Введение к работе
Актуальность работы. Важной задачей, стоящей перед пищевой промышленностью, является удовлетворение физиологических потребностей населения в основных продуктах питания и незаменимых нутриентах. Одними из главных направлений в ее решении является создание перспективных технологий и оборудования для производства высококачественных продуктов функционального назначения.
Темп современной жизни ставит многих людей в условия постоянного дефицита времени. Немаловажное значение в этой ситуации имеют сухие быстрорастворимые продукты, содержащие физиологически активные компоненты. Такие продукты длительное время сохраняют полезные свойства исходного сырья, не требуют особых условий хранения и специальных способов приготовления.
Исследования последних лет показали, что использование природных биологически активных веществ в виде натуральных ингредиентов растительного происхождения может обеспечивать широкий спектр их лечебно-профилактического применения. Среди всего многообразия рассматриваемых ингредиентов наиболее перспективными являются концентрированные плодово-ягодные экстракты из сырья местного произрастания. Продукты, произведенные с их использованием, стимулируют обменные процессы, улучшают работоспособность, способствуют повышению активности и укреплению естественных антиоксидантных механизмов организма, оказывают благоприятное влияние на состояние здоровья.
Необходимость разработки новых технологий основывается на расширении функций технологических процессов, что требует разработки многофункциональных машин и аппаратов и является предпосылкой для разработки унифицированных технологических потоков.
Следует отметить, что теоретические и практические аспекты разработки и оценки качества функциональных быстрорастворимых гранулированных продуктов недостаточно изучены, что препятствует развитию производства и продвижению товаров данной группы на современном потребительском рынке.
Таким образом, в условиях дефицита необходимых для здоровья пищевых веществ разработка эффективных технологий и аппаратурного оформления представляет актуальную проблему, имеющую важное народнохозяйственное значение в области производства пищевых продуктов общего и специального назначения.
Научной базой для выполнения настоящей работы явились фундаментальные исследования А.А. Покровского, В.А. Тутельяна, В.Б. Спиричева, В.А. Панфилова, А.Г. Храмцова, Л.Н. Шатнюк, В.М. Позняковского, В.Ф. Добровольского, И.Э. Цапаловой, A.M. Попова и других отечественных и зарубежных ученых.
Работа выполнялась в рамках реализации «Концепции государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации» и
разработанной на ее основе региональной программы «К здоровью - через питание».
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка новых подходов к созданию и оценке качества функциональных быстрорастворимых гранулированных продуктов, основанных на методах системного анализа и совершенствовании технологических потоков.
Для достижения цели определены следующие задачи:
изучить потребительские предпочтения в отношении пищевых продуктов, содержащих плодово-ягодные экстракты, провести анализ рынка сухих продуктов быстрого приготовления, в том числе функционального назначения;
определить пищевую ценность продуктов переработки ягод семейства брусничных (Vacciniaceae), произрастающих в Западно-Сибирском регионе, с целью их использования в производстве экстрактов функционального назначения;
обосновать способы извлечения биологически активных веществ из высушенного плодово-ягодного сырья, получить на его основе экстракты для их дальнейшего использования в производстве функциональных продуктов; разработать аппарат, совмещающий процессы диспергирования и экстрагирования плодово-ягодного сырья в технологическом потоке производства быстрорастворимых гранулированных продуктов;
исследовать процесс концентрирования плодово-ягодных экстрактов в роторно-пленочном аппарате горизонтального типа; установить оптимальные режимы, обеспечивающие наиболее полную сохранность биологически активных веществ;
установить факторы, влияющие на антиоксидантные свойства концентратов, выработанных на основе плодово-ягодных экстрактов;
разработать рецептуры и технологии новых видов функциональных быстрорастворимых гранулированных продуктов с использованием плодово-ягодных экстрактов;
провести комплексную товароведную оценку новых видов быстрорастворимых гранулированных продуктов функционального назначения;
разработать математическую модель оценки качества быстрорастворимых гранулированных продуктов;
выявить закономерности организации, строения и функционирования технологического потока производства быстрорастворимых гранулированных продуктов, провести его диагностику и определить направления развития;
провести промышленную апробацию новых продуктов, разработать и утвердить техническую документацию для их промышленного производства.
Научная концепция. В основу научной концепции диссертационной работы положен системный подход в разработке быстрорастворимых гранулированных продуктов функционального назначения, позволяющий провести комплексную оценку их качества и определить общие закономерности организации, строения и функционирования технологических потоков.
Научная новизна. На основании результатов анализа рынка и потребительских предпочтений обоснована необходимость разработки сухих быстро-
растворимых продуктов функциональной направленности с использованием плодово-ягодных экстрактов.
Обоснован выбор плодово-ягодного сырья, позволяющего получать на его основе экстракты с антиокислительными свойствами.
Установлено влияние технологических факторов (интенсивность ультразвуковых колебаний, время, температура, соотношение сырье:экстрагент, вид экстрагента, зазор между ротором и статором аппарата) на процесс экстрагирования продуктов переработки ягод семейства брусничных. Получены экспериментально-статистические уравнения, описывающие влияние данных параметров на эффективность извлечения сухих растворимых веществ, витамина С, биофлавоноидов, дубильных веществ и Р-каротина в широких диапазонах изменения параметров.
Получены основные зависимости для параметров, определяющих закономерности процесса концентрирования плодово-ягодных экстрактов в роторно-пленочном испарителе горизонтального типа, обеспечивающих высокую степень сохранности биологически активных веществ перерабатываемого сырья.
Исследованы антиокислительные свойства концентрированных водных, водно-спиртовых, спиртовых и сывороточных экстрактов из ягод семейства брусничных, а также их композиций. Установлены рациональные соотношения компонентов, проявляющие взаимоусиливающее влияние на антиоксидантную активность композиций.
Научно обоснованы технологические аспекты производства функциональных быстрорастворимых гранулированных продуктов с использованием плодово-ягодных экстрактов.
Разработана математическая модель оценки качества быстрорастворимых гранулированных продуктов, основанная на методе анализа иерархий и теории нечетких множеств.
Вскрыты закономерности организации, строения, функционирования и развития технологического потока производства быстрорастворимых гранулированных продуктов. Дана количественная оценка уровней организации существующей (основанной на традиционных технологиях) и модернизированной технологической системы.
Практическая значимость. Установлены рациональные параметры процессов экстрагирования продуктов переработки плодово-ягодного сырья и концентрирования экстрактов.
По результатам теоретических и экспериментальных исследований разработана новая конструкция аппарата для диспергирования и экстрагирования плодово-ягодного и растительного сырья (патент РФ № 2340383), который внедрен на ООО НПО «Здоровое питание» (г. Кемерово).
Установлены регламентируемые показатели качества, положенные в основу технических условий на концентраты плодово-ягодные и быстрорастворимые гранулированные продукты.
Разработана и утверждена техническая документация на новые виды продуктов: концентрированные плодово-ягодные экстракты «Концентрат плодово-ягодный» (ТУ и ТИ 9185-015-16362254-06); быстрорастворимые гранулирован-
ные напитки «Напиток сухой» (ТУ и ТИ 9197-023-16362254-06) и завтраки «Завтрак овсяной» (ТУ и ТИ 9196-001-16362254-06).
Безотходные технологии производства быстрорастворимых гранулированных продуктов внедрены на ООО НПО «Здоровое питание» (г. Кемерово) и ООО ТИП «Биоцен» (г. Томск). Новизна предлагаемых решений подтверждена положительным решением на выдачу патента РФ по заявке «Способ получения гранулированного пищевого продукта» № 2008141039/13 от 09.09.2010.
Результаты прикладных научных исследований используются в учебном процессе студентов, обучающихся по специальностям «Товароведение и экспертиза товаров», «Технология бродильных производств и виноделие», «Технология консервов и пищеконцентратов».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на международных и российских научно-практических и научно-технических конференциях и симпозиумах: «Новые технологии в научных исследованиях и образовании» (Юрга, 2001); «Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья» (Барнаул, 2005); «Перспективы производства продуктов питания нового поколения» (Омск, 2005); «Технология и техника агропромышленного комплекса» (Улан-Удэ, 2005); «Устойчивость и безопасность в экономике, праве, политике стран Азиатско-Тихоокеанского региона» (Хабаровск, 2005); «Рыночное пространство современной России: реклама, коммерция, маркетинг» (Новосибирск, 2006); «Повышение качества продукции и эффективности производства» (Курган, 2006); «Продовольственная безопасность в системе народоснабжения» (Екатеринбург, 2006); «Агропромышленный комплекс: состояние, проблемы, перспективы» (Пенза, 2007); «Рациональное использование природных биологических ресурсов» (Сусс, 2007); «Производственные технологии» (Кемер, 2007); «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке» (Санкт-Петербург, 2007, 2009); «Приоритетные направления развития науки» (Нью-Йорк, 2007); «Математическое моделирование, обратные задачи, информационно-вычислительные технологии» (Пенза, 2007); «Биотехнология. Вода и пищевые продукты» (Москва, 2008); «Техника и технологии переработки гидро-бионтов и сельскохозяйственного сырья» (Мурманск, 2008); «Пища. Экология, качество» (Новосибирск, 2008); «Фундаментальные и прикладные исследования» (Рио-де-Жанейро, 2008); «Исследование, разработка и применение высоких технологий в промышленности» (Санкт-Петербург, 2009); «Пища, экология и качество» (Кемерово, 2009); «Актуальные вопросы развития современной науки, техники и технологий» (Москва, 2010); «Качество продукции, технологий и образования» (Магнитогорск, 2010).
Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 66 печатных работах, в том числе в 18 статьях в реферируемых журналах, входящих в перечень ВАК.
Структура и объем работы. Диссертация включает введение, восемь глав, выводы, список литературы и приложения. Диссертация изложена на 332 страницах машинописного текста, содержит 87 рисунков, 61 таблицу, библиография составляет 463 источников отечественных и зарубежных авторов.
