Загальна характеристика роботи
НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ
ПОЛЯКОВА ОЛЕНА ІВАНІВНА
УДК 663.915
РОЗРОБКА РЕСУРСОЗБЕРІГАЮЧОЇ ТЕХНОЛОГІЇ ШОКОЛАДНИХ
ВИРОБІВ ТА РОЗШИРЕННЯ ЇХ АСОРТИМЕНТУ
05.18.01 – Технологія хлібопекарських продуктів та харчових концентратів
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
КИЇВ - 2005
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Національному університеті харчових технологій Міністерства освіти і науки України.
Науковий керівник: | доктор технічних наук, професор
Дорохович Антонелла Миколаївна
Національний університет харчових технологій, кафедра технології хліба, кондитерських, макаронних виробів та харчоконцентратів, професор
Офіційні опоненти: | доктор технічних наук, професор
Сирохман Іван Васильович,
Львівська комерційна академія Укоопспілки, завідувач
кафедри товарознавства продовольчих товарів
доктор технічних наук, професор
Іоргачова Катерина Георгіївна
Одеська національна академія харчових технологій, завідувач кафедри технології хліба, кондитерських виробів і громадського харчування
Провідна установа: | Київський національний торговельно-економічний університет Міністерства освіти і науки України (м. Київ)
Захист відбудеться "16" листопада 2005 року о 14:00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.058.04 Національного університету харчових технологій за адресою: 01033, м.Київ-33, вул. Володимирська, 68, аудиторія А-311.
З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного університету харчових технологій за адресою: 01033, м. Київ-33, вул. Володимирська, 68.
Автореферат розісланий “10” жовтня 2005 р.
Учений секретар спеціалізованої
вченої ради, кандидат технічних наук С.І. Воронцова
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. Науково-технічний прогрес пронизує всі галузі народного господарства. Однак його дія на кожну з них має свою специфіку, і важливо вибрати найбільш ефективний напрямок їх подальшого розвитку. Наявні технології шоколаду є багатостадійними та енергоємкими, тому з’явилася необхідність розробити спосіб виробництва шоколадних мас, який дозволить скоротити та інтенсифікувати виробництво, зробити його менш енергоємким. Відомий спосіб подрібнення продуктів у вихровому млині (ВМ), що часто використовується в будівельній галузі та легкій промисловості. Цей спосіб дозволяє змішувати сировину та одночасно подрібнювати суміш до високої дисперсності.
Роботи присвячені подрібненню шоколадних мас у ВМ відсутні. Все це вимагає визначення можливостей використання способу вихрового подрібнення при виробництві шоколадних мас та какао-напоїв. Цукор-пісок виконує роль абразиву, що сприяє інтенсифікації процесу і досягнення високого ступеня подрібнення. Технологія виробництва шоколадних мас у ВМ дає можливість зменшити втрати сухих речовин, інтенсифікувати технологічний процес, економити енергоресурси, виробничі площі, людські затрати.
Відходом шоколадного виробництва є какаовела (КВ), до складу якої входять цінні хімічні речовини: білки, жири, вуглеводи і мінеральні речовини. Використання какаовели обмежено, тому що традиційні методи обробки не дозволяють забезпечити високого ступеня дисперсності. Актуальне питання виробництва шоколадних виробів – це розробка безвідходної технології, що може бути досягнуто шляхом використання ВМ, який дає можливість отримати шоколадні суміші на основі КВ з високим ступенем подрібнення.
На Україні, як і в усьому світі багато хворих на цукровий діабет. Аналіз стану внутрішнього ринку показує, що промисловість України практично не виробляє антидіабетичні шоколадні вироби. Тому було актуальним розробити економічну технологію шоколадних продуктів для хворих на цукровий діабет з функціонально-оздоровчим призначенням. При виробництві антидіабетичних глазурей в якості абразиву можна використовувати кристалічну сировину: фруктозу, ксиліт, що є дуже важливо, тому що ці цукрозамінники дозволені для використання при виробництві кондитерських виробів для хворих на цукровий діабет.
У всьому світі ведуться розробки продуктів функціонального призначення, які на Україні не виробляються. Тому було доцільно на основі ВМ дослідити можливість використання такої сировини, як інуліномісткий порошок (ІМП), зародки пшениці (ЗП), в шоколадних масах та какао-напоях функціонального призначення.
На основі різних шоколадних сумішей, отриманих у ВМ, можливо продукувати шоколадні (ШГ), кондитерські (КГ) глазурі, шоколадні маси та какао-напої, як звичайні, так і для хворих на цукровий діабет. Усе це вказує на те, що розробка ресурсо- та енергозберігаючої технології шоколадних мас, глазурей та напоїв для всіх верств населення, у тому числі для хворих на цукровий діабет на основі використання ВМ є своєчасною та актуальною.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась за тематикою науково-дослідної роботи кафедри технології хліба, кондитерських макаронних виробів і харчоконцентратів “Розробка прогресивних ресурсозберігаючих технологій виробництва кондитерських виробів із використанням нових видів сировини з лікувальними імуностимулюючими та радіозахисними якостями для всіх груп населення, в тому числі для хворих на цукровий діабет”, яка координується із науковим напрямком Національного університету харчових технологій “Створення нових ресурсозберігаючих, екологічно чистих, безвідходних і маловідходних технологій харчових продуктів підвищеної біологічної цінності профілактично-лікувального, дієтичного та дитячого харчування з використанням нетрадиційної сировини на основі використання фізичних методів аналізу”.
Особистий внесок дисертанта полягає у виконанні розробок за вказаними програмами та проведенні лабораторних, промислових досліджень, обробці та аналізі отриманих результатів, розробці нормативної документації.
Мета і завдання досліджень. Метою цієї роботи було створити сучасну енерго- та ресурсозберігаючу технологію шоколадних напівфабрикатів на основі використання вихрового млина та на їх базі розробити шоколадні вироби: шоколадна та кондитерська глазур, какао-напої звичайного та функціонального призначення для всіх верств населення, в тому числі для хворих на цукровий діабет.
Вибір мети дослідження зумовив вирішення таких основних завдань:
- дослідити вплив основної сировини на режим роботи ВМ і визначити, використовуючи математичний метод планування багатофакторного експерименту, оптимальні параметри дії млина, що забезпечують найкращі показники якості напівфабрикатів;
- визначити можливість забезпечення безвідходної технології шоколадного виробництва шляхом використання ВМ для подрібнення КВ. Встановити оптимальне дозування КВ;
- визначити найкращий цукрозамінник із групи багатоатомних спиртів та моноцукрів для застосування його в рецептурах шоколадних напівфабрикатів, призначених для хворих на цукровий діабет, і встановити оптимальні параметри дії ВМ, що забезпечать отримання напівфабрикатів із високими показниками якості;
- визначити сировину із функціональними оздоровчо-профілактичними властивостями, встановити дозування, дослідити вплив її на технологічні параметри роботи ВМ, встановити оптимальні параметри дії, що забезпечать найкращі показники якості;
- дослідити сорбційні та десорбційні можливості ШГ і КГ та какао-напоїв, отриманих на основі напівфабрикату, отриманого у ВМ;
- провести дослідження впливу какао масла та жирів альтернатив какао маслу СВА (еквівалентів (СВЕ), замінників (СBR)) на органолептичні, реологічні характеристики ШГ та КГ, виготовлених на основі напівфабрикатів, отриманих на ВМ;
- вивчити процеси, що відбуваються при зберіганні ШГ, КГ, какао-напоїв, які розроблені згідно із запропонованою технологією і визначити терміни їх зберігання;
- розробити технологічну машинно-апаратурну схему та затвердити необхідну НТД (технологічні інструкції, рецептури, технічні умови) на нові види глазурей та напоїв;
- провести апробацію нових технологій у промислових умовах і здійснити оцінку якості нової продукції за комплексним та диференційним показниками.
Об’єкт дослідження – технологія шоколадних мас, глазурей та напоїв.
Предмет дослідження – суміші на основі какао порошку, цукру-піску, сухого знежиреного молока (СЗМ), КВ, ЗП, ІМП, какао масла, жирів СВЕ, СВR, фруктози, сорбіту, ксиліту, отримані у ВМ.
Методи дослідження. Основні показники якості та властивостей сировини, напівфабрикатів та готових виробів визначали за стандартними та спеціальними методами: органолептичні – за методами сенсорної оцінки; фізико-хімічні – на основі використання новітньої сучасної техніки; мікробіологічні показники за методами, що визначені вимогами ДСТУ та технічними умовами.
Наукова новизна отриманих результатів. На основі теоретичних та експериментальних досліджень запропоновано ресурсозберігаючу технологію шоколадних виробів (глазурі, какао-напої) в результаті використання шоколадного напівфабрикату, отриманого у ВМ, що дозволило інтенсифікувати технологічні процеси, покращити якість продукції, зменшити енергетичні витрати, витрати сировини і значно зменшити виробничі площі.
У результаті аналітико-експериментальних досліджень та використання математичного методу багатопланового експерименту встановлено оптимальні параметри дії ВМ (температура, тиск повітря, тривалість оброблення) і співвідношення рецептурних інгредієнтів, що забезпечують необхідний розмір частинок (цільова функція) напівфабрикатів (какао порошок – цукор-пісок; какао порошок –СЗМ – цукор-пісок; какао порошок –фруктоза; какао порошок –СЗМ – фруктоза; КВ – цукор-пісок або фруктоза; какао порошок – фруктоза –ІМП; ЗП – цукор-пісок).
Уперше розроблено технологію антидіабетичної ШГ та КГ на фруктозі; встановлено та науково обґрунтовано можливість зниження витрат жирів (какао масла та жирів СВА) на 3 % у виробництві глазурей на фруктозі.
Розроблено безвідходну технологію шоколадних виробів та рецептурні композиції напівфабрикату, отриманого у ВМ, до складу якого входить КВ (вторинний продукт шоколадного виробництва); шляхом математичного планування експерименту встановлено оптимальне дозування КВ і оптимальні параметри роботи ВМ, що забезпечують гарні органолептичні показники і високий ступінь подрібнення напівфабрикату.
Розроблено технологію шоколадних виробів та напоїв функціонального призначення на основі напівфабрикату, отриманого за допомогою ВМ. При складенні рецептурних композицій було використано сировину функціонального призначення (ЗП, ІМП).
Теоретично обґрунтовано, що в результаті проведених досліджень органолептичних, фізико-хімічних, мікробіологічних, сорбційних та десорбційних показників при зберіганні різних видів глазурей та напоїв, отриманих на основі напівфабрикату, виробленого на ВМ, встановлено гарантований термін зберігання глазурей та напоїв. Було визначено та науково обґрунтовано, що фруктоза сприяє уповільненню процесу окислення жирів, і це дало можливість збільшити гарантований термін зберігання глазурі для хворих на цукровий діабет до 7 місяців. Термін зберігання звичайної глазурі 6 місяців.
Практичне значення отриманих результатів. Розроблено та затверджено Дегустаційною комісією кондитерської промисловості по оцінці якості продукції Державного департаменту продовольства Мінагрокомітету України ЗАТ “Укркондитер” нормативно-технічну документацію: рецептури (322-К-04, 323-К-04, 324-К-04, 327-К-04, 331-К-04, 332-К-04, 333-К-04, 335-К-04, 596-К-04, 597-К-04, 598-К-04, 599-К-04) та технологічні інструкції (329-К-04, 330-К-04, 600-К-04) для глазурей та какао-напоїв. Розроблено та затверджено технічні умови “Глазурі шоколадні та кондитерські на фруктозі” ТУ У .8-19492247-028-2004. Проведено дослідно-промислові випробування технології нових видів глазурей на ТОВ “Альба-Юг” (м. Севастополь), а какао-напоїв на ЗАТ “Крафт Фудз Україна” (м. Тростянець).
Виробництво глазурей за новою технологією для шоколадної глазурі показало, що прибуток при виробництві 1 т глазурі складає 1677,02 грн., тобто на 224,68 грн. більше, ніж при виробництві глазурі за звичайною технологією. Розраховано економічний ефект напою “Ранок”. При виробництві 1 т какао-напою прибуток буде становити 1239,98 грн., що на 224,28 грн. більше, ніж за звичайною технологією.
Розроблено спосіб виробництва шоколадних мас і шоколадних напівфабрикатів шляхом скорочення технологічного процесу завдяки поєднанню процесів змішування та подрібнення у ВМ, на який отримано деклараційний патент на винахід 55743 А. Розроблено спосіб виробництва шоколадних напівфабрикатів шляхом використання КВ в якості какао-продуктів на основі ВМ, на який отримано деклараційний патент на винахід 68082А. Розроблено спосіб виробництва замінника какао порошку шляхом використання суміші обсмажених зародків пшениці і цукру-піску, що були вироблені на основі ВМ, на який отримано деклараційний патент на винахід 68083А.
Особистий внесок здобувача полягає в отриманні наукових результатів, розробленні методик лабораторних та промислових досліджень, проведенні лабораторних досліджень, обробленні та узагальненні їх результатів, безпосередній участі в організації і проведенні дослідно-промислових випробувань, підготовці до публікації результатів експериментальних досліджень, розробленні способів, на яких отримано три деклараційні патенти на винахід.
Аналіз обговорення та узагальнення результатів досліджень проведено спільно із науковим керівником д.т.н., проф. А.М. Дорохович. Визначення мікробіологічних показників проведено разом із представниками кафедри “Промислова біотехнологія” НУХТ. Визначення сорбційних та десорбційних властивостей глазурей та напоїв – разом із фахівцями Інституту фізичної хімії; реологічні властивості глазурей на ЗАТ “Крафт Фудз Україна”.
Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи було викладено на Сьомій міжнародній науково-технічній конференції “Пріоритетні напрями впровадження в харчову промисловість сучасних технологій, обладнання нових видів продуктів оздоровчого та спеціального призначення” (Київ, УДУХТ, 2001 р.); Міжнародній науковій конференції молодих вчених, аспірантів та студентів “Сучасні методи створення нових технологій та обладнання в харчовій промисловості” (Київ, НУХТ, 2002 р.); на 69-й та 70-й Науковій конференції молодих вчених, аспірантів і студентів (Київ, НУХТ, 2003 та 2004 р.); на Міжнародній науково-технічній конференції “Розроблення та виробництво продуктів функціонального харчування, інноваційні технології та конструювання обладнання для перероблення сільгоспсировини, культура харчування населення України” (Київ, НУХТ, 2003 р.); Міжнародній науково-технічній конференції “Актуальні проблеми харчування: технологія та обладнання, організація і економіка” (Донецьк, ДонДУЕТ, 2003 р.); Всеукраїнській науково-практичній конференції “Проблеми харчування населення України” (Полтава, ПУСКУ, 2003 р.).
Публікації. За результатами дисертаційної роботи опубліковано 13 робіт, у тому числі 3 статті у наукових фахових виданнях, перелік яких затверджено Вищою атестаційною комісією України, 3 деклараційні патенти України на винахід та 6 тез доповідей наукових конференцій.
Структура і об’єм роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, семи розділів, висновків, списку бібліографічних джерел (172 найменувань, з яких 55 зарубіжні) та 16 додатків. Роботу викладено на 147 сторінках машинописного тексту, вона має 26 рисунків та 72 таблиці.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обґрунтовано актуальність теми дисертаційної роботи, визначено мету та задачі досліджень, охарактеризовано наукову новизну і практичне значення.
У першому розділі “СУЧАСНІ ТЕХНОЛОГІЇ ШОКОЛАДНИХ ВИРОБНИЦТВ ТА НАПОЇВ ДЛЯ УСІХ ГРУП НАСЕЛЕННЯ, В ТОМУ ЧИСЛІ ДЛЯ ХВОРИХ НА ЦУКРОВИЙ ДІАБЕТ” проведено аналітичний огляд літератури за темою дисертації, проаналізовано сучасні технології шоколадних виробів та напоїв. Аналіз літератури показав, що в хімічній та будівельній галузі широке використання знайшов спосіб подрібнення за допомогою ВМ, вказано його переваги. Такий метод подрібнення в кондитерській галузі не використовується, і це стало поштовхом запропонувати використання способу подрібнення шоколадних сумішей у ВМ.
Наведено характеристику традиційної та нетрадиційної сировини, що використовувалась у виробництві шоколадних виробів та какао-напоїв, показано її вплив на якість готового продукту. Подано аналіз літературних джерел зі створення шоколадних виробів функціонального призначення для усіх груп населення, в тому числі для хворих на цукровий діабет. Зроблено критичний огляд сучасних цукрозамінників і підсолоджувачів із позиції доцільності їх використання у виробництві шоколадних виробів та какао-напоїв.
У другому розділі “МЕТА, ЗАВДАННЯ, ОБ’ЄКТИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕНЬ” сформульовано основні напрямки, мета і конкретні завдання дослідження, наведено характеристику об’єктів і методів досліджень. Під час проведення лабораторних досліджень і виробничих випробувань використовували цукор-пісок (ДСТУ ), фруктозу кристалічну фірми “ADM” (США), какао порошокГОСТ .22), КВГСТУ .15), соєвий лецитин фірми “Штерн”, СЗМ (ГОСТ ), ЗП (ТУ У .22.014-95), жири групи СВЕ –та CBR Akocote (ГОСТ 28931), ІМП, сорбіт (ТУ ), ксиліт (ГОСТ ), какао маслоГОСТ 18.13).
У роботі використано загальноприйняті і спеціальні методики досліджень. Якість готових виробів визначається відповідно до стандарту щодо методів випробувань кондитерських виробів, масову частку вологи та сухих речовин – за ГОСТ 5900, вміст жиру – за ГОСТ 5899, масову частку мінеральних та сторонніх домішок –за ГОСТ 15113.2, масову частку золи – за ГОСТ 5901. Ступінь окислення жирів визначали за зміною кислотного та перекисного чисел (ГОСТ та ГОСТ 26593). Гранулометричний склад напівфабрикатів та готових виробів визначали за методом Реутова, мікрометром Mitutoyo і на приладі “Мастерсайзер” (фірми “Малверн”). Сорбційні та десорбційні властивості продуктів визначали за ваговим методом на вакуумній установці з кварцовими вагами “Мак-Бена”. Реологічні характеристики шоколадних мас визначали на ротаційному віскозиметрі НААКЕ. Розчинність напоїв визначали за ГОСТ 29148. Мікробіологічні показники визначали за ГОСТ 26972. Статистичне оброблення результатів досліджень, побудову графіків і діаграм виконували з використанням програмного забезпечення MS Office Excel.
У третьому розділі “ВИКОРИСТАННЯ ВИХРОВОГО МЛИНА ДЛЯ ОТРИМАННЯ ШОКОЛАДНИХ НАПІВФАБРИКАТІВ” проведені дослідження традиційної сировини для отримання шоколадних напівфабрикатів високого ступеня подрібнення на основі ВМ потужністю 60 кг/год., що представляє собою установку для подрібнення і сепарації, принцип дії якої базується на використанні аеродинамічних властивостей твердих часток та повітря у процесі їх взаємодії.
Розроблений нами ВМ працює таким чином (рис. 1): у бункер 1 подається суміш рецептурних інгредієнтів і потім шнеком 2 потрапляє в камеру розмелу 3, туди попередньо подається стиснуте повітря. Частинки суміші підхоплюються вихровим рухом і взаємодіють одна з одною та зі стінками камери подрібнення. Утворена повітряна суміш після подрібнення видаляється через верхній патрубок в ємкість-циклон 4, а потім зберігається у ємкості 5. Очищене повітря видаляється у приміщення, проходячи через фільтр 6.
Перевагою ВМ є їх проста конструкція, що потребує невеликих виробничих площ. Відсутність істотних механічних напруг у конструкціях камери розмелу робить такі млини довговічними. При подрібненні сумішей використовується цукор-пісок (як абразив), а не цукрова пудра, (згідно із традиційними технологіями), і це дозволяє економити 0,3сухих речовин (витрати на отримання цукрової пудри).
Для визначення оптимальних параметрів роботи ВМ необхідно було встановити вихідний склад сировини. За допомогою лазерного дифрактометра було визначено фракційний склад інгредієнтів, який, як показали дослідження, є неоднорідний і знаходиться в широких межах.
Для виготовлення напівфабрикатів: цукор-пісок – какао порошок та цукор-пісок какао порошок – СЗМ були проведені експерименти по встановленню впливу складу рецептурних композицій, продуктивності ВМ, тиску стислого повітря, температури на ступінь подрібнення рецептурної суміші. Дозування какао порошку відносно цукру-піску змінювали від 10до 50 %, температуру в камері розмелу від 5 С до 26 С, тиск стиснутого повітря від 0,2 до 0,6 МПа. В табл. наведено фракційний склад напівфабрикатів отриманих при оптимальних параметрах роботи ВМ. За допомогою математичного методу багатофакторного експерименту було отримано рівняння регресії (1):
(1)
де Y – розмір частинок отриманої рецептурної суміші; X1 – температура в камері розмелу ВМ, С; X2 – тиск у камері розмелу ВМ, МПа; X3 – вміст какао порошку в суміші, %. Встановлено оптимальні параметри: X1 = 5 С, X2 0,6 МПа, X3 = 25Аналіз даних показав, що вміст частинок розміром до 35 мкм напівфабрикату: какао порошок (25 %) – цукор-пісок (75 %) становить 95,4 %, напівфабрикату: какао порошок (25 %), СЗМ (20 %) та цукор-пісок (55 %) – 94,7
Розділ 4 “ДОСЛІДЖЕННЯ ВПЛИВУ НЕТРАДИЦІЙНОЇ СИРОВИНИ (КАКАОВЕЛИ, ЗАРОДКІВ ПШЕНИЦІ, ФРУКТОЗИ, КСИЛІТУ, СОРБІТУ, ІНУЛІНОМІСТКОГО ПОРОШКУ) НА ЯКІСТЬ НАПІВФАБРИКАТІВ, ОТРИМАНИХ НА ВИХРОВОМУ МЛИНІ”. У шоколадному виробництві відходом виробництва є какаовела – оболонка какао-бобів, вміст її становить 10 14 % від ваги какао-бобів. Хімічний склад КВ вказує на високу харчову та біологічну цінність, але вона не знайшла належного використання у виробництві кондитерських виробів через відсутність у кондитерській галузі обладнання, що може подрібнити КВ до потрібного розміру частинок.
Проведено комплекс досліджень дев’яти рецептурних композицій, у яких вміст КВ до маси цукру змінювали від 10 до 50 %, продуктивність млина – від 10 до 60 кг/год., температуру в камері розмелу – від 5 до 26 С, тиск стиснутого повітря – від 0,2 до 0,6 МПа. Проведено математичне моделювання процесу подрібнення рецептурної суміші КВ – цукор-пісок методом багатофакторного експерименту. Визначено оптимальний склад суміші: 35 % КВ і 65 % цукру-піску, температура в камері подрібнення 10 С, тиск стиснутого повітря 0,6 МПа.
На рис. 2 наведено фракційний склад порошку КВ, отриманого в дезінтеграторі (крива 1) і суміші КВ з цукром-піском (крива 2) на ВМ за оптимальних параметрів. Як видно з рис. 2 подрібнення КВ в дезінтеграторі не забезпечує потрібного ступеня подрібнення, основна маса частинок КВ лежить у межах 100 – 500 мкм; у напівфабрикаті КВ – цукор-пісок – у межах 10 – 30 мкм. Таким чином ВМ дозволив розробити безвідходну технологію шоколадних виробів.
Зараз у більшості країн світу приділяють велику увагу розробці і впровадженню функціональних продуктів оздоровчого призначення. До складу таких продуктів повинна входити сировина з функціональними властивостями, така як, ЗП. Розроблено чотири рецептурні композиції, до складу яких входить 10 %, 20 %, 30 %, 40 % ЗП до маси цукру-піску. Подрібнення рецептурної суміші у ВМ проводили при зміні продуктивності від 20 кг/год до 60 кг/год, температура в камері подрібнення – від 11 С до 23 С, тиск стиснутого повітря – від 0,2 МПа до 0,6 МПа. За допомогою математичного методу багатофакторного експерименту було визначено оптимальні параметри технології подрібнення рецептурної суміші ЗП – цукор-пісок: 30 % ЗП і 70 % цукру-піску, температура в камері подрібнення 17 С, тиск стиснутого повітря 0,6 МПа.
Велику стурбованість у всьому світі викликає хвороба на цукровий діабет, що швидко поширюється. В Україні хворих на цукровий діабет більше 3 млн. Аналіз ринку показує, що кондитерських антидіабетичних виробів виробляється дуже мало. Однією із причин є відсутність сучасних технологій. Тому було визначено можливість виробництва напівфабрикатів на ВМ, у рецептуру яких замість цукру-піску входять цукрозамінники – фруктоза, ксиліт, сорбіт в тій же кількості, що і цукор-пісок. Подрібнення рецептурних сумішей проводили за встановленими параметрами дії ВМ. У досліджуваних зразках визначено фракційний склад отриманих напівфабрикатів (табл. 1).
Фруктоза для засвоєння не потребує гормону інсуліну, однак вона не чинить лікувальної дії, і її дозволено використовувати хворим на цукровий діабет в кількості 0,5 – 1 г на 1 кг маси тіла людини. Існує сировина, що знижує вміст цукру в крові людини, хворої на цукровий діабет. До такої сировини належить ІМП, розроблений у НУХТ.
ІМП має специфічний аромат та запах, що лімітує його використання. Розроблено 5 рецептурних композицій, у яких вміст ІМП змінювали від 0 % до 50 % щодо маси фруктози для визначення рецептурної суміші з оптимальними органолептичними показниками. На базі основних принципів кваліметрії підраховано за формулою (2) значення комплексного показника (Корг) оцінки якості, який враховує органолептичні показники напівфабрикату, отриманого у ВМ:
(2)
де – коефіцієнти вагомості відповідних показників; P1, P2, P3, P4 – показники, які характеризують колір, дисперсність, запах, смак (сенсорна оцінка у балах); P1баз, P2баз, P3баз, P4баз – відповідно показники базового зразка, значення яких дорівнює 5 балам. Проведений розрахунок Корг показав, що заміна 10фруктози на ІМП забезпечує значення Корг = 0,83, що відповідає оцінці “добре”. Збільшення вмісту ІМП знижує значення Корг. У табл. 1 наведено фракційний склад напівфабрикату з ІМП.
Таблиця 1
Фракційний склад напівфабрикатів
Склад
напівфабрикату | Кількість частинок у фракції, %
< 5
мкм | 5...9 мкм | 9...19 мкм | 19...30 мкм | 30...35 мкм | 35...41 мкм | 41...56 мкм | 56...65 мкм | > 65 мкм
Какао порошок із цукром | 24,4 | 19,4 | 33,6 | 16,1 | 1,9 | 1,4 | 1,7 | 0,7 | 0,8
Какао порошок із цукром, СЗМ | 26,6 | 9,8 | 36,1 | 18,4 | 3,8 | 2,5 | 1,8 | 0,9 | 0,1
Сорбіт із какао порошком | 15,6 | 7,8 | 30,3 | 19,9 | 5,9 | 5,3 | 7,9 | 2,7 | 4,6
Какао порошок із фруктозою | 21,4 | 18,1 | 36,2 | 16,5 | 2,6 | 2,1 | 1,7 | 0,5 | 0,9
Какао порошок із фруктозою та СЗМ | 32,3 | 9,5 | 34,2 | 14,6 | 3,7 | 2,5 | 2,6 | 0,5 | 0,1
Какао порошок із фруктозою та ІМП | 17,60 | 14,40 | 34,10 | 21,10 | 5,30 | 2,70 | 3,30 | 0,65 | 0,78
Розділ 5 “РОЗРОБКА РЕЦЕПТУРНИХ КОМПОЗИЦІЙ ТА ДОСЛІДЖЕННЯ ОРГАНОЛЕПТИЧНИХ, СТРУКТУРНО-МЕХАНІЧНИХ, СОРБЦІЙНИХ ТА ДЕСОРБЦІЙНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ НАПОЇВ, ВИГОТОВЛЕНИХ НА ОСНОВІ НАПІВФАБРИКАТУ, ОТРИМАНОГО У ВИХРОВОМУ МЛИНІ”. Асортимент вітчизняних какао-напоїв є невеликим, і хімічний склад недостатньо збалансовано щодо вимог нутріціології. Тому нами була визначена можливість використання напівфабрикатів, отриманих у ВМ: какао порошок – цукор-пісок; какао порошок – цукор-пісок СЗМ; какао порошок – фруктоза; какао порошок – фруктоза – СЗМ; какао порошок – фруктоза – ІМП; ЗП – цукор-пісок – какао порошок; какао порошок – сорбіт СЗМ, як основи для виробництва какао-напоїв.
Відомо, що суміші для напоїв дуже схильні до поглинання вологи в процесі зберігання, тому нами проведені дослідження по визначенню сорбційних та десорбційних показників вказаних напівфабрикатів. З рис. 3 видно, що напівфабрикати володіють достатньо значною гігроскопічністю. Все це вказує на те, що усі суміші після приготування слід упаковувати в герметичну тару.
Характер ізотерм сорбції залежить від хімічного складу продукту та від розміру пор. По спеціальним методикам за допомогою ізотерм сорбції були проведені розрахунки, які визначили питому поверхню, сорбційні об’єми пор різних напівфабрикатів (табл. 2).
Проведені дослідження фізико-хімічних (масова частка вологи, масова частка загального цукру, масова частка металевих домішок, масова частка мінеральних домішок, зволоженість, розчинність) та мікробіологічних показників какао-напоїв, виготовлених на основі напівфабрикатів, отриманих у ВМ.
Таблиця 2
Значення питомої поверхні, сорбційних об’ємів пор напівфабрикатів
Показник | “Цукор какао порошок” | “Цукор какао порошок – СЗМ” | “Фруктоза какао порошок – СЗМ” | “Сорбіт какао порошок СЗМ” | “Фруктоза – какао порошок” | “Фруктоза – какао порошок ІМП”
Питома поверхня, м2/г | 120 | 120 | 158 | 174 | 158 | 194
Граничні сорбційні об’єми пор, см3/г | макропори | мезопори
1,30 | 1,27 | 1,31 | 1,34 | 1,34 | 0,9
Середній діаметр пор, | 416 | 423 | 332 | 308 | 339 | 186
Розділ 6 “РОЗРОБКА РЕЦЕПТУРНИХ КОМПОЗИЦІЙ ТА ДОСЛІДЖЕННЯ ОРГАНОЛЕПТИЧНИХ, СТРУКТУРНО-МЕХАНІЧНИХ ПОКАЗНИКІВ ЯКОСТІ ГЛАЗУРЕЙ, ВИГОТОВЛЕНИХ НА ОСНОВІ НАПІВФАБРИКАТІВ, ВИРОБЛЕНИХ НА ВИХРОВОМУ МЛИНІ”. При виробництві ШГ на основі напівфабрикатів, отриманих у ВМ вводили какао масло та жир Choklin, а для КГ жир Akocote. На віскозиметрі НААКЕ були визначені реологічні характеристики різних видів ШГ та КГ. На рис. 4 наведено залежність ефективної в’язкості від напруги зсуву та швидкості зсуву. Аналіз отриманих даних показав, що механізм зміни у глазурей на цукрі-піску та фруктозі однаковий, але відзначено зниження в’язкості у глазурей на фруктозі.
Причину зменшення в’язкості глазурей ми пояснюємо таким чином: фруктоза сприяє кращій змочуваності твердої фази какао маслом. В’язкість глазурей тим менша, чим менша у них вологість. Це пояснюється тим, що вода, яка міститься в глазурі, знаходиться переважно на поверхні частинок твердої фази у вигляді тонких шарів. Ці водяні плівки затримують змочуваність какао маслом або жирами СВА поверхні твердих частинок, що і ускладнює рух ковзання і призводе до збільшення в’язкості маси. Відомо, що фруктоза має значно більшу водопоглинальну здатність, ніж цукроза. Тому вона більше зв’язує вологу і тим самим відкриває кращий доступ какао масла (або жирів СВА) до поверхні твердих частинок маси. Зменшення в’язкості глазурі на фруктозі дає можливість економити до 3 % кількість жиру.
Проведено визначення реологічних характеристик глазурей, у яких поступово зменшували кількість жиру на 1, 2, 3, 4 %. Аналіз отриманих даних показав, що в’язкість глазурей на фруктозі при зниженні у ній жиру на 3 %, тобто із вмістом жиру 32 %, така як у глазурі на цукрі-піску зі вмістом жиру 35
Нами був визначений хімічний склад глазурей, їх сорбційні та десорбційні властивості (табл. 3), а також їх зміна на протязі гарантованого терміну зберігання. Домінантою, безумовно, є зміна стану ліпідного комплексу. Досліди показали, що окислювальні процеси у глазурях на фруктозі протікають більш уповільнено, ніж на цукрі-піску. Ці дані знайшли використання при розробці ТУ У 15.8-19492247-028-2004, де вказано, що термін зберігання глазурей на фруктозі складає 7 місяців, а на цукрі-піску – 6 місяців. Термін зберігання харчових продуктів залежить від їх сорбційних властивостей.
Проведені дослідження сорбційних та десорбційних властивостей глазурей на цукрі-піску та на фруктозі показали, що рівноважна вологість всіх глазурей значно збільшується при підвищенні відносної вологості повітря більше 70 % (Aw > 0,7). Це свідчить про необхідність зберігання продуктів в пакувальній тарі, яка захищає їх від контакту з повітрям, вологість якого не повинна бути більшою 70а температура не вище 1820 є?.
Таблиця 3
Вміст води по зонам ізотерм сорбції
Глазур на основі
напівфабрикату | Вміст води по зонам ізотерм сорбції, ммоль/г
І
(Aw = 00,3) | ІІ
(Aw = 0,30,7) | ІІІ
(Aw = 0,71,0)
“Цукор-пісок – какао порошок” з какао маслом | 0,00 | 4,86 | 23,94
“Фруктоза – какао порошок” з какао маслом | 0,00 | 7,26 | 25,61
“Фруктоза – какао порошок – ІМП” з какао маслом | 0,06 | 6,25 | 27,33
“Цукор-пісок – какао порошок” та жир Choklin | 0,02 | 2,72 | 35,63
“Фруктоза – какао порошок” та жир Choklin | 0,00 | 6,69 | 35,81
“Цукор-пісок – какао порошок” та жир Akocote | 0,00 | 3,91 | 34,52
“Фруктоза – какао порошок” та жир Akocote | 0,00 | 6,94 | 34,96
Розділ 7 „НОВІТНІ ТЕХНОЛОГІЇ ШОКОЛАДНИХ, КОНДИТЕРСЬКИХ ГЛАЗУРЕЙ І КАКАО-НАПОЇВ, ОЦІНКА ЯКОСТІ НОВИХ ВИРОБІВ, АПРОБАЦІЯ ТЕХНОЛОГІЙ В ПРОМИСЛОВИХ УМОВАХ, РОЗРАХУНОК ЕКОНОМІЧНОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ”. На основі напівфабрикатів, отриманих у ВМ розроблено технології шоколадних глазурей та напоїв, складені і обґрунтовані машинно-апаратурні схеми. Розроблено і затверджено рецептури для глазурей та напоїв. Розраховано харчову, біологічну, енергетичну цінності нових напоїв. Проведено промислову апробацію технології глазурей і какао-напоїв, та розроблено технічні умови „Глазурі шоколадні та кондитерські на фруктозі”. Згідно із основними принципами теоретичної кваліметрії здійснено оцінку якості зразків продукції, вироблених у промислових умовах за комплексним показником (К), який враховує вимоги державного стандарту до органолептичних, фізико-хімічних, мікробіологічних показників. Розрахунок показав, що К шоколадної глазурі, що була вироблена на ТОВ “Альба-Юг”, мав значення 0,98 (оцінка “відмінно”), кондитерська глазур 0,89 (оцінка “добре”). Для напоїв, отриманих на ЗАТ „Крафт Фудз Україна”, значення комплексного показника дорівнювало “Корисний” К = 0,83 (оцінка “добре”), “Попелюшка” К = 0,92 (оцінка “відмінно”). Розрахунок економічної ефективності показав, що прибуток від реалізації 1 т глазурі, виготовленої згідно із новою технологією, становить 1677,02 грн., а какао-напою 1239,98 грн.
ВИСНОВКИ
1. На основі аналізу сучасного ринку шоколадних виробів, науково-технічної літератури, теоретичних та експериментальних досліджень розроблено ресурсозберігаючу технологію шоколадних виробів (глазурі, какао-напої) широкого асортименту звичайного, функціонального, антидіабетичного призначення на основі використання шоколадного напівфабрикату, отриманого у ВМ. Це дозволило інтенсифікувати технологічний процес поширити асортимент, покращити якість готової продукції, скоротити енергетичні та сировинні витрати, зменшити виробничі площі.
2. У результаті аналітично-експериментальних досліджень та використання математичного методу багатофакторного експерименту встановлено оптимальні параметри дії ВМ (температура, тиск повітря, продуктивність) та оптимальні співвідношення сировинних інгредієнтів різних видів напівфабрикатів: “какао порошок – цукор-пісок”; “какао порошок – СЗМ – цукор-пісок”; “какао порошок – фруктоза”; „какао порошок – СЗМ – фруктоза”; “какао порошок – сорбіт”; “какао порошок – фруктоза – ІМП”; “КВ – цукор-пісок”; “ЗП – цукор-пісок”, що забезпечує високий ступінь подрібнення напівфабрикату, більше 90 % частинок розміром менше 35мкм.
3. З метою розробки безвідходних технологій шоколадних виробів встановлено можливість використання КВ (вторинного продукту) при виробництві напівфабрикату у ВМ. Шляхом математичного планування експерименту встановлено оптимальне дозування КВ (35 % до маси цукру-піску та фруктози) та оптимальні параметри роботи ВМ.
4. Із метою розробки шоколадних виробів та напоїв функціонального призначення встановлено можливість використання зародків пшениці (функціонального інгредієнту) при виробництві напівфабрикатів “ЗП – цукор-пісок”; “ЗП – какао порошок – цукор-пісок”. Встановлено оптимальні співвідношення сировинних інгредієнтів і оптимальні параметри дії ВМ.
5. Із метою розробки шоколадних виробів для хворих на цукровий діабет встановлено можливість отримання напівфабрикатів на ВМ: “фруктоза – какао порошок”; “сорбіт – какао порошок”. Для забезпечення функціонально-оздоровчими властивостями антидіабетичних глазурей та какао-напоїв запропоновано використання ІМП, встановлено оптимальне його дозування з урахуванням органолептичних показників.
6. Розроблено технологію шоколадної та кондитерської глазурі на основі використання різних видів напівфабрикатів, отриманих у ВМ та жирів: какао масло, жири групи СВЕ – Choklin (шоколадні глазурі), жири групи СВR – Akocote (кондитерські глазурі), що дозволяє покращити якість готового продукту та зменшити собівартість.
7. Розроблено технологію антидіабетичної шоколадної та кондитерської глазурі на фруктозі. Встановлено та науково обґрунтовано можливість зниження використання жирів (какао масло, жири CBE, CBR) на 3 % при виробництві глазурей на фруктозі.
8. Досліджено та теоретично обґрунтовано зміни органолептичних, фізико-хімічних, мікробіологічних, сорбційних та десорбційних процесів, що відбуваються під час зберігання ШГ, КГ та какао-напоїв, що дозволило визначити вплив нової технології на гарантований термін зберігання готової продукції. Було встановлено, що фруктоза, крім ролі цукрозамінника, виконує функцію антиоксиданту. Встановлено, що фруктоза затримує (щодо впливу цукрози) збільшення перекисного та кислотного чисел. Досліди сорбційних та десорбційних властивостей глазурей та какао-напоїв показали, що вироби на фруктозі мають більшу сорбційну властивість щодо виробів на цукрозі. Проведені дослідження дали можливість встановити гарантований термін зберігання виробів, виготовлених за новою технологією. Термін зберігання ШГ на цукрі становить 6 місяців, на фруктозі – 7 місяців, КГ на цукрі-піску – 4 місяці, на фруктозі – 5 місяців, какао-напоїв – 6 місяців.
9. У зв’язку з тим, що промисловість України не має Державного стандарту та технічних умов на антидіабетичні глазурі, враховуючи проведені дослідження органолептичних, фізико-хімічних, мікробіологічних показників та зміни їх при зберіганні, розроблено і затверджено технічні умови ТУ У 15.8–19492247-028-2004.
10. Розроблено 8 рецептур на нові види глазурей, у тому числі 4 – для хворих на цукровий діабет; 4 на нові види какао-напоїв, у тому числі 3 – для хворих на цукровий діабет, які були затверджені Дегустаційною комісією кондитерської промисловості по оцінці якості продукції Державного департаменту продовольства Мінагрокомітету України ЗАТ “Укркондитер”.
11. Проведено апробацію нової технології шоколадної та кондитерської глазурі на підприємстві “Альба-Юг” (м. Севастополь) та нової технології какао-напоїв на ЗАТ “Крафт Фудз Україна” (м. Тростянець). Згідно із основними принципами теоретичної кваліметрії проведено оцінку якості нової продукції, виробленої в промислових умовах, за комплексним показником, який враховує вимоги, наведені у Державних стандартах та технічних умовах на цю продукцію.
12. Розрахунок економічної ефективності показав, що прибуток від реалізації 1 т глазурі, виготовленої згідно із новою технологією, становить 1677,02 грн., а какао-напоїв – 1239,98 грн. Крім того, виробництво за новою технологією антидіабетичних шоколадних та кондитерських глазурей, напоїв функціонально оздоровчого призначення має великий соціальний ефект.
Список праць, опублікованих за темою дисертації
1. Дорохович А.М., Полякова О.І. Шляхи вдосконалення технології виробництва шоколадних мас // Обладнання та технології харчових виробництв: Тематичний збірник наукових праць. – Донецьк, 2001. – Вип. 6. – С. 215 - 222.
Особистий внесок: приймала участь в організації та проведенні досліджень, обробці експериментальних даних і написанні статті
2. Полякова О.І, Дорохович А.М. Перспективні методи дослідження гранулометричного складу шоколадних виробів // Вісник ДонДУЕТ. Сер. Технічні науки. 2002. – №1 (13). – С.48 - 53.
Особистий внесок: приймала участь у підборі і теоретичному аналізі літературних джерел, плануванні і проведенні досліджень, підготовці матеріалів до друку.
3. Полякова О.І., Дорохович А.М. Розробка нового способу виробництва шоколадних мас та глазурей з використанням вихрових струминних млинів // Вісник ДонДУЕТ. – Донецьк. 2003. – №1(17). – С.137 - 143.
Особистий внесок: приймала участь в організації та проведенні досліджень, обробці експериментальних даних і написанні статті
4. Деклараційний патент на винахід 55743 А України, МПК7 А23G1/00. Спосіб виробництва шоколадних мас і шоколадних напівфабрикатів // Полякова О.І., Дорохович А.М., Поляков І.А.–№2002054462; Заявл. 31.05.2002; Опубл. 15.04.2003, Бюл.№4.
Особистий внесок: провела патентний пошук, приймала участь у експериментальних дослідженнях, узагальненні їх результатів, підготовці матеріалів та написанні заявки на патент України.
5. Деклараційний патент на винахід 68082А України, МПК7 А23G1/00. Спосіб виробництва шоколадних напівфабрикатів // Полякова О.І., Дорохович А.М., Поляков І.А. – №2003098780; Заявл. 26.09.2003; Опубл. 15.07.2004, Бюл. № 7.
Особистий внесок: провела патентний пошук, приймала участь у експериментальних дослідженнях, узагальненні їх результатів, підготовці матеріалів та написанні заявки на патент України.
6. Деклараційний патент на винахід 68083А України, МПК7 А23G1/00. Спосіб виробництва замінника какао порошку // Полякова О.І., Дорохович А.М., Поляков І.А. – №2003098781; Заявл. 26.09.2003; Опубл. 15.07.2004, Бюл. № 7.
Особистий внесок: провела патентний пошук, приймала участь у експериментальних дослідженнях, узагальненні їх результатів, підготовці матеріалів та написанні заявки на патент України.
7. Дорохович А.М., Полякова О.І. Жири СВА – альтернатива какао-масла та їх використання при виробництві глазурей // Світ морозива та холоду. – 2004. № 2. – С. 30 - 31.
Особистий внесок: приймала участь у підборі та теоретичному аналізі літературних джерел, підготовці матеріалів до публікації.
8. Дорохович А.М., Полякова О.І. Нові перспективні виробництва порошкоподібних шоколадних напівфабрикатів і напоїв // Тези доповідей VII-ї Міжнародної науково-технічної конференції “Пріоритетні напрями впровадження в харчову промисловість сучасних технологій, обладнання нових видів продуктів оздоровчого та спеціального призначення”. – К.: УДУХТ. 2001. – С. 98.
Особистий внесок: приймала участь у підборі та теоретичному аналізі літературних джерел, написанні тез доповіді, підготовці матеріалів до публікації.
9. Полякова О.І., Дорохович А.М. Нові перспективні напрями виробництва шоколадних мас і напівфабрикатів // Тези доповідей Міжнародної наукової конференції молодих вчених, аспірантів і студентів “Сучасні методи створення нових технологій та обладнання в харчовій промисловості”. – К.: НУХТ, Ч.2. 2002. – С. 58.
Особистий внесок: приймала участь у підборі та теоретичному аналізі літературних джерел, написанні тез доповіді, підготовці матеріалів до публікації.
10. Полякова О.І., Дорохович А.М. Нова технологія замінника какао порошку на основі зародків пшениці // Тези доповідей 69-ї наукової конференції молодих вчених, аспірантів і студентів. – Ч.2. – К.:
