WWW.DISSERS.RU

БЕСПЛАТНАЯ ЭЛЕКТРОННАЯ БИБЛИОТЕКА

   Добро пожаловать!


 

   На правах рукописи

  ПОВЕРИН Антон Дмитриевич

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ НОВОГО ПОДХОДА К СОЗДАНИЮ ПОТРЕБИТЕЛЬСКИХ СВОЙСТВ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ СПЕЦИАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ПОЛИКОМПОНЕНТНЫХ СМЕСЕЙ НАТУРАЛЬНЫХ ИНГРЕДИЕНТОВ

05.18.15 - «Технология и товароведение пищевых продуктов и функцио-нального и специального назначения и общественного питания»

 

 

А В Т О Р Е Ф Е Р А Т

  диссертации на соискание ученой степени

  доктора технических наук

 

  Москва - 2011

Работа выполнена в ФГОУ ВПО Московском Государственном Университете Технологий и Управления им. К.Г. Разумовского (МГУТУ) на кафедре «Технология продуктов питания и экспертизы товаров».

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Тырсин  Юрий Александрович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Шатнюк Людмила Николаевна

доктор технических наук, профессор

Бурмистров Геннадий Павлович 

доктор технических наук, профессор

Красуля Ольга Николаевна

Ведущая организация:

Российский экономический университет им. Г.В. Плеханова.

 

Защита состоится «____»___________2011 года, в  ___ часов на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.122.05 при ФГОУ ВПО «Московский Государственный Университет технологий и управления» им. К.Г. Разумовского, по адресу: 109029, г. Москва,  ул. Талалихина, дом 31,  ауд.  13 (первый этаж).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО МГУТУ им. К.Г. Разумовского

Автореферат размещён на сайте ФГУ ВПО МГУТУ им. К.Г. Разумовского

www.mgutm.ru

Автореферат  разослан: «____» ___________ 201__ г.

Ученый секретарь Совета по защите

докторских и кандидатских

диссертаций Д.212.122.05

Кандидат технических наук, доцент  Козярина Г.И.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Современная наука о функциональном питании - это фундаментальная, эффективно развивающаяся отрасль человеческих знаний, объективно объединяющая большинство современных достижений науки и техники. В соответствии с принятой в Российской Федерации концепцией политики в области охраны здоровья - решение проблем функционального питания является одной из важнейших общегосударственных задач. В соответствии с рядом постановлений Правительства Российской Федерации - главной задачей отечественной пищевой индустрии является скорейшее насыщение товарного рынка страны новыми, высококачественными и безопасными функциональными продуктами, способными сбалансировать и упорядочить структуру питания, а также обеспечить проведение ряда целенаправленных мероприятий по широкомасштабной профилактике здоровья населения страны.

На основании выше изложенного, автором впервые предпринята попытка комплексного решения ряда базовых теоретических, технических и прикладных проблем, определяющих широкое промышленное производство продуктов питания специального назначения (далее по тексту - ППСН). В качестве базовой товарной формы этих продуктов выбраны поликомпонент-ные напитки, изготовленные из новых физиологически функциональных ингредиентов, что вполне закономерно, как с точки зрения их специального применения и использования в ВС РФ, МЧС, МВД и ИТУ, так и в связи с тем, что напитки прочно вошли в структуру каждодневного питания населения страны и способны эффективно обеспечить системный пролонгированный вариант «доставки» питательных и функциональных биологически активных веществ в организм человека, находящегося в экстремальных условиях.

Весомый вклад в создание и развитие теоретических основ промышленного производства функциональных продуктов питания внесли такие ученые, как: В.Г. Высоцкий, Г.Б. Гаврилов, М.В. Гернет, А.Ф. Доронин, И.А. Евдокимов, Г.И. Касьянов,  А.А. Кочеткова, П.Ф. Крашенинин, А.Е. Краснов, К.С. Ладодо, Н.Н. Липатов,  Н.Н. Липатов (мл.), М.Ф. Нестерин, А.П. Нечаев, В.Х. Паронян, А.А. Покровский, Т.С. Попова, И.А. Рогов, Ю.Я. Свириденко, Н.А.Тихомирова, Э.С.Токаев, В.А.Тутельян, Ю.А. Тырсин, А.М. Уголев, В.Д. Харитонов, А.П. Чагаровский, А.М. Шалыгина, В.А. Шатерников, R. Atkins, E. Bauernfeind., S. Bengmark, V. Kurovanagi и др.

В своих работах большинство выше указанных авторов отмечали, что важнейшим направлением дальнейших научных исследований, связанных с проблемами функционального и специального питания является разработка новых теоретических подходов к созданию комплексных технологий производства поликомпонентных пищеконцентратных смесей на основе физиологически функциональных ингредиентов, а также оптимизации их компонентного состава. В этой связи отмечено, что плохо изучены и разработаны методы математического моделирования выше указанных технологических процессов и оптимизации компонентного состава функциональных продуктов питания. Это, в сою очередь тормозит комплексное решение большинства практических задач, связанных с производством функциональных продуктов питания, в том числе: создание новых технологий и аппаратных схем; разработку методик определения качества и безопасности сырьевой и конечной продукции; расширение ассортимента исходных биологически активных сырьевых компонентов; изучение их биохимического состава и т.д. В связи с выше изложенным, базовую основу работы составила разработка математического аппарата, позволяющего спланировать и оптимизировать все дальнейшие исследования и практические разработки по теме исследований.

Анализ ассортиментного состава исходных сырьевых компонентов выявил их скудность, что подтвердило актуальность разработки новых технологий производства  ряда необходимых ингредиентов, в том числе; полноценных белковых компонентов в форме порошковых аминокислотных гидролизатов; витаминных комплексов; полиненасыщенных жирных кислот, а также компонентов антиоксидантного ряда. Наиболее перспективным источником большинства незаменимых аминокислот, являющихся базовой основой функциональных продуктов питания являются протеины животных и рыбы. Важным преимуществом технологии производства аминокислотных препаратов из рыбного сырья является возможность использования в качестве ферментов для проведения процесса гидролиза белков - собственных протеолитических ферментов ее желудочно-кишечного тракта. Такой метод позволяет: осуществить эффективную переработку сырья с целью получения инстантного порошка «Сухого ферментативного аминосодержащего  гидролизата» (далее по тексту «СФАГ-2»), необходимого для последующего создания на его основе серии рецептур поликомпонентных функциональных напитков; существенно снизить себестоимость выпускаемой продукции, осуществив замену дорогостоящих ферментов на их природные аналоги; улучшить качество и количество выпускаемой конечной продукции за счет более высокой протеолитической активности применяемых протеаз и улучшить экологическую обстановку в регионе.

В качестве второго базового компонента для новых поликомпонентных пищеконцентратных смесей на основе физиологически функциональных ингредиентов был выбран порошковый экстракт зеленого чая. Актуальность разработки новой технологии его производства не вызывает сомнения, т.к. большинство существующих технологий не обеспечивают сохранения к конечном продукте многих важных веществ и биохимических соединений.  Анализ литературных данных и изучение биохимического состава компонентов чайного сырья, дали возможность по новому определить его роль и место в структуре функциональных продуктов питания. С современных научных позиций чайное сырье, по праву, необходимо отнести к наиболее ценным функциональным продуктам питания с широким набором оздоровительных свойств.  В большей степени это относится к зеленому чаю, который, как по своему биохимическому составу, так и по технологи выращивания и переработки безусловно относится к растениям с ярко выраженными функциональными свойствами.

Таким образом, для дальнейшего развития отечественной науки актуальной является разработка нового подхода к созданию поликомпонентных пищеконцентратных смесей физиологически функциональных ингредиентов, основанного на использовании методов математического моделирования, широком внедрении новых т.н. «щадящих технологий» и новых сырьевых компонентов.

Диссертационная работа соответствует «Концепции государственной политики в области здорового питания населения РФ» и позволяет внести реальный вклад в решение задач поставленных Правительством РФ в рамках обеспечения населения функциональными продуктами питания.

Цель и задачи исследований. Целью проведенных исследований являлась

разработка теоретических и практических основ нового комплексного подхода к созданию заданных потребительских свойств продуктов питания специального назначения на основе поликомпонентных смесей натуральных ингредиентов, в том числе: исходного состава сырьевых компонентов;  рецептурного состава; методов контроля качества и безопасности выпуска-емой продукции; технологий их промышленного производства, обеспечиваю-щих сохранение нативных оздоровительных, вкусовых, питательных и органолептических свойств, а также биохимического состава исходных сырьевых компонентов.

  Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи:

  • разработать и реализовать на практике новые теоретические подходы, позволяющие оптимизировать технологические процессы производства ППСН, улучшить их пищевые и реологические свойства, а также сохранить нативные свойств и биохимический состав исходных сырьевых компонентов;
  • разработать новую ресурсосберегающую технологию производства «СФАГ-2» на основе натурального экологически чистого сырья, а также экспериментально и теоретически обосновать режимы технологических параметров данного производства, в том числе: продолжительность гидролиза, гидромодуль исходной сырьевой суспензии, набор применяемых ферментов, температурный и кислотно-щелочной режимы.
  • разработать новую ресурсосберегающую технологию производства порошковых экстрактов зеленого чая в инстантной форме,  с сохранением большинства пищевых, функциональных, органолептических свойств и биохимического состава исходных сырья;
  • на основе базовых сырьевых компонентов («СФАГ-2» и порошкового экстракта зеленого чая) разработать новую технологию и аппаратную схему производства ряда ППСН в форме  поликомпонентных порошковых и суспензионных напитков с широким спектром оздоровительных и «специальных»  потребительских свойств;
  • осуществить комплексное внедрение выше указанных рецептурных разработок, новых технологий и аппаратных схем, на предприятиях пищевой отрасли с целью их широкого использования в ряде министерств и ведомств Российской Федерации.

Научная концепция. Научная концепция заключается в комплексном, научно обоснованном и проверенном на практике подходе к формированию теоретически заданных потребительских и оздоровительных свойств ППСН за счет использования в процессе их производства новых физиологически функциональных ингредиентов, технологий, процессов, оборудования, способов конструирования рецептур, методов контроля качества и безопасности продукции.

Научная новизна. Разработана концепция конструирования поликомпонентных функциональных и специальных продуктов питания в виде сухих, жидких и суспензионных напитков. Разработаны новые теоретические  подходы для оптимизации технологических процессов, лежащих в основе ряда безотходных пищевых производств, в том числе: аминосодержащих биологически активных продуктов, порошковых экстрак-тов зеленого чая, а также новых продуктов питания специального назначения, произведенных на их основе.

Расширены и углублены представления о биохимическом составе ряда сырьевых компонентов, что дало возможность использования этих данных при создании новой серии оздоровительных продуктов в форме напитков с заданными пищевыми и функциональными свойствами.

Научно обоснованы и экспериментально установлены закономерности режимов осуществления ферментативных реакций в процессе гидролиза мяса рыбы с применением различных видов протеаз, как нативной формы, содержащихся во внутренних органах рыб, так и ряда натуральных протеаз.

Изучена степень протеолитической активности ряда протеаз при различных режимах процесса гидролиза, в зависимости от основных технологических параметров: рН и температуры субстанции, величины гидромодуля, продолжительности процесса гидролиза и ряда других параметров.

Усовершенствованы методы математического моделирования новых производственных процессов с целью оптимизации их технологических параметров, аппаратного оснащения, а также обеспечения качества и безопасности выпускаемой продукции. Разработаны новые способы их постадийного технологического контроля, а также оценки качества и безопасности выпускаемой продукции.

Практическая значимость.  В процессе работы над диссертацией автором разработано несколько новых технологий и процессов промышленного производства функциональных биологически активных веществ, в том числе: «СФАГ-2», и порошкового экстракта зеленого чая, а также новые технологии и процессы промышленного производства поликомпонентных напитков, серии «Бионан» и «Казан-Бионан». На основе разработанных технологий и процессов, а также полученных теоретических, экспериментальных и опытно-промышленных результатов, создано и запущено в промышленную эксплуатацию несколько новых предприятий, производящих продукцию функционального назначения, в том числе: «Экспериментальный завод функциональных продуктов питания» НПО «Биоиндустрия» в городе Шаховская, М.О. и российско-китайское предпри-ятие - Биотехнологическая компания «Джэньюань Хубэй», КНР, Провинция Хубэй, г. Ухань.

Методы математического моделирования технологических параметров вновь разрабатываемых технологических процессов внедрены в качестве базовых в практику выполнения НИР и НИОКР МГУТУ, АО «Биохиммаш» и НПО «Биоиндустрия». Практическую значимость имеет разработанный математический аппарат, позволяющий существенно сократить время отработки оптимальных значений технологических параметров, а также существенно повысить качество и безопасность выпускаемой продукции за счет оптимизации и контроля над ходом сложных многофункциональных производственных  процессов.

В качестве источников протеолитических ферментов для осуществления процесса ферментолиза тушки рыбы использованы т.н. «субпродукты», что имеет крайне важное экологическое и природоохранное значение, связанное с необходимостью эффективной утилизации отходов промышленных производств, перерабатывающих рыбное сырьё.

Разработаны новые технологические приемы и отработаны режимы работы технологического оборудования, позволяющие эффективно и качественно сохранять в исходном сырье большинство биологически активных веществ и соединений в нативной форме, что, в конечном счете, резко повышает уровень потребительских свойств выпускаемой продукции.

Теоретические аспекты работы включены в учебный процесс при чтении цикла лекций и проведения лабораторных работ по курсу «Технология промышленной переработки растительных субстратов» на Плодоовощном факультете МСХА им. К.А.Тимирязева.

Автор выносит на защиту:

1. Принципиально новый, комплексный подход к созданию технологий и процессов производства функциональных продуктов питания из различных видов биологически активных веществ в форме поликомпонентных напитков, основанный на использовании методов математического моделирования, результатах изучения биохимического состава используемых сырьевых компонентов, применении совершенного технологического оборудования и новых методов контроля  качества  и  безопасности выпускаемой продукции.

2. Теоретические основы и преимущества новых технологий и процессов производства функциональных аминосодержащих пищевых добавок и порошкового экстракта зеленого чая, в том числе: технологические и аппаратные схемы данных производств; расчет материального баланса технологических процессов, а также полученные экспериментальные данные по оптимизации технологических процессов.

3. Новые методы математического моделирования технологических процессов указанных выше производств, необходимые для оптимизации численных значений их технологических параметров, а также принципиально новые подходы к использованию современного математического аппарата для создания поликомпонентных смесей функциональных продуктов питания в форме порошков и суспензий.

4.  Теоретические основы и преимущества новой технологии производства ППСН в форме напитков серии «Бионан» и «Казан-Бионан», в которой, к качестве базовых компонентов используется: новая биологически активная добавка «СФАГ-2» и порошковый экстракт зеленого чая. В том числе: технологическая и аппаратная схемы их производства; расчет материального баланса технологического процесса; схема расстановки технологического оборудования и др.

5. Результаты экспериментальных исследований биохимического состава значительного количества растительных и животных сырьевых компонентов, перспективных для включения в состав новых продуктов функционального питания, а также результаты оценки их товарных запасов.

Работа является обобщением научных исследований, выполненных лично автором. Основная часть теоретических и экспериментальных исследований по разработке технологий и процессов промышленного производства новых аминосодержащих препаратов выполнена на научно-производственной и лабораторной базе МГУТУ, НПО «Биоиндустрия» и ВНИИ «Продуктов адекватного питания». В МГУТУ выполнена основная часть работ по статистической и аналитической обработке экспериментальных данных и их обобщению. Разработка ТУ и ТИ на новые биотехнологии и процессы промышленного производства указанных препаратов осуществлена на опытно-промышленной базе АО «Биохиммаш», СП Биотехнологическая компания «Чжэньюань Хубэй», МИТХТ им. М.В. Ломоносова и ГУ ВНИИпивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности. Работы по опытно-промышленной адаптации, масштабированию и внедрению процессов и технологий осуществлены на производственной базе СП Биотехнологическая компания «Чжэньюань Хубэй» и НПО «Биоиндустрия». Изучение биохимического состава различных сортов зеленого чая выполнены на сельскохозяйственной, производственной и лабораторной базе Хуанганского Государственного политехнического Университета, КНР, Провинция Хубэй, г. Хуанган.

Большинство приведенных в диссертационной работе результатов аналитических и экспериментальных исследований, описания биохимических характеристик новых препаратов и функциональных продуктов питания на их основе, технологий и процессов их промышленного производства и промышленные образцы продукции защищены Патентами РФ, несколькими монографиями, а также многочисленными публикациями в научной литературе.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на: ХХ Научной конференции МСХА им. К.А. Тимирязева (Москва, 2001), IХ Международной научно-практической конференции «Стратегия развития пищевой промышленности» (Москва, 2003), Международной конференции и выставки «Аналитические методы измерений и приборы в пищевой промышленности» (Москва, 2003), Международной конференции «Технологии и продукты здорового питания» (Москва, 2004), Второй Международной конференции «Технологии и продукты здорового питания» (Москва, 2004), ХХII Научной конференции МСХА им. К.А.Тимирязева (Москва, 2004), VI Международном симпозиуме «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования» (Пущино, М.О., 2005), Конференции молодых ученых МСХА им. К.А.Тимирязева  (Москва, 2005),  ХХШ  Научной  конференции  МСХА  им.  К.А.Тимирязева (Москва, 2005), ХI Международной научно-практической конференции «Стратегия развития пищевой отрасли» (Москва, 2005), Российско-Корейской научно-практической конференции восток-запад - «Эколого-экономические проблемы ХХI века», VIII Международной  научно-практической  конференции «Технологии и продукты здорового питания. Функциональные пищевые продукты». Москва, октябрь 2010 г., МГУПП, расширенных заседаниях профильных кафедр МГУТУ, МСХА им. К.А. Тимирязева и МИТХТ им. М.В. Ломоносова, а также расширенных заседаниях ученых советов ФГУ АО «Биомаш», ВНИИ «Продуктов адекватного питания» и НПО «Биоиндустрия».

Публикации. По материалам диссертации опубликованы 69 печатных работ, в том числе девять патентов Российской Федерации и три монографии.

Публикации автора имеются в Трудах Международных, Всероссийских, региональных научных конференций, конгрессов, симпозиумов, в журналах «Пищевая промышленность», «Хранение и переработка сельхозсырья», «Пиво и напитки», «Рыбная промышленность», и других отечественных и зарубежных изданиях. Личное участие автора являлось основополагающим на всех стадиях работы и  состояло в формировании научных направлений, постановке задач и целей исследований, разработке экспериментальных и теоретических подходов к проведению работ и исследований, проведению самостоятельных экспериментов и опытов, статистической обработке результатов, а также в формулировании  выводов  и  заключений.

Структура и объем работы.  Диссертация состоит из  введения,  семи глав, общих выводов, терминов и определений, использованных в работе, а также списка литературы и нескольких приложений. Текст диссертации изложен  на  387 страницах, содержит 45 таблиц, 28 рисунков и 34 формулы. Список использованной литературы включает 287 наименований, в том числе 143  публикации иностранных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении  к диссертационной работе обоснована ее актуальность, сформулированы цель и задачи исследований, научная концепция, а также положения, выносимые на защиту. Большинство исследований проводились в соответствии с программно-целевой моделью, см. рисунок 1.

В первой главе проведён литературный обзор имеющихся мировых данных по выбранной теме исследований, в том числе: по оценке структуры и задач функционального питания, как базовой основы государственной системы  профилактического  здравоохранения; анализу и  характеристике

  Рисунок 1 - Программно-целевая модель  исследований

существующих технологий и процессов производства аминосодержащих пищевых добавок и экстрактов растительных субстратов, позволяющих максимально сохранить в конечном пищевом продукте нативные свойства и биохимический состав исходных сырьевых компонентов. Дана оценка, технического уровня, эффективности и качества технологического оборудования, применяемого при производстве функциональных продуктов питания, а также оценены перспективы создания указанных продуктов на основе новых сырьевых компонентов.

Во второй главе автором описаны объекты и методы исследований. Базовой основой всех видов исследований являются методы математического моделирования изучаемых процессов, адаптированные к реальным процессам создаваемых пищевых производств. Экспериментальные исследования проводились по двум направлениям: 1). определение ряда производственных параметров и физико-химических  характеристик исходных сырьевых компонентов, необходимых для адаптации выше указанным моделей и проведения практических расчетов по оптимизации параметров технологических процессов и состава рецептур функциональных продуктов питания; 2). проведение лабораторных,  опытно-промышленных и промышленных экспериментов с целью масштабирования вновь разрабатываемых технологий и уточнения их технологических параметров и аппаратных схем.

В качестве объектов изучения использованы различные виды натурального природного сырья, в том числе: мед пчелиный, сухой концентрат зеленого чая, картофельный крахмал, сухой ферментативный аминокислотный гидролизат, масло льняное, какао, сыворотка сухая творожная, экстракт боярышника, экстракт черники, экстракт пустырника, концентрированный яблочный сок, экстракт свеклы, экстракт корицы, экстракт мускатного ареха, томатная паста, экстракт эстрагона и левзеи сафлоровидной и др. Основные показатели качества и безопасности исходных сырьевых компонентов определялись общепринятыми и стандартными методами.

При проведении аналитических исследований использовались современные методы физико-химического анализа, высокоэффективной газожидкостной и тонкослойной хроматографии. Количественный аминокислотный анализ проведен на жидкостном хроматографе модель L-8800 фирмы «Hitachi» (Япония). Анализы проводились в стандартном режиме анализа белковых гидролизатов, с использованием высокоэффективных ионообменных хроматографических колонок и специального нингидринового реагента для детектирования элюирующихся аминокислот. Концентрация танино-катехиновой смеси (т.н. ТКС) в растительном сырье определялась спектрофотометрически и методом  Левенталя по ГОСТ 19885-74. Для объективной и достоверной оценки количественных показателей экспериментов использовались методы вариационного статистического и функционального анализа.

В основу исследования положены методы математического моделирования изменчивости многопараметрических функционально-технологических свойств и технологических характеристик рецептурных смесей. В процессе исследований разработаны: математические модели взаимодействия компонентов в сложных многофункциональных системах; рассмотрена физика сплошных сред, формирующих эти системы, а также  выполнен регрессионный статистический анализ их состояний. Значительное внимание уделено моделированию взаимодействий компонентов рецептурных смесей на основе учёта законов равновесной статистической термодинамики.

Оптимизация функционально-технологических свойств гетерогенных рецептурных смесей на основе нечётких композиционных функций принадлежности. На первом этапе проведенных исследований изучены условия формирования и оптимизации функционально-технологических свойств (ФТС) смесей, состоящих из двух компонентов. В этом случае модель ФТС Y которой представляет собой линейную (по массовым долям M1 и M2) зависимость вида:

Y∑ = S1M1X1 + S2M2X2, M1 + M2 = 1,        (1)

где: X1 и X2 - значения свойства Y ингредиентов, а S1 и S2 - структурные факторы, опре-деляемые структурной неоднородностью смеси.

Структурные факторы мультипликативно входят в каждое из слагаемых (1). При этом случайные распределения значений их величин не известны. Однако можно считать, что массовые доли M1 и M2 имеют нечёткие функции принадлежности μ1(M1) и μ2(M2), а ФТС ингредиентов имеют нечёткие функции принадлежности μ1(X1) и μ2(X2). Нечёткая функция принадлежности μ∑(X) для смеси была определена в два этапа. На первом этапе определены нечёткие функции принадлежности для каждого из слагаемых (1):

,        (2)

;

Затем определена результирующая нечёткая функция принадлежности для смеси:

.        (3)

С учетом того, что массовые доли компонентов заданы чётко: M1 = 0.5 и M2 = 0.5 - нечёткие функции принадлежности μ1(X1) и μ2(X2) были заданы конечными множествами, см. рисунок  2:

μ1(X1) = {⟨0; 0,25⟩; ⟨1; 1,00⟩; ⟨2; 0,25⟩};

μ2(X2) = {⟨2; 0,25⟩; ⟨3; 0,50⟩; ⟨4; 0,75⟩; ⟨5; 1,00⟩; ⟨6; 0,75⟩; ⟨7; 0,50⟩; ⟨8; 0,25⟩}.

Тогда в соответствии с (2) и (3) результирующая нечёткая функция принадлежности для смеси определяется  множеством:

.

В большинстве случаев модель функционально-технологических свойств поликомпонентных смесей не может быть описана простой линейной зависимостью (1). Для таких случаев разработана модель функционально-технологических свойств гетерогенных рецептурных смесей на основе нечёткого регрессионно-факторного анализа.

Оптимизация функционально-технологических свойств гетерогенных рецептурных смесей на основе нечёткого регрессионно-факторного анализа. Математическая модель представляет собой зависимость каких-либо функционально-технологических свойств Y рецептурной смеси от N-мерного вектора X = (X1, X2, …, XN) различных факторов при известных экспериментальных данных Yr = F (X = Sr). Вводя нечёткие композиционные функции принадлежности для R узлов интерполяции имеем:

       (4)

где:  r = 1, 2, ..., R, а f(X - Sr) - некоторые парциальные функции принадлежности.

Рисунок 2 - Нечёткие функции принадлежности компонентов и результирующая нечёткая функция принадлежности смеси

В качестве парциальных функций принадлежности f (X - Sr) использована зависимость вида:

,        (5)

где: параметр h2 = 2Δσ2 определяет ширину парциальных функций принадлежности; σ2 -дисперсия.

Оценка Yоц ( X ) произвольной зависимости Y = F ( X ) формируется как совокупность значений { Yr } в виде нечёткой регрессионно-факторной зависимости вида:

,        (6)

где: H(X) - случайная функция с нулевым средним (⟨H(X)⟩ = 0) и конечной дисперсией σ2  =  ⟨H2⟩.

Среднеквадратичная ошибка (СКО) аппроксимации (6) имеет вид:

       (7)

где: M - количество отсчётов Ym зависимости Y = Y(X) для m = 1, 2, …, M (M ≥ R).

Применяя к (7) неравенство Коши  Буняковского из функционального ана-лиза, определена верхняя граница СКО (СКО < sup СКО):

.        (8)

В качестве верхней оценки суммы в выражении (8) можно взять величину:

,        (9)

где: - шаг разбиения шкалы Y на R значений.

В качестве верхней оценки суммы берется величина . В этом случае верхняя оценка СКО восстановления значений зависимости Y = Y ( X ) определяется выражением вида:

.        (10)

Отсюда получим верхнюю оценку относительной СКО восстановления значений зависимости Y = Y ( X ):

.        (11)

Так, например, для функции Y = sin X получим (Ymax - Ymin) = 2, ⟨ Y 2 ⟩ = 0.5. При аппроксимации данной функции по R = 12 узлам интерполяции определяем, что верхняя граница точности восстановления M = 31 значения составляет или sup СКОотн ≅ 4.52% для h = 0.45, σ2 = 0.01. В процессе исследований применялась скорректированная оценка Yоц ( X ) произвольной зависимости Y = F ( X ) (6), как средне взвешенная величина совокупности значений { Yr } в виде нечёткой регрессионно-факторной зависимости:

, αr ≥ 1.        (12)

Определение входных параметров (12) производилась, путем минимиза-ции СКО:

, .       (13)

Минимальное значение h* параметра h определялось по оптимальному значению параметра αr с помощью зависимости:

,

а верхняя граница СКО  снова определяется выражением (10).

В качестве частного случая получена регрессионно-факторная зависимость вида:

       (14)

некоторого функционально-технологического свойства Y ( M ) композита от вектора массовых долей M ингредиентов, входящих в состав компонентов композита. Например, если композитом является простая смесь из R ингредиентов с массовыми долями Mr (), имеющих ФТС Xr , то:

  (15) 

Описанный выше подход позволил: разработать методологию и алгоритмы моделирования состава поликомпонентных смесей на основе стохастического и нечёткого математического программирования, разработать методологию экспертного подхода для определения технологических характеристик готовых функциональных продуктов, создать модели численных методов расчёта важнейших реологических характеристик рецептурных смесей пищевых продуктов с учётом взаимодействия их компонентов.

Методы оптимизации технологии промышленного производства. Для анализа и оптимизации кинетики технологического процесса производства функциональных сырьевых ингредиентов использована модифицированная математическая модель, стандарта IDFM (Integrated Definition Function Modeling), широко применяемого для моделирования многофункциональных процессов, в том числе, для описания различных видов биотехнологических процессов. В обобщенном виде данный подход можно охарактеризовать следующим образом.

Технология промышленного производства «СФАГ-2» (сокращенно - ТЕХ) состоит из функционально связанных совокупностей и чередующихся во времени технологических операций (сокращенно - ТОП), рассматриваемых в их хронологической последовательности. Каждой предшествующей ТОП ставится в соответствие вектор St-1, предшествующего состояния ТЕХ, а текущей ТОП вектор St текущего состояния ТЕХ. В этом случае уместно предположить, что вектор состояния ТЕХ в текущий момент времени функционально (причинно или хронологически) связан с вектором состояния, определенным в предшествующий момент времени, что можно записать в виде функциональной зависимости:

  St = F(St-1;Ct; Pt; t|Ht), (16)

В общем случае необходимо учитывать более глубокую хронологическую зависимость векторов состояний ТЕХ. Такая зависимость образуется благодаря обратной связи, существующей либо из-за повторяемости самих ТОП, либо организованной через внешнюю по отношению к рассматриваемой ТЕХ среду (продуктовый рынок). Например, если скалярная динамическая переменная st обозначает объем выпускаемой продукции в « t » - ый период времени, то в условиях ее реализации и расширенного воспроизводства данный объем будет через накопление зависеть от объемов продукции  st-1, st-2, … st-r, выпущенной в « r » предшествующих периодов. Возможно также учесть эффект временного запаздывания и у других введенных выше величин - аргументов функции F. Поэтому в общем случае, как правило, получают многомерное динамическое уравнение состояния ТЕХ в виде разностной зависимости с соответствующими начальными условиями  S0, C0, P0 :

St = F (St-1, St-2, …St-r1; Ct, Сt-1, Сt-2, …Ct-r2; Pt, Pt-1, Pt-2, …Pt-r3; t / Ht),

  St=0=S0, Ct=0 = C0, Pt=0 = P0 ,  (17)

Зависимость или оператор F задается с помощью ряда формул, в том числе: полиномиальных, тригонометрических, показательных или иных аналитических функций, а также графиков или таблиц. Так, например, одномерное динамическое уравнение состояний линейных ТОП в самом общем случае представлялось линейным разностным уравнением:

st = αm st-m + βm ct-m + ht, (18)

  где: скалярные параметры αm и βm являются компонентами вектора Pm структурных параметров ТО.

  Параметры ТОП, описываемые приведенными уравнениями, представляют регрессионно - авторегрессионные объекты, или, кратко, РАР - объекты, описываемые уравнениями частного вида:

st = βm ct-m + ht ,  st = βm ct,m + ht,  (19)

называют регрессионными объектами, или, сокращенно, Р - объектами. Второе уравнение описывает статический объект с r + 1 входами и одним выходом.  Объекты, описываемые уравнением:

  st = αm st-m + ht,         (20)

называют авто регрессиоными объектами, или, кратко,  АР -  объектами.

  При оптимизации задач по исследованию зависимости состояний ТЕХ от непрерывного значения времени « t » и аналитическом задании функции F - динамическое уравнение состояния задается в виде дифференциального уравнения:

dS (t) / dt = F [S(t); C (t); P (t); t|H (t)],  (21)

эквивалентного уже рассмотренному ранее разностному уравнению частного вида (первого порядка)  St  =  F (St-1; Ct; Pt; t  / Ht)  при дискретном времени.

С учетом принятых обозначений любые ТОП и ТЕХ рассматривались как функциональные или операционные элементы - операторы, с определенной  Pt динамической структурой, рекуррентно (по шагам) преобразующие по закону  F поток входных данных  St-1, St-2, …, St-r в поток выходных данных St при наличии управляющего потока Ct и сопутствующих помех Ht .

На основании описанных теоретических выкладок была разработана операторная оптимизационная математическая модель технологических стадий производства «СФАГ- 2». В соответствии с рассмотренной формализацией технологии - каждая стадия ТОП имеет следующие компоненты: вход, выход, контур операционной обратной связи и контур управления. В разработанных моделях количественный рост массы белка S в процессе производства «СФАГ- 2» описывался уравнением:

  dS(t)/dt = P1 S(t) + P2 C(t) + P3 H(t),  (22)

  S(0) = 0,

где: P1 , P2  и P3 - обобщенные параметры технологического процесса;

  С - управление в виде концентрации щелочно-кислотного ингибитора; 

  H помеха.

Дискретным аналогом данного уравнения является РАР модель:

St+1 = (1 + P1 Δt) St + P2 Δt Сt + P3 Δt Нt ,  (23)

S0 = 0.

  Управление было задано в виде пропорционального регулятора:

Сt = - С0  ( St – S* ), (24)

  где:  С0 - коэффициент отрицательной обратной связи;

S* установка по управлению технологическим процессом.

  Таким образом, уравнение 23 получило окончательный вид:

St+1 = (1 + P1 Δt - P2 Δt С0) St + P2 Δt С0 S*+ P3 Δt Нt , (25)

Для проведения реальных технологических расчетов по оптимизации технологии производства функциональных сырьевых компонентов на базе модели была разработана специальная программа, реализованная в среде Excel. Указанные модели предусматривают формализацию содержательного описания технологий, в объеме достаточном для применения современного математического аппарата. Особое внимание было уделено системно-информационному обеспечению процессов моделирования: методологии моделирования; методам моделирования, включая численные методы; алгоритмам решения конкретных задач и их программной реализации.

В третьей главе приведены обобщенные результаты теоретических и экспериментальных исследований по созданию новой ресурсосберегающей технологии промышленного производства «СФАГ-2» на основе натурального экологически чистого рыбного сырья, а также данные по экспериментальному обоснованию выбора и способов применения различных видов ферментов для оптимизации промышленного процесса ферментолиза.

Технология и аппаратная схема промышленного производства «СФАГ-2» разработаны на основе процесса ферментативного гидролиза (аутолиза) белковосодержащих субстратов, преимуществом которого является то, что аминокислоты в ходе процесса производства практически не разрушаются. Кроме этого, целенаправленный гидролиз белков животного происхождения протеолитическими ферментами позволяет получать нутриенты с большим процентным содержанием и ассортиментом свободных аминокислот. На первом  этапе исследований изучен биохимический состав исходного сырья.

Результаты исследований исходного сырья. Для разработки технологии в качестве сырья были использованы живые тушки пресноводной рыбы «белый толстолобик пестрый» (Aristichthis nobilis), семейства карповых («Cyprinidae») и т.н. «субпродукты» - отходы переработки рыбы. Выбор толстолобика в качестве сырья был во многом обоснован тем, что в его тушке содержится очень мало жира, что гарантирует отсутствие токсинов в конечной продукции и существенно упрощает разработку технологического процесса.

В таблице 1 представлены результаты исследований биохими­ческого состава различных рыб внутренних водоемов Провинции Хубэй (КНР)  в зави­симости от вида рыбы и сезона вылова.

Таблица 1- Биоимический состав тушки пресноводных рыб внутренних водоемов Провинции Хубэй, КНР в зависимости от вида и сезона вылова

Сезон вылова

Вид рыбы

Содержание, %

Энергетическая ценность,

ккал/100 г

вода

белок

липиды

минера-льные вещества

Весна

Карп

78.7  ±  1.0

16.9  ±  0.2

3.1  ±  0 .1

1.3  ±  0.1

95.5  ±  1.7

Лещ

75.4  ±  0.6

18.0  ±  0.1

5.1  ±  0.3

1.3  ±  0.0

118.0  ±  13.7

Толстолобик

74.5  ±  0.4

17.2  ±  0.7

6.6  ±  0.7

1.2  ±  0.0

128.2  ±  1.7

Берш

79.3  ±  0.3

18.4  ±  0.1

0.9  ±  0.2

1.2  ±  0.0

81.5  ±  1.6

Осень

Карп

76.7  ±  2.2

17.1  ±  0.7

4.6  ±  0.5

1.3  ±  0.0

109.9  ±  3.3

Лещ

74.4  ±  3.0

18.3  ±  0.1

5.9  ±  0.2

1.3  ±  0.0

126.3  ±  2.4

Толстолобик

74.0  ±  1.4

16.3  ±  0.3

8.1  ±  0.3

1.3  ±  0.1

138.3  ±  1.7

Берш

78.1  ±  3.0

19.1  ±  0.1

1.1  ±  0.3

1.2  ±  0.0

86.3  ±  0.9

 

Исследования биохимического состава различных тканей толстолобика показали, что основными соединениями, из которых построены его ткани и органы, являются вода, белки, липиды, минеральные вещества. Кроме них, в состав тушки входят продукты белкового и липидного обмена, углеводы и продукты их обмена, витамины, гормоны, ферменты, красящие вещества, см. таблицу 2.

Таблица 2 - Содержание веществ в различных частях тела рыбы, %

Части тела рыбы

Вода

Белковые вещества

Липиды

Минеральные вещества

Мясо

80.8

17.6

0.3

1.2

Кожа

69.2

27.4

0.4

3.0

Голова

79.0

14.6

0.4

6.0

Кости

74.0

15.0

0.5

10.5

Плавники

73.0

15.7

1.2

8.8

Икра

75.8

20.0

1.8

1.3

Молоки

84.5

12.4

1.5

1.6

Печень

27.5

5.3

65.8

0.4

Для характеристики состояния воды в тканях был использован показатель влагоудерживающей способности («ВУС»), который определялся как количество клеточного сока, выделенного тканью при механическом воздействии и выражался в единицах объема или массы сока на 100.0 г ткани или в процентах. Величина ВУС толстолобика колебалась в значительных пределах (23.0 - 25.0 %) и зависела от возраста особи, степени его сытости, температуры  воды, мест и глубины обитания и других факторов. ВУС сырья была учтена при расчете величины гидромодуля рабочего раствора в реакторе на начальной стадии ферментолиза.

Оптимизация процесса ферментативного гидролиза. При выборе протеаз для производства «СФАГ-2» основное внимание уделялось их специфичности, активности и стабильности в зависимости от значений рН, температуры, присутствия активаторов и ингибиторов. В исследованиях использовались: протосубтилин Г10х, коллагеназа, мегатерин Г10х, протеаза «С», амилопротооризин Г10х  и «Савиназа». Характеристика параметров гидролиза сырья различными ферментными препаратами приведена на рисунке 3. Из приведенных на рисунке данных следует, что лучшими технологическими параметрами характеризуется фермент Флавозим 1000Л. В процессе исследований была изучена протеолитическая активность «субпродуктов», полученных из тушек ряда различных рыб, в том числе: скумбрии, толстолобика, берша, леща и карпа - была  проведена серия экспериментов по определению актив­ности  комплекса кислых пептидгидролаз («КПГ») мышечной ткани рыб при рН мышеч­ного сока 6.6 - 6.7. Активность комплекса пептидгидролаз (КПГ) мышечной ткани таких рыб, как карп, лещ, толстолобик пестрый при рН мышечного сока (6.6 - 6.7), как в весенний, так и в осенний периоды лова имеют низкие значения 0.02 - 0.06 ед / г. Низкую активность протеолитических ферментов мышечной ткани подтверждают и результаты исследований динамики буферной емкости азотсодержащих веществ в процессе посола.

Рисунок 3 - Характеристика параметров гидролиза сырья различными ферментными препаратами: до гидролиза; 1 - Савиназа; 2 - Протосубтилин Г10х; 3 - Флавозим 1000Л; 4 - Мегатерин Г10х;  5 - Протеаза «С»; 6 - Амилопротооризин Г10х

При посоле пестрого толсто­лобика массой 0.6 - 1.0 кг, выловленного в осеннее время года, плотностью 1.2 г / см3 при температуре Т = + 5.0 0С, даже через 40 суток буферность составляла менее 40 градусов. Немного выше активность протеолитических ферментов у берша (0.08 ед / г), хотя и значительно ниже, чем у тради­ционно применяемых для производства пресервов видов рыб, например у скумбрии (0.13 ед / г). Одним из основных свойств протеолитических ферментов является их способность про­являть максимальную активность при определенном значении рН среды. Оценку влияния рН среды на активность пептидгидролаз субпродуктов проводили при  рН: 3.56; 4.01; 6.86; 9.18, см. рисунок 4.

Рисунок 4  -  Зависимость активности субпродуктов тушки толстолобика  (пестрого)

от рН среды.

Оптимизация процесса ферментативного гидролиза. Оценка влияния гидромодуля суспензии на выход аминосодержащих компонентов осуществлялась в процессе ферментолиза. К сырью, состоящему из внутренних органов и мяса рыбы в соотношении «1 : 1», добавляли различное количество воды, изменяя гидромодуль суспензии от 1 до 5. Ферментативный гидролиз вели при Т = 40.0 С в течение 10 часов, поддерживая рН суспензии в диапазоне 7.4…7.6, см. таблицу 4.

Таблица 4 - Выход аминосодержащих веществ в полученных гидролизатах при различном гидромодуле суспензии.

№№

Гидромо-дуль

Объем фильтрата, мл

Концентрация аминного азота, мг %

Выход по аминокислотам, %

1

1 : 1

36

511

2.87

2

1 : 2

90

378

5.31

3

1 : 3

130

283

5.75

4

1 : 4

170

227

5.95

5

1 : 5

203

168

5.32

В случае низкой протеолитической активности ферментов в субпродуктах использовались дополнительные ферменты, протеолитическая активность которых приведена выше. Была исследована возможность получения аминокислотных гидролизатов под воздействием комплекса препаратов: Савиназа + Протеаза «С», отдельно Протеазы «С» и отдельно Флавозима 1000Л. Концентрацию аминного азота в ходе экспериментов измеряли по истечении 2 часов гидролиза. Температура гидролиза составляла Т = 40.0 С, при  рН =  7.5. При концентрации всех ферментов в рабочем растворе Q = 0.03 %,  величина концентрации аминного азота одинакова и составляет 70.0 мг %. Увеличение концентрации ферментов в 10 раз приводит к увеличению концентрации аминного азота лишь на 19.0 %. Получено численное значение концентрации ферментного препарата - 0.055 % от общего веса рабочей смеси. В качестве добавочного фермента был выбран Флавозим 1000Л.

В процессе исследований изучена динамика накопления аминного азота в рабочей суспензии. Гидромодуль суспензии составлял «1 : 1», «1 : 2», «1 : 3». Температура  Т = 40.0 С, продолжительность процесса - 10 часов. Величину рН = 7.5 поддерживали 20.0 %-ым раствором NaOH. Динамика накопления аминного азота показана на рисунках  5 - 8.

Аминокислотный анализ «СФАГ-2». Общее количество исследуемых образцов - 10. Каждый образец представлял собой среднюю по трем отборам пробу, взятую из соответствующих 10 партий продукции.  Были проведены следующие исследования:

Рисунок 5 - Динамика накопления аминного азота при использовании комплекса ферментов внутренних органов рыб.

Рисунок 6 - Динамика накопления аминного азота при использовании смеси ферментов Савиназа + Протеаза «С»

 

Рисунок 7 - Динамика накопления аминного азота при  использовании Протеазы «С» 

Рисунок 8 - Динамика накопления аминного азота при  использовании

Флавозим 1000Л

  • количественный аминокислотный анализ тотальных гидролизатов, при этом,  определение содержания триптофана  и суммы  цистеина  и  цистина  в

образцах проводилось отдельно, с соблюдением условий для максимально возможного открытия этих аминокислот;

  • количественный аминокислотный анализ свободных аминокислот в супернатантах, полученных после депротеинизации раствора образца 4.4% сульфосалициловой кислотой;
  • количественный аминокислотный анализ экстракта исследуемого образца 50.0 % этиловым спиртом после его тотального гидролиза - данный анализ позволил оценить количество аминокислот в низкомолекулярной пептидной фракции образца.

Результаты исследований, см. рисунок 9.

Рисунок 9 - Структура аминокислотного состава свободных аминокислот в «СФАГ-2» и гомогенизированной тушке толстолобика. Условные обозначения: «опыт № 1» и «опыт № 2» - в обоих случаях рассчитаны средние значения по пяти пробам; «опыт № 3» данные по гомогенизированной тушке живого толстолобика 

На рисунке видно, что профиль элюирующихся аминокислот в исследуемых образцах содержит наряду с белковыми аминокислотами и аминокислоты, обычно идентифицируемые при анализе гомогенатов ткани рыб. С целью выявления идентификационных признаков подлинности рыбного сырья проведено сравнение результатов по «СФАГ-2» живого толстолобика. Установлено, что аминокислотные профили в целом идентичны, что позволяет использовать данный результат для контроля качества и безопасности конечной продукции.

Обобщенная схема технологического процесса  производства  «СФАГ-2» представлена на рисунке 9.

ВР - 1

Санитарная обработка производства системой «СIP»

ВР - 2

Подготовка сырья

Технологичееский процесс

ТП - 3

Т П - 3.1

Аутолиз или

ферментативный гидролиз

Технологичееский процесс

Т П - 3.2

Центрифугирование

Т П - 3.3

Осветление  и сепарирование

Т П - 3.4

Концентрирование

Т П - 3.5

Сушка концентрата гидролизата

УМО - 4

Фасовка, упаковка, маркировка

Технологичееский процесс

Рисунок 9 - Обобщенная схема технологического процесса  производства  «СФАГ-2

  Условные обозначения:

«ВР-1» - Санитарная обработка производства.

«ВР-2» Подготовка сырья. Сырьем для промышленного производства «СФАГ-2» являются: тушка толстолобика по ГОСТ 24986; субпродукты пищевые; ферментный препарат «Флавозим 1000Л»; кислота соляная по ГОСТ 3118 марки х.ч. или ч.д.а.; натр едкий твердый реактивный  ЧДА ГОСТ 4328 - 77 изм. 1,2; вода питьевая по ГОСТ Р 51232 и СанПиН 2.1.4.1074.

«ВР-2.1» -  Подготовка к аутолизу. Осуществляется в тех случаях, когда субпродукты поступают на производство в необходимых количествах и удовлетворяют предъявляемым стандартам качества по протеолитической активности нативных ферментов.

«ВР-2.2» - Подготовка к ферментативному гидролизу. Осуществляется в случае недопоставки субпродукта пищевого, или в случае низкой протеолитической активности нативных ферментов исходного сырья. Повышение активности ферментных систем осуществляется за счет добавления препарата «Флавозим 1000Л» в гидролиз-аппарат и туда же добавляется вода питьевая или дистиллированная (конденсат вторичного пара), получаемая на стадии концентрирования. При аутолизе: соотношение субпродукта и рыбного сырья должно быть «1:1», гидромодуль «1:3». При ферментативном гидролизе: это соотношение  должно быть «0.0018 : 1», гидромодуль соответственно « 1 : 3 ».

Измельченное и взвешенное сырье (P = 700.0 кг рыбы живой и P = 700.0 кг субпродуктов) по отдельности поступает в конический смеситель, откуда с помощью винтового насоса и поворотной заслонки загружается в гидролиз-аппарат вместимостью V = 10.0 м3. Туда же добавляется вода питьевая или дистиллированная вода (конденсат вторичного пара), получаемая на стадии концентрирования (упаривания). При непрерывном перемешивании рН смеси доводят до значений 7.6 - 7.7 с помощью 20.0 % раствора едкого натра. Процесс гидролиза осуществляется при температуре Т = 38.0 - 42.0 С. Общее время проведения гидролиза - 10 час. Во время гидролиза каждый час отбирается проба на содержание аминного азота. Процесс гидролиза заканчивают при достижении концентрации аминного азота - 315 мг %. По окончании процесса реакционную смесь нагревают с помощью подачи пара в рубашку до Т = 85.0 - 90.0 С и выдерживают  при этой температуре в течение 20 мин.

«ТП - 3.1» - Аутолиз или ферментативный гидролиз. Взвешенное и измельченное  в  куттере  сырье  с  помощью  винтового  насоса  загружается  в реактор.

«ТП - 3.2» -  Центрифугирование. Полученный гидролизат насосом подают на проточную осадительную горизонтальную центрифугу со шнековой выгрузкой осадка. Пастообразный осадок с влажностью около 70.0 % периодически выгружается для дальнейшей переработки. «Фугат - 1» собирают в подают в реакторы  для проведения процесса осветления.

«ТП - 3.3» Осветление и сепарирование. Произведенный «Фугат - 1» в реакторе для осветления подкисляют до значения  рН = 3.2, 20.0 % - ным раствором соляной кислоты. Затем смесь прогревают подачей пара в рубашку до Т = 85.0 - 90.0 0С и направляют насосом через сетчатый фильтр  на сепарирование. При данной температуре на сепараторе происходит более эффективное отделение  рыбьего жира. Жиросодержащую фракцию собирают в сборник жира  и направляют на дальнейшую переработку, а осадок в сборник. Полученный «Фугат-2» собирают в реактор, доводят его рН до значения 6.0 с помощью 20.0 % раствора едкого натра из мерника и при постоянном перемешивании через сетчатый фильтр  направляют на концентрирование.

«ТП- 3.4» Концентрирование. Процесс концентрирования полученного осветленного гидролизата («Фугата - 2») проводят в двухкорпусной вакуум-выпарной установке при Т = 55.0 - 70.0 С и остаточном давлении 0.015…0.025 МПа. Концентрирование проводят в семь раз. Продолжительность операции концентрирования - 5 часов. Концентрат собирают в сборник, а затем направляют на сушку. Во избежание кристаллизации концентрата перед передачей его на сушку  температуру в сборнике  поддерживают в пределах  значений Т = 50.0 - 60.0 С с помощью подачи пара в рубашку. Побочный продукт - дистиллят собирают в сборник  и далее используют на стадии приготовления гидролизата.

«ТП - 3.5» - Сушка концентрата гидролизата. Сушку полученного концентрата гидролизата осуществляют на распылительной сушильной установке  при температуре теплоносителя на входе в сушильную камеру в пределах Т = 140.0 - 160.0  С и на выходе, в пределах  Т = 80.0 - 90.0 С. Отработанный воздух очищается на 1-й ступени - циклоне (степень очистки - около 90.0 %), на  2 - й ступени - рукавный фильтр (степень очистки - 98.0 %). Сухой продукт, с остаточной влажностью не более 8.0 %, выгружается из циклона и рукавного фильтра в бункер-накопитель. Продолжительность сушки - 10 часов.

«УМО - 4»  -  Фасовка, упаковка, маркировка. Произведенный «СФАГ-2» посредством герметичного затвора расфасовывают в специальные пакеты из комбинированных влагонепроницаемых материалов по ТУ 6-19-371 или полиэтиленовой плёнки по ГОСТ 10354, взвешивая и закрывая их герметично термосвариванием. Масса нетто продукта в пакетах 5.0 кг и 10.0 кг.

В четвертой главе приведены результаты теоретических и экспериментальных исследований по разработке новой технологии, процессов и аппаратных схем промышленного производства порошковых экстрактов растительных экстрактов на примере производства экстракта зеленого чая. В состав натурального зеленого чайного листа входят разнообразные биологически активные вещества, синтезируемые чайным растением, среди которых наибольшее значение имеют: фенольные соединения или танино-катехиновая смесь (ТКС), кофеин, теобромин, теофиллин, эфирные масла, витамины (P, C, B1, B2, K, U, PP и др.). Указанный продукт целесообразно получать из свежего листа, сортового или некондиционного чая любого сорта, а также из вторичных сырьевых ресурсов чайной промышленности (черешки, волоски, пластинки зеленого чая).

Вкус и аромат чая обуславливается содержанием в нем ароматических веществ. Их образование начинается на стадии завяливания, интенсивно развивается в процессе скручивания и ферментации. Вещества представлены эфирными маслами, которые представляют собой сложную смесь веществ, относящихся к разнообразным группам: альдегидам, кетонам, спиртам, кислотам, углеводородам, фенолам. Общее содержание эфирных масел определяется сотыми долями процента. В чае содержится от 0.007 % эфирных масел - в сухом ферментированном чайном сырье до 0.014 % - в свежих чайных листьях. В составе эфирных масел зеленого чайного листа было обнаружено около 50.0 % гексенола с сильным запахом зелени, гераниола - около 14.0 % с запахом розы, линалоола - около 13.0 % с запахом ландыша и их производных. Однако температура кипения этих соединений составляет от Т = 156.0 °С для гексенола до Т = 230.0 °С для гераниола. Выделение этих веществ требует проведение процесса экстракции при температурах не ниже температур кипения, что предъявляет повышенные требования к производственному оборудованию. Летучие альдегиды, имеющие низкие температуры кипения менее Т = 100.0 °С, содержатся в чайном листе в ничтожных количествах. В процессе исследований решены следующие технологические задачи: оптимизирован процесс экстракции водорастворимых веществ чая; обоснован выбор технологии отделения осадка от экстракта, а также способ концентрирования и сушки готового сухого продукта; разработана процессуальная схема производства; обоснован оптимальный материальный баланса процесса; доказана необоснованность выделения и последующего купажирования ароматических веществ в конечном продукте. При проведения работ были использованы два сорта китайского зеленого чая: образец 1 - байховый зеленый чай урожая 2007 года и образец 2 - байховый зеленый чай урожая 2006 года.

Эксперименты по оптимизации процесса экстракции. К навеске сухого зеленого чая (Р = 20.0 - 30.0 г) добавляли питьевую воду. Гидромодуль суспензии варьировали от 10 до 20 мл / г исходного сырья. Суспензию нагревали до Т = 90.0 °С и выдерживали при указанной температуре в течение 1 часа. Экстракт в горячем виде декантировали или фильтровали с применением технологии мембранной фильтрации. К оставшемуся осадку вновь приливали воду. Объем добавленной воды изменяли в соответствии с условиями эксперимента от 5.0 до 20.0 мл / г сырья. Полученную суспензию вновь нагревали до Т = 90.0 °С и выдерживали в течение 1 часа. Вторичный экстракт также фильтровали. В фильтратах определяли: объем, концентрацию сухих веществ, концентрацию танино-катехиновых веществ в растворе (ТКС). Процесс получения сухого экстракта чая проводился в периодическом режиме, последовательно включающем стадии: экстракции водорастворимых веществ чая, отделение экстракта от осадка методами фильтрации и/или центрифугирования, концентрирования выпариванием и распылительной сушкой концентрата.

Установлено, что наиболее значимыми для процесса экстракции являются следующие параметры: продолжительность и температура процесса, гидромодуль суспензии, а также количество экстракций из одной порции исходного сырья. Для обоснования время проведения процесса экстракции была определена динамика накопления сухих веществ и ТКС в экстракте. Исследование проводили с использованием зеленого чая обр. 2. Гидромодуль суспензии составил 20.0 мл / г ( «1 : 20» ), температура экстракции Т = 90.0 °С. С увеличением продолжительности процесса экстракции происходит увеличение концентрации сухих веществ, в то время как концентрация ТКС со временем практически не изменяется. Увеличение продолжительности экстракции ведет к увеличению содержания балластных веществ. Таким образом, продолжительность процесса экстракции не должна превышать одного часа. Оптимизация температурного режима и гидромодуля проводилась при условиях: продолжительность процесса - один час, температура  Т = 90.0 °С и Т = 132.0 °С. Процесс экстракции при Т = 132.0 °С осуществлялся в автоклаве под давлением 2.0 атм. Гидромодуль суспензий варьировали от 8.0 до 20.0 мл / г. Выход сухих веществ (СВ) на первой стадии экстракции показан в таблице 5.

Таблица 5 - Выход сухих веществ на стадии экстракции при различных режимах процесса.

№№

Образец

Темпе- ратура, °С

Гидро-модуль, мл/г

Конц. сухих веществ, %

Конц. ТКС,

А278

Выход СВ,

%

1

1

90

8

5.27

0.76

28.7

2

1

90

10

4.69

0.61

29.5

3

1

90

20

2.11

0.34

31.6

4

1

132

20

2.55

0.47

37.0

5

2

90

10

4.58

0.47

24.9

6

2

90

20

1.88

0.24

30.0

7

2

132

10

4.67

0.54

29.4

8

2

132

20

2.33

0.28

32.0

  Использование высокотемпературной экстракции требует повышенного давления и в связи с этим предъявляет повышенные требования к техническому обслуживанию сосудов, работающих под давлением и приводит к значительному увеличению затрат на изготовление оборудования. Кроме того, применение высоких температур при длительном воздействии отрицательно влияет на качество чайного экстракта, ускоряя окислительные процессы ТКС, и тем самым снижает качественные показатели конечного продукта. Увеличения выхода готового продукта на стадии экстракции можно добиться, увеличивая кратность экстракции, проводя повторную экстракцию чайного листа при температуре  Т = 90.0 °С.

  Отделения осадка от экстракта. При проведении эксперимента был приготовлен экстракт из образца зеленого чая образца 2 с концентрацией сухих веществ 2.72 %. Процесс отделения экстракта от осадка проводили методами постадийной фильтрации. Фильтрацию через фильтр проводили на нутч-фильтре с градиентом давления 0.7 атм. с использованием вакуумного водокольцевого насоса. Фильтрация через бельтинг проводилась под давлением 2.0 атм. в автоклаве.  Для дополнительного осветления экстракта использовали процесс центрифугирования. Осветление экстракта проводили на стаканчиковой центрифуге при числе оборотов ротора N = 1.2 тыс. об / мин, в течение t = 30 минут. Все процессы фильтрации и центрифугирования проводили при Т = 80.0…90.0 °С для предотвращения осаждения веществ ТКС. Качество фильтрации или центрифугирования проводили на основании изменения концентрации сухих веществ до и после отделения осадка, см. таблицу 6.

Таблица 6 - Зависимость качества экстракта от способа разделения экстракта и разварки

№№ проб

Способ отделения осадка

Фильтрующий материал

Концентрация сухих веществ, %

Концентрация ТКС, А278

1

Исходный экстракт

2,72

0,28

2

Фильтрация

ФМ-1

2,72

0,28

3

ФМ-2

2,67

0,26

4

ФМ-3

2,69

0,27

5

Центрифугирование

-

2,12

0,27

  Приведенные данные позволяют сделать заключение о неэффективности применения процесса фильтрации для отделения раствора от осадка. Центрифугирование позволяет получить экстракт с меньшим содержанием балластных веществ без потери ТКС. В производственном процессе для разделения суспензии были использованы процессы центрифугирования для отделения экстракта от разварки чайного листа и сепарирования - для отделения мелкой взвеси балластных веществ. Все процессы необходимо проводить при Т = 80.0 °С во избежание потерь веществ ТКС.

  Характеристика разработанного промышленного процесса. Обобщенная технологическая схема производства сухого экстракта зеленого чая  представлена на рисунке 10. В реактор, объемом V = 75.0 л, оснащенный перемешивающим устройством и рубашкой для подогрева реакционной смеси, залили 50.0 л очищенной водопроводной воды. Воду нагревали до Т = 90.0 °С и вносили 5.0 кг зеленого чая. Через 1.5 часа, когда масса чая оседала, экстракт 1 ( Э 1 ) слили и профильтровали через специальный фильтр (1 вариант), а затем осветлили на стаканчиковой  центрифуге периодического действия (2 вариант). Условия разделения смеси: число оборотов ротора центрифуги N = 1000 об / мин, продолжительность операции  t = 30 минут, температура фильтрации и центрифугирования  Т = 80.0 °С.

Затем в реактор вновь заливали воду до первоначального объема и загрузили сырье, оставшееся после первой экстракции, смесь нагрели до Т = 90.0 °С, выдержали в течение 1 часа. Разделение суспензии вторичного экстракта ( «Э2» ) в каждом из вариантов вели по схеме, аналогичной описанной выше. Первичный и вторичный экстракты объединили и упарили в 5 раз. Концентрирование растворов проводили при температуре  Т = 80.0 °С в вакуум-выпарном аппарате УВВ-50. Сушку концентрата проводили с использованием прямоточной распылительной сушилки РС-20 с дисковым распыливающим механизмом Niro Atomizer (Дания) при температуре теплоносителя на входе в сушильную камеру Т = 170.0…180.0 °С и на выходе Т = 85.0…90.0 °С.

Сухой зеленый чай Экстракция  1 

Вода Т = 90.0 °C,

Время - 1 час

Гидромодуль «1 : 10»

Фильтрация 1

(центрифугирование)

Т = 80.0…90.0 °С

Осадок

  Фильтрат 1 

Экстракция  2 

  Т = 90.0 °C, Время -1 час

Фильтрация 2

  (центрифугирование) Осадок

Т = 80.0…90.0 °С

  Фильтрат 2

Смешивание

фильтрат 1 + фильтрат 2

      Т =  80.0…90.0 °С

 

  Осветление смеси

(сепарирование)  Осадок

Т =  80.0…90.0 °С

Осветленная

смесь экстрактов

  Концентрирование

  Т =  80.0 …90.0 °С Конденсат

  Кратность – 5 раз

  

  Сушка

  Темп. вх. возд. = 170.0…180.0 °С,  Испаренная

  Темп. вых. возд. = 85.0…90.0  °С влага

Рисунок 10 - Технологическая схема производства сухого экстракта зеленого чая

Основные характеристики продуктов, получаемых по технологическим стадиям процесса приведены в таблице 7. При анализе готового сухого продукта на содержание ТКС установлено, что продукт, полученный из образца 1, содержит 25.3% ТКС, из образца 2 (без осветления экстракта) - 21.6 % ТКС и при использовании осветления - 23.8 %. 

В пятой главе на основании выше описанных теоретических подходов были проведены оптимизационные расчеты по обоснованию компонентного состава ряда функциональных продуктов в форме порошковых и суспензионных напитков серии «Бионан» и Казан-Бионан». В качестве базовых функциональных компонентов в составе рецепту данных напитков  были использованы: «СФАГ-2» и порошковый экстракт зеленого чая.

Таблица  7 - Основные характеристики продуктов, получаемых по стадиям технологического процесса

Наименование стадии

Наименование полупродукта

Объем, л (кг)

Концентра-ция сухих веществ, %

Выход по сухим веществам, %

Фильтрация через 4-слойную марлю

Экстракция 1

Э1

32.4

4.37

28.2

Экстракция 2

Э2

41.5

1.26

10.4

Смешивание

Э1 + Э2

73.9

2.61

38.5

Концентрирование

Концентрат

14.0

12.66

35.4

Сушка

Сухой экстракт

1.53

94.21

28.8

Фильтрация + осветление экстракта

Экстракция 1

Э1

38.0

3.84

29.1

Экстракция 2

Э2

35.5

1.50

10.6

Смешивание

Э1 + Э2

73.5

2.70

39.6

Осветление смеси экстрактов

Осветленная смесь Э1 + Э2

68.4

2.52

34.5

Концентрирование

Концентрат

13.0

12.85

33.4

Сушка

Сухой экстракт

1.38

95.62

26.5

По официальному Заключению Военно-медицинской Академии ВС РФ им. С.М. Кирова напитки серии «Бионан» и «Казан-Бионан» относятся к новому поколению натуральных, качественных и безопасных биологических корректоров здоровья. Включение продуктов в каждодневный рацион питания обеспечивает эффективное и комплексное клеточное питание, а также комплексное, разноплановое и пролонгированное профилактическое воздействие на многие внутренние органы и функциональные системы. Указанные напитки по своей пищевой ценности и оздоровительным свойствам предназначены для осуществления комплекса мероприятий по радикальному улучшению качества и структуры питания. Напитки изготавливаются в товарной форме, удобной для употребления. Они адаптированы к особенностям приема пищи в завтрак, обед и ужин.  В состав напитков входят только натуральные компоненты, изготовленные по т.н. «щадящим технологиям», позволяющим сохранить все нативные свойства и биохимический состав исходного сырья.

Напитки содержат в своем составе: большой набор аминокислот, в том числе всех незаменимых (треонин, валин, лизин, триптофан, метионин, изолейцин, лейцин, фенилаланин), находящихся в легко усвояемой,  свободной форме ( до 60.0 % ); полиненасыщенные жиры (ПНЖК); широкий набор микро- и макроэлементов; витаминные комплексы; пищевые волокна; натуральные органолептические и иные добавки. Содержание аминокислот, витаминов, полиненасыщенных жиров, углеводов, пищевых волокон и минеральных элементов в 100.0 г напитков соответствует не менее « 1 / 3 »  их дневной потребности. Они не имеют противопоказаний при длительном употреблении, а также не имеют опасных для здоровья побочных эффектов. Характеризуются безвредностью при длительном употреблении,  быстротой и полнотой усвоения, соответствием биохимического состава и медико-биологических свойств т.н. «жизненной формуле», как по наличию незаменимых веществ, так и по их сбалансированности.

Технология производства порошкообразных напитков рассмотрена на основе производства поликомпонентной смеси «Бионан-В», изготавливаемой по ТУ 9185-031-00334600-07. Данная смесь используется для приготовления напитков в автономных условиях, а также в качестве вкусовой добавки к коктейлям на плодово-ягодной и растительной основе. В его состав входят: сахарная пудра, лимонная кислота, соль поваренная, крахмал картофельный, масло льняное, сухой концентрат черники, сухой концентрат боярышника, сухой концентрат зеленого чая, «СФАГ-2» и ароматизаторов «Гвоздика 709», «Мускат 596».

Процесс приготовления напитков включает: измельчение компонентов; формирование дисперсионной массы и ароматизирование; получение смеси порошкообразной; фасование готовой смеси порошкообразной; упаковку, маркировку и хранение. Измельчение всех компонентов порошкообразной смеси осуществляется до размера частиц 250.0 - 500.0 мкм. Измельченные сахара-песка производят на молотковой дробилке, остальные компоненты смеси измельчают на дезинтеграторе. Измельченные компоненты через дозирующее устройство направляют в смеситель. Далее, крахмал картофельный через дозатор передают в вибросмеситель. В смеситель передают « 1 / 3 » расчетной массы сахарной пудры. Льняное масло подают в смеситель порционно через специальные форсунки при постоянно работающей мешалке. Перемешивание продолжают 30 минут до получения однородной массы. Затем производят ароматизирование дисперсной массы. В полученную дисперсную массу в смесителе дозируют через форсунки ароматизаторы «Гвоздика 709» и «Мускат 596». Ароматизированную дисперсную массу перемешивают 20 - 30 минут и подают в смеситель-гомогенизатор для получения смеси для напитка и затем на фасовку.

Технология производства суспензионных напитков рассмотрена на примере производства функционального суспензионного напитка «Казан-Бионан 2» по ТУ 9185-034 -00334600-07.

Этап № 1. Приготовление жидкого полуфабриката осуществляется путем смешивания расчетных масс и объемов меда пчелиного, томатной пасты, настоя эстрагона и настоя левзеи сафлоровидной. Компоненты напитков дозируют в смесителе, изготовленном из нержавеющей стали и оснащенным перемешивающим устройством. Первоначально дозируется расчетная масса томатной пасты, затем при постоянном перемешивании в томатную пасту дозируют предварительно подогретую до Т = 35.0 - 40.0  оС расчетную массу меда. Мед предварительно нагревают в транспортной таре (фляги, канистры) в ванне при  температуре Т = 40.0 - 45.0 оС. Предварительный нагрев в мягком режиме увеличивает текучесть меда и снижает потери при дозировании. В полученную массу при перемешивании дозируют расчетные объемы настоя эстрагона и настоя левзеи сафлоровидной. Готовый жидкий полуфабрикат перемешивают в течение 15 - 20 минут для получения однородной массы и используют в дальнейшем производстве.

Этап 2. Приготовление сухого полуфабриката. Сухой полуфабрикат готовят путем последовательного смешивания порошкообразных расчетных масс «СФАГ-2», соли поваренной, концентрата зеленого чая, пищевой лимонной кислоты. Сухой полуфабрикат готовят также в смесителе. Первоначально дозируются расчетные массы порошкообразных компонентов в следующей последовательности и при постоянном перемешивании: соль поваренная, лимонная кислота, концентрат зеленого чая и  «СФАГ-2». Полученный сухой полуфабрикат перемешивают в течение 20 - 30 минут для гомогенизации компонентов в общей массе. Сухой полуфабрикат используют для дальнейшего приготовления концентрата растительного.

Этап 3. Приготовления концентрата растительного. Концентрат растительный приготавливается путем  смешивания жидкого и сухого полуфабрикатов в коллоидной массе. Предварительно готовится коллоидная масса в реакторе-купажере, который оснащен перемешивающим устройством и рубашкой для обогрева. Для этого, в реактор-купажер дозируют расчетную массу крахмала картофельного. Включают перемешивающее устройство и дозируют расчетный объем питьевой воды с температурой  Т = 25.0 - 30.0 оС; не прекращая перемешивания; затем поднимают температуру в крахмальной массе в режиме Т = 1.0 оС в 1 минуту до Т = 70.0 оС - крахмальная масса переходит в клейстеризованную; клейстеризованную массу охлаждают до температуры Т = 40.0 - 45.0  оС и затем охлажденную клейстеризованную массу подают в смеситель, для смешивания компонентов концентрата растительного при температуре Т = 40.0 - 45.0 оС.

Данная технологическая операция осуществляется при постоянном перемешивании с соблюдением следующей последовательности их внесения: первоначально дозируют в смеситель льняное масло, перемешивают в течение 10 - 15 минут для достижения равномерного диспергирования в коллоидной массе; вторым компонентом, дозируемым в смеситель, является жидкий полуфабрикат, который дозируется из смесителя порционно во вторичный смеситель; сухой полуфабрикат из первичного смесителя дозируют во вторичный смеситель также порционно и равномерно - внесение сухого полуфабриката в среду, содержащую жидкий полуфабрикат способствует интенсификации процесса смачивания порошка с последующим его растворением в общей массе концентрата растительного; готовый концентрат растительный перемешивают еще 20 - 30 минут для достижения однородной массы и для усиления стабилизации структурно-механических свойств концентрат растительный гомогенизируется с  использованием коллоидной мельницы (размер частиц дисперсной массы в дисперсионной среде не должен превышать 0.1 мм); готовый концентрат растительный пропускают через пластинчатый пастеризатор при Т = 70.0 - 75.0  оС в течение 1 минуты.

Этап 4. Расфасовка и хранение концентрата растительного. Хранение концентратов растительных осуществляют в герметично закрытых реакторах при комнатной температуре. Концентраты растительные подают на розлив при температуре не ниже Т = 65.0 оС в подготовленную тару.

  В шестой главе приведены результаты промышленного внедрения новых технологий, процессов и аппаратных схем на предприятиях пищевой отрасли. В Российской Федерации - на Опытно-экспериментальном заводе НПО «Биоиндустрия», Шаховской р-н М.О. и в Китайской народной республики - на предприятии Биотехнологическая компания «Чжэньюань Хубэй», Провинция Хубэй, г. Ухань.

Создание выше указанных предприятий осуществлено на принципах построения «Инновационных биотехнологических класстерных платформ».  Разработанный и реализованный на практике новый научно-технический подход к созданию предприятий позволил быстро и эффективно достичь главной цели: обеспечить устойчивое и недорогое снабжение населения широким ассортиментом качественной и безопасной пищевой продукции функционального назначения за счет местных сырьевых и финансовых ресурсов.

  В седьмой главе приведены результаты натурных исследований по оценке функциональных свойств напитков серии «Бионан» двумя независимыми методами цветовой диагностики и биоэлектроннооптической газоразрядной визуализации. На примере исследования напитка «Бионан-А» показано, что его функциональное влияние на различные органы и системы  организма человека характеризуется разнонаправленным и многосторонним биологическим воздействием. Напиток положительно влияет на  27 органов и систем организма человека, обладает выраженными функциональными и эргономическими потребительными свойствами, которые проявляются в пределах  физиологического воздействия, что соответствует требованиям для  такого рода пищевой продукции. Напиток усваивается на уровне обычного пищевого продукта вне зависимости от возраста человека. Ухудшений физиологического состояния не наблюдалось ни в одном органе. Напиток «Бионан-А» оказывает положительное влияние на обмен углеводов, белков и жиров. В ходе исследований показано, что напиток обладает определенной стабильностью и имеет выраженное стабилизирующее влияние на энергетические центры, что является положительным фактором при воздействии на воспалительные процессы в органах человека и характеризуется успокаивающим влиянием (эффект седации). Он также может выполнять в определенной мере функцию прохладительного напитка, что важно  при высокой температуре окружающей среды. У напитка «Бионан-А» в процессе исследований выявлены индивидуальные  энергоинформационные показатели, надежно идентифицирующие данный продукт. Это дает возможность быстрого и надежного определения качества продукции и идентификации ее фальсификата.

  Заключение

Выполнено комплексное исследование, позволившее научно обосновать новое научное направление в пищевой отрасли по комплексной разработке и практической реализации заданных потребительских свойств ППСН в форме поликомпонентных пищеконцентратных смесей с использованием  физиоло-гически функциональных ингредиентов. На основании результатов выпол-ненных исследований сделаны следующие выводы и рекомендации:

  • Разработаны и реализованы на практике новые теоретические подходы в форме математических моделей, позволяющие оптимизировать параметры технологий производства поликомпонентных пищеконцентратных смесей на основе физиологически функциональных ингредиентов, а также обосновать их компонентнтный состав.
  • С использованием выше указанных моделей и экспериментальных данных разработана новая ресурсосберегающая технология промышленного производства сухого ферментативного аминосодержащего гидролизата - «СФАГ-2», необходимого для обогащения ППСН легко усвояемыми белковыми компонентами. Экспериментально обоснованы технологические параметры производственного процесса, в том числе: продолжительность гидролиза, гидромодуль исходной сырьевой суспензии, набор применяемых ферментов, температурный и кислотно-щелочной режимы.
  • Разработана новая технология и аппаратная схема, реализующая процесс промышленного производства порошковых экстрактов зеленого чая и других видов функционального растительного сырья с сохранением в них нативных свойств и биохимического состава исходных сырьевых компонентов, а также разработаны новые методы стадийного контроля производственного процесса и оценки качества и безопасности конечной продукции.
  • В процессе исследований по разработке новой промышленной технологии производства порошкового экстракта зеленого чая и других растительных субстратов оптимизирован и параметризован комплексный процесс экстракции большинства биологически активных веществ чайного сырья. Обоснована технология отделения осадка от экстракта, а также способ концентрирования и сушки готового продукта с сохранением большинства нативных свойств и биохимического состава исходного сырья. Разработана  процессуальная схема производственного процесса, обоснован его материальный баланс, доказано отсутствие необходимости первичного выделения и последующего купажирования ароматических веществ в конечном продукте.
  • На основе базовых сырьевых компонентов («СФАГ-2» и порошкового экстракта зеленого чая) разработана новая технология и аппаратная схема, реализующая процесс промышленного производства ряда ППСН в форме порошковых и суспензионных напитков серии «Бионан» и Казан-Бионан» с выраженным спектром заданных функциональных свойств.
  • По качеству и безопасности напитки серии «Бионан» и «Казан-Бионан» характеризуется: высокими вкусовыми и органолептическими свойствами, натуральным составом ингредиентов, включающим большой набор незамени-мых аминокислот, находящихся в свободной, легко усвояемой форме (до 60.0 %), полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК), широкого набора микро и макроэлементов, витаминных комплексов, пищевых волокон и вкусовых добавок. Продукты обладают гарантированной безвредностью, быстротой и полнотой усвоения.
  • Осуществлено комплексное внедрение всех, выше указанных технологий и аппаратных схем, на предприятиях пищевой отрасли с целью осуществления промышленного выпуска новых видов ППСН и входящих в их состав базовых функциональных компонентов, предназначенных для целевого использования в ряде министерств и ведомств Российской Федерации.
  • Большинство результатов научных исследований, выполненных в рамках диссертационной работы, реализованы на практике при проектиро-вании и строительстве нескольких промышленных предприятий по выпуску ППСН, в том числе: на российско-китайском совместном предприятии Биотехнологическая компания «Чжэньюань Хубэй», Провинция Хубэй, КНР и Опытно-экспериментальный завод Н П О «Биоиндустрия», Шаховской район, Московской области.

Список работ, опубликованных по теме диссертации:

  Патенты

  1. Патент Российская Федерация № 2277795, от 20.06.06г. Способ получения аминокислотного гидролизата [Текст] / Поверин А.Д, Поверин Д.И.. Приоритет с 14.01.05.
  2. Патент Российская Федерация № 2279283, от 10.07.06г. Способ получения растительного экстракта. [Текст] / Поверин А.Д., Поверин Д.И. Приоритет с 14.01.05.
  3. Патент Российская Федерация Патент РФ № 2358563, от 20.06.09г. Порошкообразная смесь для функционального напитка  «Бионан-А» [Текст] / Поверин А.Д., Филонова Л.А., Соболева О.А. Приоритет с 14.01.05.
  4. Патент Российская Федерация № 2358564, от 20.06.09 г., Порошкообразная смесь для функционального напитка «Бионан-В» [Текст] / Поверин А.Д., Филонова Л.А., Соболева О.А. Приоритет с 27.03.08г .
  5. Патент Российская Федерация № 2359529, от 27.06.09г., Концентрат растительный для функционального напитка «Казан-Бионан-1».[Текст] / Поверин А.Д., Филонова Л.А., Соболева О.А. Приоритет с 27.03.08г.
  6. Патент Российская Федерация № 2385660, от 10.04.10г., Концентрат растительный для функционального напитка «Казан-Бионан-2» [Текст] / Поверин А.Д., Филонова Л.А., Соболева О.А. Приоритет с 27.03.08г.
  7. Патент Российская Федерация № 2358562, от 20.06.09г.  Концентрат растительный для функционального напитка «Казан-Бионан-3».[Текст] / Поверин А.Д., Филонова Л.А., Соболева О.А. Приоритет с 27.03.08г.

  8. Патент Российская Федерация № 2368579, от 27.09.09г.  Добавка для модификации гипсовых вяжущих [Текст] / Поверин А.Д., Поверин Д.И. Приоритет с  15.02.2008.

  9.  Патент Российская Федерация № 2279283, от 10.07.06г. Турбулентно-кавитационный смеситель. [Текст]  Поверин А.Д., Поверин Д.И. Приоритет с 15.02.08г.

  Монографии

  1. Поверин А.Д., Поверин Д.И. Технология промышленной переработ-ки лекарственного растительного сырья. [Текст] - М.: изд-во МСХА им. К.А. Тимирязева, 2001. - 205с.
  2. Поверин А.Д. Технологии, процессы и оборудование для производства функциональных продуктов питания. [Текст]  - М.: изд-во «Биотехнология», 2007. - 256с.
  3. Поверин А.Д Оптимизация процессов смешивания поликомпонентных функциональных продуктов питания. [Текст] /А.Д. Поверин, С.В. Николаева - М.: изд-во «Биотехнология», 2009. - 166с.

Основные статьи в научных журналах

  1. Поверин А.Д. Лекарственные растения в производстве напитков чайных. [Текст], Доронин А.Ф., Нахмедов Ф.Г. // Статья в журнале  «Пиво и напитки», № 5, 2001, Москва.  -  С. 6-9.
  2. Поверин А.Д. Сушка различных растительных субстратов при производстве крупяных каш быстрого приготовления с функциональными пищевыми добавками. [Текст], Тырсин Ю.А. // Статья в журнале «Хранение и переработка сельхозсырья», № 4, 2003, Москва.  -  С. 32-35.
  3. Поверин А.Д. Технология продуктов функционального питания в форме крупяных каш быстрого приготовления с растительными добавками. [Текст], Тырсин Ю.А // Статья в журнале «Хранение и переработка сельхозсырья», № 4, 2003, Москва.  -  С. 20-24.
  4. Поверин А.Д. Создание эмульсионных продуктов функционального и лечебно-профилактического назначения. [Текст]  Тырсин Ю.А. // Статья в журнале «Пищевая промышленность»,  №  9, 2005, Москва. - С. 11-13.
  5. Поверин А.Д. Изучение органолептических свойств зеленого чая методом газовой хроматографии. [Текст], Поверин Д.И. // Статья в журнале «Пиво и напитки», № 4, 2005, Москва. - С. 13-15.
  6. Поверин А.Д. Конвективная сушка плодов рябины обыкновенной (Sorbus aucuparia). [Текст], Тырсина А.В // Статья в журнале «Хранение и переработка сельхозсырья», № 11, 2005, Москва.  - С. 20-25.
  7. Поверин А.Д. Функциональные аминокислотные комплексы типа «СФАГ-2».[Текст], Поверин Д.И. // Статья в журнале «Пищевая промышленность», № 11, 2006, Москва. - С. 13-19.
  8. Поверин А.Д. Технология получения белкового препарата «СФАГ-2». [Текст] // Статья в журнале  «Рыбная промышленность», № 1, 2006, Москва.  - С. 4-7.
  9. Поверин А.Д. Производство сухого ферментативного амино содержащего гидролизата рыбы «СФАГ-2». [Текст] // Статья в журнале «Пищевая промышленность»,  № 1, 2006, Москва. -  С. 12-17.
  10. Поверин А.Д. Протеолитические ферменты в производстве белкового препарата «СФАГ-2».[Текст] //Статья в  журнале «Рыбная промышленность», № 1, 2006, Москва.  - С. 17-19.
  11. Поверин А.Д. Оптимизация промышленной технологии процесса сушки натуральных растительных субстратов. [Текст] // Статья в журнале «Пиво и напитки», № 2, 2006, Москва.  -  С. 19-21.
  12. Поверин А.Д. Производство натуральных соков плодовых растений в форме гранулированных концентратов. Новая технология. [Текст] // Статья в журнале «Пиво и напитки», № 5, 2006, Москва.  -  С. 23-26.
  13. Поверин А.Д. Создание серий функциональных напитков из натурального растительного сырья.  [Текст] // Статья в журнале «Пиво и напитки», № 4, 2006, Москва. -  С. 13-15.
  14. Поверин А.Д. Технология получения белкового препарата «СФАГ-2». [Текст] // Статья в журнале «Рыбная промышленность», №1, 2006, Москва. -  С. 13 - 16.
  15. Поверин А.Д. Разработка новой технологии и оборудования для измельчения различных видов растительных субстратов. [Текст] // Статья в журнале «Пиво и напитки», №  2, 2006, Москва. -  С. 21-24.
  16. Поверин А.Д. Получение натурального поликомпонентного концентрата на основе экстракта зеленого чая. [Текст] // Статья в журнале «Пиво и напитки», №  6, 2006,  Москва. -  С. 21-24.
  17. Поверин А.Д. Оптимизация эффективного гомогенного смешивания порошковых композитных составов различной степени дисперсности. [Текст]  // Статья в журнале «Хранение и переработка сельхозсырья», № 1, 2006, Москва. - С. 34-37.
  18. Поверин А.Д. Основные закономерности конвективной сушки растительных субстратов на примере термической обработки плодов рябины обыкновенной. [Текст] // Статья в журнале «Хранение и переработка сельхозсырья», № 3, 2006, Москва. -  С. 6 -10.
  19. Поверин А.Д. Результаты сравнительной оценки физико-химических и технологических параметров экстракта стевиозида. [Текст] // Статья в журнале «Хранение и переработка сельхозсырья», №11, 2006, Москва. -  С. 51-56.
  20. Поверин А.Д. Паровая ленточная сушилка СПК для сушки различных растительных субстратов. [Текст] Тырсина А.В., Тырсин Ю.А. // Статья в журнале «Пищевая промышленность», № 8, 2006, Москва. -  С. 27-32.
  21. Поверин А.Д. Новые технологии и оборудование для измельчения растительных субстратов с заданными параметрами дисперсности. [Текст] Тырсина А.В., Тырсин Ю.А // Статья в журнале «Хранение и переработка сельхозсырья», № 7, 2006, Москва.  -  С. 39-45.
  22. Поверин А.Д. Технология получения порошкового экстракта зеленого чая [Текст] // Статья в журнале  «Пищевая промышленность», № 7, 2008, Москва. - С 12-18.
  23. Поверин А.Д. Биологически активная пищевая добавка к продуктам питания на основе ферментативного гидролизата пивных дрожжей. [Текст] // Статья в журнале « Пиво и напитки», № 3, 2008, Москва. - С 21-26 .
  24. Поверин А.Д., Новые функциональные продукты питания на основе натуральных сырьевых субстратов. [Текст] Филонова Г.Л., Соболева О.А. // Статья в журнале «Хранение и переработка сельхозсырья», № 10, 2008, Москва. - С. 13 -18.
  25. Поверин А.Д. Определения  активности протеолитических ферментов при производстве пищевой добавки «СФАГ-2». [Текст] // В журнале  «Хранение и переработка  сельхозсырья»,  №  11, 2008,  Москва. -  С. 14-18 .
  26. Поверин А.Д. Полиненасыщенные жиры - важнейший компонент продуктов функционального питания. [Текст] // Статья в журнале «Хранение и переработка сельхозсырья»,  № 7, 2008,  Москва. -  С. 9-12 .
  27. Поверин А.Д. Стрелков В.Н., Прокопенко И.П. Исследование функциональных свойств поликомпонентного напитка «Бионан-А» методами цветовой диагностики и газоразрядной визуализации. [Текст] // Статья в журнале  «Пищевая промышленность»,  № 8, 2008,  Москва. -  С. 19-26 .
  28. Поверин А.Д. Антиоксидантные свойства зеленого и черного чая. [Текст] Бондарев М.М., Тихонов В.П., Тырсин Ю.А // Статья в журнале  «Пиво и напитки»,  № 3, 2008,  Москва.  -  С. 15-20 .
  29. Поверин А.Д. Новая технология получения инстантного порошкового экстракта зеленого чая. [Текст]  // Статья в журнале  « Пиво и напитки», № 2, 2008. Москва. -  С 8-12.
  30. Поверин А.Д. Жиросодержащие нутриенты для конструирования про-дуктов функционального питания. [Текст] // Статья в журнале «Хранение и переработка сельхозсырья», №  6, 2008.Москва. -  С. 20-24.
  31. Поверин А.Д. Новая технология промышленного производства сухого ферментативного аминосодержащего гидролизата пивных дрожжей «СФАГ-1». [Текст]  // Статья в журнале  «Хранение и переработка сельхозсырья», № 9, 2008, Москва.  - С 19-25.
  32. Поверин А.Д. Получение натуральных продуктов функционального питания, обогащенных белковыми компонентами. [Текст] // Статья в журнале «Хранение и переработка сельхозсырья»,  № 8, 2008, Москва. -  С. 20-25.

Прочие публикации по теме диссертации

  1. Поверин А.Д. Отработка эффективной промышленной технологии сушки различных видов растительных субстратов при производстве крупяных каш быстрого приготовления. [Текст] Тырсин Ю.А. - М.: в сб-ке трудов IX Международной научно-практической конференции «Стратегия развития пищевой промышленности» МГУТУ,  вып. 8, т.1, 2003. -  С.13-14.
  2. Поверин А.Д.. Технология и аппаратура для  эффективного измельчения плодоовощной продукции и других растительных субстратов при промышленном производстве новых продуктов функционального питания в форме крупяных каш  быстрого приготовления с растительными добавками. [Текст] Тырсин Ю.А - М.:. в сб-ке трудов IX Международной научно-практической конференции «Стратегия развития пищевой промышленности» МГУТУ, вып. 8, т.1, 2003. - С.19-22.
  3. Поверин А.Д. Проблемы контроля качества и безопасности продуктов функционального питания и специального назначения в процессе их промышленного производства. [Текст] - М.: в сб-ке трудов Международной конференции и выставки «Аналитические методы измерений и приборы в пищевой промышленности» МГУПП, 2003. - С. 45-47.
  4. Поверин А.Д. Научные основы расширения ассортимента чайной продукции. [Текст] Романова Н.Г. - М.: в сб-ке трудов ХХII Научно конференции МСХА им. К.А. Тимирязева, 2004. -  С. 77-80.
  5. Поверин А.Д.. Промышленное производство продуктов функционального питания и специального назначения - важнейшее направление развития современной пищевой индустрии. [Текст] Поверин Д.И - М.: в сб-ке трудов Международной конференции «Технологии и продукты здорового питания», МГУПП, 2004, Москва. -  С. 24-30.
  6. Поверин А.Д.. Новые возможности восстановления параметров здоровья на основе продуктов функционального питания из натуральных растительных субстратов. [Текст]  Поверин Д.И - М.: в сб-ке трудов Второй Международной конференции «Технологии и продукты здорового питания» МГУПП,  2004. - С. 43-46.
  7. Поверин А.Д. Использование боярышника при произ-водстве чайных напитков. [Текст] Романова Н.Г. - М.: в сб-ке трудов VI Международного симпозиума «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования»,  Пущино,  М.О., ВНИИ ССОК, 2005.  -  С. 75-77.
  8. Поверин А.Д. Использование нетрадиционных плодовых культур в производстве чайных напитков. [Текст]  Романова Н.Г. - М.: в сб-ке трудов Конференции молодых ученых МСХА им. К.А.Тимирязева, 2005. - С. 95-99.
  9. Поверин А.Д. Использование боярышника при производстве чайных напитков. [Текст] Романова Н.Г. - М.: в сб-ке трудов VI Международного симпозиума «Новые и нетрадиционные растения и перспективы их использования», 2006, Пущино, ВНИИ ССОК. - С. 23-29.
  10. Поверин А.Д. Новые продукты адекватного питания для восстанов-ления параметров здоровья человека в неблагоприятных экологических условиях. [Текст] Тырсин Ю.А.- М.: в сб-ке трудов ХI Международной научно-практической  конференции «Стратегия развития пищевой промыш-ленности»,  вып. 10, т.2., 2007. - С.67-70.
  11. Поверин А.Д. Результаты экспериментальных исследований процесса тепловой конвективной сушки лекарственного растительного сырья на примере шиповника ржаво-красного (Rosa rubignosa L). [Текст] Тырсина А.В. - М.: в сб-ке трудов ХI Международной научно-практической конференции  «Стратегия развития пищевой промышленности», вып. 10, т.2., 2006. - С. 30
  12. Поверин А.Д. Результаты изучения биохимических свойств зеленого чая методом газовой хроматографии. [Текст]  Тырсина А.В. - М.: в сб-ке трудов ХI Международной научно-практической конференции  «Стратегия развития пищевой промышленности», вып. 10, т.2., 2007. - С. 77-79.
  13. Поверин А.Д. Сухой ферментативный аминосодержащий гидролизат «СФАГ-2». [Текст]  -  М.: изд-во ФГУ ПИ ВИННИТИ, 2005. -  15с.
  14. Поверин А.Д. Продукты функционального питания, как действенное средство восстановления параметров здоровья человека в неблагоприятных экологических условиях. [Текст] Тырсин Ю.А. - М.: в тр-дах Российско-Корейской научно-практической конференции РАЕН Восток-Запад - «Эколого-экономические проблемы ХХI века, 2008. - С. 24-27.
  15. Поверин А.Д. Изучение динамики физико-химических показателей зеленого чая, боярышника и рябины. [Текст] Романова Н.Г. - М.: в сб-ке трудов ХХIII Научной конференции МСХА им. К.А. Тмирязева,  2008. - С. 43-46.
  16. Поверин А.Д. Восстановление параметров здоровья человека с помощью продуктов адекватного питания. [Текст] Тырсин Ю.А. и др. - М.: в сб-ке трудов IV Международной научно-практической конференции «Технология продуктов адекватного питания», 2009. - С. 32-36.
  17. Поверин А.Д. Чайные напитки, как продукт функционального питания. [Текст] Романова Н.Г. - М.: изд-во РАЕН, в сб-ке «Нетрадиционные природные ресурсы», вып. № 15, под ред. Проф. Зеленкова В.Н., 2008. - С.76
  18. Поверин А.Д. Стратегия проектирования и продвижения на рынок инновационного функционального продукта питания. [Текст] - М.: в сборнике трудов III Межведомственной научно-практической конференции с международным участием «Товароведение, экспертиза и технология продовольственных товаров «Товаровед 2010», 14-15 апреля 2010 г., из-во МГУПП, 2010.  - С34-39.
  19. Поверин А.Д. Товароведческие аспекты формирования продовольст-венной базы  на основе многофункциональных  кластерных комплексов предприятий пищевой биотехнологии [Текст] - М.: в сборнике трудов III Межведомственной научно-практической конференции с международным участием «Товароведение, экспертиза и технология продовольственных товаров «Товаровед 2010», 14-15 апреля 2010 г., из-во МГУПП, 2010.  - С14-18
  20. Поверин А.Д. Разработка технологии производства  функциональных продуктов питания на основе семян амаранта. [Текст] - М.: в сборнике трудов III Межведомственной научно-практической конференции с международным участием «Товароведение, экспертиза и технология продовольственных товаров «Товаровед 2010», 14-15 апреля 2010 г., из-во МГУПП, 2010.  - С42-45.
  21. Поверин А.Д. Разработка технологии получения биологически активных соединений для производства функциональных напитков. [Текст]. - М.: в трудах VIII Международной  научно-практической  конференции «Технологии и продукты здорового питания. Функциональные пищевые продукты». Москва, изд-во  МГУПП. 2010.  - С 50-54.






© 2011 www.dissers.ru - «Бесплатная электронная библиотека»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.