Звіт про науково-дослідну роботу «Удосконалення баромембранних процесів і ресурсозберігаючих технологій структурованої десертної продукції» (остаточний)

Abstract

Проведено теоретичний розгляд процесів концентраційної поляризації та гелеутворення над поверхнею напівпроникних ультрафільтраційних мембран. Визначено математичні залежності, що поетапно описують накопичення високомолекулярних речовин на поверхні мембрани і власне виникнення гелю. З метою інтенсифікації УФ-розділення БВМС запропоновано удосконалення процесу шляхом барботування рідких високомолекулярних полідисперсних систем (РВПС) бульбашками повітря або інертного газу в безпосередній близькості від поверхні напівпроникних ультрафільтраційних мембран. Встановлено, що інтенсифікація процесу ультрафільтрації при цьому відбувається за рахунок сукупного впливу на гель, що утворився на поверхні мембрани, тиску барботування, турбулізації потоків РВПС і гідравлічного удару РВПС о поверхню УФ-мембрани. Визначено раціональні технологічні параметри проведення УФ розділення БВМС з використанням УФ-мембран типу ПАН в тупиковому режимі та режимі барботування РВПС. Встановлено, що максимальна ефективність процесу УФ всіх дослідних видів БВМС втупиковому режимі досягається за тиску фільтрації 0,4...0,5 МПа, температури РВПС, що поділяються − 40...50 °С, тривалості процесу − (1,5...2,0)∙602 с, в режимі барботування − за температури 40...50 ºС, тиску фільтрації − 0,4...0,5МПа, тривалості (3,0...4,0)∙602 с. Рекомендованими режимами барботування при цьому є частота 0,10…0,15 хв-1 і тиск 0,56...0,58 МПа. Зазначені конструктивні особливості і технологічні режими дозволяють інтенсифікувати процес ультрафільтраційного концентрування знежиреного молока порівняно з УФ в тупиковому режимі в 1,3....1,4 разів, сколотин ‒ в 1,5...1,6 разів, сироватки з-під кислого сиру − в 1,4...1,5 разів. Вивчено хімічний склад продуктів УФ-поділу досліджених видів БВМС, показано, що у процесі УФ-концентрування у концентратах БВМС відбувається підвищення масової частки білка прямопропорційно фактору концентрації. Масова частка жиру з підвищенням фактору концентрації до 3,0 зростає в 2,8...2,9 рази. Показано, що за різних значень фактора концентрації співвідношення «білок : жир» у концентратах всіх видів БВМС зберігається на рівні вихідної сировини. Вміст молочного білка в пермеаті незначний і перебуває на рівні 0,16…0,26%. Наведено результати вивчення фізико-хімічних та функціонально технологічних властивостей полідисперсних систем з використанням БВМС та продуктів її переробки. Встановлені раціональні концентрації рецептурнихкомпонентів та обґрунтовано технології напівфабрикатів для приготування структурованої десертної продукції на основі УФ-концентратів знежиреного молока (НСДП УФКЗМ) та сколотин (НСДП УФКС). Визначено ступінь участі білків різних фракцій БВМС та їх УФ концентратів у піноутворенні. Встановлено, що на процес піноутворення знежиреного молока та сколотин найбільший вплив мають казеїнові білки. У процесі піноутворення сироватки з-під кислого сиру 90…95% сироваткових білків залучаються до міжфазної поверхні, при цьому казеїнові білки флотовані у піну на 45…50%. Доведено, що зі збільшенням фактору концентрації БВМС флотація білків у піну інтенсифікується. Досліджено хімічний склад напівфабрикатів на основі БВМС. Отримані результати свідчать, що за вмістом більшості нутрієнтів розроблені напівфабрикати перевищують контрольні зразки. НСДП на основі УФ- похідних БВМС порівняно з контролем містять вищу кількість білка на 2,0…2,2% з одночасним зменшенням масової частки жиру на 15,0…15,9%, калорійності ‒ на 48…50%. Результати дослідження зміни мікробіологічних та органолептичних показників розроблених НСДП УФКЗМ та НСДП УФКС під час зберігання дозволили визначити їх терміни зберігання − за температури 2…6 °С протягом 36 годин. Метою досліджень є удосконалення баромембранних процесів розділення та концентрування харчових рідин та розроблення ресурсозберігаючих технологій структурованої десертної продукції. Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити наступні завдання: - визначити технологічну доцільність застосування сколотин, знежиреного молока, сироватки з-під кислого сиру та їх УФ-концентратів у виробництві структурованої десертної продукції; - отримати комплекс фізико-хімічних та функціонально-технологічних показників БВМС та її УФ-концентратів з метою їх використання при виробництві структурованої десертної продукції; - дослідити вплив окремих рецептурних компонентів на фізико-хімічні та функціонально-технологічні властивості модельних систем для структурованої десертної продукції; - визначити раціональні рецептури, що забезпечують високі органолептичні показники та біологічну цінність НСДП та готової продукції з їх використанням; - розробити технологічні схеми виробництва НСДП; - комплексно дослідити якість і харчову цінність розроблених напівфабрикатів; - розробити нормативну документацію на структурованої десертної продукції; - розробити напрямки та окремі технології використання НСДП на основі означеної БВМС у приготуванні десертних страв у закладах ресторанного господарства; - здійснити комплекс заходів щодо впровадження результатів досліджень у практику та оцінити економічну ефективність впровадження. Об’єкт дослідження – технології напівфабрикатів для структурованої десертної продукції та СДП на основі БВМС та її УФ-концентратів. Предмет дослідження – сколотини, знежирене молоко, сироватка з-під кислого сиру, УФ-концентрати БВМС із різним фактором концентрування, желатини марки П-11, Gelita 180, Gelita 240, модельні харчові системи, що містять вказані види сировини, структурно-механічні, фізико-хімічні та мікробіологічні властивості модельних харчових систем, НСДП на основі БВМС та її УФ-концентратів, якість напівфабрикатів та структурованої десертної продукції. Методи дослідження – стандартні фізико-хімічні, біохімічні, мікробіологічні, органолептичні, методи планування експерименту та математичної обробки експериментальних даних з використанням комп’ютерних програм. Одержаний науковий результат. Розроблено ресурсоберігаючі технології структурованої десертної продукції; визначено технічні характеристики обладнання для реалізації процесів розділення і концентрування харчових рідин; удосконалено процес розділення і концентрування харчових рідин. Новизна одержаних результатів. - Удосконалено спосіб мембранного концентрування молочної сировини та пристрій для його реалізації. - Визначено раціональні параметри і режими процесу ультрафільтраційного концентрування знежиреного молока, сколотин, сироватки з-під кислого сиру за допомогою УФ-мембран типу ПАН в тупиковому режимі. - Встановлено раціональні режими процесу УФ концентрування знежиреного молока, сколотин, сироватки з-під кислого сиру з барботуванням системи, що поділяється. - Визначено ступінь участі білків різних фракцій білково вуглеводної молочної сировини (БВМС) та її УФ-концентратів у процесі піноутворення. - Визначено комплекс фізико-хімічних показників якості продуктів ультрафільтраційного поділу білково-вуглеводної молочної сировини – УФ концентратів з різним фактором концентрування і пермеата. - Встановлено закономірності змін функціонально-технологічних властивостей багатокомпонентних сумішей на основі БВМС та її УФ концентратів під впливом технологічних чинників та окремих компонентів рецептур. - Новизна результатів науково-дослідної роботи дозволяє віднести ці розробки до якісно нового рівня. Науковий рівень одержаних результатів Визначено раціональні технологічні параметри проведення ультрафільтраційного розділення білково-вуглеводної молочної сировини з використанням ультрафільтраційних мембран типу ПАН в тупиковому режимі та режимі барботування. Наведено результати вивчення фізико-хімічних та функціонально технологічних властивостей полідисперсних систем з використанням БВМС та продуктів її переробки. Досліджено хімічний склад напівфабрикатів на основі БВМС. Значимість та практичне застосування Проведені дослідження стосовно актуальності застосуванням процесу ультрафільтрації під час концентрування і очищення молочної сировини; Отримано практичні рекомендації щодо раціональних параметрів і режимів процесу ультрафільтраційного концентрування БВМС за допомогою УФ-мембран типу ПАН у тупиковому режимі та в режимі з барботуванням системи, що поділяється. На підставі результатів проведених теоретичних і експериментальних досліджень розроблені технології напівфабрикату та структурованої десертної продукції на основі БВМС та її УФ-концентратів, що дозволяє більш раціонально використовувати харчовий потенціал молока та продуктів його переробки.концентратів (пектину) з використанням розробленого обладнання.