Содержание к диссертации
Введение
1 Обзор литературы
1.1 Обоснование и выбор объекта исследований
1.2 Анализ существующих технологий эмульсий, используемых при производстве сахарного печенья
1.3 Основные положения системного подхода при создании технологий мучных кондитерских изделий
1.4 Научные принципы создания инновационных технологий мучных кондитерских изделий
1.5 Основные принципы обработки кондитерских масс с применением современного вида подвода энергии – кавитации
1.6 Пути развития технологий сахарного печенья
2 Объекты и методы исследования
3 Экспериментальная часть
3.1 Диагностика технологического потока сахарного печенья
3.2 Разработка рациональной технологии сахарного печенья с использованием сахарной пудры
3.3 Теоретическое и экспериментальное обоснование применения кавитации для обработки жидкообразных сред
3.4 Комплексный подход к получению эмульсии с использованием сахара-песка
3.5 Создание инновационной технологии печенья с использованием сахара-песка
3.5.1 Диагностика инновационного технологического потока сахарного печенья с использованием сахара-песка
Основные результаты и выводы
Список работ, опубликованных по теме диссертации страница
Список используемой литературы
- Анализ существующих технологий эмульсий, используемых при производстве сахарного печенья
- Научные принципы создания инновационных технологий мучных кондитерских изделий
- Разработка рациональной технологии сахарного печенья с использованием сахарной пудры
- Диагностика инновационного технологического потока сахарного печенья с использованием сахара-песка
Введение к работе
Актуальность темы. Основной задачей, стоящей перед кондитерской промышленностью на современном этапе, является обеспечение населения конкурентоспособными продуктами питания.
Кондитерские изделия являются продуктами питания, которые пользуются постоянно растущим спросом населения России.
Анализ рынка мучных кондитерских изделий (МКИ) по объему производства показал, что лидирующее положение занимает сахарное печенье - порядка 42%, а в группе печенья - более 83%. При экономических осложнениях наблюдается повышенный спрос на печенье, определяемый его невысокой стоимостью, высоким качеством и использованием, в основном, отечественного сырья. Поэтому увеличение объема производства сахарного печенья с гарантированным составом, структурой и традиционными потребительскими свойствами весьма актуально и своевременно.
В основу научного решения этой задачи заложен комплексный подход,
предусматривающий моделирование рецептурного состава изделий и
формирование развивающейся технологии с использованием определяющих положений системологии и физико-химической механики. Такой подход явился методологической базой при разработке основ управления качеством технологии мучных кондитерских изделий.
Научной базой исследований явились фундаментальные работы Л.М. Аксеновой, В.А. Панфилова, П.А. Ребиндера, Т.В Савенковой, В.К. Кочетова, М.А. Талейсника, Н.А. Щербаковой и ряда других ученых.
В результате исследований разработаны: рациональная технология сахарного печенья с использованием сахарной пудры, инновационная технология печенья с использованием сахара-песка с модификацией свойств структуры при применении современного вида «надтеплового» подвода энергии – кавитации.
Цель работы. Разработать основы управления качеством технологий сахарного печенья с использованием сахара-песка взамен сахарной пудры при применении кавитации, гарантирующие заданную структуру и свойства продукта.
В соответствии с целью работы обозначены задачи исследований:
- определить пути повышения уровня целостности технологического потока
сахарного печенья, путем проведения диагностики, позволяющей выявить его
«болевые» точки при одновременном сужении объема научных исследований;
- обосновать основные направления совершенствования и поэтапного развития
технологии сахарного печенья с использованием сахарной пудры и исследовать
возможность ее замены на сахар-песок;
- обосновать перспективу кавитационной обработки жидкообразных
кондитерских сред и развить теоретические основы совмещения
гидродинамической и акустической кавитаций;
разработать инновационную технологию эмульсии для сахарного печенья с использованием сахара-песка, оценить эффективность кавитационной обработки;
создать инновационную технологию сахарного печенья с использованием сахара-песка при применении кавитации и оценить уровень целостности технологического потока;
разработать техническую документацию и провести опытно-промышленную апробацию инновационной технологии сахарного печенья.
Научные положения, выносимые на защиту:
1. Обоснованы принципы управления качеством технологий мучных
кондитерских изделий, гарантирующие получение печенья с заданной структурой
и свойствами.
2. Обоснована эффективность совместного применения гидродинамической и
акустической кавитаций во взаимноперпендикулярных плоскостях, как
определяющее условие перехода коагуляционно-конденсационной структуры в
коагуляционно-кристаллизационную и получения кондитерских изделий с
улучшенными показателями качества.
3. Обоснована степень диспергирования частиц твердой фазы в эмульсии,
обеспечивающая модификацию свойств структуры, как обязательное условие при
создании инновационных технологий.
Научная новизна. Обоснованы принципы управления качеством технологии сахарного печенья с использованием сахара-песка при применении кавитации, гарантирующие его получение с заданными свойствами и структурой.
Установлено влияние степени дисперсности и однородности распределения частиц дисперсной фазы эмульсии на структурно-механические и физико-химические свойства сахарного печенья и повышение органолептических показателей готовой продукции.
Выявлена зависимость влияния совмещения механических и
гидродинамических кавитационных воздействий на степень растворения частиц
сахара-песка в жидкообразных средах и повышение равномерности
распределения компонентов.
Теоретически обосновано влияние совмещения акустических и
гидродинамических кавитационных воздействий на проявление новых свойств коагуляционной структуры в процессе тестообразования, заключающееся в изменении природы дисперсионной среды.
Установлены закономерности, перехода коагуляционно-конденсационной структуры в коагуляционно-кристаллизационную в дисперсионной среде, обеспечивающие модификацию свойств и повышение показателей качества готовых изделий.
Практическая значимость и реализация научных результатов. На
основании проведенных исследований: разработана рациональная технология
сахарного печенья с использованием сахарной пудры, обеспечивающая
повышение показателей качества готовых изделий; разработана инновационная
технология эмульсии с использованием сахара-песка в условиях совмещения
акустических и гидродинамических кавитационных воздействий,
обеспечивающая интенсификацию технологического потока и снижение материальных и энергоресурсов; разработана инновационная технология сахарного печенья с использованием сахара-песка, обеспечивающая повышение показателей качества готовых изделий: увеличение намокаемости, влажности, прочности при сохранении хрупкости и рассыпчатости; разработана техническая
документация на печенье с использованием сахарной пудры, а также с использованием сахара-песка при применении кавитации; проведена опытно-промышленная апробация инновационной технологии печенья в условиях ОАО Кондитерский комбинат «Кубань». Ожидаемый экономический эффект - 4311руб. на тонну изделий. Техническая новизна защищена патентами.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на: конференциях молодых учёных и специалистов институтов Отделения «Хранения и переработки сельскохозяйственной продукции» Россельхозакадемии (г.Москва 2010г., 2011г., 2013г.; г.Видное 2012г); VIII-й Международной научной конференции студентов и молодых учёных «Живые системы и биологическая безопасность населения» (г.Москва 2010г.); 8-й международной конференции «Торты. Вафли. Печение. Пряники – 2012» (г.Москва 2012 г.); Всероссийской научно-практической конференции Отделения «Хранения и переработки сельскохозяйственной продукции» Россельхозакадемии «Научно-практические аспекты при создании продуктов здорового питания» (г.Углич 2012г.); международной конференции молодых ученых и специалистов (г.Видное 2014г.).
Результаты научной работы экспонировались на XIV Российской
агропромышленной выставке «Золотая осень» (г.Москва, 2012г.).
Основные результаты работы отмечены: грамотой конкурса «Университетский комплекс прикладной биотехнологии» VIII-й Международной научной конференции студентов и молодых учёных; дипломом за лучшую научно-исследовательскую работу VIII международной конференции молодых ученых и специалистов; дипломом за I место в конкурсе 6-ой Конференции молодых учёных и специалистов институтов Отделения «Хранения и переработки сельскохозяйственной продукции» РАСХН; серебряной медалью и дипломом «За разработку инновационной технологии сахарного печенья, покрытого глазурью с использованием эмульсии и инвертного сиропа, полученных в условиях кавитационной обработки» на выставке Росагропром «Золотая осень».
Публикации. По результатам исследований опубликовано 16 научных работ, в том числе 7 статей в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 5 патентов РФ на изобретение, поданы 2 заявки на изобретение РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 3 глав, выводов, списка использованной литературы и приложений. Основное содержание работы изложено на 108 страницах основного текста, содержит 47 рисунков и 19 таблиц. Список литературы включает 107 источников российских и зарубежных авторов.
Анализ существующих технологий эмульсий, используемых при производстве сахарного печенья
Эмульсия – двухфазная система, состоящая из дисперсионной среды (яйцепродукты, молоко, инвертный сироп, вода и жировой компонент) и дисперсной фазы (сахарная пудра, соль, сода, аммоний, сухое молоко). [38, 39]
Использование в производстве сахарной пудры вызывает определенные трудности. Во-первых, при размоле сахарного песка в сахарную пудру потери сухих веществ составляют примерно 0,3%, что составляет ощутимые потери для производителей. Во-вторых, сахарная пудра в силу своей высокой способности к молекулярному сцеплению частиц весьма сложна в технологической переработке. Образование структуры с атомными контактами приводит к «слеживаемости», в процессе хранения, при этом резко возрастает прочность и снижается текучесть сахарной пудры, это становится основным препятствием для ее хранения, транспортирования и дозирования. [4, 42, 90]
Стадия приготовления эмульсии для сахарного печенья предусмотрена в большинстве машинно-аппаратурных схем. Однако практически во всех существующих способах приготовления эмульсии все рецептурные компоненты без предварительной подготовки загружались в эмульсатор – одностадийный способ, при котором одновременно происходили: растворение сыпучих компонентов, их дезагрегирование и диспергирование, фазовые переходы, смешивание и распределение компонентов. При этом процессы осуществлялись хаотично, как бы накладывались друг на друга, поэтому равномерность распределения компонентов не превышала 76-81% (рисунок 3). [1, 4, 42, 101]
Важный показатель качества эмульсий - их устойчивость в отношении расслаивания. В кондитерской промышленности обычно используются эмульсии, для устойчивости которых необходимо наличие третьего компонента – эмульгатора (яичные продукты, молочные белки, фосфатиды и т. д.), образующего адсорбционные оболочки на поверхности диспергированных частиц. Бикарбонат натрия Молочные продукты
Роль эмульгатора заключается в том, что он способствует снижению межфазной энергии и облегчает измельчение частиц дисперсной фазы, а также предохраняет диспергированные капельки дисперсионной среды от слияния при их сближении. [74, 75, 82] Технология двухстадийного способа получения эмульсии отличается тем, что на первой стадии в процессе перемешивания загружаются жидкообразные компоненты, сахарная пудра, бикарбонат натрия, молочные продукты, на второй стадии подаются жиросодержащие компоненты, углекислый аммоний и ароматизаторы (рисунок 4). [42, 101] Бикарбонат натрия Сахарная пудра Инвертный сироп г ПАВ Молочные продукты 1 1 Жир Яичные продукты Углекислый аммоний 1 МП Ароматизатор ч Л V I Переме шива ние Перемешивание Рисунок 4 – Схема двухстадийного способа приготовления эмульсии Работами института доказана перспективность трехстадийного способа получения эмульсии (рисунок 5). [101]
Как правило, для каждого вида МКИ технологии создаются отдельно, в силу кажущейся их специфики. [1, 4, 90]
Между тем, в большинстве технологий мучных кондитерских изделий, с учетом их сложности и многообразия, существует много общих, объединяющих их принципов, которые могут быть едиными для большинства технологий получения мучных кондитерских изделий с заданными стабильными свойствами и состава. [1, 42, 76, 82] В связи с этим, при разработке новых технологий потребовался переход от создания частных технологий для каждого вида МКИ к применению единого подхода, основанного на общности их строения, функционирования и развития.[4, 61]
Общими признаками являются, с одной стороны, конечные цели и задачи, то есть достижение потребительских свойств продуктов питания, а с другой стороны – эффективность и экономичность технологии их получения. При выделении общих признаков следует учитывать, что они должны быть приемлемы к любой технологии мучных кондитерских изделий и должны определять решение основной задачи – обеспечение высокого качества продукции, ее конкурентоспособности, при одновременной интенсификации процесса производства и максимальной его экономической эффективности. [1, 4, 107] Применение принципа единого подхода к технологическим процессам производства мучных кондитерских изделий, резко отличающихся по физико-химическим и структурно-механическим показателям, как к системе однотипных операций, стало возможно, когда в качестве методологической базы был принят системный подход [4, 42, 58, 61, 62].
Системный подход подразумевает следующие этапы исследований: - сбор и обработка информации для выработки решений по усовершенствованию технологии; - анализ производственного процесса с целью представления его как системы и последующего моделирования в рамках подсистем; - проведение диагностики основой, которой являются количественные методы оценок качества технологического потока; - определение «болевых» точек технологического потока в результате диагностики и значительное сужение объема научных исследований, направленных на повышение качества готовой продукции. [4, 42, 61] Принципиально важным и определяющим в системном подходе является расчленение целого на составляющие части – системный анализ, и воссоединение целого из частей – системный синтез [4, 9, 61]. Системный анализ позволяет разделить процесс на простые операции, не поддающиеся дальнейшему делению и, следовательно, легко поддающиеся управлению.
Технологические системы, как правило, представлены в виде графического изображения технологических операций (операторная модель).
При создании развивающихся технологий системный подход является надежной методологической базой и позволяет: - выработать четкие требования к качеству исходного сырья для высокой эффективности технологий переработки сырья в готовое изделие; - оптимизировать допуски на входы и выходы технологических операций и взаимоувязать их в единое целое. [4, 61] 1.4 Научные принципы создания инновационных технологий мучных кондитерских изделий Анализ технологических процессов получения различных кондитерских масс показал, что: - в большинстве случаев они являются многофазными гетерогенными системами, несмотря на исключительное разнообразие сырья и полуфабрикатов; - наличие жидкой или газовой фаз, а также их сочетание с твердыми дисперсными фазами, т.е. наличие поверхности их раздела присуще практически всем кондитерским массам; - величина этой межфазной поверхности весьма велика и зависит, в первую очередь, от дисперсности, т.е. от размера частиц дисперсной фазы и их концентрации в объеме системы. [1, 4, 58, 60, 63, 71, 76, 77, 95, 97, 102] Большинство пищевых продуктов, в частности кондитерских, относится к высококонцентрированным дисперсным системам. Для получения КИ с заранее заданными потребительскими свойствами и стабильным составом в каждом единичном изделии, определяющими являются следующие критерии: - дисперсность и конфигурация частиц твёрдой фазы;
Научные принципы создания инновационных технологий мучных кондитерских изделий
Развитие технологии сахарного печенья должно осуществляться с учетом положений системного подхода о возможности разделения сложного процесса структурообразования на простые операции, поддающиеся управлению.
Проведенными исследованиями технологических потоков МКИ установлено, что центральной подсистемой технологического потока получения сахарного печенья является стадия тестообразования, так как происходящие на данной стадии физико-химические и структурно-механические преобразования оказывают превалирующее влияние на качество готовых изделий. Исследования и накопленный практический опыт показали, что основным фактором повышения качества готового печенья является стабилизация свойств теста. Это возможно обеспечить при подаче на входе в подсистему тестообразования двух сырьевых потоков – смеси сыпучих компонентов и эмульсии, качественные показатели которых, в свою очередь, зависят от качества подготовки сырья на начальных подготовительных стадиях. [1, 2, 4, 42, 104, 105]
Работами ВНИИКП при получении смеси сыпучих компонентов показана эффективность применения нового весового устройства работающего по остаточному принципу. Используемые в настоящее время весовые дозаторы имеют существенный недостаток - налипание сырья на внутренней поверхности камеры весов, что приводит к нарушению веса порций. В принципиально новом весовом устройстве предусмотрено значительное увеличение объема камеры и аэрирование смеси сыпучих компонентов. [1, 4, 42]
Смесь готовится в весовом устройстве с аэрацией, в котором турбулентное движение сыпучих компонентов осуществляется путем принудительной подачи воздуха, вводимого через фальшивое дно под давлением 1,1-1,3 атм., в результате чего обеспечивается максимальное дезагрегирование и резкое увеличение удельной поверхности сыпучих компонентов при одновременной стабильности дозируемых порций. (рисунок 7).
При этом точность дозирования повышается до ±0,10,15% (при существующей конструкции весов точность дозирования ±12%). Мука
На стадии приготовления эмульсии происходит перевод компонентов во взвешенное состояние, равномерное их распределение во всем объеме и максимальное растворение частиц твердой фазы. Теоретически обоснована необходимость предварительной подготовки каждого сырьевого компонента с целью стабилизации их качественных показателей и получения готового изделия с заданными свойствами. [43 - 52]
Возможность управления отдельными операциями позволяет гарантировать перевод сырьевых компонентов в двухфазные системы с минимальной вязкостью и высоким уровнем равномерности распределения компонентов. При этом простые подготовительные операции вынесены за временные рамки приготовления эмульсии.
Во ВНИИ кондитерской промышленности с участием автора теоретически обоснована и экспериментально доказана эффективность использования кавитационного способа обработки при получении инвертного сиропа, входящего в эмульсию. Была доказана возможность достижения максимального диспергирования частиц твердой фазы за короткий промежуток времени, повышения количества редуцирующих веществ (РВ) с 40 до 80% и достижения технологического эффекта в условиях сниженных температур, с ликвидацией стадии кипячения. [10 - 31]
В настоящей работе с целью интенсификации процесса получения эмульсии и повышения качества кондитерских изделий планируется использование современного «надтеплового» подвода энергии – кавитации.
На основании проведенного анализа сформулированы цели и задачи исследований по разработке рациональной технологии сахарного печенья с использованием сахарной пудры и инновационной технологии сахарного печенья с использованием сахара - песка в условиях кавитационной обработки.
Разработка рациональной технологии сахарного печенья с использованием сахарной пудры
Основываясь на проведенной диагностике технологического потока сахарного печенья, в качестве самостоятельной единицы выделена подсистема получения эмульсии, предшествующая подсистеме образования теста, повышение уровня целостности которой является предпосылкой повышения стабильности функционирования всего потока.
С целью снижения количества частиц нерастворенного сахара и его размеров разработана инновационная технология эмульсии путем кавитационной обработки (КО) приготовленной суспензии из всех рецептурных компонентов, (предварительно переведенных в двухфазное состояние), в том числе инвертного сиропа.
Получение кислого инвертного сиропа в две стадии с применением кавитационной обработки.
На первой стадии сахар-песок растворяется в горячей воде температурой 900С с получением суспензии. Вводится лимонная кислота в количестве 0,35% от массы сахарного песка в виде 10% раствора. Общая продолжительность первой стадии 12 минут до достижения температуры суспензии 95-960С. Таким образом, на первой стадии достигается сокращение продолжительности процесса в 3-4 раза, тем самым обеспечивается снижение расхода теплоносителя.
На второй стадии производится дополнительная инверсия сахарозы в условиях совмещенной кавитационной обработки с возможностью ускорения в 2 раза процесса получения инвертного сиропа (СВ 80%, РВ 80%, рН 2,8-3,5). Полученный образец инвертного сиропа был передан в наноцентр ГОСНИТИ, где подтвердили согласно протоколу по результатам исследовательских работ от 25 октября 2012г. содержание твердых частиц сахара размером от 72 до 230 нм, что соответствует размерам наночастиц (рисунок 24).
Таким образом, полученный в условиях кавитационной обработки инвертный сироп имеет следующие преимущества: - более 90% частиц сахара-песка имеют размеры на уровне наночастиц; - доказана возможность отказа от стадии долгого кипячения сиропа, за счет применения «надтепловой» передачи энергии; - повышенные гидратационные свойства; - обеспечена значительная интенсификация технологического процесса. Подготовка поверхностно-активного вещества (ПАВ). Институтом разработана технология подготовки ПАВ в виде композиции путём смешивания ПАВ с частью жидкого жира в соотношении 1:1. С целью получения однородной системы смесь нагревается до 45-50оС с последующим охлаждением до температуры не выше 20оС. В связи с тем, что в соевом лецитине содержится почти в два раза больше витамина Е и холина в сравнении с подсолнечным лецитином, его использование в производстве сахарного печенья более обосновано.
Принципиальная схема получения эмульсии без применения КО с использованием сахарной пудры (а) и в условиях применения КО с использованием сахара-песка (б) представлена рисунке 25.
По обеим рассмотренным технологиям осуществляется трехстадийная подача компонентов в процессе перемешивания. На первом этапе по технологии с применением кавитационной обработки получается суспензия, в которой достигнуто частичное растворение сахара-песка в условиях совместного действия МВ+ГДК. Перевод сырьевых компонентов в двухфазное состояние обеспечивает уже на начальных стадиях уменьшение количества возмущающих факторов и, как следствие, интенсификацию процесса почти в два раза и снижение количества частиц нерастворенного сахара.
На втором этапе по этой по технологии в условиях совмещения гидродинамической и акустической кавитационной обработки в течение 5-7 минут достигается максимальное диспергирование частиц твердой фазы эмульсии.
Исследовано изменение количества частиц нерастворенного сахара в зависимости от способа подачи компонентов (одностадийный, двухстадийный или трехстадийный) при приготовлении суспензии (рисунок 26). а – 1-стадийный б – 2-стадийный в – 3-стадийный Рисунок 26 – Изменение количества частиц нерастворенного сахара в зависимости от способа подачи компонентов при приготовлении суспензии
При трехстадийном способе подачи компонентов в процессе получения суспензии обеспечивается заметное снижение количества частиц нерастворенного сахара до 27,6% (при одностадийном способе - 32,3%). Изменение вязкости суспензии при градиенте скорости (е) 50с-1 в зависимости от способа подачи компонентов приведено на рисунке 27.
Изменение способа подачи компонентов при получении суспензии оказывает влияние на снижение размера частиц твердой фазы. Микрофотографии суспензии при различных способах подачи компонентов приведены на рисунке 28.
Микрофотографии суспензии, полученной при различных способах подачи компонентов (500) При трехстадийном способе подачи компонентов при получении суспензии в условиях совмещения МВ + ГДК размеры частиц твердой фазы снизились до 40 мкм (при одностадийной подаче компонентов - порядка 150мкм).
Установлено, что при трехстадийной подаче компонентов обеспечивается интенсификация процесса получения суспензии почти в два раза и снижение количества нерастворенного сахара-песка до 15,8% (без применения гидродинамической кавитации, только при механическом воздействии количество нерастворенного сахара-песка – 27,6%). При этом количество газовой фазы (пены) возрастает до 15,6% (рисунок 29).
Диагностика инновационного технологического потока сахарного печенья с использованием сахара-песка
Максимально высокая степень дисперсности, пониженная вязкость, повышенная подвижность частиц, резкое увеличение количества точечных и коагуляционных контактов в процессе тестообразования, а также значительное сокращение или полное отсутствие фазовых контактов - предопределило по нашему мнению образование по инновационной технологии структуры промежуточного типа коагуляционно-кристализационной - по Ребиндеру П.А. (рисунок 47 б). В процессе проведения технологических испытаний на ОАО Кондитерский комбинат «Кубань» подтверждены показатели качества готовых изделий. Отмечено, что повышенная прочность печенья обеспечивает сокращение лома печенья при его охлаждении, стеккеровании, упаковывании и, как следствие, снижение количества возвратных отходов. После упаковки и поступления на склад процент лома печенья, произведенного по рациональной технологии, составил 2,5%, а печенья, произведенного по инновационной технологии – 1,3%.
Исследованиями установлено, что инновационная технология сахарного печенья с применением кавитации обеспечивает удержание влаги в готовых изделиях, увеличение намокаемости на 11,3% и прочности на 67% при сохранении рассыпчатости печенья.
Использование эмульсии, полученной в условиях современного вида «надтеплового» подвода энергии – кавитации при получении сахарного печенья позволило выявить ряд принципиально новых свойств исследуемых систем: - достижение максимального значения частичной концентрации твердой фазы в эмульсии определило возможность управления количеством осмотически связанной влаги и, тем самым, направленно ограничить степень набухания частиц муки и, как следствие, повысить рассыпчатость сахарного печенья; - значительное увеличение адсорбционно связанной влаги способствует снижению плотности и повышению влажности готовых изделий, что является залогом увеличения их сроков годности; - образование конденсационно-кристаллизационной структуры предопределило получение печенья с высокой прочностью, рассыпчатостью, намокаемостью и влажностью. - сочетание двух, ранее взаимно исключающих, важнейших свойств сахарного печенья - повышенной прочности при сохранении рассыпчатости, которая, в данном случае, определяется ограничением степени набухания частиц муки и наличием монослоя дисперсионной среды вокруг максимального количества частиц твердой фазы. 3.5.1 Диагностика инновационного технологического потока сахарного печенья с использованием сахара-песка
В завершение исследований проведена диагностика инновационного технологического потока сахарного печенья.
Уровень целостности (Q) технологической системы производства сахарного печенья на сахаре-песке по инновационной технологии определяли по формуле: Q = С1 + С2/С1 + С3/С1С2 + В2/С1С2С3 + В1/В2С1С2С3 + А/В1В2С1С2С3 – 5 где: С1 – стабильность подсистемы С1 (получение смеси сыпучих компонентов); С2 – стабильность подсистемы С2 (получение эмульсии); С3 – стабильность подсистемы С3 (получение пластицированного жира); В2 – стабильность подсистемы В2 (образование теста); В1 – стабильность подсистемы В1 (получение тестовых заготовок); А – стабильность подсистемы А (получение готового изделия).
Относительно высокая стабильность всех подсистем и значительное повышение уровня целостности технологического потока с использованием сахара-песка взамен сахарной пудры и получение сахарного печенья с новыми свойствами и структурой, с заданным соотношением компонентов в каждом единичном изделии, подтверждает эффективность использования нового вида «надтеплового» подвода энергии – кавитации. Данные исследования подтверждают научное положение об управлении качеством технологий мучных кондитерских изделий. Применение разработанных технологических приемов - значительное увеличение частичной концентрации твердых частиц в эмульсии, определяющее возможность управления степенью набухания частиц муки, удержание влаги в мономолекулярных адсорбционных слоях дисперсионной среды в процессе хранения позволило снизить материальные и энергозатраты.
Обоснована эффективность механического воздействия на жидкообразные среды совмещенного с гидродинамической кавитацией. При возрастании скорости движения обрабатываемой среды в 7,8 раза (в области сужения трубопровода) обеспечивается интенсификации массообменных процессов в 2 раза (патент № 2491817).
Впервые в пищевой отрасли показана возможность совмещенного воздействия гидродинамической и акустической кавитаций во взаимноперпендикулярных плоскостях («холодный взрыв») (патенты №2447157, №2446690). Показано, что в условиях кавитации достигается максимальное диспергирование частиц твердой фазы за короткий промежуток времени (увеличение до 92 - 94% количества частиц твердой фазы размером 6-8мкм), достижение технологического эффекта в условиях пониженных температур.
Разработаны научные основы управления процессами структурообразования в коагуляционных системах на стадиях приготовления эмульсии и теста, являющиеся методологической базой гарантированного получения печенья с заданной структурой и свойствами.
Впервые проведена количественная оценка эффективности кавитационной обработки жидкообразных кондитерских сред, путем определения частичной концентрации твердой фазы и суммарной поверхности частиц. Установлено, что при получении эмульсии по инновационной технологии количество частиц твердой фазы увеличивается в 75 раз, а их суммарная поверхность - в 4 раза.
Инновационная технология сахарного печенья с применением кавитации способствует модификации свойств коагуляционно-конденсационной структуры и ее переходу в структуру промежуточного типа - коагуляционно кристаллизационную. В результате обеспечено повышение показателей качества готовых изделий: увеличение намокаемости на 11,3 % и прочности на 67% при сохранении рассыпчатости; повышение влажности на 30% (за счет удержания влаги внутри системы) и значительная интенсификация технологического потока (патенты № 2482686, №2491817).
Проведенная опытно-промышленная апробация инновационной технологии сахарного печенья в условиях ОАО Кондитерского комбината «Кубань» подтвердила её инновационный характер, определяемый: - научно-технической новизной (патенты №№2447157, 2446690, 2471352, 2482686, 2491817);