовка 98
Глава 4. Экономическая модель производства новых видов майонезов 99
4.1 Технико-экономическое обоснование специализированного цеха по производству майонеза 99
4.1.1 Определение производственной программы цеха 99
4.1.2 Характеристика специализированного цеха по производству майонеза. 101
4.1.3 Производственная мощность майонезного цеха 102
4.2 Вычисление себестоимости продукции и прибыли от производства 103
4.2.1 Калькуляция стоимости сырья для производства майонезов 104
4.2.2 Расчёт стоимостных показателей производствеїпіои деятельности предприятия 108
4.2.3 Расчет численности промышленно-производственного персонала (ИШ1) и фонда заработной платы 111
4.2.4 Расчет полной себестоимости майонезной продукции 113
4.2.5 Планирование прибыли от реализации продукции 114
4.3 Анализ безубыточности (порога рентабельности) производства майонезов .115
4.3.1 Определение точки безубыточности 117
4.3.2 Оптимизационная модель рентабельности выпуска продукции 121
Выводы 127
Список использованной литературы 129
Приложения 144
- Сухое цельное молоко как источник белка и структурообразователь эмульсии майонеза
- Модель оптимизации уровня активной кислотности в задаче управления технологическим процессом получения майонезов с липидно-каротиноидным экстрактом «Медный»
- Обоснование и выбор технологической схемы производства майонезов с продуктами переработки тыквы
- Расчет численности промышленно-производственного персонала (ИШ1) и фонда заработной платы
Сухое цельное молоко как источник белка и структурообразователь эмульсии майонеза
Сухое молоко представляет собой порошкообразный продукт, который в соответствии со стандартом должен содержать влаги не более 3,5% и жира не менее 25%; кислотность восстановленного молока с содержанием 12% сухих веществ не более 19 Т; растворимость сухого молока - не более 0,15 мл осадка; общее количество микробов в 1 г сухого молока не свыше 25 тыс., содержание солей олова (в пересчете на олово) - до 100 мг/кг, солей меди - не более 8 мг/кг, присутствие свинца не допускается. Вырабатываемое сухое цельное молоко содержит (в %): влаги 2,5 - 3,7, жира 26,1 - 26,5, молочного сахара 35 - 38, белка 26 - 28, минеральных солей (по золе) 5,8 - 6,2.
Пищевая ценность 0,1 кг сухого молока 2200 - 2300 кДж. Сухое молоко в восстановленном виде почти не уступает натуральному. Усвояемость белков сухого молока пленочной сушки составляет 94,6%, жира - 96%, углеводов -свыше 98%. Белки и жир сухого молока распылительной сушки уступают по усвояемости белкам и жиру натурального молока всего лишь на 0,43 и на 0,03% соответственно, а усвояемость углеводов одинакова [66,67].
Ассортимент сухого цельного молока расширяется путём уменьшения в продукте доли жира на единицу СОМО (молоко сухое пониженной массовой доли жира, молоко сухое «Домашнее», молоко «Смоленское»), замены части молочного жира на жир масла подсолнечного (молоко сухое с растительным маслом), замены части сухих веществ молока сухими веществами солодового экстракта (молоко сухое с солодовым экстрактом) [68, 69, 70, 71].
Перечисленные разновидности сухого цельного молока вырабатываются в основном по технологии молока цельного сухого. При производстве молока сухого с солодовым экстрактом смешивание его с нормализованной смесью осуществляется перед тепловой обработкой. При замене молочного жира растительным рассчитанная масса его смешивается со сгущенной до 43-48% нормализованной смесью перед сушкой при 55-60 С.
В сухом молоке основными пороками, понижающими его качество, являются салистость, прогорклость и затхлость. В продукте высшего сорта не допускаются слабый кормовой привкус и отдельные пригорелые частицы. Факторы, способствующие их появлению, различны: состав и свойства жира, термические воздействия при различных технологических операциях, условия хранения, способ упаковывания. Наименьшей стойкостью к окислению обладает молоко цельное сухое, выработанное весной; наибольшей - полученное летом. Это объясняется повышенной массовой долей естественных антиокислителей в летнем жире.
Для торможения автокаталитического окисления молока цельного сухого рекомендуются искусственные антиокислители: кверцетин или додецилгаллат. Возможно использовшше аскорбиновой, лимонной и фосфорной кислот, гидрохинона и токоферола. Фосфорная, аскорбиновая и лимонная кислоты являются слабыми антиокислителями, но они усиливают ингибирующее действие антиокислителей (синергисты).
Сухое молоко или сухое обезжиренное молоко используют в качестве эмульгатора и вкусового агента в производстве майонезов. Важный показатель сухого молока — его общая растворимость в воде, которая при 70С должна составлять не менее 95%. По этому показателю нежелательно применение сухого молока полученного пленочным методом сушки [22, 72].
Сухое молоко выполняет две функции — оно является источником белков, а таюке струїсгурообразователем. Белок молока имеет достаточно полный аминокислотный состав. В результате способности белков молока к набуханию увеличивается влагоудержание и обеспечивается структурирующее действие на все компоненты, входящие в состав майонеза. Для производства майонеза может быть использовано сухое цельное и сухое обезжиренное молоко. В том и другом случае сухое молоко должно гарантировать эффективное влагоудержание, которое зависит от метода сушки молока. Молоко распылительной сушки отвечает этим требованиям [73, 74, 75].
Сухое молоко благодаря наличию в нём большого количества водорастворимых белков подвергается диссоциированию в ограниченном количестве воды. При этом протекают процессы набухания белков, переход их в состояние наиболее активного действия, как эмульгаторов, так и структурообразователей эмульсии. Для лучшего растворения белков при набухании в водной среде может быть введено небольшое количество пищевой соды. Поскольку эти процессы протекают в течение определенного времени, необходимо оптимальное время контакта устанавливать с учётом, как степени набухаемости, так и растворимости молока.
Обработанное сухое молоко совместно с горчичным и яичным порошком составляет эмульгирующую и структурирующую основу майонезных эмульсий. Естественно, это обусловлено тем, что белки молока, горчичного порошка и яичного порошка благодаря своим специфическим поверхностно-активным свойствам и своей гидрофильности способствуют образованию эмульсии первого рода. Этому, в частности, способствует и лецитин, содержащийся в яичном желтке.
Модель оптимизации уровня активной кислотности в задаче управления технологическим процессом получения майонезов с липидно-каротиноидным экстрактом «Медный»
Модели оптимизации в задачах управления технологическими процессами в пищевой, молочной промышленности получают в настоящее время большое распространение. Это обусловлено следующими причинами: - технологические системы действуют в конкретных оптимальных условиях места, времени, обстоятельств (показывают высокую зависимость от сырья и материалов, оборудования и способов хранения); - нарушение баланса экологических систем и, как следствие этого, рост числа заболеваний населения, требует разработки новых технологий в пищевой промышленности. Это приводит к необходимости наилучшего учёта всех возможностей отдельных параметров технологического процесса, требует построения оптимальных планов на всех уровнях управления от планирования эксперимента до прогноза на перспективу [126],
Современный уровень решения задач оптимизации предполагает, что поставленная задача формализована, т. е. имеется четко определенный критерий или некоторое множество критериев, целевая функция, однозначно определенная система ограничений [127, 128,129].
Исследование технологического процесса получения майонезов показало, что значения основных системных параметров определены интервалами. Так, например, считается приемлемым уровень активной кислотности от 4 до 4,7 единиц рН, а стойкость эмульсии майонеза должна находится в интервале от 97 до 100 %. В нашем случае необходимо было проследить влияние добавок из тыквы на данные системные параметры.
Формализация задачи управления технологическим процессом получения майонезов состояла в приближении реальной модели к задаче линейного программирования и производилась посредством нахождения уравнения связи между тремя связанными между собой признаками, которое носит название множественной (многофакторной) регрессии. В этих условиях необходимо было определить, прежде всего, адекватность модели и целесообразность её применения для конкретных условий функционирования технологической системы. Одной из основных характеристик соуса майонез является активная кислотность, которая управляет скоростью различных биохимических процессов. Определение концентрации водородных ионов используется для контроля над происходящими изменениями в готовом продукте. В соответствии с ГОСТ 30004.1-93 значение рН для майонезов находится в интервале 4,0-4,7 единиц [109]. Добавление липидно-каротиноидного экстракта в рецептуру майонеза, благодаря своим антиоксидантним свойствам должно способствовать поддержанию рН на определённом уровне. Для формализации задачи управления технологическим процессом уровень активной кислотности был выбран за функцию отклика. Важным этапом построения модели является отбор и последующее включение факторных признаков [130]. Качество конечного продукта зависит от многих факторов, в том числе и от соотношения сырьевых компонентов. Так, вводимый экстракт не только окрашивает, но и придаёт вкус готовому продукту, что оказывает влияние на его потребительские характеристики. Поэтому необходимо было проследить влияние массовой доли липидно-каротиноидного экстракта «Медный» на органолептичсские показатели майонеза. Интервал вносимых доз экстракта «Медный» для майонеза «Провансаль» составил от 1,0 до 3,0% с шагом 0,5 с частичной заменой растительного масла. На рисунке 3.1 показано изменение органолептической оценки майонезов в зависимости от дозы вводимого в него липидно-каротиноидного экстракта Полученные результаты показали, что при использовании в рецептуре соуса небольших доз липидно-каротиноидного экстракта «Медный» (1,0; 1,5%) майонез практически не меняет цвет, вкус и аромат, характерные для традиционного «Провансаля». Однако увеличение массовой доли экстракта «Медный» до 2,0-2,5% придаёт майонезу нежно-оранжевый оттенок, а также хорошо выраженный вкус и запах наполнителя. Концентрация экстракта в 3,0% приводит к излишне выраженному вкусу и запаху тыквы, а при дальнейшем увеличении дозы липидно-каротиноидного экстракта до 3,5% появляется привкус лёгкой горечи и салистости в майонезе. По результатам испытаний был определён интервал вносимых доз экстракта «Медный» до 2,0-2,5%. Важным фактором является раствор уксусной (лимонной) кислоты, который влияет на вкус и обеспечивает требуемый уровень рН среды майонеза, препятствующий развитию бактериальной флоры [131]. Процесс разработки технологии майонеза с лигшдно-каротиноидным экстрактом проводился на основе математического планирования эксперимента [132]. Результаты исследований, внесённые в матрицу планирования (таблица 3.1), позволили провести трёхфакторный регрессионный анализ линейного типа и построить математическую модель технологии высокожирного столового майонеза в виде функции отклика Y (уровень кислотности рН в майонезе) и системы ограничений: где факторами являются: Xi - липидно-каротиноидный экстракт «Медный»; Х2 -уксусная кислота 10%-ная; Хз— растительное масло. Для соответствия значения уровня рН массе ингредиентов последние были выражены через производные единицы измерения дкг (10 г).
Обоснование и выбор технологической схемы производства майонезов с продуктами переработки тыквы
Сыпучие компоненты: сухое молоко, сахарный песок, яичный порошок, горчичный порошок, соль, сода поступают в цех в мешках, их укладывают на поддоны и по мере необходимости растаривают. Мешки удаляют из цеха в специальное для их хранения помещение.
Компоненты, необходимые для получения майонеза, просеивают на вертикальных просеивателях «Пионер» типа П-2-П, имеющих магниты улавливания ферропримесей с сечением ячеек 1-Змм. Отсутствие комочков в ингредиентах увеличивает их влагоёмкость в процессе набухания, поверхностно-активные свойства и эмульгирующую способность [142]. Дозирование сухих компонентов производят весовым способом.
Уксусную концентрированную кислоту из бутылей вакуумным насосом передают в ёмкость, куда предварительно залито требуемое количество воды для приготовления 10%-ной концентрации уксусной кислоты.
Соль подаётся в ёмкость для уксусно-солевого раствора, оборудованную мешалкой с частотой вращения до 80 об/мин, перемешивающей уксусно-солевой раствор до полного растворения соли. Готовый раствор расходуется для получения майонеза.
Во избежание появления в майонезе излишне горького привкуса горчичный порошок предварительно подготавливают следующим образом. За 24 часа до производства майонеза необходимое количество горчичного порошка помещают в бачок из нержавеющей стали. Горчичный порошок заливают водой с температурой до 100 С в соотношении 1:2, хорошо перемешивают до однородной консистенции и верхний слой заглаживают. На ровную поверхность горчицы осторожно наливают слой воды с температурой до 100С высотой до 6 см. Бачок плотно закрывают крышкой и оставляют в покое на сутки. Затем верхний слой сливают, и горчичная масса готова к употреблению. Подготовка липидно-каротиноидного экстракта «Медный» сводится к разведению его в небольшом количестве растительного масла и введению на этапе подготовки мелкодисперсной эмульсии вместе с общим количеством масла. Пектиновые вещества жома из тыквы представлены гидратопектшюм (водорастворимое вещество, свободное от целлюлозы и состоящее из частично или полностью метоксилированных остатков полигалактуроновой кислоты) и протопектином (нерастворимый в воде природный пектин растений, состоящий из сети пектиновых цепей, образованных в результате соединения ионов многовалентных металлов с СООН - группами). Причем, значительное количество пектиновых веществ - 91,1 % составляют протопектины, которые в порошке из жома тыквы находятся в связанном состоянии (в виде нерастворимых в воде солей Са, Mg, Fe и т.д.). Для перевода протопектина в свободное состояние необходимо добавить одну из сильных кислот, под действием которых природный протопектин растворяется даже при низких температурах. Кроме того, при повышении температуры процесс ускоряется [25]. Для гидролиза протопектина применяют различные минеральные (соляная, азотистая, фосфорная и другие) и органические (винная, лимонная, молочнал и другие) сильные кислоты [25]. В связи с использованием жома из тыквы при производстве майонезов, в нашем случае наиболее оптимально подходит лимонная кислота (более сильная, чем пектовые кислоты), добавление которой в жом позволит связать ионы кальция и высвободить СООН - группы протопектина, а, значит, перевести его в растворенное состояние. Количество лимонной кислоты, необходимое для перевода протопектина в растворенное состояние, определили следующим образом. Одна структурная единица пектина (углеводородное звено) содержит одну карбокснлыгую группу и ее молекулярная масса составляет: М (С Н 0)=175. Лимонная кислота - 3-х основная, ее молекулярная масса: М (С Н О) = 192,13. Если предположить, что все карбоксильные группы протопектина связаны ионами многовалентных металлов, образующих соли не растворимые в воде, то исходя из основности и молекулярной массы на 1 г протопектина необходимо 192,13 / (3 175) = 0,366 г лимонной кислоты. Так как из минерального состава первоначального сырья (тыквы) ионы многовалентных металлов составляют не более 10% от всех минеральных веществ, то фактически на 1 г протопектина нужно 0,0366 г лимонной кислоты. Более точный расчет невозможен, т.к. состав и структуру пектиновых веществ нельзя считать окончательно установленными [25]. На основании вышесказанного нами был предложен следующий способ подготовки порошка из жома тыквы: жом смешивают с водой в соотношении 1:20, добавляют лимонную кислоту и прогревают на водяной бане, периодически помешивая в течение 60 мин (с целью ускорения процесса растворения пектина в воде и дополнительной бактерицидной обработки жома). Затем полученную смесь охлаждают и используют при производстве майонезов на этапе готовности майонезной пасты. Основными эмульгаторами, обеспечивающими необходимую стойкость эмульсия, является яичный порошок и сухое молоко. Одним из условий получения стойких эмульсий является правильная подготовка эмульгаторов, то есть получение их в виде однородного коллоидного раствора с максимальной дисперсностью, что обеспечивает эффективность эмульгирующего действия [22]. Приготовление майонезной пасты состоит из процесса растворения сухих компонентов и смешивания их до гомогенного состояния. Растворяют сухие компоненты в двух смесителях: в одном смесителе растворяют сухое молоко, а в другом — яичный порошок.
Если горчичный порошок предварительно не готовят в отдельной ёмкости, то процесс растворения компонентов начинается с запарки горчицы. В один из малых смесителей заливают воду с температурой от +90 до +100С и засыпают горчичный порошок. Отношение горчичного порошка к воде 1:2. Затем включают мешалку и перемешивают до получения гомогенной массы. Далее в горчичную массу подают воду с температурой от +35 до +40С, сухое молоко, сахарный песок, сода подаётся вручную.
Расчет численности промышленно-производственного персонала (ИШ1) и фонда заработной платы
После оптимизации коэффициентов уравнение прибыли принимает вид: -9,650 М]+9,751 М2. На основании полученного, можно сделать вывод, что в точке окупаемости одна тонна майонеза «Оранжевое лето» приносит предприятию прибыль в размере 9,650 тыс. руб., а одна тонна майонеза «Тыквенный» - 9,751 тыс. руб., что превышает значения прибыли в конце годового производственного цикла, так как в неё включается значение прибыли на продукцию, произведённую для покрытия постоянных издержек производства.
Задача оптимизации при снижении стоимости сырья на 10% имеет формальный вид: целевая функция - 11,25 Mi+11,31 М2 — max (min); базовая стоимость сырья - 23,833 Mi + 24,374 М2 4874,260; время работы оборудования - 8,159 Mj + 8,901 М2 1800; объём производства ограничен точкой окупаемости - Mi + М2 79,338. Отчёт по оптимизации прибыли приведён в структурной таблице 4.23, содержащей значения параметров модели в конце годового цикла производства и в точке окупаемости. После оптимизации коэффициентов уравнение прибыли принимает вид: =11,000 Mi+11,040 М2. На основании полученного, можно сделать вывод, что в точке окупаемости одна тонна майонеза «Оранжевое лето» приносит предприятию прибыль в размере 11,000 тыс. руб., а одна тонна майонеза «Тыквенный» - 11,040 тыс. руб., что меньше значения прибыли на единицу продукции в конце годового производственного цикла, так как при уменьшении стоимости сырья значение прибыли растет. Задача оптимизации при повышении стоимости сырья на 10% имеет формальный вид: целевая функция - 5,84 Mi+5,89 М2 — max (min); базовая стоимость сырья - 29,129 Mi + 29,791 М2 5957,429; время работы оборудования - 8,159 Mi + 8,901 М2 1800; объём производства ограничен точкой окупаемости - М\ + М2 107,801. Отчет по оптимизации прибыли приведён в структурной таблице 4.24, содержащей значения параметров модели в конце годового цикла производства и в точке окупаемости. После оптимизации коэффициентов уравнение прибыли принимает вид: =8,070 М!+8,160 М2. На основании полученного, можно сделать вывод, что в точке окупаемости одна тонна майонеза «Оранжевое лето» приносит предприятию прибыль в размере 8,070 тыс. руб., а одна тонна майонеза «Тыквенный» - 8,160 тыс. руб., что больше значения прибыли на единицу продукции в конце годового производственного цикла, так как при увеличении стоимости сырья происходит накопление издержек производства и значение прибыли уменьшается. Таким образом, можно сделать вывод, что данная модель функционирует и позволяет устанавливать (планировать) величину прибыли, исходя из конкретных имеющихся ограничений по объёму реализащга, при изменении цен на сырьё. 1. Доказана возможность использования липидно-каротиноидного экстракта «Медный» и порошка из жома тыквы «Клетчатка плюс» на основе тыквы продовольственной в производстве майонезов, что позволит расширить ассортимент холодных соусов, повысит пищевую и биологическую ценность готового продукта, обеспечит замену синтетических пищевых красителей, загустителей и стабилизаторов. 2. Обоснована технология майонезов с липидно-каротиноидным экстрактом «Медный» - столового «Тыквенный» и сладкого «Оранжевое лето». Установлена оптимальная доза внесения липидно-каротиноидного экстракта «Медный» в майонезы: 2,5% с частичной заменой растительного масла. 3. Обоснована технология майонезов с порошком из жома тыквы «Клетчатка плюс» - столового «Тыквенный легкий» и сладкого «Сластена любительская». Установлено оптимальное количество вносимого жома в майонезы: 1,2 г/ЮОг (для среднежирных майонезов) и 0,7 г/100г (для низкожирных майонезов), которое позволяет снизить массовую долю растительного масла на 40%, яичного порошка на 10%. 4. Впервые предложены трёхфакторные регрессионные модели уровня активной кислотности и стойкости эмульсии майонеза, позволяющие прогнозировать оптимальные значения параметров технологического процесса. 5. Изучены органолептические, физико-химические, микробиологические, реологические свойства новых видов майонезов. Показано, что липидно-каро-тиноидный экстракт «Медный» обладает антиоксидантными и бактериоста-тическими свойствами. Применение экстракта обогатило готовый продукт каротиноидами, минеральными веществами и органическими кислотами. На новые виды майонезов «Тыквенный» и «Оранжевое лето» разработан проект технической документации (ТУ 9143-151-02068315-2004). 6. Установлено, что использование порошка из жома из тыквы «Клетчатка плюс» позволяет продлить срок хранения низкожирных майонезов до срока хранения высокожирных. Применение порошка из жома тыквы обогатило готовый продукт пектиновыми веществами, пищевыми волокнами и минеральными элементами. На новые виды майонезов «Провансаль легкий» и «Сластена любительская» разработан проект технической документации (ТУ 9143-152-02068315-2004). 7. В результате исследования оптимизационной модели рентабельности дана экономическая оценка деятельности предприятия по производству майонезов. Полученная модель функционирует, так как позволяет планировать величину прибыли, исходя из конкретных имеющихся ограничений по объему реализации майонеза при изменении цен на сырьё.
