Совершенствование технологии поликомпонентных молочных продуктов на основе системной формализации и целевого комбинирования сырья

На правах рукописи

Мусина Ольга Николаевна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ

ПОЛИКОМПОНЕНТНЫХ МОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ

НА ОСНОВЕ СИСТЕМНОЙ ФОРМАЛИЗАЦИИ И

ЦЕЛЕВОГО КОМБИНИРОВАНИЯ СЫРЬЯ

Специальность 05.18.04 - технология мясных, молочных и

рыбных продуктов и холодильных производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Кемерово - 2013

Работа выполнена в Государственном научном учреждении «Сибирский научно-исследовательский институт сыроделия Российской академии сельскохозяйственных наук» (ГНУ «СибНИИС Россельхозакадемии») и Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова» (ФГБОУ ВПО «АлтГТУ»)

Научный консультант:	доктор технических наук, профессор Щетинин Михаил Павлович
Официальные оппоненты:	Храмцов Андрей Георгиевич доктор технических наук, профессор, академик Российской академии сельскохозяйственных наук, Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Северо-Кавказский федеральный университет», профессор-консультант кафедры прикладной биотехнологии
	Гаврилова Наталья Борисовна доктор технических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Омский государственный аграрный университет имени П.А.Столыпина», проректор по научной работе
	Николаева Евгения Анатольевна доктор технических наук, ООО «СибУпак», директор
Ведущая организация:	Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Российский государственный аграрный университет – МСХА имени К.А.Тимирязева» (ФГБОУ ВПО РГАУ-МСХА имени К.А.Тимирязева)

Защита диссертации состоится 21 марта 2013 г в 10-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.809.01 при ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» по адресу: 650056, г. Кемерово, бульвар Строителей, 47, 4 лек. ауд., тел./факс (384-2) 39-68-88.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности». С авторефератом можно ознакомиться на официальных сайтах ВАК Минобрнауки РФ ( http://vak.ed.gov.ru ) и ФГБОУ ВПО «КемТИПП» (www.kemtipp.ru).

Автореферат разослан _____января 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета О.В. Кригер

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Состояние здоровья человека можно рассматривать как интегральный отклик на совокупное действие такой группы факторов как наследственность, образ жизни, состояние окружающей среды, социальное окружение, трофический статус (в т.ч. на протяжении жизни более чем одного поколения). Целесообразно попытаться воздействовать на наиболее лабильный из этих факторов – трофический статус – путем улучшения качества продуктов питания. Рацион человека ежедневно должен включать более 600 взаимосбалансированных макро- и микронутриентов, чего невозможно достичь при употреблении обычных продуктов, даже при достаточном разнообразии их выбора.

Решение проблемы продовольственного обеспечения населения России ориентировано на создание и внедрение прогрессивных технологий продуктов, соответствующих современным представлениям науки о питании. Закономерно появление направления по проектированию пищевых продуктов, свойства которых соответствуют не только материальному и энергетическому балансам организма, но и адекватны эволюционно сложившимся особенностям пищеварения человека. Задача пищевой промышленности – предоставить широкий ассортимент таких продуктов.

Существенный вклад в развитие этого направления внесли многие ученые – Н.Б.Гаврилова, Л.В.Голубева, Н.И.Дунченко, И.А.Евдокимов, Ю.А.Ивашкин, Н.Н.Липатов (ст.), А.А.Майоров, Л.А.Остроумов, В.И.Покровский, В.М.Позняковский, И.И.Протопопов, Ю.Я.Свириден-ко, Е.И.Титов, В.А.Тутельян, А.М. Уголев, М.С.Уманский, И.С.Хама-гаева, В.Д.Харитонов, А.Г.Храмцов, М.П.Щетинин и другие. Фундаментальные основы проектирования продуктов и рационов питания с задаваемой пищевой ценностью заложены в классических работах академиков Н.Н. Липатова (мл) и И.А. Рогова. Эффективно работают в данном направлении научные школы СевКавГТУ, КемТИПП, ОмГАУ, ВСГТУ, АлтГТУ и другие.

Научно обоснованное целевое комбинирование сырья обеспечит получение композиций с заданным химическим составом и позволит использовать потенциальную возможность взаимного обогащения рецептурных ингредиентов несколькими эссенциальными факторами для наиболее полного соответствия формуле сбалансированного питания.

Актуальность работы обусловлена необходимостью дальнейшего совершенствования технологий поликомпонентных молочных продуктов, ассортимент которых значительно расширился в последнее время. Важное социальное и народнохозяйственное значение имеют исследования, связанные с разработкой поликомпонентных продуктов, базирующихся на комбинировании молочного и зернового сырья, имеющего высокую ресурсность в России.

Цель работы. Совершенствование технологии поликомпонентных продуктов путем развития известных и разработки новых подходов к проектированию, включающих системную формализацию информации и целевое комбинирование сырья.

Цель диссертационной работы направлена на решение важной государственной народнохозяйственной задачи – повышение качества жизни населения через повышение качества питания, что согласуется с основным принципом государственной политики, ставящим заботу о жизни и здоровье населения превыше всего.

Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:

• Проанализировать все патентные документы РФ (в т.ч. периода СССР) для объекта «поликомпонентные продукты на основе творога»; разработать классификацию немолочных ингредиентов, учитывающую их сырьевые источники и технологические особенности комбинирования с молочной основой.
• Исследовать физико-химические и функционально-технологичес-кие свойства сырья; оценить для высокоресурсных в РФ наименований зернового сырья перспективность использования в качестве ингредиента поликомпонентных молочных продуктов.
• Обосновать технологию получения зерновых ингредиентов поликомпонентных молочных продуктов.
• Развить методологические подходы к проектированию поликомпонентных продуктов и создать компьютерные средства их реализации.
• Изучить особенности сквашивания молочно-зерновых смесей, получить математические модели процесса; установить рациональные объемы внесения зерновых ингредиентов в поликомпонентные молочные продукты, исследовать свойства таких продуктов.
• Предложить ассортиментный ряд поликомпонентных продуктов на базе обоснованного комбинирования молочного и зернового сырья.

Научная концепция диссертационной работы заключается в разработке новых методологических подходов, положенных в развитие теории проектирования поликомпонентных продуктов, отвечающих современным требованиям здорового питания, и базирующихся на применении формализованных методов поиска необходимых знаний и использовании компьютерных технологий при составлении рецептур ассортиментного ряда новых продуктов.

Научная новизна работы:

• Разработана методология поиска информации, базирующаяся на использовании библиометрии и современных компьютерных технологий контент-анализа.
• Изучен весь имеющийся объем отечественной патентной информации по поликомпонентным творогу, а также сырам, и предложена классификация немолочных ингредиентов таких продуктов.
• Доказана регулярность проявления зерновыми ингредиентами высоких функционально-технологических свойств. Впервые получена математическая модель синтеза каротина и трансформации нитратов и нитритов при получении зернового ингредиента из пророщенной пшеницы. Разработана технология получения зерновых ингредиентов поликомпонентных молочных продуктов.
• Установлено, что парадигма процессов, характерных для технологии творога, не искажается при использовании зерновых ингредиентов. Показан на примере ассортиментного ряда поликомпонентных продуктов положительный эффект комбинирования молочного и зернового сырья.
• Развиты теоретические основы проектирования поликомпонентных продуктов, включающие создание системы формализованных методов анализа информации и многопрофильного программного комплекса как средства реализации этой системы.

Практическая значимость и реализация работы в промышленности. Получили государственную регистрацию две базы данных: «Комбинированные сыры» (№ 2011620073, 24.01.2011 г.) и «Химический состав пищевого сырья и продуктов питания» (№ 2012620334, 04.04. 2012 г.).

Созданы компьютерные программы: «Минимум-Максимум» (№ 2010612628, 15.04.2010), «Идеальный белок» (№ 2010616153, 17.09.2010), «Проектирование рецептуры» (№ 2011611470, 14.02.2011), повышающие эффективность работы по проектированию продуктов и внесенные Роспатентом в реестр программ для ЭВМ.

Результаты работы использованы при реализации проектов «Исследование динамики биохимических процессов и динамики структурно-механических показателей при производстве молочно-растительных продуктов» Федерального агентства по образованию, договор № 6Н-08 от 01.01.2008 г. (2008-2010 гг.); «Разработка теоретических основ проектирования поликомпонентных продуктов питания и экспериментальное подтверждение возможности создания функциональных продуктов на основе национальных предпочтений в регионах Алтая» Федерального агентства по образованию, договор № 3Н-11 от 01.01.2011 г. (2011-2013 гг.); «Разработка перспективных технологий и проектирование рациональных схем производства сыра с коротким сроком созревания и гарантированными санитарно-гигиеническими показателями», государственный контракт № 240807 ОКФ от 30.08.2007 г. (2007 г.).

Разработаны оригинальные технологии ассортиментного ряда из 9 видов поликомпонентных продуктов (патенты №№ 2133576, 39444, 41235, 43121, 46151, 43434, 46406, 46407,2245062, 2282996, 74766, 75542, 75535, 2367159; ТУ 9224-024-00419710-02; ТУ 9224-037-00419710-04, СТО 00419710-010-2010, СТО 00419710-011-2010, СТО 00419710-012-2010, СТО 00419710-013-2010, СТО 00419710-014-2010, СТО 00419710-015-2010, ТУ 9130-001-02067824-2008), которые прошли апробацию и внедрение на предприятиях Алтайского края и Омской области.

Результаты исследований применены в 6 учебно-методических разработках, использующихся в образовательном процессе при подготовке инженерных кадров по направлению 260200 «Продукты питания животного происхождения» профиля «Технология молока и молочных продуктов» и по направлению 260800 «Технология продукции и организация общественного питания» при чтении лекционных курсов, проведении лабораторно-практических занятий, а также в курсовом проектировании и при выполнении выпускных квалификационных работ научно-исследовательского характера.

Апробация работы. Основные положения работы доложены, обсуждены, опубликованы на конгрессах, форумах, конференциях, семинарах международного и всероссийского уровня: Барнаул, 1997, 1999, 2000, 2002, 2004, 2006-2012; Москва, 2000, 2003; Кемерово, 2002, 2003, 2011; Ставрополь, 2002, 2008, 2011; Сочи, 2002; Углич, 2003, 2004; Краснообск, 2004; Красноярск, 2011; Томск, 2004; Омск, 2004, 2005, 2010, 2011; Магнитогорск, 2008; Улан-Батор (Монголия), 2004, 2007; Челябинск, 2009; Могилев (Беларусь), 2010; Воронеж, 2010; Минск, 2010, Истра, 2012, София (Болгария), 2012, Praha (Чехия), 2012, Przemyl (Польша), 2012.

Публикации. Основные результаты диссертации изложены в четырех монографиях общим объемом 63 печатных листа; 39 статьях в журналах, рекомендованных ВАК для публикации основных материалов диссертаций, в т.ч. 2 аналитических обзорах в журнале «Хранение и переработка сельхозсырья»; 12 статьях в зарубежной печати, 20 патентах. Всего по материалам диссертации опубликовано более 180 печатных работ, в т.ч. основные результаты – в 145 работах.

Монография «Поликомпонентные продукты на основе комбинирования молочного и зернового сырья» отмечена дипломом Сибирского отделения Россельхозакадемии. Монография "Комбинированные продукты в отечественном сыроделии» заняла I место в конкурсе по направлению науки «Хранение и переработка сельскохозяйственной продукции» Сибирского отделения Российской академии сельскохозяйственных наук.

Материалы диссертационной работы являются обобщением научных, методических, теоретических и прикладных исследований, проведенных лично автором и/или при ее непосредственном участии в качестве руководителя и ответственного исполнителя.

Основные положения, выносимые на защиту:

• Методология поиска информации, базирующаяся на использовании библиометрии и современных технологий контент-анализа.
• Классификация немолочных ингредиентов поликомпонентных продуктов на основе творога и сыров, учитывающая сырьевые источники и технологические особенности применения.
• Многопрофильный программный комплекс, ориентированный на проектирования поликомпонентных продуктов, в т.ч. поликомпонентных молочных продуктов;
• Ассортиментный ряд поликомпонентных продуктов на основе молочного и зернового сырья.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения и 9 глав, в том числе аналитического обзора, обоснования направлений исследований, методологического раздела, результатов собственных исследований и их анализа, выводов, списка использованных источников литературы и приложений. Основной текст работы изложен на 350 страницах машинописного текста, включает 67 таблиц, 127 рисунков. Список литературы – 395 наименований, в т.ч. 50 иностранных источников.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Обоснована актуальность научного направления, научная новизна и практическая значимость диссертационной работы.

Глава 1. Состояние и тенденции развития технологии поликомпонентных молочных продуктов. Изучена эволюция концепций в области здорового питания. Выполнен аналитический обзор состояния вопроса «Поликомпонентные продукты на основе напитков молочных, кисломолочных и сывороточных; молочно-белковых продуктов; сыров; масложировых продуктов; мороженого; концентрированных молочных продуктов». Акцентировано внимание на зерновых культурах как перспективных компонентах для комбинирования с молочными продуктами. Проанализированы известные методические подходы к проектированию продуктов питания. Проведенная систематизация и анализ информации отечественных и зарубежных авторов подтвердили актуальность темы. Разработана методология поиска информации, базирующаяся на использовании библиометрии и современных компьютерных технологий контент-анализа.

Глава 2. Обоснование направления авторских исследований, их цель и задачи. Сформулирована проблема, требующая решения, предложена гипотеза и сформулирована научная концепция, обосновано направление собственных исследований, их цель и задачи.

Глава 3. Методология и организация проведения теоретических и экспериментальных исследований. Экспериментальная часть исследований выполнялась в Алтайском государственном техническом университете им. И.И.Ползунова, ГНУ Сибирский научно-исследова-тельский институт сыроделия Россельхозакадемии, ОАО «Экспериментальный сыродельный завод», ФГУ «Алтайский ЦСМ», Испытательном лабораторном центре Центра Госсанэпиднадзора в г. Барнауле, на молочных и зерноперерабатывающих предприятиях Алтайского края и Омской области.

Общая схема проведения исследований приведена на рисунке 1.

На основании обзорно-аналитического этапа исследований сформулировано направление авторских исследований, цель и задачи. Отдельный блок теоретических исследований посвящен анализу отечественной патентно-правовой ситуации. На первом этапе экспериментальных исследований изучали физико-химические и функционально-технологические характеристики молочного и зернового сырья. Разрабатывали технологию получения зерновых ингредиентов поликомпонентных молочных продуктов. Следующий этап исследований посвящен

Рисунок 1. Схема проведения исследований

компьютерному проектированию поликомпонентных продуктов на основе формализованного анализа рецептурных данных. Разрабатывали многопрофильный программный комплекс, позволяющий рассчитывать виды и количественные соотношения сырьевых компонентов проектируемого продукта. Далее адаптировали полученную на предыдущих этапах работы совокупность научных положений по совершенствованию технологии поликомпонентных продуктов к технологии творожно-зерновых продуктов (в качестве примера). На заключительном этапе осуществлена практическая реализация результатов исследований.

Объектами исследований на разных этапах работы являлись: пшеница, рожь, овес, ячмень, просо, фасоль, чечевица, кукуруза, гречиха, горох, рис, пшеничные отруби, пшеничные зародышевые хлопья, молоко питьевое, творог, разработанные поликомпонентные молочные продукты.

При выполнении экспериментальной части работы применяли комплекс общепринятых, стандартных и модифицированных методов исследования, в том числе физико-химические, биохимические, микробиологические, реологические, ультразвуковые, спектральные, хроматографические, органолептические, а также методы математического планирования экспериментов. Анализ патентно-правовой ситуации базируется на стандартизованных принципах проведения патентных исследований. Эксперименты проводились в пяти повторностях. Обработка результатов исследований, в том числе полных двух- и трехфакторных экспериментов, производилась с использованием программ Microsoft Excel, MathCAD Professional-14, TableCurve 3D, а также специально разработанных соискателем программ.