Влияние обработки ультразвуком на сохраняемость соусов (на примере продукции ЗАО "Челябинский масложировой комбинат")

Размещено на http://www.allbest.ru/

1

Содержание

Введение

1. Аналитический обзор литературы

1.1 Современное состояние и перспективы развития рынка готовых вкусоароматических приправ

1.2 Факторы, определяющие качество соусных продуктов

1.2.1 Факторы, формирующие качество

1.2.2 Факторы, сохраняющие качество

1.3 Применение ультразвуковой обработки в пищевом производстве

1.3.1 Природа ультразвукового воздействия

1.3.2 Применение обработки ультразвуком продуктов питания

1.3.3 Обработка ультразвуком как метод пролонгирования сроков хранения

2. Практическая часть

2.1 Общая характеристика ЗАО «Челябинский масложировой комбинат»

2.2 Организация охраны труда на предприятии ЗАО «Челябинский масложировой комбинат»

2.2.1 Основные законодательные положения и организация охраны труда

2.2.2 Санитарно-гигиенические условия и физиологические особенности труда

2.2.3 Техника безопасности

2.2.4 Пожарная безопасность

2.3 Характеристика производственного ассортимента ЗАО «Челябинский масложировой комбинат»

2.4 Организация технологических процессов производства, осуществляемых на предприятии ЗАО «Челябинский масложировой комбинат»

2.4.1 Организация входного контроля на предприятии

2.4.2 Работа отдела технического контроля на предприятии

2.5 Маркетинговая деятельность предприятия ЗАО «Челябинский масложировой комбинат» и организация сбыта готовой продукции

3. Экспериментальная часть

3.1 Цели и задачи исследования

3.2 Обоснование выбора объектов исследования и номенклатура показателей качества

3.3 Характеристика методов исследования

3.3.1 Методики определения физико-химических показателей качества

3.3.2 Методики определения микробиологических показателей качества

3.4 Результаты исследований и их анализ

3.4.1 Анализ результатов физико-химических показателей качества

3.4.2 Анализ результатов микробиологических показателей качества

Заключение

Список литературы

Введение

Стремясь разнообразить вкус привычных блюд, хозяйки заправляют их различными соусами. Все готовые вкусоароматические приправы в зависимости от рецептуры и технологии производства условно можно подразделить на традиционные и инновационные, среди которых последние представляют собой наибольший интерес для производителя: возможность экспериментировать со вкусами, их сочетаниями, использовать новые упаковочные материалы, внедрять усовершенствованные технологии производства.

Рынок соусов является сегментом рынка специй и приправ, который по консолидированной оценке компаний-производителей в целом оценивается приблизительно в $165 млн. Емкость рынка в натуральном выражении составляет до 60 тыс. тонн продукта в год. Основной причиной быстрого развития специалисты называют почти 100-процентный уровень рентабельности [11].

В настоящее время в различных отраслях пищевой промышленности находят применение ультразвуку.

По своей физической природе ультразвук представляет собой упругие волны с высокой частотой колебаний. Важная особенность ультразвука - возможность получения большой интенсивности даже при сравнительно небольших амплитудах колебаний. Ультразвук является нетермической альтернативой для обработки множества жидких продуктов питания, и он находит свое применение в различных отраслях пищевой промышленности для снижения концентрации посторонних микроорганизмов в процессе ультразвукового фильтрования, для экспресс-эмульгирования, для осветления соков, для обработки свекловичной стружки и выделения пектина.

Таким образом, исследование влияния обработки ультразвуком на сохраняемость соусов является актуальным вопросом, который и был поставлен как цель дипломной работы.

Для выполнения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

· рассмотреть факторы, определяющие качество соусов, а также современное состояние и перспективы развития рынка;

· изучить природу ультразвука, его применение в пищевой промышленности;

· определить номенклатуру показателей качества и объектов для исследования;

· проанализировать влияние ультразвука на сохраняемость продуктов питания.

1. Аналитический обзор литературы

1.1 Современное состояние и перспективы развития рынка готовых вкусоароматических приправ

Соусы подразделяются на две большие категории:

* традиционные соусы - кетчупы и майонезы;

* инновационные соусы - холодные и горячие соусы, заправки для салата.

Основную долю по объему на рынке занимает сегмент традиционных соусов - 93, 1%, а на инновационные соусы приходится 6, 9% рынка.

В целом рынок соусов ежегодно растет. Темпы роста представлены на рисунке 1.

Рисунок 1. - Рост рынка соусов в натуральном и стоимостном выражении

Рынок соусов отличается высокой приверженностью потребителей выбранным маркам. Учитывая это, найти свою нишу оказывается легче крупным компаниям - международным игрокам этого рынка или сильным российским игрокам смежных сегментов рынка.

На рынке соусов уровень конкуренции оценивается производителями и оптовыми продавцами как высокий. Кроме того, в большинстве отдельных регионов высоко присутствие местных производителей соусов, выпускающих марочную продукцию. Все это обусловливает высокий уровень конкуренции. В последнее время сбытовая деятельность производителей и поставщиков концентрируется на работе с розничными торговыми сетями напрямую. И в результате острой конкурентной борьбы производители вынуждены прикладывать значительные усилия для укрепления своих позиций в розничных сетях.

Наибольшая доля рынка соусов - 60% - приходится на соусы среднего ценового сегмента. Продукции эконом-класса принадлежит 25% рынка, а доля соусов премиум-класса, по разным оценкам, составляет от 10 до 15%.

В сегменте соусов премиум-класса уровень конкуренции несколько ниже, чем в других, по причине небольшого числа компаний, специализирующихся на производстве и поставках такой продукции. Однако данный сегмент развивается наиболее динамично в силу роста интереса потребителей. И поэтому именно здесь велика вероятность появления новых игроков или частичный переход производителей из других сегментов, что повлияет на ужесточение конкуренции. На сегодняшний день в сегменте соусов премиум-класса преобладают иностранные марки, среди которых:

Ё Kraft (Kraft Foods Deutschland GmbH, Германия),

Ё Kuhne (Carl Kuhne KG (GmbH &Co), Германия),

Ё Saarioinen (Saarioinen OY, Финляндия),

Ё Tabasco (McIlhenny Company, США),

Ё Kikkoman (Kikkoman Corporation, Япония),

Ё Trest "B" (Trest "B" S.A., Швейцария).

Среди отечественных компаний - производителей соусов премиум-класса можно выделить ЗАО "Дарсил" (Москва) с маркой "Кинто", ООО "Состра" (Москва) с маркой "Папричи", OOO "Понола" (Москва) с торговой маркой Ponola. Среди региональных производителей в Уральском Федеральном округе следует отметить несколько наиболее популярных торговых марок: «Русский аппетит», «ЧМЖК» и «Кухмастер». Как правило, в торговых предприятиях города продукция местных производителей представлена шире, так как у них уже налажена система сбыта, а также есть возможность реализовать свою продукцию через небольшие торговые предприятия.

В среднем ассортимент каждого производителя соусов среднего и экономичного сегментов составляет порядка 12 позиций. При этом крупные производители имеют более широкий ассортимент продукции - до 25 позиций. Часто соусы этих ценовых категорий выпускаются в упаковке разных видов и различной формы. Тем самым производители стараются удовлетворить разнообразные предпочтения потребителей. Линейки производителей соусов премиум-класса составляют в среднем 17 позиций.

В целом наибольшей популярностью в России пользуются соусы на томатной основе. Большинство производителей выпускают томатные соусы, названия и вкус которых подразумевают продукт, ситуацию потребления или даже традиционную рецептуру, например "Шашлычный", "Барбекю", "Классический томатный", "Сацебели".

Среди наименований перечных соусов чаще всего встречаются "Чили", "Кисло-сладкий", "Остро-сладкий". Соевые соусы, как правило, классические или с добавками; среди фруктовых наиболее популярны сливовые и гранатовые соусы "Ткемали", "Наршараб".

Производители активно экспериментируют со вкусами: появляются соусы с фруктовыми наполнителями (например, с кусочками ананаса), этнические соусы из рецептур различных стран мира (например, тайские или соусы на соевой основе, соусы для разных видов пасты и т.д.).

Стоит также отметить, что потребители по-разному воспринимают соусы в зависимости от страны производства. Так, например, импортную продукцию они считают более престижной и дорогой, однако в большинстве своем - 56% - выбирают соусы отечественного производства. Для 44% не имеет значения, в России или за рубежом произведен соус, лишь бы подходил по цене. Тем не менее, и у представителей этой группы большим спросом пользуется отечественная продукция. В потребительском восприятии соусная продукция делится также и по ассортиментным разновидностям. Так, по данным Capital Research Group, покупатели выделяют следующие группы соусов:

- коричнево-черные (соевые),

- красные (томатосодержащие),

- белые (на основе майонеза и йогурта),

- фруктовые,

- желтые (экзотические сладковатые),

- красно-оранжевые (острые перечные).

Эта структуризация не раскрывает всего спектра существующих соусов, но отчетливо типизирует их массовый рынок. [12]

Покупатели соусов - это продвинутые обеспеченные потребители, которые готовы пробовать все новое и открыты к экспериментам со вкусами любимых блюд, и для этого не нужны какие-то особые праздники. Основной целевой аудиторией являются женщины 26-45 лет с уровнем дохода не менее $300 на одного члена семьи, проживающие в крупных городах. [14]

Россия поставляет соусы главным образом в Казахстан, Украину и Молдову. Объем экспорта в эти страны в натуральном выражении в 2007 году составил 53,1% от общего объема экспорта.

Повышение внимания потребителей к здоровому образу жизни на фоне растущих доходов способствует росту спроса на продукцию "премиум"-класса вследствие ее высокого качества. А поскольку потребители стали более разборчивыми и взыскательными, многие производители соусов стали больше внимания уделять "натуральности" своих продуктов.

В целом, данный рынок развивается динамично. Лишь в сегменте кетчупов в последние годы замечено снижение темпов роста; в то же время за счет инноваций в рецептуре и упаковке и в этом сегменте удается поддерживать некоторый рост.

Основные тенденции рынка соусов - укрупнение и слияние отдельных производителей в холдинги, появление новых производителей с современным оборудованием и агрессивной политикой продвижения, копирующих удачные решения лидеров рынка, активное продвижение торговых марок, претендующих на лидерство на национальном уровне, построение крупными производителями собственных сбытовых структур, а также продвижение крупными сетевыми операторами розничного рынка собственных торговых марок. [12]

В завершение обзора рынка соусов следует отметить, что в целом на спрос, как уже отмечалось, оказывают активное влияние факторы, связанные с меняющимися потребительскими предпочтениями и особенностями потребления продуктов. Так, благодаря росту популярности продуктов быстрого приготовления и питания вне дома спрос на готовые соусы увеличивается.

Кроме того, в последние годы произошло увеличение спроса на блюда восточной кухни, что привело к повышению спроса на экзотические виды соусов, в частности соевые. А благодаря появлению всевозможных пиццерий высок спрос на соусы, традиционно используемые в итальянской кухне.

В то же время российский рынок соусов формировался на основе давно сложившихся традиций, поэтому неизменным остается спрос на соусы русской и кавказской кухни.

1.2 Факторы, определяющие качество соусных продуктов

Все факторы, определяющие качество товаров, делят на две группы: факторы, формирующие качество, и факторы, сохраняющие качество.

1.2.1 Факторы, формирующие качество

Факторы, формирующие качество - это комплекс объектов и операций, свойственных определенным этапам технологического цикла и предназначенных для формирования заданных свойств.

К ним относятся:

ь факторы, непосредственно влияющие на качество товара (рецептура, качество исходного сырья, качество технологического процесса);

ь факторы, стимулирующие качество (квалификация работников, их материальная заинтересованность).

Основой для выпуска готовых вкусоароматических приправ является паста: сливовая или томатная, но преимущественно последняя.

Томатная паста (томат-паста) - продукт, который готовится из спелых томатов (помидоров) путём протирания и уваривания их до концентрированной массы, с содержанием сухих веществ от 25 до 40%. Томат-паста (несолёная) вырабатывается высшего и 1-го сортов и выпускается в жестяных или стеклянных банках различной емкости. В бочках выпускается томат-паста солёная; количество соли по стандарту должно быть не более 10%. Томат-паста солёная содержит от 27 до 37% сухих веществ. Цвет томат-пасты высшего сорта должен быть оранжево-красным. Для 1-го сорта допускается коричневый оттенок.

Нюансами вкуса и аромата занимается другая группа пищевых добавок - пряности. Это продукт исключительно растительного происхождения - разнообразные части растений (плоды, корни, листья, почки), обладающие специфическим устойчивым ароматом, разной степени жгучести и привкуса. Пряности не только улучшают вкус блюд, но и занимают достойное место в арсенале лечебных средств. Пряности не применяют в больших количествах, они употребляются как добавки, необходимые для придания пище определенного акцента (иногда решающего). Пряности обладают способностью подавлять рост и развитие бактерий, активизировать вывод шлаков из организма. К пряностям также относятся пряные огородные растения (лук, чеснок и др.) и пряные травы.

Специи добавляют в пищу как в свежем виде, так и в консервированном. Конечно, специи в свежем виде имеют гораздо больше ароматических и вкусовых качеств, чем консервированные. Основными специями, используемыми при производстве соусов, являются: укроп, кориандр, перец черный и красный, базилик, петрушка, лавровый лист, сельдерей, чеснок, а также такие приправы как аджика и хмели-сунели.

При поступлении сырья на предприятие должны предоставляться следующие сопроводительные документы: договор, свидетельство о государственной регистрации, санитарно-эпидемиологическое заключение, сертификаты соответствия и счета-фактуры. Копии этих документов хранятся у главного технолога. Товарно-транспортная накладная содержит сведения о грузоотправителе и грузополучатели, а также основные физико-химические показатели, характеризующие качество поступающего сырья.

Важным фактором, формирующим качество готовых вкусоароматических приправ является, является технология производства. Его технологическая схема представлена на рисунке 2.

Рисунок 2. - Технологическая схема производства соусов, кетчупа, где:

1 - резервуар с рубашкой и мешалкой, 2 - насос, 3 - фильтр, 4 - гомогенизатор, 5 - дозировочно-закаточный автомат

Технологический процесс производства соусов аналогичен технологии производства кетчупов и состоит из следующих стадий:

1. Приемка, хранение и подготовка сырья. Сырье принимают по массе и качеству.

Сырье подвергают входному контролю на соответствие стандартам или техническим условиям на каждый вид компонента. Томатную пасту необходимо хранить при температуре от 0 до 25єС и относительной влажности не более 85%. Специи и пряности хранятся в сухих, чистых, хорошо вентилируемых складских помещениях, не зараженных вредителями, при температуре не выше 20єС и относительной влажности воздуха не более 75%. Сахар необходимо хранить в отдельном сухом (относительная влажность воздуха не более 75%) и хорошо вентилируемом помещении, во избежание увлажнения и увеличения в сахаре массы редуцирующих веществ, развития микроорганизмов, особенно дрожжей и плесени. Специи и пряности предварительно замачивают в воде с температурой 60-70ъ С за 30 минут до смешивания компонентов.

2. Смешивание и растворение компонентов. Нарушение режимов данного технологического процесса может быть причиной неравномерной консистенции, образования комочков, а также причиной недостаточной экстракции веществ, формирующих вкусоароматические характеристики готового продукта.

3. Пастеризация компонентов. В смеситель, снабженный паровой рубашкой и мешалкой, заливают питьевую воду с температурой 35-40 єС, вносят томатную пасту, соль, сахар, специи, консерванты, тщательно перемешивают до полного растворения компонентов. Нагреваем смесь до температуры 85-90 єС и выдерживают при этой температуре 25-30 минут. Очень важно соблюдать температурный режим и продолжительность обработки, так как нагревание увеличивает скорость экстракции, увеличивает срок годности продукта, а также уменьшает риск развития дрожжей и плесневых грибов, определенное количество которых в пряностях и приправах допускается нормативной документацией.

4. Подготовка и заваривание крахмала. В отдельных емкостях разводим крахмал в теплой воде. При работающих мешалке и насосе крахмал вносим в смеситель при температуре 85-90єС. Крахмал является сырьем, формирующим реологические характеристики продукта. Именно поэтому необходимо выдерживать температурный режим, нарушение которого может вызвать необратимые изменения крахмала, и не менее важно создать равномерную консистенцию в процессе перемешивания, без комочков.

5. Гомогенизация смеси. При включенной мешалке вносим уксусную кислоту и красители. На данном этапе происходит формирование реологических характеристик готового продукта.

6. Охлаждение. Недостаточное охлаждение может вызвать деформацию полимерной упаковки, высокая температура продукта может быть причиной выделения вредных мономеров. Следствием этого может быть снижение качества соуса, а повышенное содержание мономеров делает продукт небезопасным для потребителя.

7. Упаковывание и маркирование. Охлажденный соус подают на фасовочный автомат. Необходимо контролировать стерильность упаковки для сохранения качества и потребительских свойств на протяжении определенного срока годности.

Готовый продукт поступает на склад, где осуществляется целый комплекс разнообразных последовательно выполняемых операций по поступлению, хранению и отпуску товаров.

Осуществляют приемку продукции и размещение ее на хранение кладовщики и заведующий лабораторией. Они обязаны контролировать правила хранения, сроки годности и санитарные условия на складе, а также не допускать порчи продукции, они несут материальную ответственность за сохранность товаров с момента их поступления до момента сдачи в экспедицию.

1.2.2 Факторы, сохраняющие качество

К факторам, обеспечивающим сохранение качества товаров при доведении их от производства до потребителя, относятся упаковка и маркировка, условия транспортирования, хранения товаров.

Упаковка - это средство или комплекс средств, обеспечивающих защиту товара от повреждений или потерь при транспортировке, складировании и хранении.

Соусы продаются в следующих видах упаковки:

* устойчивый пакет без дозатора;

* устойчивый пакет с дозатором;

* прочие пластиковые пакеты;

* стеклянная банка;

* пластиковая банка/бутылка/стакан;

* пластиковое ведро/бидон.

Важным условием для восприятия потребителями такого продукта как соус является упаковка. К тому же она несет в себе не только функциональную, но и имиджевую составляющую продукта. Так, премиальный сегмент на рынке кетчупов представлен преимущественно в стекле. Стекло ассоциируется у потребителей с высоким качеством продукта и гарантией высокой степени его сохранности. В наиболее активно развивающемся среднеценовом сегменте самая популярная упаковка - дой-пак (doy-pack). Здесь на первый план выходит простота и удобство использования. Низкоценовой сегмент - это пластиковая упаковка больших объемов как наиболее экономичная. [13]

Наибольшую популярность на рынке соусов занимает упаковка дой-пак с дозатором. По данным «Nielsen Россия», в натуральном выражении в 2007 году доля этой упаковки увеличилась в сегменте кетчупов до 21,3% против 18% в 2006 году, а в сегменте майонезов - до 58,1% против 51,9% в 2006 год; традиционные сегменты упаковки в категории соусы - пластиковая упаковка и стекло - занимают немногим большее 20% от общего объема продаж в стоимостном выражении, и постепенно сдают свои позиции продукции в упаковке дой-пак. Однако многие производители остаются приверженцами упаковки соусов в стекло, считая, что данный материал подчеркивает элитарность продукта. В ситуации, когда у всех участников рынка существуют равные возможности доступа к сырью и технологиям, упаковка позволяет наделить продукт дополнительной ценностью, которая может быть как рациональной - удобство использования, так и эмоциональной - обращение к определенным эмоциональным ценностям. В настоящий момент самой распространенной на рынке соусов является упаковка дой-пак, как правило, с крышечкой-дозатором, а также стеклянная бутылка - в основном этот формат используют иностранные производители. Упаковка представляет широкие возможности для инноваций, например Calve первым запустила соусы в упаковке дой-пак с дозатором нестандартной формы и прозрачным окошком, через которое можно увидеть соус. А в 2007 году два вида соусов Calve были выпущены в прозрачной пластиковой бутылке, перевернутой крышкой вниз, которая в настоящий момент является оригинальным предложением на рынке соусов. [14]

В странах Западной Европы практически не развит сегмент продуктов в упаковке дой-пак, которая является одной из самых популярных на рынке России, гораздо более популярной является пластиковая упаковка top down - «перевертыш». Упаковка - это часть инноваций в продукте, в настоящий момент и на отечественном рынке появилась упаковка «перевертыш», которая обладает рядом преимуществ, например, позволяет использовать продукт до последней капли и удобна в транспортировке. [13]

Для минимальных изменений качества и количества товаров обеспечивается при выполнении условий хранений. Режимы хранения включают в себя: климатические (температура, относительная влажность воздуха, свет, газовое состояние среды) и санитарно-гигиенические (чистота, микробиологическая обсемененность, биологическая чистота).

Для большинства товаров оптимальной температурой является 20^оС. При повышении температуры активизируются химические, биохимические и микробиологические процессы. Снижение температуры необходимо для скоропортящихся товаров. Однако для большинства товаров снижение температуры также нежелательно, так как является источником ухудшения механических свойств. Резкие колебания температуры также недопустимы. Температура хранения находится в тесной связи с относительной влажностью воздуха. Свет является источником процессов фотодиструкции, которой подвержены полимеры. Под действием света снижается прочность, теряется блеск и появляются трещины.

Для обеспечения оптимального хранения необходимо соблюдать условия товарного соседства. Принципы размещения товаров: совместимость, безопасность, эффективность, возможность организации механических работ, соблюдение правил размещения.

На складе ЗАО «ЧМЖК» налажен постоянный контроль, обеспечивающий поддержание оптимальных условий хранения продукции. Оптимальным режимом хранения товаров на данном предприятии является: температура не выше 18⁰С и относительная влажность - 60…70%. Контроль температуры воздуха осуществляют при помощи термометров. Для измерения влажности на складах применяют психрометры.

Соусы хранят при температуре от 0єС до 25 єС и относительной влажности воздуха не более 75% в стеклянной таре -1 год, в таре из полимерных и комбинированных материалов- 6 месяцев.

Для размещения товаров используют стеллажи, которые представляют собой несколько рядов горизонтальных полок, укрепленных на вертикальных стойках.

Также на складе используют штабельное хранение, при котором продукция укладывается в штабеля на поддоны. Для погрузочно-разгрузочных работ используются электрические погрузчики, что способствует облегчению тяжелых и трудоемких операций. Также для удобства проведения погрузочно-разгрузочных работ вдоль склада устроены 4 рампы, шириной 2,5 метра. Над рампами делаются козырьки необходимые для защиты грузов от осадков.

Сроки реализации готовой продукции считаются с момента ее изготовления на предприятии, включая время транспортировки, хранения на складе и пребывания в предприятии общепита до отпуска потребителю.

1.3 Применение ультразвуковой обработки в пищевом производстве

1.3.1 Природа ультразвукового воздействия

Ультразвук - упругие колебания и волны с частотами приблизительно от 1,5- 2 *10⁴ Гц (15-20 кГц) и до 10⁹ Гц (1 ГГц), область частот ультразвука от 10⁹ до 10^12-13 Гц принято называть гиперзвуком. Область частот ультразвука можно подразделить на три подобласти: ультразвук низких частот (1,5*10⁴-10⁵ Гц), ультразвук средних частот (10⁵ - 10⁷ Гц) и область высоких частот ультразвука (10⁷-10⁹ Гц). Каждая из этих подобластей характеризуется своими специфическими особенностями генерации, приёма, распространения и применения.

По своей физической природе ультразвук представляет собой упругие волны и в этом он не отличается от звука. Частотная граница между звуковыми и ультразвуковыми волнами поэтому условна; она определяется субъективными свойствами человеческого слуха и соответствует усреднённой верхней границе слышимого звука. Однако благодаря более высоким частотам и, следовательно, малым длинам волн имеет место ряд особенностей распространения ультразвука. Ультразвук в газах и, в частности, в воздухе распространяется с большим затуханием. Жидкости и твёрдые тела (в особенности монокристаллы) представляют собой, как правило, хорошие проводники ультразвука, затухание в которых значительно меньше. Так, например, в воде затухание ультразвука при прочих равных условиях приблизительно в 1000 раз меньше, чем в воздухе. Поэтому области использования ультразвука средних и высоких частот относятся почти исключительно к жидкостям и твёрдым телам, а в воздухе и газах применяют только ультразвук низких частот. Ввиду малой длины волны ультразвука на характере его распространения сказывается молекулярная структура среды, поэтому, измеряя скорость ультразвука с и коэффициент поглощения ?, можно судить о молекулярных свойствах вещества.

Характерная особенность распространения ультразвука в газах и жидкостях - существование отчётливо выраженных областей дисперсии, сопровождающейся резким возрастанием его поглощения. Коэффициент поглощения ультразвука в ряде жидкостей существенно превосходит рассчитанный по классической теории и не обнаруживает предсказанного этой теорией увеличения, пропорционального квадрату частоты. Все эти эффекты находят объяснение в релаксационной теории, которая описывает распространение ультразвука в любых средах и является теоретической базой современной молекулярной акустики, а основной экспериментальный метод - измерение зависимости с и особенно ? от частоты и от внешних условий (температуры, давления и др.).

Совокупность уплотнений и разрежений, сопровождающая распространение ультразвуковой волны, представляет собой своеобразную решётку, дифракцию световых волн на которой можно наблюдать в оптически прозрачных телах. Малая длина ультразвуковых волн является основой для того, чтобы рассматривать их распространение в ряде случаев методами геометрической акустики. Физически это приводит к лучевой картине распространения. Отсюда вытекают такие свойства ультразвука, как возможность геометрического отражения и преломления, а также фокусировки звука.

Следующая важная особенность ультразвука, - возможность получения большой интенсивности даже при сравнительно небольших амплитудах колебаний, так как при данной амплитуде плотность потока энергии пропорциональна квадрату частоты. Ультразвуковые волны большой интенсивности сопровождаются рядом эффектов, которые могут быть описаны лишь законами нелинейной акустики. Так, распространению ультразвуковых волн в газах и в жидкостях сопутствует движение среды, которое называют акустическим течением. Скорость акустического течения зависит от вязкости среды, интенсивности ультразвука и его частоты; вообще говоря, она мала и составляет доли % от скорости ультразвука.

К числу важных нелинейных явлений, возникающих при распространении интенсивного ультразвука в жидкостях, относится акустическая кавитация - рост в ультразвуковом поле пузырьков из имеющихся субмикроскопических зародышей газа или пара в жидкостях до размеров в доли мм, которые начинают пульсировать с частотой ультразвука и захлопываются в положительной фазе давления. При захлопывании пузырьков газа возникают большие локальные давления порядка тысяч атмосфер, образуются сферические ударные волны. Возле пульсирующих пузырьков образуются акустические микропотоки. Явления в кавитационном поле приводят к ряду как полезных (получение эмульсий, очистка загрязнённых деталей и др.), так и вредных (эрозия излучателей ультразвука) явлений. Частоты ультразвука, при которых используется ультразвуковая кавитация в технологических целях, лежат в области ультразвука низкой частоты. Интенсивность, соответствующая порогу кавитации, зависит от рода жидкости, частоты звука, температуры и др. факторов. На частотах диапазона ультразвука средних частот в ультразвуковом поле с интенсивностью от нескольких вт/см² может возникнуть фонтанирование жидкости и распыление её с образованием весьма мелкодисперсного тумана.

Основной метод излучения ультразвука - преобразование тем или иным способом электрических колебаний в колебания механические. В диапазоне ультразвука низких частот возможно применение электродинамических и электростатических излучателей. Широкое применение в этом диапазоне частот нашли излучатели ультразвука, использующие магнитострикционный эффект в никеле и в ряде специальных сплавов, также в ферритах. Для излучения ультразвука средних и высоких частот используется главным образом явление пьезоэлектричества. Основными пьезоэлектрическими материалами для излучателей ультразвука служат пьезокварц, ниобат лития, дигидрофосфат калия, а в диапазоне ультразвука низких и средних частот - главным образом различные пьезокерамические материалы.

Предельная интенсивность излучения ультразвука определяется прочностными и нелинейными свойствами материала излучателей, а также особенностями использования излучателей. Диапазон интенсивности при генерации ультразвука в области ультразвука средних частот чрезвычайно широк: интенсивности от 10^-14-10^-15 вт/см² до 0,1 вт/см² считаются малыми. Для многих целей необходимо получить гораздо большие интенсивности, чем те, которые могут быть получены с поверхности излучателя. В этих случаях можно воспользоваться фокусировкой ультразвука. Так, в фокусе параболоида, внутренние стенки которого выполнены из мозаики кварцевых пластинок или из пьезокерамики титаната бария, на частоте 0,5 МГц удаётся получать в воде интенсивности ультразвука большие, чем 10⁵ вт/см². Для увеличения амплитуды колебаний твёрдых тел в диапазоне ультразвука низких частот часто пользуются стержневыми ультразвуковыми концентраторами, позволяющими получать амплитуды смещения до 10^-4 см.

Выбор метода генерации ультразвука зависит от области частот ультразвука, характера среды (газ, жидкость, твёрдое тело), типа упругих волн и необходимой интенсивности излучения. [15]

1.3.2 Применение обработки ультразвуком продуктов питания

Ультразвук находит применение в различных отраслях пищевой промышленности. B настоящее время доказана эффективность и выявлены области применения ультразвука в отраслях для:

· снижения концентрации посторонних микроорганизмов в тузлуках в процессе ультразвукового фильтрования;

· экспресс-эмульгирования при производстве майонезов, соусов, пудингов и кремов, а также при введении различных добавок в комбинированные продукты на основе молока;

· осветления соков с применением бентонита и других оклеивающих материалов;

· активации и адаптации хлебопекарных дрожжей на хлебозаводах;

· удаления стойких загрязнений на возвратной (бывшей в употреблении) стеклянной таре, неотмываемых традиционными бутылкомоечными машинами;

· обработки свекловичной стружки и извлечения пектина;

· расщепления белков и углеводов;

· и многое другое.

Наиболее перспективными направлениями применения ультразвука в пищевой промышленности является интенсификация технологических процессов экстракции биологически активных, дубильных и других ценных компонентов сырья, гомогенизации, сушки.

Эффективность воздействия ультразвука обусловлена следующими специфическими факторами, присущими ультразвуковым колебаниям: кавитационным эффектом; разрушающим действием на пограничный слой и клеточную структуру сырья; образованием микропотоков; повышением диффузионной проницаемости ткани экстрагируемого материала.

Отечественный и зарубежный опыт показывает, что ряд технологических процессов может быть интенсифицирован с помощью ультразвука.

Экстрагирование биологически активных веществ - наиболее продолжительная стадия переработки сырья. Существующие традиционные методы экстракции занимают много времени (иногда - недели). Использование ультразвука позволяет ускорить процесс экстракции, увеличить выход и снизить себестоимость экстрагируемого вещества, улучшить условия производства. В эфиромасличном и пищевом производствах, в производстве соков применение ультразвука перспективно, так как ни одно из них не обходится без извлечения из растительного сырья физиологически активных веществ, пищевых красителей, сахаров, масел, отдушек и др.

Ультразвук способен также интенсифицировать процесс замачивания предварительно высушенного сырья, обработки рыбы в коптильной жидкости, посола мяса. Кроме того, ультразвук, разрушая и гомогенизируя структуру тканей, облегчает извлечение из них тех или иных веществ. Так, обработка мощным ультразвуком рыбного фарша увеличивает выход рыбьего жира, а воздействие на семена масличных культур увеличивает выход растительного масла.

Однако следует отметить, что в ряде случаев ультразвуковая обработка масел и жиров приводит к появлению неприятного запаха или привкуса, что объясняется окисляющим действием ультразвука. В настоящее время найдены безвредные вещества - сонопротекторы и технологические приемы предотвращения нежелательного изменения вкуса и запаха различных пищевых веществ в процессе ультразвуковой обработки.

Воздействие ультразвука на виноград перед прессованием увеличивает отдачу сока до 10% и снижает энергозатраты на его отделение. При прессовании красных сортов винограда усиливается интенсивность окраски сока, вкусовые качества виноградного сока не меняются.

Процессы экстракции растительного сырья широко распространены при производстве алкогольных и безалкогольных напитков, лечебно-профилактических, комбинированных продуктов питания и натуральных лекарственных препаратов. Основным существенным недостатком этого процесса является его длительность, достигающая нескольких недель.

Экстрагирование из сушеных плодов рябины на ликероводочном заводе “Великоустюгский” показало, что при использовании ультразвука достижение нормативного показателя извлечения происходит на 6...7-ые сутки, а, следовательно - ускорение процесса экстракции и увеличение производительности в 3...4 раза. На 10-е сутки выход экстрактивных веществ по сравнению с нормативным увеличивается на 4,5% (по действующей на заводе традиционной технологии настаивание осуществляется в две стадии в течение 28 дней).

При ультразвуковой экстракции сушеных трав процесс можно сократить с 12 до 7 суток.

Испытания по ультразвуковой водной экстракции биологически активных веществ из элеутерококка проводились на фармацевтической фирме "БИОК" (г. Курск). Было установлено, что при использовании ультразвука из одного и того же количества сырья в раствор переходит в 2,4 раза больше экстрактивных веществ за время в 6 раз меньшее.

Для осветления напитков, растительных масел и других жидких пищевых продуктов широко применяется процесс фильтрования, эффективность которого существенно повышается под влиянием ультразвука, ускоряющего прохождение их через пористые материалы (на рисунке 3 показан ультразвуковой фильтр).

Рисунок 3. - Ультразвуковой фильтр:

1 - излучатель; 2 - корпус; 3 - фильтрующий элемент; 4 - выход; 5 - вход

Кроме того, способность ультразвука удалять с поверхностей различные отложения позволяет создавать самоочищающиеся ультразвуковые фильтры. Конструкция фильтра дает возможность осуществлять ускоренный непрерывный процесс фильтрации, обеспечивать самоочищение фильтрующего элемента акустическими микропотоками, удалять твердую отделяемую фракцию, уменьшать бактериальную обсемененность продукта.

Ультразвуковая обработка фруктовых соков и вин способствует их осветлению за счет коагуляции взвешенных органических частиц и появления большого числа центров кристаллизации, что приводит к сокращению процесса выпадения, например, винного камня с 12...14 суток до 6...10 ч.

Проведенные на ликероводочном заводе “Курский” исследования по применению ультразвука для осветления спиртования яблочного сока с использованием “оклеивающего” материала бентонита показали, что скорость осаждения взвешенных частиц повышается в 5...6 раз.

Вместе с тем, при ультразвуковой экстракции наблюдается повышенная мутность настоев и морсов, устранение которых с помощью обычного фильтрования через фильтр-картон вызывает трудности. Кроме того, установлено, что применение ультразвука более эффективно при обработке разбавленных более обычного суспензий.

Исследования, проведенные в отделе мембранных технологий ВНИИПБТ (г. Москва) показали, что все эти недостатки устраняются за счет комбинирования ультразвуковой экстракции с мембранными процессами. Так, при фильтровании через микрофильтрационные мембраны достигается “кристальная” прозрачность экстрактов с одновременной холодной стерилизацией. При этом из них гарантированно удаляются пектин и другие компоненты, выпадающие в осадок при длительном хранении напитков.

Предварительно очищенные на микрофильтрационных мембранах настои и морсы концентрируются на обратноосмотических или нанофильтрационных мембранах в 10...20 раз по объему до концентрации сухих веществ 25%, после чего могут транспортироваться на значительные расстояния и длительно храниться вне холодильников.

Комбинированная технология, создаваемая на оптимальном сочетании ультразвуковых и мембранных процессов, может быть принята за основу при создании линии для специализированных крупнотоннажных производств высококонцентрированных экстрактов, соков, морсов для производства напитков и других пищевых продуктов, в том числе лечебно-профилактического назначения.

Ультразвуковая гомогенизация находит применение в производстве цельного, сгущенного, стерилизованного, сухого молока, а также сливок, сметаны, плавленых и твердых сыров и кисломолочных продуктов. Ультразвук эффективен при изготовлении обогащенных биологически активными веществами и витаминами молочных смесей, майонезов, кремов и др.

Ультразвуковые гомогенизаторы также могут применяться для обработки жидких и вязких продуктов и в других отраслях пищевой промышленности.

Сушка является распространенным и энергоемким процессом пищевой промышленности.

В результате применения технологии ультразвуковой сушки удается снизить температуру процесса до значений, обеспечивающих сохранность биологически активных веществ, увеличить скорость процесса сушки, снизить энергозатраты, уменьшить потери высушиваемого продукта. Оборудование для ультразвуковой сушки адаптируется с традиционными сушильными установками (с вибро-кипящим слоем, распылительными, тоннельными, барабанными и др.), существенно повышая производительность. Ультразвуковую сушку можно применять при производстве сухого молока, солода, порошка катализатора пивных дрожжей и т.д.

В настоящее время за рубежом производство сублимированных продуктов интенсивно развивается. Это обеспечивается расширением выпуска установок периодического действия известными фирмами: “Хохвакуум”, “Стокс”, “Лейбольд-Херасус”, “Халл” и др.

Аналогичные установки разрабатывались и использовались в СССР и до сих пор еще эксплуатируются в России. Для них характерны сравнительно низкая производительность, значительные затраты ручного труда, высокая стоимость сублимированных продуктов.

Перспективы развития сублимационной техники связаны с переходом к установкам поточно-циклического и непрерывного действия за счет интенсификации процесса обезвоживания.

Проблемой совершенствования сублимационных сушильных установок непрерывного действия для сушки термолабильных продуктов занимается, в частности, Ижевская государственная сельскохозяйственная академия.

Одним из перспективных методов обезвоживания биологически активных кисломолочных продуктов является непрерывная сублимационная сушка в зоне действия ультразвука, инфракрасного излучения и в атмосфере инертного газа.

В таблице 1 представлены характеристики четырех методов сушки биойогурта: ИК-сушка; конвективная (атмосферная) сушка; сублимационная сушка в поле СВЧ и атмосфере инертного газа; сублимационная сушка в поле действия ультразвука и атмосфере инертного газа. Основным технологическим показателем сравниваемых методов сушки является количество лакто- и бифидобактерий, вышедших из стадии анабиоза и способных к восстановлению и выполнению исходных функций.

Анализ показывает, что наибольшая величина этого показателя достигается при сублимационной сушке в поле ультразвука и атмосфере инертного газа, к тому же значительно сокращается удельный расход энергии по испаряемой влаге по сравнению с контактной сублимационной сушкой (удельный расход энергии по испаряемой влаге при контактной сублимационной сушке составляет 4,5 кВт·ч/кг).

Таблица 1. - Характеристики различных методов сушки

Параметры сушки и технологические показатели	Атмосферная сушка	Сублимационная сушка
	ИК	конвективная	в поле СВЧ и инертного газа	в поле ультразвука и инертного газа
Время сушки (среднее), ч	0,5...2,5	4...6	0,5...2,5	0,5...2,5
Удельный расход энергии по испаряемой влаге, кВт·ч/кг	1,0	1,85	1,5	1,5
Удельная занимаемая площадь по испаряемой влаге, м2/кг	0,04	0,07	0,06	0,06
Остаточная влажность, %	2...3	8,0	4,0	4,0
Температура обработки продукта, °С	30...60	50...110	-20...+20	-20...+20
Способность к восстановлению лакто- и бифидобакте-рий из сухого концентрата в нативное состояние, %	42	9,0	69	96

Применение ультразвука позволяет ускорить процесс сушки без существенного повышения температуры материала, что особенно важно при сушке легко окисляемых и термочувствительных продуктов.

Применение сублимационной сушки с использованием комбинированного энергоподвода (ИК-излучения, энергии ультразвука и принудительного потока газа) позволяет снизить удельный расход энергии и увеличить способность к восстановлению лакто- и бифидобактерий из сухого концентрата в нативное состояние до 90...96%.

В результате теоретических исследований разработано математическое описание непрерывного технологического процесса сублимационной сушки в едином вакуумном цикле на установках непрерывного действия, позволяющее рассчитывать конструктивные параметры установок для требуемой производительности, разрабатывать алгоритмы и системы управления.

За рубежом ведутся работы по использованию ультразвука для переработки плодоовощной продукции. Так, в Мадриде (Испания) и Люксембурге проведены работы по исследованию ультразвуковой технологии сушки пищевых продуктов. В результате исследований установлено, что эффективность сушки при передаче ультразвука через воздух ничтожна и что для промышленных масштабов могут применяться только пластинчатые генераторы, дополняемые ультразвуковыми.

Пищевая и перерабатывающая промышленность, как и многие другие отрасли народного хозяйства, являются источником негативного воздействия на окружающую среду, то есть ее загрязнения. По расходу воды на единицу выпускаемой продукции пищевая и перерабатывающая промышленность занимают одно из первых мест среди отраслей народного хозяйства. К наиболее водоемким отраслям относятся мясная, молочная, крахмалопаточная, хлебопекарная и сахарная. Высокий уровень водопотребления обуславливает и большой объем образования сточных вод. Сточные воды многих пищевых предприятий содержат вещества, которые могут быть использованы в качестве корма для сельскохозяйственных животных. Выделение этих веществ в ряде случаев облегчается при применении ультразвука. Например, после обработки ультразвуком сточных вод рыбоперерабатывающих комбинатов удается извлечь значительное количество кормового белка и жира, что не только позволяет получить ценные корма, но и ускоряет дальнейшую биологическую очистку сточных вод. В ряде случаев мощный ультразвук применяется также для снижения общей обсемененности сточных вод. Использование ультразвука позволяет из отходов молокоперерабатывающих производств получать заменители цельного молока для выпаивания молодняка и т.д.

Следует отметить, что рассмотренными выше областями применения не ограничивается возможность использования ультразвука для интенсификации технологических процессов в пищевой и перерабатывающей промышленности, так как технологические возможности ультразвука еще полностью не раскрыты.

Внедрение ультразвуковых и комбинированных технологий наряду с механизацией и автоматизацией производства позволит повысить его эффективность.

приправа микробиологический соус ультразвуковой

1.3.3 Обработка ультразвуком как метод пролонгирования сроков хранения

Ультразвук - это не термическая альтернатива для обработки множества жидких продуктов питания. Это механическая энергия, используемая для аккуратной и эффективной микробиологической инактивации и уменьшения размера частиц.

В качестве примера рассмотрим влияние ультразвука на сохраняемость меда. Мед, также как и соус, является продуктом растительного происхождения, обладает высокой энергетической и физиологической ценностями, имеет жидкую консистенцию с высоким содержанием сухих веществ.

Так, когда мёд подвергается ультразвуковой обработке, уничтожается большинство клеток дрожжей. Клетки, которые пережили обработку, в основной массе теряют способность к размножению. Всё это значительно снижает степень ферментации мёда. Ультразвуковая обработка разрушает существующие кристаллы, препятствует образованию кристаллов в дальнейшем. В связи с выше перечисленным, имеет смысл провести сравнение с термообработкой мёда. Ультразвуковое разжижение мёда проходит при значительно более низких температурах (~ 35°C) и за короткий промежуток времени - менее 30 секунд. Опыты показали, что ультразвуковая обработка при частоте 20 кГц разжижает полностью все кристаллы. Обработанные ультразвуком образцы оставались жидкими в течение 350 дней (на 20% больше чем после термообработки). Благодаря минимальному тепловыделению после ультразвуковой обработки мёд сохраняет ароматические и вкусовые свойства. После ультразвуковой обработки рост концентрации гидроксиметилфурфурола и уменьшение активности диастазы незначительно. Для ультразвуковых процессов требуется меньше электроэнергии по сравнению с термообработкой, потому что не требуется нагрев и охлаждение. Опыты также показали, что для разных типов мёда требуется разная интенсивность и разное время обработки ультразвуком. Результаты показали, что качество меда лучше сохранилось после обработки ультразвуком чем, при нагревании его до 60єС. [16]

Для инактивации ферментов и микроорганизмов в соках и соусах плодово-ягодных возможно применение ультразвука в пищевой промышленности. Сегодня, для сохранения используют повышение температуры в течение коротких периодов времени (пастеризации), что по-прежнему является наиболее распространенным методом обработки, что приводит к увеличению срока хранения. Из-за воздействия высоких температур, теплового воздействия, этот метод имеет ряд недостатков. Таким образом, термическая обработка может привести к нежелательным изменениям сенсорных атрибутов, т. е. текстуры, вкуса, цвета, запаха и питательных качеств. Ультразвук является эффективным альтернативным методом обработки.

Локальное нагревание с помощью кавитации и создание радикалов может привести к инактивации ферментов ультразвуком. При достаточно низких уровнях ультразвука структурные и метаболические изменения могут произойти в камерах без их разрушения. Активности пероксидазы, которая находится в самом сырье, и может быть особенно связанных с развитием веществ, формирующих запах и цвет испорченного продукта, могут быть значительно сокращены за счет использования ультразвука. Термостойкие ферменты, такие, как липаза и протеаза, могут выдержать сверхвысокие температуры, которые могут снизить качество. Срок годности может быть более эффективно продлен за счет одновременного применения ультразвуковых волн, тепла и давления (МТС).

Ультразвуковая обработка продемонстрировала свой потенциал в уничтожении пищевых патогенов, таких как: E.coli, Сальмонеллы, Ascaris, Giargia, Cryptosporidium и других.

Применимо для пролонгирования сроков хранения таких продуктов, как: джем, мармелад, для начинок мороженного, фруктовых соков и соусов.

Комбинированное применение ультразвука с термическим воздействием или давлением рекомендуется для таких микроорганизмов как: Сенная палочка, Bacillus coagulans, Bacillus Cereus, Bacillus sterothermophilus, Saccharomyces CEREVISIAE и Aeromonas hydrophila.

В отличие от других нетермических методов, таких, как высокое гидростатическое давление, сжатый диоксид углерода (cCO2), сверхкритического диоксида углерода (ScCO2) и высокие электрические импульсы на местах (помощь), ультразвук может быть легко испытания в лаборатории или настольный масштаба - генерация воспроизводимости результатов по расширению масштабов деятельности. Интенсивность и кавитационные характеристики могут быть легко адаптированы к конкретным процессом добычи и ориентированы на конкретные цели. Амплитуда и давление может варьироваться в широких пределах, например, для определения наиболее энергоэффективных параметров. [15]