Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор 17
1.1 Современные тенденции развития ассортимента напитков из растительного сырья 17
1.2 Виды помутнений напитков
1.2.1 Помутнения напитков из зернового сырья 24
1.2.2 Помутнения напитков из плодово-ягодного сырья 26
1.3 Компонентный состав помутнений напитков 28
1.3.1 Характеристика мутеобразующих веществ зернового сырья 28
1.3.2 Характеристика мутеобразующих веществ плодово-ягодного сырья 34
1.3.3 Микроорганизмы, участвующие в возникновении помутнений 39
1.4 Технологические вспомогательные средства, используемые в
производстве напитков для предотвращения помутнений 42
1.4.1 Характеристика вспомогательных средств 42
1.4.2 Способы применения вспомогательных средств в
производстве напитков 53
Глава 2. Методология исследований 67
2.1 Объекты, материалы и методы исследований 67
2.2 Структура исследований и характеристика этапов работы 73
Глава 3. Научное обоснование формирования качества напитков, склонных к помутнениям
3.1 Классификация компонентов помутнений напитков 78
3.2 Классификация вспомогательных средств з
3.3 Механизм взаимодействия компонентов помутнений напитков и вспомогательных средств 89
3.4 Гипотетическая модель состояния дисперсной системы напитка при воздействии на нее технологических вспомогательных средств 102
3.5 Методика комплексной оценки эффективности технологических вспомогательных средств, используемых для повышения стойкости напитков к помутнениям 106
3.6 Методология формирования качества напитков, склонных к помутнениям 121
Глава 4. Практические аспекты совершенствования технологий напитков, склонных к помутнениям 132
4.1 Технология пива 132
4.1.1 Анализ технологических факторов формирования качества стойкого пива 132
4.1.2 Исследование закономерностей удаления компонентов помутнений пива в модельных системах 143
4.1.3 Определение оптимальных параметров обработки полуфабриката пива технологическими вспомогательными средствами 156
4.1.4 Комплексная оценка эффективности применения технологических вспомогательных средств в производстве пива 166
4.2 Технология кваса брожения 179
4.2.1 Анализ направлений совершенствования технологии кваса брожения в области повышения стойкости 179
4.2.2 Определение параметров обработки полуфабриката кваса технологическими вспомогательными средствами 184 4.2.3 Комплексная оценка эффективности применения технологических вспомогательных средств в
производстве кваса 196
4.3 Технологии напитков из плодово-ягодного сырья 203
4.3.1 Анализ факторов, определяющих стойкость плодово -ягодных полуфабрикатов 203
4.3.2 Исследование закономерностей обработки плодово-ягодных полуфабрикатов технологическими вспомогательными средствами на примере модельных растворов 2 4.3.3 Определение оптимальных параметров обработки плодово-ягодных полуфабрикатов вспомогательными средствами 212
4.3.4 Изучение возможности модифицирования технологических вспомогательных средств для повышения эффективности использования 232
4.3.5 Анализ эффективности применения технологических вспомогательных средств в производстве плодово ягодных полуфабрикатов 246
Глава 5. Оценка влияния технологических вспомогательных средств на качество напитков и их стойкость к помутнениям 252
5.1 Использование вспомогательных средств в технологии пива 252
5.2 Использование вспомогательных средств в технологии кваса 257
5.3 Применение вспомогательных средств для обработки плодово-ягодных полуфабрикатов ликероводочных изделий 261
5.4 Применение вспомогательных средств для обработки полуфабрикатов соковой продукции 267
5.5 Рекомендуемый уровень извлечения потенциальных мутеобразующих компонентов из напитков 273
Глава 6. Практическое применение способов стабилизации напитков 275
6.1 Приготовление сокосодержащих напитков 275
6.2 Производственная оценка способов стабилизации полуфабрикатов в технологии ликероводочных изделий 277
6.3 Производственная оценка способов стабилизации полуфабрикатов в технологии стойкого пива 284
Глава 7. Особенности системы менеджмента безопасности пищевой продукции в производстве стойких к помутнениям напитков 291
Заключение 303
Список сокращений и условных обозначений 310
Список литературы 311
- Помутнения напитков из плодово-ягодного сырья
- Структура исследований и характеристика этапов работы
- Гипотетическая модель состояния дисперсной системы напитка при воздействии на нее технологических вспомогательных средств
- Определение оптимальных параметров обработки полуфабриката пива технологическими вспомогательными средствами
Введение к работе
Актуальность темы исследований. Национальная идея, которая консолидирует усилия государства и производителей в решении вопросов повышения авторитета страны в мировом обществе, а также повышения уровня жизни населения - это качество производимой продукции.
Основными элементами, на которых должно базироваться повышение технического уровня и конкурентоспособности продукции, являются: использование достижений науки; внедрение ресурсосберегающих, экологически чистых прогрессивных технологий; использование новых перспективных материалов. При внедрении данных элементов необходимо обеспечить научно-технический уровень разрабатываемых продуктов и материалов не ниже уже достигнутого ведущими зарубежными производителями при полном соответствии требованиям международных и государственных стандартов и норм.
Одними из основных требований к продуктам питания в настоящее время являются сохраняемость и безопасность. В условиях современного массового производства для обеспечения требуемого качества пищевых продуктов усилия производителей должны быть сосредоточены на предупреждении появления дефектов.
Одной из многочисленных товарных групп в категории продуктов питания являются напитки, при товароведной оценке которых в комплексе органо-лептических показателей уделяется внимание прозрачности. Данная группа включает напитки, в технологии которых имеется стадия осветления полуфабрикатов и готовых изделий перед фасованием с использованием технологических вспомогательных средств.
В сфере развития национальных технологий, которые реализуются в рамках «Концепции долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации до 2020 года», а также «Стратегии развития пищевой и перерабатывающей промышленности Российской Федерации до 2020 года», рассматриваемая в представленной работе проблема формирования качества напитков, склонных к помутнениям, для решения которой привлечены способы совершенствования традиционных технологий с использованием вспомогательных технологических средств, является актуальной и перспективной.
Степень разработанности темы исследований. Исследования в направлении формирования качества напитков проводились и проводятся в настоящее время рядом отечественных и зарубежных ученых: Андреевой О.В., Бурачев-ским И.И., Валуйко Г.Г., Гернет М.В., Елисеевым М.Н., Ермолаевой Г.А., Зин-ченко В.И., Киселевой Т.Ф., Килкаст Д., Кунце В., Маюрниковой Л.А., Меле-диной Т.В., Николаевой М.А., Нимш К., Позняковским В.М., Покровской Н.В., Помозовой В.А., Хорунжиной СИ., Chapon L., Kreb J., Lubbers S. и др.
Одним из основных направлений решения вопроса повышения качества напитков является использование различных технологических вспомогательных средств с целью коррекции избыточного количества потенциальных му-теобразующих компонентов, интенсификации процессов осветления и повышения сроков сохранения прозрачности. При этом в литературе отсутствует описание какой-либо методики оценки эффективности вспомогательного средства, которое применяется для обеспечения стойкости готовых напитков.
Поэтому вопросы методологического обеспечения формирования качества склонных к помутнениям напитков, базирующиеся на создании равновес-
ного состояния дисперсной системы напитков, требуют более глубокого рассмотрения.
Цель диссертационного исследования - научное обоснование принципов формирования качества напитков из зернового и плодово-ягодного сырья, склонных к помутнениям, и их практическая реализация для совершенствования производственных процессов.
Поставленная цель достигается путем последовательного решения следующих задач:
1. Проанализировать современные тенденции развития ассортимента
напитков из растительного сырья. Произвести выбор типов напитков, для кото
рых востребовано решение проблемы повышения стойкости как элемента кон
курентоспособности.
-
Систематизировать компонентный состав помутнений напитков из зернового и плодово-ягодного сырья. Провести анализ структурных и технологических характеристик технологических вспомогательных средств, используемых в производстве напитков для предотвращения помутнений, с последующей их систематизацией.
-
Разработать гипотетическую модель состояния дисперсной системы напитков при воздействии на нее технологических вспомогательных средств на основе анализа механизма их взаимодействия с компонентами помутнений с целью обоснования степени их извлечения. Предложить гипотезу механизма подавления мутеобразования.
-
Разработать методику комплексной оценки эффективности технологических вспомогательных средств, используемых для повышения стойкости напитков к помутнениям.
-
Дать научное обоснование методологии формирования качества напитков, склонных к помутнениям.
-
Проанализировать факторы, определяющие стойкость напитков и полуфабрикатов из зернового и плодово-ягодного сырья для выявления наиболее значимых при формировании устойчивости дисперсной системы напитков.
-
Определить основные закономерности удаления мутеобразующих компонентов полуфабрикатов напитков при обработке технологическими вспомогательными средствами модельных дисперсных систем.
8. Установить и обосновать оптимальные параметры использования
вспомогательных средств при обработке полуфабрикатов напитков на основе
анализа количественных и качественных изменений состава мутеобразующих
компонентов. Исследовать возможность модифицирования вспомогательных
средств с целью повышения результативности их применения для стабилизации
дисперсной системы напитков.
9. Произвести комплексную оценку эффективности используемых в рабо
те вспомогательных средств в сравнении с традиционными материалами, ис
пользуемых на стадии обработки полуфабрикатов напитков, с целью установ
ления перспективности их применения.
-
На основе анализа влияния технологических вспомогательных средств обосновать степень извлечения компонентов помутнений напитков с позиции формирования качества и стойкости к помутнениям.
-
Разработать технологические приемы совершенствования производства напитков из зернового и плодово-ягодного сырья с использованием технологических вспомогательных средств. Провести апробацию предлагаемых спо-
собов и разработать техническую документацию для их промышленного применения.
12. Разработать программу мероприятий по обеспечению безопасности напитков, выработанных с использованием технологических вспомогательных средств.
Научная концепция. Научная концепция формирования качества напитков, склонных к помутнениям, представлена следующими принципами.
-
Обеспечение равновесного состояния дисперсной системы напитков. Данный принцип должен быть реализован с учетом обоснования количественной величины извлечения компонентов помутнений напитков при использовании вспомогательных средств с точки зрения формирования качественных характеристик продукта и стойкости к помутнениям.
-
Обоснованный выбор технологического вспомогательного средства. Реализация принципа достигается путем применения комплексной оценки эффективности вспомогательных средств с учетом структурных особенностей и технологических аспектов использования данных материалов.
-
Совершенствование систем контроля производственного процесса. Реализация принципа осуществляется путем дополнения системы менеджмента безопасности пищевой продукции аддитивными критическими контрольными точками или производственными программами обязательных предварительных мероприятий по определению количественного содержания компонентов помутнений напитков, а также собственно вспомогательного средства по ходу технологической цепочки с обозначением критических пределов их содержания.
Научная новизна диссертационного исследования заключается в разработке принципов формирования качества напитков, склонных к помутнениям, реализация которых позволяет определить пути совершенствования технологических процессов их производства.
Ниже представленные результаты диссертационной работы отвечают признакам научной новизны:
Предложены классификации компонентов помутнений напитков и технологических вспомогательных средств по иерархическому методу.
Спроектирована гипотетическая модель состояния дисперсной системы напитков при воздействии на нее технологических вспомогательных средств, которая позволяет определить условия ее равновесного состояния с позиции формирования качества и стойкости к помутнениям. Предложен механизм подавления мутеобразования.
Разработана методика комплексной оценки эффективности технологических вспомогательных средств, используемых для повышения стойкости напитков к помутнениям.
Предложена кластерная модель формирования качества напитков, склонных к помутнениям.
Доказан выбор факторов наиболее значимых при формировании устойчивости дисперсной системы напитков и полуфабрикатов из зернового и плодово-ягодного сырья.
Определены закономерности удаления мутеобразующих компонентов напитков при внесении в модельные пищевые системы полиакриламидного флокулянта, хитозана и кукурузного крахмала.
Обоснованы и установлены на основе анализа количественного и качественного изменения состава мутеобразующих компонентов оптимальные параметры использования хитозана, кукурузного крахмала и полиакриламида в качестве технологических вспомогательных средств при обработке полуфабрикатов напитков из зернового и плодово-ягодного сырья.
Доказана целесообразность модификации вспомогательных средств (кукурузного крахмала и полиакриламида) для повышения их флокуляционных и сорбционных свойств. Установлены параметры модификации.
Обоснование степени извлечения компонентов помутнений из полуфабрикатов напитков из зернового и плодово-ягодного сырья с позиции формирования качественных характеристик готовых напитков и стойкости к помутнениям.
Полученные результаты существенно расширяют современные знания о теоретических и практических аспектах стабилизации напитков с использованием технологических вспомогательных средств.
Теоретическая и практическая значимость. Теоретическая значимость работы заключается в научном обосновании и разработке принципов формирования качества напитков, склонных к помутнениям, с использованием технологических вспомогательных средств.
Практическая значимость результатов исследований:
Разработаны математические модели процессов производства напитков с использованием технологических вспомогательных средств, позволяющие расчетным путем определить необходимое их количество для стабилизации полуфабрикатов напитка. Математические модели процессов производства напитков с использованием технологических вспомогательных средств протестированы в производственных условиях на ООО «Пивоварня «Келлере» и в лабораторных условиях, что показало их адекватность для практического применения.
Определены показатели, характеризующие эффективность применяемых в работе технологических вспомогательных средств в сравнении с традиционно используемыми материалами:
хитозана и полиакриламидного флокулянта в сравнении с препаратом по-ливинилпирролидона при производстве пива;
хитозана в сравнении с препаратом каррагинана при производстве кваса брожения;
хитозана и кукурузного крахмала в сравнении с бентонитом при производстве ягодных соков прямого отжима.
Эффективность предлагаемых технологических приемов приготовления
напитков и обработки полуфабрикатов, подтверждены актами производствен
ных испытаний на предприятиях отрасли:
в производстве пива с использованием хитозана и полиакриламида - на ООО «Пивоварня «Келлере» (г. Кемерово), полиакриламида - на ЗАО «Читинские ключи» (г. Чита);
при приготовлении ликероводочных полуфабрикатов - с использованием флокулянта на основе полиакриламида на ФГУП ЗИП «Томский» (г. Томск); с использованием хитозана на ОАО «Мариинский ликероводочный завод» (г. Мариинск); с использованием модифицированного крахмала на ОАО «Новокузнецкий ликероводочный завод» (г. Новокузнецк).
Разработана техническая документация: технологическая инструкция по
обработке спиртованных морсов бентонитом и полиакриламидом (ТИ 9181-
034-02068315-2005); технологическая инструкция для пива повышенной стойкости с использованием хитозана (ТИ 9184-072-02068315-2007); технологическая инструкция по производству стойкого пива с использованием полиакрила-мидного флокулянта (ТИ 9184 - 006 - 05224230 - 2008); технологическая инструкция по обработке спиртованных морсов хитозаном (ТИ 9181-123-02068315-2010); технологическая инструкция по обработке спиртованных морсов модифицированным крахмалом (ТИ 9181-205-02068315-2014).
Для технологической линии производства пива повышенной стойкости с использованием хитозана разработана программа ППОПМ и рабочий лист ХАССП, в котором представлена аддитивная критическая контрольная точка по контролю содержания компонентов, инициирующих помутнение пива, и хитозана.
Материалы исследований используются в учебном процессе студентов, обучающихся по специальностям «Технология бродильных производств и виноделие», «Технология консервов и пищеконцентратов», «Товароведение и экспертиза товаров», по направлениям подготовки бакалавров и магистров «Продукты питания из растительного сырья», «Товароведение», а также аспирантов, обучающихся по направлению «Промышленная экология и биотехнология» и научным специальностям 05.18.15, 05.18.07 ФГБОУ ВО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности (университет)».
Методология и методы исследований. Исследования проводились согласно методологии, интегрирующей подходы к формированию качества напитков, склонных к помутнениям, на основе сбора, анализа и систематизации научной информации, а также с использованием инструментальных стандартных и специальных методов анализа сырья, полуфабрикатов и готовых напитков с последующей обработкой результатов исследований.
Положения, выносимые на защиту.
Иерархические классификации компонентов помутнений напитков и технологических вспомогательных средств.
Гипотетическая модель состояния дисперсной системы напитка при воздействии на нее технологических вспомогательных средств. Гипотеза механизма подавления мутеобразования.
Методика комплексной оценки эффективности технологических вспомогательных средств, используемых для повышения стойкости напитков к помутнениям.
Кластерная модель формирования качества напитков, склонных к помутнениям.
Результаты исследований по выявлению оптимальных условий применения технологических вспомогательных средств на основе изучения закономерностей обработки вспомогательными средствами модельных пищевых систем и полуфабрикатов напитков из зернового и плодово-ягодного сырья. Обоснование степени извлечения компонентов помутнений с позиции формирования качественных характеристик напитков и стойкости к помутнениям.
Степень достоверности результатов работы. Достоверность полученных результатов обеспечена выбором методов исследования, которые соответствуют поставленным задачам. Полученные результаты сопоставлялись с результатами других исследователей. Соблюдалось метрологическое обеспечение и единообразие подходов к инструментальному анализу материалов исследований. Применялись современные методы испытаний и математической стати-
стики. Результаты работы опубликованы и обсуждены в рецензируемых журналах.
Апробация результатов исследования. Основные положения и результаты исследований докладывались и обсуждались на научных, научно-практических конференциях, форумах, симпозиумах и конвентах, в том числе:
российского уровня - Казань, 2007; Челябинск, 2007, 2010; Саратов, 2008; Барнаул, 2008; Бийск, 2010; Кемерово, 2010-2013; Магнитогорск, 2011; Новосибирск, 2012; Волгоград, 2014; Москва, 2006,2013-2014; Воронеж, 2014; Новокузнецк, 2014; Красноярск, 2014;
международного уровня - «Аграрная наука - сельскохозяйственному производству Казахстана, Сибири и Монголии» (Алматы, 2009); «Current trends in commodity science: 10th International Commodity Science Conference. IGWT Symposium Series» (Poznan, Poland, 2009); «Commodity science - traditions and relevance» (Varna, Bulgaria, 2013); «Science, Technology and Higher Education» (Westwood, Canada, 2014).
Работа является обобщением результатов исследований теоретического и прикладного характера, выполненных лично автором или при ее непосредственном участии.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 53 научные работы, в том числе 2 монографии, 1 патент, 16 статей в рецензируемых журналах, входящих в перечень ВАК.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из 7 глав, включающих введение, методическую часть, результаты собственных теоретических и экспериментальных исследований. Основное содержание изложено на 350 страницах, включает 63 таблицы, 129 рисунков, 367 источников литературы отечественных и зарубежных авторов, 14 приложений.
Помутнения напитков из плодово-ягодного сырья
Современное рациональное питание населения должно быть направлено на обеспечение человеку равновесия между потребляемой и расходуемой энергией, на снабжение организма необходимыми нутриентами органического и неорганического происхождения.
Концепция сбалансированного питания для нормальной жизнедеятельности человека аккумулирует в себе два главных направления -необходимость поступления в организм таких важных компонентов пищи, как незаменимых аминокислот, минеральных солей, полиненасыщенных жирных кислот, витаминов, при одновременном обеспечении определенных соотношений между этими нутриентами. В тоже время, теория адекватного питания основывается на том, что питание должно быть не только сбалансированным, но и адекватным, т.е. содержащим балластные вещества и соответствующим возможностям организма [220].
Питание современного человека сложно представить себе без напитков. Это, прежде всего, связано с пищевой и биологической ценностью данного продукта. Напитки являются дополнительными источниками углеводов, органических кислот, минеральных веществ, витаминов и других биологически активных компонентов [62,73,76,162,188-190,263,286,292].
Отечественные и зарубежные ученые ведут активные исследования по разработке методологий мониторинга качества питания [64,334,344]. Так, по данным Евдокимовой О.В. [64] дети школьного возраста в России недополучают фруктов и ягод более чем на 50 %.
Компания Дёллер (Германия) разработала концепцию здорового питания на основе фруктов и овощей [344]. Данная концепция предусматривает изготовление напитков, закусок и супов, которые практичны и содержат много компонентов. Разработанная концепция соответствует рекомендациям ВОЗ о ежедневном употреблении 5 порций овощей и фруктов, чтобы обеспечить организм всеми необходимыми для жизни веществами.
На сегодняшний момент в мире наблюдается устойчивая тенденция, соответствующая динамичному росту производства и потребления напитков из растительного сырья, в том числе за счет появления новых видов продуктов [92,304,340]. Так, например, в Германии на рынке безалкогольных напитков появились и успешно промотируются напитки «содействующие здоровью», которые в своем составе содержат 3-6 % фруктового сока и экстракты пряных трав [340].
Несмотря на сложные экономические условия, в последние годы в нашей стране также развивается ряд отраслей пищевой промышленности, в том числе производство безалкогольных напитков (соков, нектаров, морсов), а также слабоалкогольных напитков - пива [2,92,93,94].
Современный покупатель стал более разборчивым при выборе продуктов питания в плане его «полезности». Отсюда, одним из приоритетов современного развития экономики является выпуск товаров, максимально удовлетворяющих потребности покупателей. Следует отметить, что высокий уровень конкуренции среди производителей напитков на отечественном рынке определяет необходимость постоянного повышения его качества.
Соковая продукция является одной из популярных видов категорий безалкогольных напитков среди потребителей. Конечно, данная товарная группа в России не входят в перечень товаров первой необходимости. Люди начинают покупать сокосодержащие напитки только по мере достижения определенного уровня доходов, и начинают, естественно, с продукции, относящейся к низшему ценовому сегменту. По данным исследований Comcon, максимумом в потреблении являются зимний и осенний сезоны. В летний и весенний сезоны потреб 19 ление незначительно снижается. В весенне-летний сезон соки уступают минеральной воде и холодному чаю. Причина падения потребления соков в этот сезон - появление свежих фруктов.
Начиная с 2000 года производство соков и сокосодержащих напитков пережило сначала бурный подъем, затем резкий спад и вышло на определенное плато к 2010 с небольшим подъемом в 2011 году. Даная тенденция производства объясняется рядом причин. В первую очередь характер кривой развития отражает общую тенденцию состояния экономики страны - рост-пик-спад-плато.
Спад производства и выход на определенный прямой участок отражает кризисный период в экономике не только нашей страны, но в мировом масштабе в целом. Так как соки в России не являются продуктами первой необходимости, то, вероятно, на фоне снижения темпов роста доходов населения негативное влияние на потребление соков оказало резкое подорожание продуктов питания в нашей стране. Это привело к тому, что люди стали приобретать только товары первой необходимости и отказались от соков. Специфическими факторами явились также погодные условия и неурожай в странах, которые поставляют в Россию концентрированные соки (США, Польша, Венгрия) [321].
В 2013 году российский рынок безалкогольных напитков в целом показал некую отрицательную динамику. При этом внутреннее производство соковой продукции снизилось на 2,5 %. Более существенно сократился экспорт - немногим более 3 %. Однако ежегодные флюктуации в диапазоне 3 процентов отражают в первую очередь инфляционную ситуацию в стране [2].
Структура исследований и характеристика этапов работы
Эмпирические и практические методы-операции, используемые в работе, представляют собой методы анализа полуфабрикатов и готовых изделий принятые в пивоваренной, консервной и ликероводочнои промышленности, регламентируемые ГОСТ, так и специальные методики в отношении дополнительных показателей качества полуфабрикатов и готовых напитков.
При определении регламентируемых показателей руководствовались ГОСТ 31711 [41],31494[40],Р52184[42],Р51135[43].
Массовую долю сухих веществ в сырье, безалкогольных полуфабрикатах напитков и готовых изделиях определяли рефрактометрическим методом по ГОСТ Р 51433 [44] , в спиртсодержащих напитках и полуфабрикатах - дистилляционным методом по ГОСТ 25555.2 , в квасе по ГОСТ 6687.2 [45] (без проведения полной инверсии сахарозы), экстрактивность начального пивного сусла по ГОСТ 12787 [46].
Объемную долю этилового спирта - дистилляционным методом: в пиве - по ГОСТ 12787 [46], в квасе - по ГОСТ 6687.7 [47], в ликероводочных полуфабрикатах - по ГОСТ 25555.2 [48]. Кислотность напитков определяли титриметрическим методом по ГОСТ 12788 [49], 6687.4 [50], 25555.0 [51]. Цвет молодого и готового пива - по ГОСТ 12789 [52]; содержание Сахаров - по ГОСТ 8756.13 [53]. Показатели безопасности - токсичные элементы по ГОСТ 26927, 26930, 26932, 26933, 30178, 30538 в испытательных лабораториях ФГУ «Читинский ЦСМ», ФБУ «Кемеровский ЦСМ»; микробиологические - по ГОСТ 30712. (ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии Читинской области», ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии Кемеровской области»). Определение побочных продуктов брожения в готовом пиве проводили методом газожидкостной хроматографии на хроматографе с пламенно-ионизационным детектором в ФБУ «Кемеровский ЦСМ» г. Кемерово. Содержание пектиновых веществ в напитках и полуфабрикатах определяли объемным методом [137]; содержание белковых веществ -методом Лоури [277]; общее содержание фенольных веществ колориметрическим методом [277]; содержание полифенольных веществ -методом, основанном на изменении окраски раствора полифенольных соединений в щелочной среде в присутствии железа [140]; количество дрожжевых клеток - микроскопированием в камере Горяева; спектрофотометрическое исследование групп фенольных веществ - методом измерения оптической плотности на спектрофотоэлектроколориметре марки ПЭ-5300В [71]; содержание антоцианогенов в готовом пиве - по методике, основанной на проведении колориметрической реакции превращения антоцианогенов [140]; таниновый показатель в пиве и квасе фотоколориметрическим методом ВНИИПБП [209]; вязкость - при помощи вискозиметра Оствальда [29]; предел осаждения сульфатом аммония -методом Гартонга [209].
Устойчивость полуфабрикатов и готовых изделий к появлению помутнений различного характера тестировали по методикам, изложенных в техническом регламенте [219]; характер осадков изучали микроскопированием с использованием микроскопа «Carl Zeiss Axio Scope. Al»; определение органолептических показателей - методом дегустационного анализа [100,101,160], органолептическую оценку кваса проводили по описательной шкале [77]; идентификация нахождения остаточных количеств хитозана и крахмала в готовых напитках -йодометрическим окрашиванием (в отношении хитозана реакция проводится в слабокислой среде).
Удельную скорость изменения контролируемых показателей рассчитывали по формуле: С=-р-, (1) где Ki - концентрация показателя начальная; К2 - концентрация показателя через время t. Исследования проводились в трех-пятикратной повторности. Количественные величины показателей материалов исследований, показанные в иллюстрационном материале диссертационной работы, представляют собой средние значения выборочной совокупности (А) ±Д (радиус доверительного интервала, рассчитанный в программе MS Excel). Статистическую обработку экспериментальных данных, а также математическое моделирование технологических процессов проводили методами статистического, корреляционного анализа, нелинейного оценивания, а также промышленной статистики (система «Statistica 8,0») [298].
Экспериментальные исследования проводились в научной лаборатории кафедры «Технология бродильных производств и консервирования» ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности», научно-исследовательской лаборатории НОЦ ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности».
Производственные испытания результатов исследований осуществлялись на предприятиях отрасли: ОАО «Томское пиво» (г. Томск); ЗАО «Читинские ключи» (г. Чита); ОАО «Новокемеровский пивобезалкогольный завод» (г. Кемерово); ЗАО «Пивоварня «Келлере» (г. Кемерово); ОАО «Мариинский ликероводочный завод» (г. Мариинск); ОАО «Новокузнецкий ликероводочный завод» (г. Новокузнецк); ФГУП 31111 «Томский» (г. Томск).
Гипотетическая модель состояния дисперсной системы напитка при воздействии на нее технологических вспомогательных средств
Компоненты химической опасности (Ol) представляют собой вещества, влияющие на безопасность продукта (токсичные элементы; пестициды; микотоксины; аллергены).
Физическая опасность (02) - это примеси или иные включения, непреднамеренно добавляемые в пищевую продукцию (вещества, образующиеся при разрушении хрупких материалов, применяемых для изготовления оборудования и средств для производства пищевой продукции; инструменты; конструктивные элементы оборудования; защитная одежда персонала и защитное оборудование).
Под биологической опасностью (ОЗ) понимают микроорганизмы посторонние (патогенные, мезофильные аэробные и факультативно анаэробные, бактерии группы кишечной палочки, дрожжи и плесени).
Контроль и предупреждающие действия в отношении возникновения химической, физической и биологической опасностей в технологическом процессе производства пищевой продукции регламентируются действующими нормативными документами ГОСТ Р ИСО 22000-2007, ГОСТ Р 51705.1-2001, ГОСТ Р 54762-2011/ISO/TS 22002-1:2009 [55,56,57].
При изучении вопроса формирования качества напитков, склонных к помутнениям, необходимо более глубоко рассматривать все возможные элементы опасностей производства. Вектор следует направить на содержание потенциальных мутеобразующих компонентов в объектах технологического потока - полуфабрикатах и готовых напитках до розлива в тару, а также на контроль остаточного содержания ТВС. Данные элементы обусловливают состояние дисперсной системы напитка и предопределяют его важные качественные показатели - внешний вид, прозрачность и сохраняемость готового пищевого продукта.
Для коллоидной стабилизации напитков в практике производственных процессов напитков применяют технологические вспомогательные средства (ТВС) [274]. Основными направлениями использования технологических вспомогательных средств в индустрии напитков являются удаление избыточного количества потенциальных мутеобразующих компонентов, интенсификация процессов осветления и повышение сроков сохранения прозрачности напитков. Обработка сырья, полуфабрикатов и готовых изделий различными вспомогательными средствами является одним из актуальных направлений решения проблемы повышения стойкости напитков к помутнениям.
Вспомогательные средства достаточно разнообразны и отличаются по многим характеристикам. Зачастую различные средства применяют в сочетании друг с другом, и при правильном использовании получается дополнительный положительный эффект.
В тоже время постоянно растущие объемы производства требуют поиска более новых и эффективных способов увеличения срока хранения различных напитков.
В настоящее время в литературе отсутствует описание какой-либо методики, позволяющей оценить эффективность вспомогательного средства.
В предыдущем разделе настоящей работы представлена методика комплексной оценки эффективности вспомогательных технологических средств с учетом структурных особенностей и технологических аспектов применения данных материалов, реализация которой позволяет оптимизировать выбор ТВС с целью совершенствования технологического процесса и получения высококачественной продукции.
На заключительном этапе обобщения выше представленных рассуждений в настоящих исследованиях предлагается концепция формирования качества напитков, устойчивых к помутнениям, которая представлена следующими принципами (рисунок 25).
Обеспечение равновесного состояния дисперсной системы напитка должно рассматриваться в совокупности с формированием органолептических показателей и пищевой (в т.ч. физиологической) ценности напитка. Недостаточное извлечение компонентов, инициирующих возникновение помутнений, приводит к ухудшению комплексной органолептической оценки. В то же время, избыточное удаление КПН отрицательно влияет как на пищевую ценность напитка, так и на свойства продукта, которые формируют потребительскую привлекательность -характерные вкус, аромат, цвет и прозрачность напитка. Влияние на пищевую ценность оказывает извлечение белковых соединений, на физиологическую - фенольных веществ. При этом и тот и другой компонент играют главную роль в создании устойчивой дисперсной системы напитка. Таким образом, количественная величина извлечения КПН должна быть обоснована с точки зрения формирования качественных характеристик продукта.
Совершенствование систем контроля производственного процесса. От правильного проведения и своевременной корректировки технологических параметров зависит химический состав производственного объекта, и, как следствие, количественное содержание веществ, предопределяющих равновесное состояние дисперсной системы напитка или его полуфабриката. Внедренные системы контроля производственного процесса (системы менеджмента безопасности пищевой продукции СМБПП) необходимо дополнить аддитивными критическими контрольными точками (ККТ) или разработать и внедрить производственные программы обязательных предварительных мероприятий (ППОПМ) по определению и контролю количественного содержания компонентов помутнений напитков, а также собственно вспомогательного средства по ходу технологической цепочки с обозначением критических пределов их содержания.
Обоснованный выбор технологического вспомогательного средства с целью совершенствования технологического процесса и получения высококачественной продукции необходимо оптимизировать с помощью комплексной оценки эффективности технологических вспомогательных средств с учетом структурных особенностей и технологических аспектов применения данных материалов.
Предлагаемые концептуальные принципы представляют собой взаимосвязанные элементы «часового механизма», из которых присутствие каждого является обязательным и необходимым. При реализации данных аспектов обнаруживается надежный инструмент, позволяющий организовать формирование полноценных характеристик производимого напитка и получение готового продукта высокого качества. Данные концептуальные принципы послужили основой для разработки кластерной модели формирования качества напитков, склонных к помутнениям (рисунок 26).
Определение оптимальных параметров обработки полуфабриката пива технологическими вспомогательными средствами
Традиционная технология кваса предусматривает сбраживание сусла, приготовленного из сухих зернопродуктов. Имеет место способ приготовления сусла из квасных хлебцев. Современное состояние науки и техники обозначило основной и наиболее перспективный способ производства кваса - приготовление сусла из концентрата квасного сусла (ККС), с последующим его сбраживанием [95].
Однако не все производители безалкогольных напитков имеют возможность провести полноценный процесс брожения квасного сусла ввиду отсутствия соответствующего технологического оборудования.
Компания «Дёлер НФ и БИ» предлагает экономически выгодный и технологически несложный способ производства натурального кваса брожения из полуфабриката хлебного кваса - «Концентрат кваса брожения «Аграфенушка»(ККБ)». ККБ «Аграфенушка»- это концентрированный квас брожения, полученный путем сбраживания концентрата квасного сусла (ККС) с применением специальной закваски «Аграфенушка». Готовый квас, приготовленный по предлагаемой технологии, можно разливать в любую потребительскую тару, обеспечивающую сохранность продукции [288].
В запатентованных способах авторов Тихоновой Т.А., Тихонова В.Б. и др., также предлагается использовать для производства кваса концентрированную сброженную основу. Затор готовится настойным способом из сухих зернопродуктов, традиционно используемых для квасоварения. Предлагаемые варианты концентратов позволяют получить квас с полным набором органических кислот и летучих компонентов. Срок годности основ составляет 1 год. По утверждению авторов способ позволяет повысить качество готового продукта и его стабильность [196,197].
В классической технологии получения кваса применяются квасные дрожжи Saccharomyces minor расы М. В стремлении упростить процесс сбраживания квасного сусла используют и другие дрожжи-сахаромицеты. Чаще всего применяют хлебопекарные дрожжи прессованные, либо сухие марки «Саф-Момент».
Ряд исследований подтверждают возможность применения для сбраживания квасного сусла винных дрожжей расы Штейнберг-6 [115], винных дрожжей шампанской расы ЮС 18-2007 [119]. По мнению некоторых ученых, использование чистой культуры пивоваренных дрожжей (например, Saflager W34/70) при производстве кваса наиболее предпочтительно из-за их высокой флокуляционной способности, что благотворно влияет на стойкость готового напитка [119].
Цед Е.А. и др. предлагают использовать в качестве источника молочнокислых бактерий рисовый гриб, вместо чистых культур МКБ, которые выпускают исследовательские институты [282].
Для повышения стойкости кваса применяют различные осадители (осветлители). Препараты, применявшиеся ранее для осаждения микроорганизмов из молодого кваса такие, как Айсингласс и Биофайн, образуют рыхлый осадок. Данные известные осветлители являются препаратами, приготовленными из плавательных пузырей тропических и субтропических рыб. Такие препараты можно вводить в обрабатываемый ими напиток только после длительной процедуры их набухания в воде [95, 168,172].
Осветлители на основе каррагинанов просты в применении, не требуют их специальной подготовки к использованию, эффективно образуют плотный осадок, не требуют длительной выдержки охлажденного сброженного сусла при пониженной температуре до введения осветлителей в молодой напиток. Образование плотного осадка при использовании осветлителей на основе каррагинанов позволяет, свети к минимуму потери по жидкой фазе [172].
Имеют место и исследования по применению антисептиков в технологии квасоварения. Так, например, Сотников В.А. и др. предлагают использовать, в качестве антисептика на различных стадия производства кваса, препарат «Бетасепт». Данный препарат представляет собой многофункциональную композицию действующих (абиотических) веществ (ДВ) биохимического синтеза и специальных присадок. Использование специальных присадок необходимо для усиления бактерицидных свойств ДВ по отношению к слизеобразующим микроорганизмам. Препарат «Бетасепт» имеет высокую бактерицидную активность (степень обеспложивания-99,9%) в низкой концентрации (0,2 г/дм дрожжей) по сравнению с известными антисептиками. Препарат является более «мягким» антисептиком по сравнению с известными дезинфектантами. В отличие от кислот он не оказывает отрицательного воздействия на дрожжи - количество мертвых дрожжей в популяции не увеличивается, а их упитанность не снижается [264].
Цинберг М.Б. и др. предлагают после стадии пастеризации готового кваса вносить бифидобактерии штамма Bifidobacterium bifidum и лактобактерии штамма Lactobacillus acidophilus. Данный прием позволяет исключить необходимость внесения в готовый напиток химических консервантов [184] .
Проводятся исследования, направленные на усовершенствование технологических стадий приготовления кваса.
Так, Оганесянц Л.А., Гернет М.В. и др. предлагают способ сбраживания квасного сусла в две последовательные стадии в непрерывном потоке путем пропускания через резервуары, заполненные сорбентом. В качестве сорбента используются полиэтиленовые кольца. Данный способ позволяет ускорить процесс получения кваса, обеспечить квасу стандартные и стабильные органолептические показатели и регулировать процесс его получения [176].
Существует запатентованный способ производства кваса, отличительной особенностью которого является приготовление ингредиентов сусла для сбраживания при определенной температуре смеси (34С) и купажирование кваса в трубопроводе. Предложенный способ позволяет интенсифицировать процесс получения кваса в 4-5 раз, снизить энергетические затраты до 30% и устранить трудоемкий процесс купажирования в отдельной емкости, также позволяет полностью автоматизировать весь процесс приготовления кваса [179].
Стрижаков И.И. и др. разработали способ производства кваса и установку для его осуществления, которые позволяют снизить количество технологических операций и ускорить процесс получения квасов брожения в 2-3 раза. Заявленные преимущества достигаются за счет применения гидроакустических излучателей, обеспечивающих смешивание всех компонентов (гомогенизацию) в двух плоскостях (горизонтальной и вертикальной) в заторно-бродильной и купажной емкостях [177].
Кайтуков Ч. М. предлагает способ, позволяющий существенно интенсифицировать процесс получения квасного сусла. Согласно изобретению затираемое сырье помещают в водопроницаемые контейнеры - мешочки, а процессы получения затора, его осахаривания и фильтрации с получением начального сусла осуществляют в подвижной емкости [185].
Марченко В.В. и др. предлагают способ, позволяющий интенсифицировать процесс осветления кваса. При этом брожение сусла осуществляют в герметично укупоренной потребительской таре, ориентированной вертикально крышкой с прокладкой вниз. После образования дрожжевого осадка его удаляют без изменения ориентации тары путем перфорации с помощью игольчатого зонда прокладки крышки, выполненной из материала, обладающего свойством упругой деформации. После готовый квас в потребительской таре подвергается пастеризации в туннельном пастеризаторе. Заявленный способ позволяет повысить стойкость кваса и улучшить его вкусовые качества путем уменьшения вторичного инфицирования продукта и ограничения процесса брожения закваски после розлива [182,183].