Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Обзор литературы 10
1.1 Пищевая, биологическая ценность молока и молочных продуктов 10
1.1.1 Физико-химические, органолептические и технологические свойства молока 11
1.1.2 Биохимические и физико-химические изменения молока при хранении и переработке 15
1.2 Применение БАД «Эраконд» в пищевой промышленности 20
1.3 Технологии производства молочных продуктов функционального назначения 24
1.4 Компоненты и функции антиоксидантной системы организма 31
Глава 2 Объекты, материалы и методы исследований 37
Глава 3 Маркетинговые исследования потребительского спроса на продукты функционального назначения 46
3.1 Дифференциация потребителей 46
3.2 Изучение потребительских предпочтений в отношении молочных продуктов и напитков молочных функционального назначения 49
Глава 4 Оценка антиоксидантной активности БАД «Эраконд» методом регистрации хемилюминесценции в модельных тест-системах 53
4.1 Антиокислительные свойства БАД «Эраконд» в модельной тест-системе, где инициировали процессы образования активных форм кислорода 53
4.2 Влияние БАД «Эраконд» на процессы свободнорадикального окисления в желточных липопротеидах in vitro 56
Глава 5 Разработка способа экспресс-оценки качественных характеристик молока и молочных продуктов 58
Глава 6 Комплексная товароведная оценка напитка молочного обогащенного БАД «Эраконд» 62
6.1 Изучение потребительских свойств напитков молочных обогащенных БАД «Эраконд» 62
6.2 Исследование антиоксидантных свойств напитка молочного обогащенного БАД «Эраконд» методом хемилюминесцентного анализа 75
6.3 Определение регламентируемых показателей пищевой ценности напитка молочного обогащенного БАД «Эраконд» 87
Глава 7 Технология производства напитка молочного обогащенного БАД «Эраконд» 88
Глава 8 Доклинические испытания напитка молочного обогащенного БАД «Эраконд» на лабораторных животных 100
Глава 9 Оценка экономической эффективности технологии производства напитка молочного обогащенного БАД «Эраконд» 102
Выводы 106
Список использованной литературы 108
Приложения 131
- Применение БАД «Эраконд» в пищевой промышленности
- Изучение потребительских предпочтений в отношении молочных продуктов и напитков молочных функционального назначения
- Исследование антиоксидантных свойств напитка молочного обогащенного БАД «Эраконд» методом хемилюминесцентного анализа
- Технология производства напитка молочного обогащенного БАД «Эраконд»
Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время организм человека ежедневно подвергается воздействию целого комплекса внешних раздражителей, источниками которых служат: техногенное загрязнение среды, нарастающий радиационный фон, хронические психоэмоциональные перегрузки, которые ведут к патофизиологическим сдвигам в функциональном состоянии системы окислительного гомеостаза и, как результат, активации реакций свободнорадикального перекисного окисления липидов в органах и системах. Избыточное образование активных форм кислорода, именуемых свободными радикалами (R'), способствует преждевременному старению, ведет к росту заболеваемости. Для защиты организма от негативного действия свободных радикалов применяются антиоксиданты, среди которых особый интерес представляют антиоксиданты природного происхождения.
С целью профилактики развития свободнорадикальной патологии необходимы исследования, направленные на производство функциональных продуктов с добавлением нетрадиционных источников пищевого сырья, содержащих природные антиоксиданты. В теорию и практику разных аспектов обогащения пищевого сырья внесли вклад работы многих ученых (Гаврилова Г.Б., Тутельян А.В., Тихомирова Н.А., Шендеров Б.А., Позняковский В.М., Цыганова Т.Б., Тырсин Ю.А., Евдокимов И.А., Хавинсон В.Х., Коновалова Г.Г., Владимиров Ю.А., Байматов В.Н., Журавлев А.И., Cutler R.G., Harman D. и др.). Однако разработка продуктов питания на основе максимального и направленного исследования ресурсов остается актуальной. В технологиях производства продуктов функционального назначения широко используют биологически активные добавки на основе лекарственных растений в целях стимуляции неспецифической резистентности организма, профилактики аллергических и сердечного-сосудистых заболеваний, явлений липидпероксидации, а также нормализации деятельности желудочно-кишечного тракта. В связи с этим несомненный интерес представляет использование биологически активной добавки «Эраконд» в технологиях производства молочных продуктов функционального назначения.
Целью работы являлось совершенствование потребительских свойств молочных напитков путем внедрения в рецептуру функциональной биологически активной добавки «Эраконд» и комплексная товароведная оценка нового продукта.
В рамках поставленной цели решались следующие задачи:
- обобщить имеющиеся научные и практические достижения в области
обогащения пищевых продуктов, в частности молока и молочных продуктов,
пищевыми биологически активными добавками на основе информационно-
патентного поиска и разработать схему экспериментальных исследований;
- провести маркетинговые исследования по изучению потребительских
предпочтений жителей г. Мелеуз Республики Башкортостан, а также изучить их
отношение к напиткам молочным функционального назначения;
- дать оценку антиоксидантной активности биологически активной добавки
«Эраконд» в модельных тест-системах;
- разработать способ, позволяющий оценивать качественные характеристики и
антиоксидантные свойства молока и молочных напитков методом
хемилюминесцентного анализа;
провести комплексную товароведную оценку напитка молочного обогащенного БАД «Эраконд»;
- провести доклинические испытания напитка молочного обогащенного БАД
«Эраконд» на лабораторных животных с целью изучения его биологической
ценности и безопасности;
обосновать способы и разработать условия применения БАД «Эраконд» в производстве молочных напитков;
оценить экономическую эффективность производства напитка молочного обогащенного БАД «Эраконд»;
- разработать проект технической документации на напиток молочный
обогащенный БАД «Эраконд».
Научная новизна. Изучен рынок потребления молочных продуктов и напитков функционального назначения в г. Мелеуз Республики Башкортостан, выявлены потребительские предпочтения, определена степень информированности населения к продуктам функционального назначения.
Изучено влияние БАД «Эраконд» на потребительские свойства молока и молочных продуктов, проведены исследования по определению условий стабильности антиоксидантной активности БАД «Эраконд» при производстве молочных напитков.
Впервые исследованы антиоксидантные свойства БАД «Эраконд» в модельной тест-системе. Установлено, что БАД «Эраконд» проявляет антиокислительные свойства в концентрации 0,01 мг/мл, что в 10 раз меньше среднесуточной физиологической нормы потребления.
Методом хемилюминесцентного анализа выявлена взаимосвязь показателя хемилюминесценции светосуммы и показателями сортности молока.
Проведена комплексная товароведная оценка нового молочного напитка: исследованы органолептические, физико-химические свойства, изучена биологическая ценность и безопасность.
Обоснована и рекомендована новая технологическая схема производства напитка молочного обогащенного БАД «Эраконд», включающая обработку продукта в вихревом тепломассообменном аппарате.
Практическая значимость. Разработан способ экспресс-оценки качества молока методом хемилюминесцентного анализа, позволяющий определять сортность при его приемке на молокоперерабатывающих предприятиях. Получено положительное решение по заявке на изобретение № 2008109138 «Способ экспресс-оценки качества и биологической ценности молока» от 27.08.2009; бюл. № 24.
Разработана технология производства напитка молочного обогащенного БАД «Эраконд» и предложена конструкция аппарата, обеспечивающая смешение ингредиентов в объеме молока. Конструкция вихревого тепломассообменного аппарата защищена патентом РФ на полезную модель № 74819 от 20.07.2008; бюл. №20.
Разработан проект нормативной документации на напиток молочный обогащенный БАД «Эраконд».
Проведена апробация промышленного выпуска напитка молочного обогащенного БАД «Эраконд» на ЗАО «Мелеузовский молочноконсервный комбинат».
Материалы диссертации используются на ЗАО «Мелеузовский молочноконсервный комбинат», а также внедрены в учебный процесс по специальности 080401 «Товароведение и экспертиза товаров» на кафедре «Технологии пищевых производств» в филиале «МГУТУ» г. Мелеуз при проведении лекций, лабораторных и практических занятий по курсам «Товароведение продовольственных товаров», «Товароведение и экспертиза товаров».
Апробация работы. Основные положения работы доложены и обсуждены на Российской научно-практической конференции «Интеграция вузовской науки и производства как важнейшее условие повышения качества подготовки специалистов» (Мелеуз, 2004); Всероссийской научной конференции «Инновации в интеграционных процессах образования, науки, производства» (Уфа, 2007); XIII Международной научно-практической конференции «Стратегия развития пищевой промышленности» (Москва, 2007); Международной научной конференции «Инновации в интеграционных процессах образования, науки, производства» (Мелеуз, 2008); Международной конференции по патофизиологии животных, посвященной 200-летию ветеринарного образования в России и 200-летию СПбГАВМ (Санкт-Петербург, 2008); Международной научно-практической конференции «Достижения супрамолекулярной химии и биохимии в ветеринарии и животноводстве» (Москва, 2008); Международной научно-практической конференции «Инновационная роль науки в подготовке современных технических кадров» (Караганда, 2008); Международной научной конференции «Инновации в интеграционных процессах образования, науки, производства» (Мелеуз, 2009); Научной конференции с международным участием «Food science, engineering and technologies 2009» (Болгария, Пловдив, 2009).
Публикации. Основные положения работы опубликованы в 14 научных статьях, из них 2 в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК (журнал «Достижения науки и техники АПК», № 12, 2007; «Вестник Башкирского университета», № 1, 2009); 1 патент РФ на полезную модель и положительное решение о выдаче патента РФ на изобретение.
Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 131 странице
машинописного текста. Состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследования, результатов собственных исследований, обсуждения полученных результатов, выводов и приложений. Работа иллюстрирована 25 рисунками, 28 таблицами. Список литературы включает 204 источника (171 отечественных и 33 зарубежных авторов).
Применение БАД «Эраконд» в пищевой промышленности
Биологически активная добавка «Эраконд» (Экстракт растительный конденсированный) - биологически активное соединение, производимое из люцерны по оригинальной технологии ООО НПО «Эраконд» - Республика Башкортостан, с. Наумовка Стерлитамакского района. Для люцерны характерен широкий спектр биологически активных веществ. Она содержит большое количество легко усвояемого белка, витамины (А, Д, Е, К), каротин и пектиновые вещества. Люцерна богата хлорофиллом, содержит также флавоноиды, свободные аминокислоты, ферменты и другие биологически активные вещества. Люцерна отличается высоким содержанием макроэлементов, особенно кальция, магния, фосфора, калия, железа и микроэлементов (марганец, молибден, селен). Такое богатое содержание биологически активных веществ в экстракте люцерны, в том числе с антиоксидантными свойствами, обуславливает разнообразие его физиологических эффектов как пищевой добавки. БАД «Эраконд» обладает характерным для него вкусом и ароматом, поэтому в ряде случаев она проявляет себя как вкусовая и ароматизирующая добавка. Высокая эффективность экстракта люцерны основана на его свойствах как регулятора физиологических функций и иммуномодулятора, повышающего неспецифическую резистентность организма [Ханнанова А.Ф., Шарафутдинова И.Р., 2007]. Оригинальная технология получения экстракта позволяет заметно усилить полезные свойства люцерны и придать новые. «Эраконд» - это выраженный иммуномодулятор, обладающий ярко заметной противовоспалительной, гепатопротекторной активностью [Ханнанова А.Ф., Байматов В.Н., 2007; Байматов В.Н., Царьков А.В., 2007].
Разработаны технологии промышленного производства новых видов хлебобулочных изделий, обогащенных БАД «Долюцар» [Соловьева Е.А., 2006]. Установлен норматив внесения БАД «Долюцар» в хлебобулочные изделия - 0,4 % к массе муки. Методом электронной микроскопии выявлено, что компоненты «Долюцара» участвуют в образовании структуры теста и мякиша хлеба, образуя комплексные соединения с основными компонентами рецептуры. При внесении его вместе с витаминами А и Е, микрокристаллической целлюлозой хлебобулочные изделия обогащаются функционально активными пищевыми ингредиентами на 10-50 %.
Царьков А.В. и соавторы провели пробные лабораторные выпечки хлеба формового, массой 0,4 кг из белой пшеничной муки высшего сорта. БАД «Эраконд» (40-й % раствор) вносили дополнительно к известной рецептуре при замесе теста из расчета 0,35 % к массе муки. Установлено, что внесение добавки улучшает качество хлеба и положительно сказывается на ходе технологического процесса: несколько улучшается внешний вид — корка приобретает более привлекательный золотистый с блеском оттенок. Пористость мякиша становится более развитой, тонкостенной, эластичной и увеличивается на 4,3 %, а объемный выход - на 7,5 % [Царьков А.В., Леонова СВ., Макшанцева Т.И., 2008].
Известен способ производства хлебобулочных изделий с добавкой «Эраконд», который предварительно растворяют в воде в количестве 0,1-0,2 кг на 100 кг муки и добавляют в тесто с другими компонентами, предусмотренными рецептурой. Данный вид хлебобулочных изделий обладает выраженной иммунотропной активностью и используется для профилактики ряда заболеваний, в том числе предраковых. Готовое изделие обладает хорошими вкусовыми и потребительскими свойствами, имеет привлекательный внешний вид [Пат. РФ №2120215 от 20.10.1998].
Препарат «Эраконд» применяется также в кондитерской промышленности при производстве пряников «Саулык». При их производстве предусмотрено: приготовление сахарного сиропа, его нагревание, заваривание им муки, смешивание маргарина, сахара, масла растительного, яичного порошка и заварки, введение в полученную массу разрыхлителей, ее вымешивание, формование, выпечка, глазирование готовых изделий, их выстойка и упаковка. На стадии смешивания компонентов в массу вводят растительную добавку «Эраконд» в количестве 0,25 % к общей массе рецептурных компонентов, что придает пряникам лечебно-профилактические свойства широкого спектра действия, поскольку эта добавка, в первую очередь, положительно влияет на иммунную систему человека [Пат. РФ № 2129377 от 27.04.1999].
При производстве вафель в начинку, содержащую сахарную пудру и жировой компонент, дополнительно включены молоко сухое обезжиренное, спирт и растительная добавка «Эраконд». В качестве жирового компонента использован жир кондитерский при следующем соотношении компонентов, масс. %: сахарная пудра - 40,52; кондитерский жир - 48,42; молоко сухое обезжиренное - 9,85; спирт - 1,0; БАД «Эраконд» - 0,2. Вафли обладают хорошими вкусовыми и потребительскими свойствами, имеют привлекательный внешний вид. Используются для профилактики ряда заболеваний, в том числе предраковых [Пат. РФ № 2129378 от 27.04.1999].
Авторами исследована возможность активации дрожжей на стадии дрожжегенерирования экстрактом люцерны; в результате подобрана оптимальная доза внесения, составляющая 0,4 % от общего количества дрожжевой суспензии. Установлено, что при этой дозе прирост биомассы превышает контроль на 46 %, количество клеток с гликогеном увеличивается на 15 %, продолжительность дрожжегенерирования сокращается на 4 часа. Бродильная активность увеличивается на 17 % по сравнению с контролем, при этом продолжительность брожения сокращается на 8 часов [Бодрова О.Ю. и др., 2008].
В молочной промышленности БАД «Эраконд» используется при производстве кефира. Пастеризованное и охлажденное до температуры заквашивания молоко сквашивают. Полученный сгусток охлаждают до 12-16 С и вносят биологически активную добавку к пище «Эраконд» в виде 40%-го водного раствора. Способ позволяет повысить биологическую ценность кефира и предотвратить нарастание кислотности, поддерживая ее в пределах 85-100 Т [Пат. РФ № 2155488 от 10.09.2000].
Изучено влияние БАД «Эраконд» на процессы молочнокислого брожения при изготовлении кефира термостатным способом из закваски, полученной на кефирных грибках. «Эраконд» вносили перед началом сквашивания молока (0,1-0,25 % масс). Установлено, что молочно-белковый сгусток образуется на 2-2,5 часа раньше, чем в контроле. Вкус опытных образцов кефирный, но более мягкий и в тоже время выраженный, со слабым привкусом растительной добавки. Вкусовые качества становятся наиболее выраженными после созревания. Изучение микрофлоры показывает, что в опыте она на 20-30 % количественно богаче. Качественно в контрольных образцах преобладают единичные кокки, с незначительным количеством диплококков; в опытных образцах - больше диплококков, наблюдаются стрептококки, палочки. Кислотность нарастает значительно медленнее [Царьков А.В., Канарейкина С.Г., Савельев А.В., 2008].
Внесение 40-го % водного раствора БАД «Эраконд» в количестве 2,5-3,5 г на 1 кг продукта при производстве мороженого, которое содержит молочную основу, сахар-песок и стабилизатор, позволяет повысить биологическую ценность, иммуномодуляторные свойства готового продукта. Также мороженое приобретает лечебно-профилактические свойства, приятный кофейный вкус и желтовато-сливочный цвет [Пат. РФ № 2152730 от 20.07.2000].
Установлено оптимальное количество внесения «Эраконда» в состав основных соусов (белого и красного), приготовленных в соответствии с ТУ- 28-83: для соуса основного красного - 0,25-0,40 %; для соуса основного белого 0,15-0,30 % [Пат. РФ № 92012396 от 20.02.1997].
Биологически активная добавка «Эраконд» нашла применение и в пивоваренной промышленности, в частности, при производстве пива темного «Витязь» [Пат. РФ № 2144046 от 12.01.1997].
Изучение потребительских предпочтений в отношении молочных продуктов и напитков молочных функционального назначения
Нами был изучен вопрос потребительских предпочтений в отношении молочных продуктов г. Мелеуз Республики Башкортостан. Данные приведены в таблице 2. Выявлено, что опрошенные респонденты отдают предпочтения 4 основным видам молочных продуктов, в % . молоко питьевое (пастеризованное, стерилизованное, топленое, молочные напитки и др.) - 53,7; кисломолочные продукты (ряженка, кефир, бифидокефир, биоряженка и др.) - 25,8; консервированные молочные продукты (молоко сгущенное, сливки концентрированные) - 14,3; сухие молочные продукты (сухое цельное молоко, сухое обезжиренное молоко) - 4,3. На рисунке 6 приведены данные, характеризующие информированность респондентов о пользе употребления функциональных молочных продуктов, в том числе и функциональных молочных напитков.
Результаты опроса показали, что население недостаточно информировано об обогащенных молочных продуктах и в целом слабо представляет себе их предназначение.
На рисунке 7 приведены данные, характеризующие оценку наиболее важных для респондентов показателей при покупке молочных продуктов функционального назначения.
Из приведенных данных видно, что, несмотря на низкую информированность населения о пользе употребления в пищу молочных продуктов, в том числе напитков молочных, обогащенных биологически активными добавками, большинство респондентов - 76,1 % считают необходимым употребление таких продуктов.
На вопрос анкеты: «Какой жирности вы предпочитали бы употреблять напитки молочные», ответы респондентов распределились следующим образом (рисунок 9).
Как видно из рисунка 9, большинство опрошенных респондентов - 74,1, предпочитают употреблять напитки молочные с жирностью от 1,5 % до 3,2 %.
Следует отметить, что 87,3 % опрошенных респондентов предпочли бы употреблять в пищу напитки молочные, обогащенные биологически активными добавками российского производства, что свидетельствует о высоком потенциале рынка молочных продуктов функционального назначения.
Таким образом, маркетинговые исследования подтвердили востребованность и необходимость расширения ассортимента напитков молочных функционального назначения.
Исследование антиоксидантных свойств напитка молочного обогащенного БАД «Эраконд» методом хемилюминесцентного анализа
Хемилюминесцентные исследования были проведены на 1-е, 3-й и 5-е сутки хранения. В таблице 19 и на рисунке 14 представлены средние значения показателей ХЛ напитков молочных на 1-е сутки хранения, произведенных по рецептуре № 1.
Напиток молочный обогащенный БАД «Эраконд», произведенный по рецептуре № 1 проявлял антиоксидантые свойства, что выражалось в понижении светосуммы свечения с 3,82 ± 0,11 у. е. в контроле до 2,73 ± 0,18 у. е. в опыте (р 0,001).
В таблице 20 и на рисунке 15 представлены средние значения показателей ХЛ напитков молочных на 3-й сутки хранения.
Интенсивность процессов липидпероксидации на 5-е сутки хранения в напитке молочном обогащенном БАД «Эраконд» менее выражена чем в контроле: показатели светосуммы составили 3,10 ± 0,15 у.е. и 4,62 ±0,14 у.е. (р 0,001) соответственно. Таким образом, при изучении интенсивности процессов цепного свободнорадиального перекисного окисления липидов на этапах хранения в сравниваемых между собой видах напитков молочных, подвергнутых пастеризации, было установлено, что БАД «Эраконд», содержащая в своем составе биоантиоксиданты, способствует сохранению качественных характеристик напитка молочного обогащенного БАД «Эраконд», оказывая ингибирующее воздействие на неферментативные окислительные процессы. При добавлении БАД «Эраконд» в напиток молочный не нарастает концентрация кетоновых тел, являющихся промежуточными продуктами окисления полиненасыщенных и насыщенных жирных кислот: ацетона, /3 -гидроксимасляной кислоты и ацетоуксусной кислоты.
На следующем этапе оценивали антиоксидантную активность напитков молочных, выработанных по рецептуре № 2, также в ранее указанные сроки: на 1-е, 3-й и 5-е сутки хранения методом хемилюминесцентного анализа. В таблице 22 представлены показатели хемилюминесценции напитков молочных - контроль и обогащенного БАД «Эраконд» в сравнении, а на рисунке 17 кривые ХЛ сравниваемых между собой напитков молочных.
Как видно из таблицы 22 и рисунка 17, БАД «Эраконд» при добавлении в напиток молочный с массовой долей жира 2,5 % вызывает понижение светосуммы хемилюминесценции на 24,5 % относительно контроля — с 7,44 ± 0,14 у. е. в контроле до 5,62 ± 0,08 у. е. в опыте (р 0,001), что свидетельствует о проявлении антиокислительных свойств исследуемого биоантиоксиданта.
Аналогичные соотношения между показателями светосуммы свечения ХЛ наблюдали на 3-й сутки хранения напитков молочных произведенных по рецептуре № 2 (таблица 23 и рисунок 18). Светосумма ХЛ в опыте составила 6,11 ± 0,09 у. е (р 0,001) против 8,83 ± 0,12 у. е. в контроле. В опытной группе также относительно низкими оставались показатели спонтанной светимости (0,34 ± 0,02 у. е.), вспышки (2,22 ± 0,42 у. е.), максимальной светимости (2,10 ± 0,05 у. е.) и наклона (0,48 ± 0,07 у. е.) против 0,37 ± 0,05 у. е, 7,58 ± 0,44 у. е., 6,13 ± 0,17 у.е. и 2,17 ± 0,12 у. е. соответственно в контроле.
Ингибирующее влияние БАД «Эраконд» на процессы ПОЛ сохранялось и на 5-е сутки от начала хранения исследуемых напитков молочных. В процессе хранения напитка молочного (контроль) показатель светосуммы свечения возрос до 9,68 ± 0,16 у. е. на 5-е сутки, тогда как на 3-й сутки хранения аналогичный параметр ХЛ составлял 8,83 ± 0,12 у. е. При этом в напитке молочном обогащенном БАД «Эраконд» проявлялись его антиоксидантные свойства. Весь анализируемый спектр параметров ХЛ в опыте на 5-е сутки исследования отличается низкими значениями относительно контроля: так, если светосумма ХЛ в опыте составила 6,96 ± 0,14 у. е. (р 0,001), то в контроле - 9,68 ± 0,16 у. е. Показатели спонтанной светимости, вспышки, максимальной светимости и наклона были ниже на 10,3 %, 73,0 %, 62,2 % и 74,9 % соответственно контроля (таблица 24).
В ходе исследований изучено влияние БАД «Эраконд» на процессы ПОЛ в напитке молочном, произведенном по рецептуре № 3. В этом продукте более выражено протекают процессы активации свободнорадикального окисления, о чем свидетельствуют данные, представленные в таблицах 22 и 25: если показатель светосуммы свечения в напитке молочном (контроль), произведенном по рецептуре № 2, на 1-е сутки хранения составил 7,44 ±0,14 у.е. (таблица 22), то в напитке молочном, произведенном по рецептуре № 3, - 34,08 ± 0,41 у.е. (таблица 25). Методом хемилюминесцентного анализа было установлено, что антиоксидантные свойства БАД «Эраконд» проявлялись и в данном виде напитка молочного, с массовой долей жира 3,2 % произведенного по рецептуре № 3.
Как видно из таблицы 25 и рисунка 20, БАД «Эраконд» при добавлении в напиток молочный с массовой долей жира 3,2 % вызывает понижение светосуммы хемилюминесценции в 1,4 раза относительно контроля - с 34,08 ± 0,41 у. е. в контроле до 24,55 ± 1,40 у. е. (р 0,001). При внесении БАД «Эраконд» в состав напитка молочного оставались на относительно низких значениях и другие параметры ХЛ: так, если в контроле показатель спонтанной светимости составил — 1,55 ± 0,07 у. е, вспышки — 10,49 ± 0,52 у. е, максимальной светимости — 11,53 ± 0,26 у. е. и наклона — 1,81 ± 0,17 у. е., то аналогичные показатели в опытной серии соответственно составили — 1,11 ± 0,08 у. е., 7,38 ± 0,72 у. е. (р 0,01), 10,56 ± 0,54 у. е. и 0,96 ± 0,24 у. е. (р 0,01).
В таблице 26 и на рисунке 21 представлены средние значения показателей ХЛ на 3-й сутки хранения. Полученные данные свидетельствовали о более высокой скорости и интенсивности реакций свободнорадикального окисления в напитке молочном (контроль): так, если показатель светосуммы ХЛ в контроле составил 36,08 ± 0,74 у. е., то в напитке обогащенном БАД «Эраконд» - 26,46 ± 1,80 у. е. (р 0,001). Также при внесении БАД «Эраконд» в состав продукта оставались на относительно низких значениях и другие параметры ХЛ: так, если в контроле показатель спонтанной светимости составил 1,59 ± 0,07 у. е, вспышки — 13,82 ± 0,67 у. е, максимальной светимости — 11,64 ± 0,26 у. е. и наклона — 1,85 ± 0,18 у. е., то аналогичные показатели в напитке молочном обогащенном БАД «Эраконд» соответственно составили - 1,11 ± 0,08 у. е., 10,34 ± 0,60 у. е. (р 0,01), 10,72 ± 0,53 у. е. и 0,97 ± 0,26 у. е. (р 0,05).
При изучении процессов сверхслабого свечения напитков молочных на 5-е сутки хранения, было установлено, что в значительной степени активизировались процессы липидпероксидации как в контроле, так и в опыте. Однако степень их выраженности была ниже в напитке молочном обогащенном БАД «Эраконд». Светосумма ХЛ в контроле возросла на 5-е сутки до 38,55 ± 1,39 у. е., а в опыте - до 27,40 ± 2,19 у. е. (р 0,001).
Технология производства напитка молочного обогащенного БАД «Эраконд»
Чтобы выявить возможность повышения качества напитка молочного обогащенного БАД «Эраконд» был проведен анализ существующих технологических процессов производства пастеризованных молочных напитков и молока. При изучении существующей технологии производства пастеризованного напитка молочного «Фитомол» на ЗАО «Мелеузовский молочноконсервный комбинат» установлено, что технологический процесс производства включает следующие основные этапы:
1. гидромеханические, связанные с гидротранспортом сырья и молочных продуктов, с перемешиванием исходного сырья и вводимыми в аппарат компонентами для его нормализации;
2. тепловые, связанные с охлаждением и хранением исходного сырья, с пастеризацией нормализованного цельного молока и с его охлаждением перед фасовкой и упаковкой.
При этом самой проблемной стадией производства является участок дозирования биологически активных добавок в молочные напитки. Трудность заключается в их равномерном распределении в объеме напитков молочных из-за их небольшого количества; например, при производстве напитка молочного обогащенного БАД «Эраконд» необходимо вводить на 1000 кг напитка всего 1 кг биологически активной добавки «Эраконд». В связи с этим нами было решено разработать эффективный узел смешения БАД в потоке молочного напитка.
К наиболее перспективным методам интенсификации тепломассообменных процессов и процессов смешения относится применение закрученного потока. Закрученные потоки являются искусственной формой движения потока, когда переход от осевого потока в трубопроводе к закрученному зависит от конструктивных характеристик закручивающих устройств и скоростных характеристик потока. Ленточные завихрители или завихрители-мешалки, вращающиеся в трубопроводе от набегающего потока жидкости или газа, преобразуют осевой поток в поступательно-вращательное движение и интенсифицируют тепломассообменные процессы и процессы смешения.
Критерием оценки целесообразности выбора завихрителя являются минимальные энергозатраты на его вращение, то есть минимальная кинетическая энергия набегающего потока. Такие завихрители-мешалки не требуют дополнительного подвода электроэнергии для вращения. Ступица завихрителя при вращении работает как подшипник скольжения, выполнена обычно из термопластика, например из фторопласта, и не требует смазки. Эффективность воздействия таких завихрителей на проходящий поток зависит от частоты вращения мешалки или от результирующей скорости закрученного потока.
Исследования узла смешения БАД «Эраконд» в закрученном потоке каскадом завихрителей-мешалок и последующий контроль качества продукта проводили на экспериментальной установке, схема которой показана на рисунке 23. Молоко из емкости 1 насосом 2 подается в трубопровод, проходит байпасную линию 3, расходомер 4, поступает в узел 5 ввода БАД. Из напорного бачка 6 с необходимым расходом, который фиксирует ротаметр 7, БАД «Эраконд» поступает в поток молока. При этом соблюдали расходные параметры и режим движения, то есть равенство критериев Рейнольдса для цеховой и экспериментальной установок. Для поддержания необходимого содержания БАД в молоке осуществляли дозированный ввод и постоянный расход БАД за счет предварительно тарируемого ротаметра 7. Ингредиенты напитка молочного, в зависимости от рецептуры, с введенной в него добавкой «Эраконд» попадают в узел смешения 8, где с помощью завихрителей-мешалок 9 добавка равномерно распределяется в объеме аппарата.
Конструктивно узел смешения соответствует предыдущим разработкам, когда завихрители-мешалки располагаются на закрепленной оси трубопровода и вращаются от набегающего потока жидкости в плоскостях, перпендикулярных оси трубопровода [Пат. РФ № 50124 от 27.12.05], либо в различных плоскостях по отношению к оси трубопровода [Пат. РФ № 54806 от 27.06.06]. Отличие от этих работ состоит в том, что с целью интенсификации процесса смешения и уменьшения затрат на перемещение потока оси завихрителей-мешалок перпендикулярны потоку и могут быть развернуты на любой угол.
По расходу жидкости и площади живого сечения трубопровода определяли составляющую скорости. Частота вращения мешалки позволяла определить окружную составляющую скорости закрученного потока и другие гидродинамические параметры. Возможность размещать в опытном участке различное количество завихрителей-мешалок и менять расстояние между ними позволила определить оптимальное количество мешалок п и оптимальное расстояние (L=60-100) мм между ними по эффективности перемешивания биологически активной добавки «Эраконд» в потоке.
Разброс точек в пределах ±10 % от кривых свидетельствует о том, что экспериментальные данные могут быть аппроксимированы выражением (7). Анализ кривых на рисунке 24 показывает, что в точке с примерными координатами =0,80 и С=059 кривые для п=4,6,8 пересекаются, причем после этой точки при росте t меняются местами. Это свидетельствует о том, что процесс накопления индикатора в перемещаемом продукте (левая часть графика) проходит эффективней в аппаратах с меньшим числом мешалок n, а процессы перемешивания (правая часть графика) проходит эффективней в аппаратах с большим числом мешалок п. Проведенные эксперименты показали, что минимальное количество мешалок соответствует п=6, когда достигается максимальный эффект перемешивания БАД «Эраконд».
Таким образом, в результате проведенных экспериментальных исследований произведен теоретический анализ и расчет, учитывающие влияние структуры потока на процессы смешения БАД «Эраконд». На основании полученных данных разработан эффективный узел смешения БАД в целевом продукте (Пат. РФ № 74819 от 20.07.08, приложение 3). Его внедрение позволяет снизить трудозатраты на изготовление и монтаж аппарата путем упрощения конструкции и повышения эффективности за счет интенсивного перемешивания всего перемещаемого по трубопроводу объема закрученного потока рабочей среды, оптимизации расхода теплоносителя, увеличения производительности, интенсификации массообменного процесса и снижения энергозатрат на перемещение закрученного потока при уменьшении габаритов устройства. Это достигается тем, что в вихревом тепло-массообменном аппарате, содержащем цилиндрический корпус, по меньшей мере, с двумя завихрителями потока, зонами подвода осевого потока теплоносителя и отвода закрученного потока, снабженным тепловым нагревателем потока, который выполнен в виде соосной цилиндрической обечайки типа «труба в трубе» с патрубками подвода и отвода теплоносителя, завихрители потока размещены с обеих сторон теплового нагревателя потока с возможностью их независимого углового поворота в вертикальной плоскости и расположены на осях, перпендикулярных оси цилиндрического корпуса, при этом каждый завихритель потока выполнен в виде кольцевых полумуфт, которые соединены между собой фланцевыми соединениями и размещены в отверстиях, выполненных в корпусе. На рисунке 25 представлен чертеж опытного образца вихревого тепло-массообменного аппарата.
Устройство состоит из нескольких последовательно соединенных через фланцевые соединения секций. Корпус секции 1 — труба, на внешней поверхности которой расположена обогревающая рубашка 2. Между секциями с помощью фланцевых соединений зажаты завихрители, включающие металлический цилиндрический корпус 3, туго насаженное в него кольцо 4 из пластика, например, из фторопласта, выдерживающего температуру 200 С, две полуоси 5 и 6 из металла, плотно входящие в отверстия кольца 4 и завихрителя 7, выполненного, например, из пластика, выдерживающего температуру до 200 С и расположенного между полуосями 5 и 6. Завихритель имеет диаметр d5 меньший диаметра корпуса D и посажен на полуось б с зазором так, чтобы иметь возможность вращаться. Уплотнение между фланцами секций корпуса и сборкой, включающей детали 3, 4, 5, 6 и завихритель 7, осуществляется прокладками 8.
Работа устройства осуществляется следующим образом: холодный теплоноситель I с заданным расходом поступает в обогреваемый корпус 1, омывает завихритель 7 и приводит их во вращательное движение за счет кинетической энергии набегающего потока. Вращающиеся завихрители 7 преобразуют осевой поток І в закрученный поток по всему объему корпуса 1 в поток II, что интенсифицирует процессы смешения и теплообмена перемещаемого потока в корпусе 1. Вращение завихрителеи 7 осуществляется за счет кинетической энергии набегающего потока рабочей среды, например, жидкости, и не требует подвода электроэнергии. Ступица завихрителя при вращении работает как подшипник скольжения и не требует дополнительной смазки. Вихревой тепло-массообменный аппарат позволяет работать в стационарных гидродинамическом и тепловом режимах, фиксировать и регулировать расходы холодного и горячего носителей, фиксировать их на входе и выходе из корпуса аппарата и обогревающей рубашки.
