Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Технология продуктов питания

Диссертационная работа:

Баранов Борис Алексеевич. Теоретические и прикладные аспекты показателя "активность воды" в технологии продуктов питания : Дис. ... д-ра техн. наук : 05.18.16 СПб., 2000 240 с. РГБ ОД, 71:01-5/1-9

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 4.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 14

  1. Значение концепции "активность вода" в пищевой технологии 14

  2. Методы определения влажности и активности воды пищевых

продуктов 33

2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 41

  1. Объекты исследования 41

  2. Схема теоретических и экспериментальных исследований 42

  3. Методы исследований 44

  1. Определение влажности и изучение состояния воды в продукте 44

  2. Химический состав и биохимические свойства 49

  3. Структурные и структурно-механические свойства 49

  4. Компьютерная обработка экспериментальных данных 51

3. РАЗРАБОТКА И СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МЕТОДОВ ОПРЕДЕЛЕНИЯ
ВЛАЖНОСТИ И АКТИВНОСТИ ВОДЫ 52

3.1 Разработка метода определения влажности высушиванием в ЭМП

СВЧ 52

3.2 Модификация метода газовой хроматографии определения

влажности пищевых продуктов 57

3.3 Модификация колориметрического метода определения влажности ..

  1. Модификация метода определения активности воды в проксимальных ячейках 63

  2. Разработка схемы устройства с сорбционным датчиком 66

  3. Разработка конструкции устройства с магнитной жидкостью 69

4. РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ПЮГНОЗИЮВАНИЯ АКТИВНОСТИ ВОДЫ И
МАТЕМАТИЧЕСКОГО ОПИСАНИЯ ИЗОТЕРМ СОРБЦИИ ПАРОВ ВОДЫ
ПИЩЕВЫМИ ПРОДУКТАМИ 76

  1. Определение и расчет активности воды растворов 76

  2. Анализ изотерм сорбции паров воды пищевыми веществами 86

  3. Разработка компьтерных методов прогнозирования

активности воды v. 90

4.4 Разработка математического метода описания изотерм сорбции .... 95

5. МЕТОДОЛОГИЧЕСКИЕ ОСНОВЫ ПРИМЕНЕНИЯ КОНЦЕПЦИИ
«АКТИВНОСТЬ ВОДЫ» ПРИ РАЗРАБОТКЕ ПИЩЕВЫХ ТЕХНОЛОГИЙ 99

5.1 Влияние кулинарной обработки на активность воды пищевых

продуктов 99

5.2 Классификация продукции общественного питания по уровням
активности воды 108

  1. Разработка и обоснование технологии изделий из муки и крахмала ПО

  2. Разработка способа получения специализированного изделия 126

  3. Разработка способа получения пищевого альгината натрия 127

  1. Разработка технологии структурирования продуктов альгинат-кальциевым гелем 135

  2. Обоснование технологии осмо-диффузионной обработки овощей. 140

  3. Обоснование режимов сублимационной сушки пряных овощей 163

  1. ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕКОМЕНДАЦИИ 180

  2. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 183

  3. ПРИЛОЖЕНИЯ 213

Введение к работе:

Актуальность работы. Одним из стратегических направлений в развитии общественного питания нашей страны является переход на централизованное механизированное производство кулинарной продукции^ повышение ее качества и безопасности. Разработка новых промышленных технологий требует иных подходов, чем в традиционной кулинарной практике, поскольку возникают проблемы связанные с повышением точности контроля за соблюдением параметров технологических процессов, критериев определяющих показатели качества, увеличением сроков хранения, эстетическими свойствами упаковки и др.

Вода - составная часть всех пищевых продуктов. Технологические свойства, интегральный показатель качества и сроки хранения пищевых продуктов во многом определяются свойствами содержащейся в них воды.

Исследованию свойств воды, ее взаимодействию с другими материалами, посвящены основополагающие работы А.В.Думанского, А.В. Лыкова, П.АРебиндера, А.В.Киселева, А.СХинзбурга, ИАРогова, Г.А.Егорова, Е.Д.Козакова, S.Brunauer, R.B.Duckworth, W J. Scott, M.Karel, T.PXabuza, JA Troller, J.Cherife и др.

W.J.Scott предложил использовать показатель «активность воды» (aw)f который определяется как отношение парциального давления паров воды над продуктом к парциальному давлению водяного пара над чистой водой при данной температуре и, как в последствии оказалось, показатель ат отражает степень активного участия воды в различных процессах, происходящих в пищевом продукте. В настоящее время твердо установлено, что уровень aw оказывает влияние на интенсивность, происходящих в продукте реакций окисления липи-дов, меланоидинообразования, ферментативных, микробиологических и других процессов. Так, для большинства патогенных микроорганизмов определены минимальные уровни активности воды ниже которых они не могут развиваться, что очень важно щяб прогнозировании безопасности продуктов питания.

Учитывая важность и большую информационность показателя tfw, в странах Объединенной Европы его определение, наряду с показателями "влажность" (W) и "концентрация водородных ионов" (рН)> является обязательным при экспертизе ряда продуктов, а в США определение й„ включено 8 инструкцию по контролю качества пищевых продуктов и лекарственных препаратов.

Вместе с тем, все отечественные стандарты на пищевые продукты и кулинарные изделия предусматривают определение только количественной характеристики "массовая доля воды", которая отражает важную роль воды в таких сложных гетерогенных и биологически активных системах, какими являются пищевые продукты.

В отечественной научной практике часто используется термин "равновесная влажность", однако, при этом за активность воды продукта принимается относительная влажность окружающей среды. Поскольку градиент значений активности воды продукта и относительной влажности окружающей среды является движущей силой массовлагообмена при различных термических и гидротермических процессах, а также при хранении, данные об активности воды обрабатываемых продуктов необходимы для обоснования оптимальных режимов этих процессов.

В нашей стране крупные исследования по разработке методов определения активности воды в пищевых продуктах и их классификации, выполнены под руководством академика И.А.Рогова, однако, работ связанных с выяснением роли и значения показателя aw в пищевой технологии проведено недостаточно. Практически не изучено влияние механической и тепловой кулинарной обработки на aw пищевых продуктов. В зарубежной и отечественной научно-технической и справочной литературе нет однозначных данных об активности воды отдельных пищевых веществ - солей, сахаридов, многоатомных спиртов и др-

В связи с вышеизложенным, дальнейшее развитие теоретических и прикладных основ концепции «активность воды» при разработке и обосновании технологии пищевых продуктов является актуальным и необходимо для более глубокого понимания механизма поведения продукта на различных стадиях производства, хранения, для прогнозирования его стабильности,, что согласуется с основными положениями закона РФ «О качестве и безопасности пищевых продуктов» N 29-ФЗ от 2.01,2000 г.

Научная проблема заключается в разработке концепции теоретических аспектов активности водыэ как необходимого объективного показателя для практики по контролю качества кулинарной и пищевой продукции с учетом выявленных новых факторов, обоснования критериев оценки технологических процессов на основе математического моделирования, а также практических рекомендаций.

Целью исследования является развитие теоретических и прикладных основ применения показателя «активность воды» в технологии продуктов питания.

Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:

разработка и совершенствование методов определения влажности и активности воды пищевых продуктов;

экспериментальное определение, обобщение и математическое описание зависимостей влажности и активности воды различных пищевых веществ и выяснение их роли в формировании активности воды многокомпонентных продуктов;

разработка компьютерных методов аппроксимации изотерм сорбции паров воды пищевыми продуктами и теоретического прогнозирования активности воды многокомпонентных пищевых систем;

выяснение взаимосвязи активности воды пищевых продуктов с их физико-химическими, реологическими и технологическими свойствами, а также качественными изменениями при обработке и хранении;

систематизирование технологических процессов и факторов, влияющих на активность воды продукта с целью последующего прогнозирования изменений ее уровня при технологической обработке и в процессе хранения;

разработка классификации продуктов общественного питания по уровню активности воды с теоретическим прогнозом предполагаемых нежелательных изменений;

на базе теоретических и экспериментальных исследований разработка научно обоснованных технологий продуктов питания с различными уровнями активности воды, их патентование и утверждение нормативной документации;

на основании изучения и анализа отечественных и зарубежных сведений о свойствах пищевых продуктов с различной влажностью и методов ее определения экспериментально оценить целесообразность включения данных по активности воды (aw) в отечественную нормативную документацию, характеризующую пищевые продукты и кулинарные изделия.

Границы исследования. Исследовались пищевые продукты и кулинарные изделия, в основном, из сырья растительного происхождения с различным влагосодержанием.

Научная новизна, В исходные положения разработки теоретических и прикладных аспектов применения показателя «активность воды» положен комплексный подход в решении логически взаимосвязанных задач от выбора и разработки экспериментального инструментария, обоснования выбора объектов исследования и объяснения механизма взаимосвязи aw с различными свойствами продукта, до разработки технологии новых видов продуктов питания и утверждения нормативной документации.

Разработаны и усовершенствованы методы определения активности воды пищевых продуктов (вакуумное устройство с манометрической магнитной жидкостью, устройство с сорбционным датчиком, метод проксимальных ячеек).

Модифицированы и разработаны новые методы определения влажности продуетов общественного питания (экспрессное высушивание навесок в ЭМП; спектрофотометрия в видимой области спектра экстрактов воды раствором хлорида кобальта в изопропиловом спирте, газовой хроматографии экстрактов воды в изопропиловом спирте).

Установлены математические зависимости активности воды различных пищевых веществ (соли, многоатомные спирты, моно-, ди- и полисахариды, сухие порошкообразные продукты) от их влагосодержания или концентрации раствора;

Разработан компьютерный метод математического описания изотерм сорбции пищевых продуктов и программы для прогнозирования активности воды многокомпонентных пищевых смесей.

Предложена классификация продукции общественного питания по уровням аьсгивности воды с теоретическим прогнозом нежелательных изменений при хранении.

Результаты теоретического анализа и экспериментальных исследований явились научной основой для разработки рациональной технологии пенообразных продуктов из крахмала и муки - зерновых крекеров. Изучено состояние воды в продукте по изотермам адсорбции, определены формы и энергия связи воды и диэлектрические свойства, и установлена связь степени увеличения продукта в объеме от влажности и активности воды.

На основании изучения адсорбционных свойств альгината натрия и побочных продуктов экспериментально доказана возможность повторного использования фильтровальных осадков и научно обоснованы технология производства и режимы хранения пищевого альгината натрия. Разработана технология

структурирования продуктов альгинат-кальциевым гелем.

Получены новые экспериментальные данные, вскрывающие механизм процесса осмотического обезвоживания овощей: влияние различных факторов (вид осмотического агента, температура, степень измельчения, ультразвуковая обработка), определена математическая зависимость интенсивности процесса обезвоживания от различных параметров процесса и исследованы свойства конечных продуктов (активность воды и изотермы сорбции, кинетика регидрата-ции, структурно-механические характеристики, микроструктура по данным электронной сканирующей микроскопии, микробиологические показатели) и разработана технология овощных полуфабрикатов.

Исследован процесс диффузионной обработки овощей (варианты предварительной подготовки продукта с целью увеличения клеточной проницаемости ткани, влияние вида и концентрации раствора, изменения продукта при хранении, микробиологические показатели) и на основании полученных данных рекомендованы рациональные режимы обработки овощей (свеклы - варкой в воде, моркови - варкой с выщелачиванием).

Экспериментально обоснована технология сублимационной сушки пряных овощей. Изучены фазовые превращения воды при замораживании, определены формы и энергия связи воды в продукте, кинетика адсорбции паров воды высушенным продуктом, исследовано влияние остаточной влажности на стабильность продукта при хранении.

Оригинальность, прикладная новизна и практическая значимость проведенных научных исследований и технологических рещений подтверждена получением пяти авторских свидетельств и патента: авторское свидетельства N 643145 «Способ получения порошкообразного продукта из растений типа хрена», N 1194356 «Способ получения быстрозамороженных полуфабрикатов изделий из слоеного теста с начинкой», N 170243 «Способ получения альгината натрия из водорослей ламинарии», N 1423085 «Способ производства заварных

полуфабрикатов для мучных кондитерских изделий», N 1824156 «Кондитерское изделие и способ его производства», патент N 178890 «Способ получения крекеров».

На защиту и обсуждение выносится;

J новые данные активности воды солей, сахаридов, полисахаридов, белковых продуктов и их математическое описание;

J данные активности воды различных групп продуктов общественного питания и классификация продукции общественного питания по уровням активности воды с прогнозом возможных нежелательных процессов;

^ новые и модифицированные методы определения влажности и активности воды;

S компьютерный метод аппроксимации изотерм сорбции пищевых продуктов во всем диапазоне активности воды и программы для прогнозирования активности воды многокомпонентных пищевых смесей;

S механизм процесса осмотического обезвоживания и диффузионной обработки овощей и его математическое описание;

J научно обоснованные технологии продуктов питания с разным уровнем активности воды;

^ целесообразность включения показателя "активность воды" в нормативную документацию на продукты питания.

Практическая значимость работы. На основании результатов выполненных экспериментальных исследований и теоретических обобщений разработаны технологии новых продуктов питания: полуфабрикаты из осмотически обезвоженных овощей; цукаты из свеклы и моркови с промежуточной влажностью; полуфабрикаты из заварного теста; быстрозамороженные изделия из теста с начинками; незамерзающие начинки из овощей; специализїфованное кон-

диіерское изделие с промежуточной влажностью; пенообразные продукты из крахмала и муки - зерновые крекеры; пищевой альгинат натрия; изделия из мяса и рыбы, структурированные альгинат-калыщевым гелем; пряные овощи сублимационной сушки и др.

Способы получения новых видов продуктов апробированы в промышленных условиях и на них разработана нормативная документация: ТУ 18 РСФСР 824-80" Сухие завтраки. Зерновые крекеры. Полуфабрикаты"; ТУ 49-858-81 "Изделия быстрозамороженные из теста с начинками. Полуфабрикаты"; ТУ 15-544-83 "Альгинат натрия пищевой (изменения)", ТЙ 330-89 "Технологическая инструкция по производству альгината натрия пищевого из ламинарии"; ТУ 10 РСФСР 376-88 "Порошок хрена сублимационной сушки"; ТУ 10 РСФСР 759-90 "Сухие завтраки. Крекеры зерновые полуфабрикаты"; ТИ 10 РСФСР 18-96-90 "Технологическая инструкция по производству зерновых крекеров"; РЦ 10 РСФСР 18-254-90 "Рецептура крекеров зерновых полуфабрикатов"; ТУ 10.04 9768-21-91 "Вареники цветные замороженные - полуфабрикаты".

Выработка опытных партий и производство новых видов изделий осуществлялось на НПО "Колосс", Детчинском экспериментальном комбинате, Шатурском мясокомбинате, Архангельском водорослевом комбинате, предприятиях общественного питания г, Москвы. Разработанные новые методы определения активности воды и влажности использованы в научных и учебных целях на кафедре технологии и проектирования предприятий общественного питания РЭА им.Г.В.Плеханова.

Теоретические и прикладные положения включены в учебные курсы и типовые программы; «Технология продуктов общественного питания», «Основы технологии пищевых производств» для студентов РЭА им. Г,В.Плеханова.

Апробация работы. Основные положения диссертации доложены, обсуждены и одобрены на научных и практических конференциях; Четвертом Всесоюзном симпозиуме физико-химия крахмала и крахмалопродуктов МТИПП,

(Москва, 1974 г); на научном совете по проблеме "Производство и применение искусственного холода в отраслях пищевой промышленности, торговле, сельском хозяйстве и на транспорте". ГКНТ СМ СССР. Секция: разработка методов сублимационного и криогенного консервирования пищевых продуктов и биологических материалов (Тбилиси, 1978 г,Москва, 1979г.); Всесоюзных научных конференциях "Проблемы индустриализации общественного питания страны", -Харьковский институт общественного питания (ХИОП), (Харьков, 1984, 1989 г.); Всесоюзной конференции "Химия пищевых веществ. Свойства и использование биополимеров в пищевых продуктах" АН СССР, (Могилев, 29-31 мая 1990 г.); научной конференции "Проблемы влияния тепловой обработки на пищевую ценность продуктов питания" (ХИОП), (Харьков, 1990 г.); Четвертой Всесоюзной научно-технической конференции "Разработка комбинированных продуктов питания: (медико-биолотические аспекты, техническое, аппаратурное оформление, оптимизация.)* (Кемерово, 1991 г.); Всесоюзном совещании "Биологически активные вещества гидробионтов - новые лекарственные, лечебно-профилактические и технические препараты", Тихоокеанский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии (ТИНРО), (Владивосток, 1991 г.); Четвертой и Пятой Международной научно-технической конференции "Теоретические и практические аспекты применения методов ИФХМ с целью совершенствования и интенсификации технологических процессов в АПК", Московская государственная академия прикладной биотехнологии (МГАПБ),(Москва,19943 1996 г.); на Міжнародної науково-практичноі конференції "Развиток массового харчування, готельного господартсва і туризму в умовах ринкових відносин, КДТИУ, (Киев,1994 г.); на Пятых, Восьмых, Девятых и Одинадцатых Международных Плехановских чтениях, РЭА им Г.В,Плеханова, (Москва, 1991, 1995, 1996 и 1999 г.), на Пятой Международной научно-практической конференции «Наука-сервису», МГУС, (Москва, 2000 г).

Публикации, По материалам диссертации опубликовано 46 работ, в том числе пять авторских свидетельств и патент. В работах, опубликованных в соавторстве, теоретические и методологические разработки принадлежат автору настоящей диссертации.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов и приложений, список использованных источников включает 314 наименований, в том числе 180 зарубежных. Работа изложена на 236 страницах компьютерного текста и содержит 32 таблицы и 60 рисунков.

Диссертация оформлена в соответствии с требованиями ГОСТ 7,32-91, иллюстрации и таблицы по ГОСТ 2,105-96 "Общие требования к текстовым документам".

Подобные работы
Ибрагим Камель Дауд
Разработка технологии комплексной переработки плодов и листьев оливкового дерева для создания новых продуктов геродиетического питания
Котельников Дмитрий Анатольевич
Разработка новых видов продуктов фосфолипидной природы для функционального питания
Шамсутдинова Василя Рифхатовна
Глубинное культивирование дрожжей на молочной сыворотке и разработка технологий ферментированных продуктов
Добровольский Виктор Францевич
Теоретические и практические аспекты совершенствования технологии производства консервированных продуктов и рационов питания для экипажей космических кораблей и станций
Гапоненко Юрий Васильевич
Обоснование рационального использования различных сортов винограда в технологии продуктов питания повышенной пищевой ценности
Купин Григорий Анатольевич
Разработка технологий продуктов питания функционального назначения на основе топинамбура
Олейников Владислав Владимирович
Разработка технологии продуктов питания на основе нативных мясных и растительных компонентов методом термопластической экструзии
Бобренева, Ирина Владимировна
Научное обоснование и разработка технологий функциональных продуктов питания с применением добавок биологического происхождения
Абрамова Любовь Сергеевна
Обоснование технологии поликомпонентных продуктов питания с задаваемой структурой и комплексом показателей пищевой адекватности на основе рыбного сырья
Расулов Эльдар Магомедтагирович
Разработка технологии продуктов функционального питания на основе использования белковых рыбных гидролизатов

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net