Формування товарознавчих властивостей замороженого напівфабрикату для смузі на основі плодово-ягідної сировини: дис. на здобуття наук. ступеня канд. техн. наук: 05.18.15. – Товарознавство харчових продуктів

Abstract

Робота присвячена формуванню товарознавчих властивостей замороженого напівфабрикату для смузі на основі плодово-ягідної сировини та дослідженню його зміни під час низькотемпературного зберігання. У дисертаційній роботі наведено результати аналітичного огляду літературних та патентних джерел вітчизняних і зарубіжних авторів стосовно сучасних тенденцій на ринку безалкогольних напоїв України. Виявлено, що перспективним напрямом є створення безалкогольних напоїв із використанням рослинної сировини, зокрема смузі, який сьогодні стає все більш популярним. Розглянуто основну сировину для виробництва напівфабрикату для смузі та її вплив на якість готової продукції. Проаналізовано особливості хімічного складу полуниці, сушених яблук та вівсяних пластівців, вміст у них біологічно активних речовин (БАР). Визначено переваги консервування плодово-ягідної сировини шляхом заморожування. Проведено аналіз літературних джерел вітчизняних і зарубіжних вчених щодо використання заморожених напівфабрикатів для виробництва харчових продуктів і напоїв на підприємствах харчової та переробної промисловості та в закладах ресторанного господарства. У дисертаційній роботі з метою створення нового конкурентоздатного продукту відповідно до вимог споживачів проведені маркетингові дослідження. Установлено, що більшість споживачів регулярно споживають перероблені фрукти та ягоди, надаючи перевагу замороженим напівфабрикатам. Актуальність розширення асортименту замороженої продукції підтверджується бажанням споживачів, адже більшість із них зацікавлені в появі натуральних, безпечних та екологічно чистих продуктів переробки фруктів та ягід із високими органолептичними та харчовими властивостями. Відповідно до результатів маркетингових досліджень сформовано «профілі смачності» напою та основні споживчі переваги напівфабрикату для смузі, що в сукупності сприяє обґрунтованому вибору сировини для його виробництва. Проведено дослідження хімічного складу десяти найпоширеніших господарсько-ботанічних сортів полуниці (Альба, Альбіон, Дукат, Кама, Кардинал, Клері, Корона, Мара де буа, Ельсанта, Мармеладна) на початку, у середині та наприкінці періоду плодоношення.Установлено, що кількість цукрів становить 4,7...6,8%, сухих розчинних речовин – 6,2...8,8%, катехінів – 70,1...99,0%, антоціанів – 69,6...97,2%у 100 г. Визначено, що висока харчова цінність полуниці обумовлена значною кількістю вітаміну С (35,2...62,0 мг/100 г). На підставі отриманих результатів доведено, що найбільш придатними для отримання заданих показників якості у складі напівфабрикату є середньоранні сорти Дукат та Корона. Це пов’язано з тим, що сорти Дукат та Корона характеризуються найменшими коливаннями в отриманих показниках всередині сорту: за масовою часткою сухих розчинних речовин – 8,8…9,1% та 8,7…9,0%, цукрів – 6,8…7,1% та 5,0…5,3%, вмістом вітаміну С – 62,0…62,7 мг/100 г та 59,0…60,0 мг/100 г, катехінів – 99,0…99,5 мг/100 г та 84,5…84,9 мг/100 г, антоціанів – 97,2…98,7 мг/100 г та 95,7…96,1 мг/100 г відповідно. Доведено, що за змінами властивостей полуниці під час дії низьких температур визначається придатність певного сорту до заморожування. Після заморожування та низькотемпературного зберігання впродовж дев'яти місяців найбільша втрата соку (15,1…16,9%) спостерігалась у сортах Альба, Мармеладна та Мара де буа. Найменшою втрата соку (3,1…5,1%) була в сортах Дукат, Кардинал та Альбіон. Високий вміст вітаміну С після дефростації відзначено в сорті Дукат (56,7мг/100 г). Втрати катехінів становили 2…15% залежно від сорту, причому менші зміни вмісту катехінів відзначено в сортів Ельсанта, Кардинал, Кама, Дукат, Альбіон, максимальні – у сортів Мармеладна, Мара де буа, Клері. У ягід сортів Дукат, Кардинал, Корона, Мармеладна, Ельсанта відзначено збереження антоціанів на 94,5…97,8% від початкової кількості. Встановлено, що сорт полуниці Дукат найбільше підходить до заморожування та найбільш повно зберігає свої товарні якості під час заморожування, низькотемпературного зберігання та дефростації. Досліджено хімічний склад п’яти найпоширеніших сортів яблук (Мантет, Боровінка, Мельба, Медуніца, Горніст), висушених конвективним методом. Установлено, що для виробництва напівфабрикату для смузі найдоцільніше використовувати сорт яблук Боровінка. Оскільки цей сорт мав найвищі показники порівняно з іншими дослідними сортами за вмістом сухих речовин (90,6%), вітаміну С (7,8 мг/100 г), моноцукрів (30,6%) та титрованою кислотністю (2,5%). У результаті дослідження хімічного складу вівсяних пластівців установлено, що масова частка білка складає 11,3%, жиру – 6,0%, крохмалю – 60,1%, клітковини – 1,3%. Висока харчова цінність вівсяних пластівців обумовлена значною кількістю мінеральних речовин, таких як К (333,0 мг/100 г), Мg (126,0 мг/100 г), P (327,0 мг/100 г). Таким чином, показано, що полуниця, сушені яблука та вівсяні пластівці мають високу харчову цінність завдяки значному вмісту вітамінів та мінеральних речовин, тому доцільно рекомендувати цю сировину для виробництва напівфабрикату для смузі. Проведено дослідження показників безпечності обраної рослинної сировини для виробництва напівфабрикату смузі. Встановлено, що кількість токсичних елементів, нітратів, пестицидів, мікотоксинів, радіонуклідів не перевищує встановлених нормативів. Доведено, що кількість токсичних елементів та радіонуклідів у дослідних зразках значно менша за гранично допустимі концентрації. Наявності важкого металу ртуті та миш’яку в сировині не виявлено. Питома активність радіонуклідів становить: у полуниці: 137Сs – 2,0 Бк/кг, 90Sr – 3,0 Бк/кг; сушених яблуках: 137Сs – 16,0 Бк/кг, 90Sr – 5,0 Бк/кг; вівсяних пластівцях: 137Сs – 10,0 Бк/кг, 90Sr – не виявлено. Науково обґрунтовано і розроблено спосіб отримання замороженого напівфабрикату для смузі. За допомогою математичного моделювання визначено раціональне співвідношення компонентів у складі напівфабрикату: сушені яблука – 50%, полуниця – 35% та вівсяні пластівці – 15%. Перевагою рецептури розробленого напівфабрикату є 100% використання натуральних інгредієнтів рослинної сировини місцевого виробництва. Запропонований спосіб дає можливість отримати напій із заданими товарознавчими ознаками – органолептичними (смак, запах, колір, консистенція) та фізико-хімічними (масова частка сухих розчинних речовин, вміст вологи, масова частка цукрів, масова частка білка, масова частка жиру, титрована кислотність, масова частка клітковини, вміст крохмалю, активна кислотність і вміст вітаміну С). Особливу увагу приділено механізмам льодоутворення при заморожуванні, бо на цій стадії відбуваються певні зміни фізико-хімічних показників, особливо структурно-механічних, що впливатиме на приготування смузі. Доведено, що заморожування при (–20±2) °С сприяє повному консервуванню продукції, а подальше витримування за такої температури забезпечує зберігання протягом тривалого терміну. Розраховано масову частку вимороженої вологи дослідного зразка, яка становить 68,6%, що свідчить про певну стійкість напівфабрикату під час подальшого низькотемпературного зберігання. На підставі результатів дослідження встановлено, що криві заморожування та розморожування зразка напівфабрикату не збігаються, тобто характер температурної залежності під час заморожування та розморожування різний, оскільки температура І та ІІ діапазонів кристалізації становить –2,5…–5,1 °С та –13,85…–17,20 °С, а температура І та ІІ діапазонів плавлення відповідно –11,8…–10,2 °С та –5,1…–2,0 °С. Проведено комплексну товарознавчу оцінку напівфабрикату для смузі під час дев’яти місяців низькотемпературного зберігання. Виявлено, що під час низькотемпературного зберігання в напівфабрикаті для смузі відбулися незначні зміни фізико-хімічних показників. Установлено, що масова частка сухих розчинних речовин упродовж дев’яти місяців зменшилася від 22,51% до 21,34%, вміст цукрів також зменшився на 0,48%. Під час зберігання замороженого напівфабрикату титрована кислотність збільшилася на 0,23%, вітамін С зменшився від 22,58 мг/100 г до 20,38 мг/100 г. Проте ці зміни незначні, тому не спричиняють погіршення якості напівфабрикату. Проведено дослідження мікробіологічних показників таких як: вміст патогенних мікроорганізмів, у тому числі бактерій роду Salmonella, бактерій групи кишкових паличок (БГКП), мезофільних аеробних та факультативно-анаеробних мікроорганізмів (КМАФАнМ), дріжджів та плісеневих грибів. У результаті цього дослідження встановлено, що їх уміст не перевищує допустимих норм. Доведено, що заморожений напівфабрикат, який зберігався впродовж дев’яти місяців, має стійкій колір. Наприкінці терміну низькотемпературного зберігання інтенсивність кольору становила 99% від початкового значення. Вміст ароматоутворювальних речовин знизився до рівня 52% від початкового значення. Дослідженнями реологічних характеристик напівфабрикату для смузі, встановлено, що напівфабрикат має характерний лінійний розмір частинок 38 мкм. Виявлено, що розморожені зразки після дев’яти місяців низькотемпературного зберігання мають меншу ефективну в’язкість n і параметр консистенції К. Для підтвердження інноваційного задуму розраховано комплексний показник якості напівфабрикату для смузі. За результатами розрахунку встановлено, що смузі з розробленого замороженого напівфабрикату відповідає оцінці «дуже добре», його показник якості (0,92) перевищує показник смузі ТМ «Frenzy» (0,72). Отримані дані свідчать про прогнозовану конкурентоспроможність напою з розробленого напівфабрикату. За результатами розрахунку показників економічної ефективності визначено, що ціна напівфабрикату становитиме 115,0 грн за 1 кг продукції, що відповідає ринковим цінам та забезпечує його конкурентоспроможність. Прибуток, що отримає підприємство, становитиме 19,2 тис. грн на кожні 1000 кг реалізованого напівфабрикату для смузі. Для оцінювання замороженого напівфабрикату для смузі з точки зору перспектив упровадження його у виробництво та просування на ринку використано SWOT-аналіз. Відповідно до результатів SWOT-аналізу установлено, що найбільш важливими чинниками для просування напівфабрикату на ринку є інтерес споживача до нової продукції (+0,75), забезпеченість виробництва сировиною (+0,53) та забезпечення продукцією впродовж усього року (+0,54). Кількісна оцінка свідчить про переваги можливостей порівняно із загрозами зовнішнього середовища щодо просування на ринку замороженого напівфабрикату для смузі (+0,61). За результатами порівняльного аналізу технологічних та споживних переваг напівфабрикату зроблено висновок про його високу цінність для споживачів сегментів В2В та В2С. Отримані результати оцінювання загроз і можливостей з боку зовнішнього середовища щодо просування товару на ринку, а також порівняння сильних і слабких його сторін підтвердили доцільність упровадження розробленого напівфабрикату в практичну діяльність підприємств харчової та переробної промисловості та закладів ресторанного господарства. Соціальний ефект від виробництва та споживання замороженого напівфабрикату для смузі полягає в розширенні асортименту та забезпеченні споживачів протягом усього року продуктами з високими споживними властивостями за рахунок використання тільки вітчизняної рослинної сировини.

The work is devoted to the formation of commodity properties of frozen semi-finished product for smoothies based on fruit-an- berry raw materials and to the study of its change during low-temperature storage. The dissertation presents results of the analytical review of literary and patent sources of domestic and foreign authors regarding the current trends in the market of soft drinks of Ukraine. It is found that the creation of non-alcoholic beverages with the use of vegetable raw materials, in particular smoothies, is becoming a promising trend. The main raw material for the production of semi-finished products for smoothies and its influence on the quality of finished products are considered. Chemical composition of strawberries, dried apples and oat flakes, the content of biologically active substances (BAS) are analyzed. The advantages of preserving fruit-and-berry raw materials by freezing are determined. The literature sources by domestic and foreign scientists concerning the use of frozen semi-finished products for the manufacture of food products and beverages at the enterprises of food and processing industry and in restaurants. For the creation of a new competitive product according to the requirements of consumers, marketing research was conducted. Most consumers are found to consume processed fruit and berries on a regular basis, giving preference to frozen semi-finished products. The urgency of expanding the range of frozen products is confirmed by the desire of consumers, since most of them are interested in the emergence of natural, safe and environmentally friendly products after processing of fruit and berries with high organoleptic and nutritional properties. According to the results of marketing research, the "taste profiles" of the drink and main consumer benefits of the semi-finished product for the smoothies are formed, which on the whole contributes to a reasonable choice of raw materials for its manufacture. Chemical composition of ten most common economic-botanical varieties of strawberries (Alba, Albion, Ducat, Kama, Cardinal, Clary, Corona, Mara de Bois, Elsanta, Marmalade) at the beginning, in the middle and at the end of the fruiting period was studied. It is found that the amount of sugars is 4,7...6,8%, soluble solids – 6,2...8,8%, catechins – 70,1...99,0%, anthocyanins – 69,6...97,2%. It is determined that high nutritional value of strawberries is due to the significant amount of vitamin C (35,2...62,0 mg/100 g). Based on the obtained results, it is proved that middle-early varieties of Ducat and Crown are most suitable for obtaining the specified quality indicators in the semi-finished product. This happens due to the fact that Ducat and Crown varieties are characterized by the smallest fluctuations in the obtained indices within the variety: by mass fraction of soluble solids – 8,8… 9,1% and 8,7… 9,0%, sugars – 6, 8… 7,1% and 5,0…5,3%, vitamin C content – 62,0… 62,7 mg /100 g and 59,0… 60,0 mg /100 g, catechins – 99,0… 99,5 mg /100 g and 84,5…84,9 mg /100 g, anthocyanins – 97,2… 98,7 mg /100 g and 95,7… 96,1 mg / 100 g, respectively. It is proved that changes in the properties of strawberries under the influence of low temperatures determine feasibility of a certain variety to freeze. After freezing and low temperature storage, the highest loss of juice (15,1…6,9%) was observed in Alba, Marmeladna and Mara de Bois varieties. The lowest juice loss (3,1…5,1%) was in Ducat, Cardinal and Albion varieties. A high content of vitamin C after defrostation was noted in the Dukat variety (56,7 mg/100 g). Losses of catechins amounted 2...15% depending on the variety, with minor changes in the content of catechins observed in the varieties Elsanta, Cardinal, Kama, Ducat, Albion, the maximum - in the varieties Marmeladna, Mara de Bois, Clary. In berries of Ducat, Cardinal, Crown, Marmalade, Elsanta varieties, anthocyanin conservation was observed at 94,5…97,8% of the initial amount. It is established that a variety of Ducat strawberries is most suitable for freezing and fully retains its commercial qualities during freezing, low temperature storage and defrosting. Chemical composition of the five most common varieties of apples (Mantet, Borovinka, Melba, Medunitsa, Knife), dried by the convective method, is investigated. It is found that for the production of semi-finished products for smoothies it is most advisable to use a variety of Borovinka apples, as this variety demonstrated the highest performance compared to other experimental varieties in terms of dry matters content (90,6%), vitamin C (7,8 mg/100 g), simple sugars (30,6%) and titrated acidity (2,5%) . The study of chemical composition of oat flakes showed that the protein content was 11.3%, fat – 6,0%, starch – 60,1%, fiber – 1,3%. High nutritional value of oat flakes is predetermined by a large number of minerals such as K (333,0 mg/100 g), Mg (126,0 mg/100 g), P (327,0 mg/100 g). Thus, it means that strawberries, dried apples and oat flakes have high nutritional value due to the high content of vitamins and minerals, so it is advisable to recommend this raw material for the production of semi-finished products for smoothies. Safety indices of the selected vegetable raw materials for the production of semi-finished smoothies were studied. It is determined that the number of toxic elements, nitrates, pesticides, mycotoxins, radionuclides does not exceed the established standards. It is proved that the number of toxic elements and radionuclides in the specimens under research is much lower than the maximum permissible concentrations. The presence of heavy metal of mercury and arsenic in the raw material was not detected. The specific activity of radionuclides is: in strawberries: 137Cs – 2,0 Bq/kg, 90Sr – 3,0 Bq/kg; dried apples: 137Cs – 16,0 Bq/kg, 90Sr – 5,0 Bq/kg; oat flakes: 137Cs – 10,0 Bq/kg, 90Sr – not detected. The method of obtaining frozen semi-finished product for smoothies is scientifically substantiated and developed. Mathematical modeling determines the rational ratio of the components in the semi-finished product: dried apples – 50%, strawberries – 35% and oat flakes – 15%. The advantage of the recipe of the developed semi-finished product is 100% use of natural ingredients from locally produced vegetable materials. The proposed method makes it possible to obtain a drink with the predetermined commodity traits – organoleptic (taste, smell, color, consistency) and physico-chemical (mass fraction of soluble solids, moisture content, mass fraction of sugars, mass fraction of protein, mass fraction of fat, titrated acidity, mass fraction of fiber, content of starch, active acidity and vitamin C content). Particular attention is paid to the mechanisms of ice formation during freezing, because at this stage certain changes in physical and chemical parameters occur, especially structural and mechanical ones, which will affect the preparation of smoothies. It is proved that freezing at (–20±2) °C contributes to the complete preservation of products, and further keeping at such temperature provides long-term storage. Mass fraction of the freezed out moisture in specimen, which is 68.6%, is calculated, which indicates a certain stability of the semi-finished product during further low-temperature storage. Based on the results of the research, it is found that freezing and thawing curves of the sample of the semi-finished product do not coincide, i.e., the nature of the temperature dependence during freezing and defrosting is different because the crystallization temperatures within ranges I and II are –2,5…–5,1 °C and –13,85…–17,20 °C, and temperatures of melting within the ranges I and II are –11,8…–10,2 °C and –5,1…–2,0 °C, respectively. A comprehensive commodity assessment of the semi-finished product for smoothies over nine months of low-temperature storage is carried out. Slight changes in the physicochemical parameters took place during the low-temperature storage in the semi-finished product for smoothies. It is found that the mass fraction of soluble solids decreased from 22,51% to 21,34% within nine months, and sugar content also decreased by 0,48%. During the storage of frozen semi-finished product titrated acidity increased by 0,23%, vitamin C decreased from 22,58 mg/100 g to 20,38 mg/100 g. Such microbiological indicators as the content of pathogenic microorganisms, including bacteria of the Salmonella genus, bacteria of the group of Escherichia coli, mesophilic aerobic and facultative anaerobic microorganisms (MAFAM), yeast and fungi are investigated. It is found that their content does not exceed the limits. It is proven that the frozen semi-finished product, which has been stored for nine months, has a stable color. At the end of the storage period at low-temperature, the color intensity was 99% of the original value. The content of flavoring substances decreased to 52% from the initial value. Studies of the rheological characteristics of the semi-finished product for smoothies, demonstrate that the semi-finished product has a characteristic linear size of particles 38 microns. After nine months of low temperature storage, thawed specimens have a lower effective viscosity of n and consistency parameter of K. To confirm innovative design, a complex indicator of the quality of the semi-finished product for smoothies is calculated. According to the results of the calculation, it is established that smoothies from the developed frozen semi-finished product correspond the rating of "very good", its quality index (0,92) exceeds that of the TM "Frenzy" smoothie (0,72). The obtained data indicate the predicted competitiveness of the beverage from the developed semi-finished product. According to the results of the calculation of economic efficiency indicators, it is determined that the price of the semi-finished product will be 115.0 UAH per 1 kg of the product, which corresponds to market prices and ensures its competitiveness. The profit the enterprise will receive will be 19.2 thousand UAH for every 1000 kg of the sold semi-finished product for smoothies. SWOT analysis was used to evaluate the frozen semi-finished product for smoothies in terms of the prospects for its introduction into manufacture and market promotion. According to the results of SWOT analysis, the most important factors for the promotion of a semi-finished product on the market are consumer interest in new products (+0,75), security of raw materials (+0,53) production, and supply of products throughout the year (+0,54). Quantitative assessment shows advantages of the possibilities in comparison with the threats of the external environment for the promotion of the frozen semi-finished products for the market of smoothies (+ 0,61). According to the results of the comparative analysis of technological and consumer advantages of the semi-finished product, it is concluded that it is of high value for consumers of the B2B and B2C segments. The results of the assessment of threats and opportunities of the external environment for the promotion of the product on the market, as well as the comparison of its strengths and weaknesses confirmed the feasibility of implementing the developed semi-finished product into practical activities of food and processing industry, and restaurants. Social effect of the manufacture and consumption of frozen semi-finished products for smoothies is to expand the assortment and provide consumers with high consumption properties throughout the year by using only domestic vegetable raw materials.