Введение к работе
Актуальность темы исследования. Ягоды являются одним из любимых лакомств для человека. Кроме того, роль ягод, содержащих значительное количество витаминов, минеральных веществ, макро- и микроэлементов, для полноценного питания, поддержания здоровья, высокой работоспособности и выносливости человека неоценима. Ягоды в свежем виде используются при лечении и профилактики различных заболеваний.
В среднем на одного российского потребителя в год приходится 53кг плодов и ягод. Из них 65%-импортная продукция. В США на одного потребителя в год приходится 127кг плодов и ягод, во Франции-135кг. В 2011 году валовой сбор плодов и ягод в России составил около 2,5 млн.т.
Согласно «Государственной программе развития сельского хозяйства и регулирования рынка сельскохозяйственной продукции, сырья продовольствия на 2013-2020 годы» в России планируется увеличить производство плодов и ягод до 4.1 млн. т ежегодно. Потребность в ягодах для населения нашей страны неуклонно растет, а средств, обеспечивающих сохраняемость данной продукции мало. Чтобы затормозить физиолого-биохимические процессы, предотвратить развитие фитопатогенных микроорганизмов и уменьшить потери влаги ягоды после сбора необходимо быстро и качественно охладить. Предварительное охлаждение ягод - первое и очень важное звено в холодильной цепи доведения продукции до потребителя. Отсутствие или задержка в предварительном охлаждении ягоды исключает возможность кратковременного хранения продукции, усиливает развитие различных физиологических заболеваний. Задача предварительного охлаждения - затормозить обменные процессы в ягоде. Скорость предварительного охлаждения плодов и ягод зависят от их вида. Ягоды, съемная зрелость которых совпадает с потребительской или наступает через сравнительно короткий период, должны предварительно охлаждаться в специальных камерах в течение 1-5 часов до температуры хранения. При этом не все способы предварительного охлаждения ягод позволяют увеличить сроки их хранения и сохранить хорошее качество и пищевую ценность продукции. Существующие способы предварительного охлаждения ягод и технические средства, их обеспечивающие доступны только крупным производителям плодово-ягодной продукции. В малых крестьянских и фермерских хозяйствах потери продукции при хранении до сих пор еще велики. Поэтому для этих хозяйств необходимо компактное оборудование и экономичные технологии хранения ягод.
Применение предварительного охлаждения позволяет продлить сроки питания свежими ягодами человеком.
Степень разработанности темы исследования.
Разработаны классификации современных технологий обработки и хранения плодово-ягодной продукции; хранилищ, оборудования, холодильных камер (секций плодохранилищ), аппаратов для предварительного охлаждения и хранения ягод; видов тары, упаковок и способов упаковывания плодово-ягодной продукции. Теоретически обоснованы закономерности, характеризующие влияние параметров предварительного охлаждения на сроки и товарное качество ягод, проведены экспериментальная и производственная проверки усовершенствованной технологии.
Научная гипотеза: продувка охлажденного воздуха в холодильной камере хранения через тонкий слой ягод и быстрое охлаждение их перед закладкой на хранение является эффективным способом, позволяет увеличить сроки хранения ягод при сохранении их товарного качества и пищевой ценности продукта.
Цель исследований: увеличение продолжительности хранения ягод при сохранении их товарного качества и пищевой ценности за счет интенсификации процесса предварительного охлаждения.
Задачи исследований:
- определить факторы, влияющие на процесс предварительного охлаждения ягод;
- обосновать средства и технологию предварительного охлаждения плодов ягодных культур;
- провести теоретические исследования процесса предварительного охлаждения плодово-ягодной продукции;
- определить оптимальные режимы работы и конструктивные параметры предложенной технологии предварительного охлаждения плодов ягодных культур;
- провести производственную проверку усовершенствованной технологии хранения ягод и определить экономическую эффективность ее применения.
Объект исследований: технологический процесс предварительного охлаждения ягод и технические средства, его обеспечивающие.
Предмет исследований: закономерности взаимодействия охлаждающего воздуха с плодово-ягодной продукцией.
Научная новизна работы:
- Определены факторы оптимизации процесса предварительного охлаждения ягод;
- Обосновано направление совершенствования технологии хранения ягод путем интенсификации процесса предварительного охлаждения;
- Разработана математическая модель, описывающая процесс интенсивного предварительного охлаждения ягод;
- Предложен новый способ сохранения качества плодов ягодных культур и их пищевой ценности в процессе хранения в холодильных камерах.
Теоретическая и практическая значимость работы: результаты научных исследований являются основой для совершенствования существующих и создания новых способов предварительного охлаждения ягод, расчета оптимальных режимов предварительного охлаждения и хранения плодов ягодных культур.
Материалы диссертационной работы целесообразно использовать научным сотрудникам, соискателям и аспирантам, занимающимся исследованиями в области хранения плодово-ягодной продукции; в учреждениях (предприятиях) по производству, хранению сельскохозяйственной продукции и организациях торговли; в учебном процессе для студентов высших и средних учебных заведений по дисциплинам «Холодильная техника и технологии», «Холодильная техника и вентиляция», «Сооружения и оборудование для хранения продукции растениеводства и животноводства»; в докладах и научных статьях.
Методология и методы исследований: методологической основой явились системный подход, математическое и физическое моделирование. В процессе теоретических исследований использовались методы математического анализа, теории сложных систем, тепломассопереноса, методы математического и компьютерного моделирования. Экспериментальные исследования проводились в соответствии с общепринятыми методами планирования многофакторного эксперимента с использованием действующих ГОСТов и ОСТов, частных методик и лабораторных исследований, стандартных контрольно-измерительных приборов и автоматики, компьютерной техники и оригинальной лабораторной установки.
Исследования проводились в 2009-2013 годах в ФГБОУ ВПО «Мичуринский государственный аграрный университет» в соответствии с Программами фундаментальных и приоритетных прикладных исследований по научному обеспечению развития агропромышленного комплекса Российской Федерации на 2006-2010 и на 2011-2015 годы и планами научных исследований университета на кафедре механизации производства и безопасности технологических процессов. Исследования проводились в соответствии с ГОСТ 15101-98 «Порядок выполнения научно-исследовательских работ», ГОСТ Р 50419-92 (ИСО 2169-81) «Фрукты и овощи. Физические условия хранения в охлаждающих складских помещениях. Определения понятий и измерения», ГОСТ Р 50520-93 (ИСО 6665-83) «Земляника. Руководство по хранению в холодильных камерах», СанПиН 42-123-4117-86 «Условия и сроки хранения особо скоропортящихся продуктов», СанПиН 2.3.5.021-94 «Санитарные правила для предприятий продовольственной торговли».
Положения, выносимые на защиту:
научное и технологическое обоснование эффективного способа предварительного охлаждения ягоды перед закладкой на хранение.
новый способ интенсификации процесса предварительного охлаждения ягоды.
математические модели процесса предварительного охлаждения ягоды.
результаты проверки усовершенствованной технологии хранения плодов ягодных культур в производственных условиях и экономическая оценка эффективности применяемого способа предварительного охлаждения плодово-ягодной продукции.
Степень достоверности и апробация результатов работы: Достоверность научных положений подтверждается результатами экспериментальных исследований и их согласованием с теоретическими данными, использованием новых методик, современных контрольно-измерительных приборов и автоматики, разработанного нового экспериментального стенда, обработкой экспериментальных данных с помощью компьютерных программ.
Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на заседаниях кафедр технологии переработки и хранения продукции растениеводства, механизации сельскохозяйственного производства и безопасности технологических процессов Мичуринского государственного аграрного университета (г. Мичуринск-наукоград РФ, 2009-2012 гг.), на международной конференции с элементами научной школы для молодежи «Биологические основы садоводства и овощеводства» (г. Мичуринск-наукоград РФ, 2010 г.), международной научно-практической конференции «Достижения науки и инновации в производстве, хранении и переработке сельскохозяйственной продукции», посвященной 80-летию Заслуженного работника высшей школы РФ профессора Ю.Г. Скрипникова (г. Мичуринск-наукоград РФ, 2011 г.), научные разработки используются в учебном процессе в МичГАУ с 2010 года. Апробация результатов работы проводилась на базе ГУП Учхоз-племзавод «Комсомолец» (г. Мичуринск-наукоград РФ, 2012 г.) и ООО «Навакс» (г. Тамбов, 2012 г.).
Публикации: по теме диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе 5 работ в рекомендуемых ВАК РФ изданиях. Объем публикаций составляет 3,49 п.л., из которых 2,11 п.л. принадлежит лично соискателю.
Структура и объем диссертации: диссертационная работа изложена на 171 страницах машинописного текста, состоит из титульного листа, оглавления, введения, пяти глав, заключения, списка литературы и приложений. Диссертация содержит 11 таблиц, 52 рисунка, список литературы из 238 наименований: из них 92 на иностранных языках и 12 приложений.
