Пищевая промышленность наука и технологии №2(16) 2012
advertisement
пищевая промышленность: наука и технологии СОДЕРЖАНИЕ Ф. И. Субоч. Инновационное развитие предприятий пищевой промышленности как инструмент усиления национальной продовольственной конкурентоспособности............ 3 Технологии пищевых производств Э. К. Капитонова. Использование картофеля в питании: второе рождение............................... 13 Е. В. Соколовская. Молочная промышленность Беларуси: анализ тенденций и стратегические ориентиры развития......................................................................................... 20 Л. А. Ткачук, Т. М. Тананайко, К. А. Алексанян, О. Л. Зубковская, Л. Ч. Бурак. Влияние ферментативного катализа и винных дрожжей на качественные показатели фруктово-ягодных сидров............................................................................................................................................ 26 Л. И. Чернявская, О. К. Никулина. Хранение корнеплодов сахарной свеклы с использованием химически и биологически активных препаратов........................................ 34 Л. М. Павловская, О. Л. Шило. Оптимизация состава функциональных продуктов для детей раннего возраста: теоретические основы и практическое применение..................... 41 Ю. С. Усеня, К. И. Жакова. Технология изготовления замороженных хлебобулочных изделий и полуфабрикатов......................................................................................................................... 46 процессы и аппараты пищевых производств З. В. Ловкис, В. В. Чуешков. Исследование и расчет безнапорного гидротранспорта плодовоовощного сырья............................................................................................................... 50 З. В. Ловкис, А. В. Садовская. Многофакторный эксперимент по оптимизации процесса смешивания зерновых материалов с жидкостью......................................................................... 56 З. В. Ловкис, А. А. Садовский. Силовое воздействие затопленных струй при подготовке замеса в спиртовом производстве................................................................................................ 61 М. П. Шабета, А. В. Куликов, Н. Н. Петюшев, М. И. Котов. Оптимизация режимов тепловой обработки смеси ингредиентов перед формованием полуфабриката картофельных снеков методом теплой экструзии............................................................................................................ 66 Е. Б. Хилько, А. А. Литвинчук, В. М. Грищук. Проблемы солодоращения и пути их решения...... 72 ОЦЕНКА И КОНТРОЛЬ КАЧЕСТВА Л. А. Мельникова, А. А. Журня, Л. С. Колосовская, И. Е. Сыс. Практический опыт сравнительного изучения классических и современных тестов микробиологического контроля........................................................................................................................................ 77 И. М. Почицкая, И. Е. Лобазова, Е. И. Козельцева, С. Н. Верещак. Определение хлорамфеникола в мясных продуктах методом иммуноферментного анализа.......................... 81 С. В. Черепица, А. Н. Коваленко, А. Л. Мазаник, Н. М. Макоед, С. Н. Сытова, Н. И. Заяц, Н. В. Кулевич. Количественное определение содержания микропримесей в алкогольной продукции с использованием этанола в качестве внутреннего стандарта................................. 86 Л. А. Мельникова, Е. И. Васенкова, А. А. Журня, П. Ю. Кулишов, К. С. Рябова. Рынок спортивных и энергетических напитков г. Минска..................................................................... 95 № 2 (16) 2012 пищевая промышленность: наука и технологии УДК 338.436:001.895 В статье излагается инновационный тип развития предприятий пищевой промышленности. Определена значимость инновационной деятельности сфер АПК в аспекте усиления национальной продовольственной конкурентоспособности. Важнейшими характеристиками национальной продовольственной конкурентоспособности (НПК) является эффективность и конкурентоспособность, отражающие состояние и закономерности ее развития, которые в совокупности образуют единый процесс воспроизводства. Приведенные выше качественные признаки, позволяют научно обоснованно вести исследование процессов, способов и закономерностей по усилению НПК. Инновационное развитие предприятий пищевой промышленности как инструмент усиления национальной продовольственной конкурентоспособности Институт системных исследований в АПК НАН Беларуси, г. Минск, Беларусь Ф. И. Субоч, кандидат технических наук, ведущий научный сотрудник В мировой практике тема продовольствия традиционно входит в число наиболее актуальных вопросов, определяющих национальную продовольственную конкурентоспособность, стабильную социальную обстановку, независимость во внешней политике любой экономической системы. События и перемены ряда последних лет как никогда раньше усилили интерес к проблеме продовольственной конкурентоспособности в мировом, национальном и региональном масштабе. Следует отметить, что Беларусь входит в мировое экономическое пространство в сложных условиях, когда на мировом рынке действуют компании, корпорации, завоевавшие достаточно устойчивое положение и накопившие определенные достижения в производстве конкуренто­ способной продукции. Особенно актуальна проблема технологической конкурентоспособности для стран с переходной экономикой, которые не имеют богатых природных ресурсов, но способны участвовать в международном разделении труда и повышать свое благосостояние благодаря интенсивному освоению наукоемких производств. Последние позволяют им увеличить объемы экспорта и поддерживать конкурентоспособность отечественных предприятий [1, 2]. Технологическая политика предприятия — это набор принципов и действий, на основании которого выбираются, разрабатываются и внедряются новые продукты и технологические процессы. В условиях активного использования инвестиций и достижений научно-технического прогресса известны закономерности технологического развития: новая технология приходит не одна, а в связке с другими; новые технологии используются как фактор усиления экономических взаимоотношений предприятий перерабатывающей промышленности в агропромышленных объединениях. При этом отставание предприятия в их применении приводит к повышению себестоимости выпускаемой продукции и снижению конкурентоспособности. Выпуск высокотехнологичной продукции должен стать одним из главных направлений дальнейшего развития, поскольку такая продукция имеет незначительную сырьевую компоненту и высокую добавленную стоимость [3, 4]. Инновационная деятельность предприятия формируется под воздействием как внешних факторов, не зависящих от предприятия, так и внутренних, относящихся к предприятиям. Стратегия инновационного развития предприятия должна способствовать экономическому росту, обеспечивающему создание конкурентоспособного предприятия. В процессе реализации стратегии инновационного развития предприятия должно обеспечиваться сохранение его устойчивости. Под устойчивостью предприятия понимается сохранение им своей относительной целостности, № 2 (16) 2012 пищевая промышленность: наука и технологии структурированности и доходности в условиях из­менений внутренней и внешней среды. Концепция экономической устойчивости предусматривает учет изменений производственных, технологических процессов, а также маркетинговой, финансовой и экономической деятельности предприятия в условиях инновационного развития. Реализация стратегии инновационного развития должна представлять собой управляемый процесс изменений инновационной деятельности предприятия в соответствии с установленными текущими и стратегическими целями. Стратегия инновационного развития предприятия представляет собой ряд последовательных мероприятий (рис. 1) с обратными связями, которые позволяют вести корректировку целей, задач, а также формировать результирующие показатели экономического состояния. Для исследования изменений инновационной деятельности предприятия на основе управления нематериальными активами наиболее часто используются понятия «интеллектуальный капитал» или «нематериальные активы». Процесс инновационного развития переходит на новый уровень при изменении структуры нематериальных активов предприятия. Следовательно, можно говорить о зависимости между инновационным развитием и изменениями структуры нематериальных активов предприятия. Так как особенность инновационного развития заключается в достижении готовности предприя­ тия к техническому и технологическому обновлению, то это обстоятельство необходимо учитывать при управлении инновационным процессом предприятия на основе анализа нематериальных активов. Ресурсы, относимые к нематериальным активам, не способны самостоятельно создавать стоимость, а эффективными они становятся только в сочетании с другими материальными ресурсами. Таким образом, «потенциал инновационного развития предприятия» представляет собой систему отношений между субъектами хозяйствования по поводу рационального использования совокупности материальных и нематериальных факторов производства, составными частями которого являются стоимость совокупности имеющихся человеческих активов и интеллектуальной собственности, материализуемые в процессе труда и создающие прибавочный продукт в целях экономического интереса как каждого субъекта, так и усиления инновационной системы национальной продовольственной конкурентоспособности в целом. Сущность потенциала инновационного развития предприятия как экономической категории определяется как система отношений различных экономических субъектов по поводу рационального устойчивого его воспроизводства на основе прогрессивного развития науки в целях конкурентоспособного производства конкретных товаров, повышения жизненного уровня работников, решения проблемы усиления инновационной системы национальной продоволь­ ственной конкурентоспособности. На практике объединение в единую систему целей и положения страны с ее инновационной стратегией, приоритетами инновационного развития отраслей и регионов, с одной стороны, основана на оценке имеющихся ресурсов и будущих выгод, с другой — предполагает концептуальное проектирование модели инновационной системы (рис. 2). Национальная инновационная система как современная концепция развития страны в условиях глобализации и трансформации мирохозяйственных отношений рассматривается как институциональная основа экономики инновационного типа конкретного государства, включающая совершенствующуюся систему экономических отношений между институтами и хозяйствующими субъектами, связанных с генерированием, распространением и практическим использованием инноваций и направленных на модернизацию и повышение конкурентоспособности экономической системы. Рассматривая роль и функции государства в развитии ИС НПК можно выделить несколько основополагающих особенностей государственного регулирования инновационной сферы: применение как прямых, так и косвенных стимулов поддержки инновационной деятельности. Государство оказывает непосредственное влияние на инновационную систему через проводимую в стране инновационную политику, которая, с одной стороны, улучшает эффективность инновационной системы на конкретных направлениях, с другой стороны, замедляет ее развитие на других направлениях, регулируя таким образом функционирование и развитие национальной № 2 (16) 2012 пищевая промышленность: наука и технологии инновационной системы. Инновационная политика всегда опирается на долгосрочную инновационную стратегию, систему средств достижения целей на основе инноваций. Рис. 1. Схема разработки стратегии инновационного развития предприятий № 2 (16) 2012 пищевая промышленность: наука и технологии Рис. 2. Процесс концептуального проектирования инновационной системы национальной продовольственной конкурентоспособности В основе концептуальной схемы ИС НПК (рис. 2) находятся следующие опорные зоны, на развитие которых и должны быть направлены базовые программы и инициативы в отечественной сфере инноваций: инициациативность (генерируемая государством), институты, инжиниринг (технологическое продвижения инноваций: формирование вертикально и горизонтально интегрированных формирований для продвижения инновационных проектов), информация, человеческий капитал, инвестиции, инфраструктура. В ходе исследований выявлена неоднозначность воздействия инноваций на структурные пропорции на различных стадиях экономической динамики. Анализ и систематизация наиболее № 2 (16) 2012 пищевая промышленность: наука и технологии четко проявившихся моделей технологического развития экономики показал, что в их основе лежит механизм соединения научных достижений с технологией, технологии — с производством, производства — с обществом. Переход на инновационный путь развития предприятий перерабатывающей промышленности стал возможен благодаря созданию национальных инновационных систем, представляющих собой институциональную основу инновационного развития национальной экономики, создающую необходимые условия и ресурсы для эффективной научно-технической и инновационной деятельности в стране. Однако национальная инновационная система и соответственно инновационная инфраструктура должны представлять собой совокупность институтов, обеспечивающих доступ к различным ресурсам, создающих благоприятные условия и оказывающих разнообразные услуги участникам инновационной деятельности. Институциональное регулирование представляет собой особый вид упорядочения взаимодействий субъектов рыночной экономики, проявляющийся в формировании институтов, экономической среды и условий для реализации экономических интересов субъектов путем установления определенных правил, которые обосновывают коэволюционность институтов инвестиций и инноваций, выражающихся в их взаимодействии, взаимозависимости, количественной и качественной соразмерности. Более того, в условиях посткризисной экономики необходима оптимизация соотношения «инвестиции-инновации», проявляющаяся в повышении удельного веса и объема инноваций в структуре инвестиций, стимулировании инновационных инвестиций в основной и человеческий капитал, в техническое и технологическое перевооружение производства. Каждый субъект хозяйствования заинтересован также в формировании институтов, назначением которых является создание экономической среды и условий для реализации своих экономических интересов. Предприятие как институциональный субъект представляет собой сложную систему, осуществляющую производство продукции, в процессе которого активно взаимодействует с другими организациями, поставщиками, потребителями, государством, которое является главным институтом — носителем законодательной и административной власти [5, 6]. Формирование прогрессивной институциональной среды в отечественной экономике требует стимулирования инновационной деятельности, расширения спроса на научные разработки, осуществления инвестиций в новые технологии. Масштабы, структура и эффективность использования инноваций во многом определяют результаты хозяйствования на различных уровнях экономической системы, состояние, перспективы развития и конкурентоспособность национального хозяйства. Инвестиции и инновации необходимо рассматривать как два взаимодействующих и взаимодополняющих института, причем существование института инноваций невозможно без эффективно функционирующего института инвестиций, который создает объективную основу для генерации и внедрения инноваций. Вместе с тем объективно существует разрыв между инвестициями и инновациями т. к. только часть инвестиций превращается в инновации. Для образования матрицы «инновации — инвестиции» как коэволюционных институтов характерно соразмерное развитие и изменение. Количественная соразмерность линейная: чем больше инвестиций, тем больше инноваций, и наоборот. Качественная соразмерность выражается в том, что, во-первых, инвестиции в краткосрочном периоде — элемент спроса (вложения в создание нового или возмещение изношенного производительного, человеческого, природного капитала); во вторых, инвестиции и инновации в долгосрочном периоде — элемент предложения (рост запаса капитала, рост производственных возможностей, рост инноваций, улучшение соотношения «инвестиции-инновации». Реальное соотношение между инвестициями и инновациями зависит от структуры валовых инвестиций (совокупные инвестиции, включающие в себя восстановительные инвестиции (амортизацию) и чистые инвестиции). Та часть инвестиций, которая идет на возмещение износа основного капитала, как правило, не может рассматриваться в качестве инноваций. Без инновационной направленности инвестиции в основной капитал могут оказаться неэффективными, продлевать выпуск устаревшей продукции. № 2 (16) 2012 Рис. 3. Модель инновационной системы национальной продовольственной конкурентоспособности пищевая промышленность: наука и технологии № 2 (16) 2012 пищевая промышленность: наука и технологии Инновационные инвестиции связаны с вложениями государства и предприятий в основной капитал, в человеческий капитал, в техническое и технологическое перевооружение производства. Именно эти расходы способствуют улучшению соотношения «инвестиции-инновации» в пользу инновационной составляющей. В экономическом плане инновационные и инвестиционные процессы тесно переплетены один с другим. С одной стороны, техническое и экономическое освоение новшества требует создания финансового, материально-технического и кадрового обеспечения, основанных на инвестициях. С другой стороны, результаты инновационного процесса могут по своей экономической природе превращаться в инвестиции. Подобная возможность появляется тогда, когда в числе возможных видов инвестиций выступают технологии, лицензии и интеллектуальные ценности. Поскольку научное знание не уничтожается в ходе своего использования, подобные инвестиции могут приводить к возникновению эмерджентно-синергетического эффекта при генерировании нового инвестиционного спроса, а следовательно, более быстрой диффузии инноваций. Создание инновационной системы НПК (рис. 3) обусловлено необходимостью стимулирования инновационной активности Инновационную систему национальной продовольственной конкурентоспособности в настоящее время можно рассматривать в качестве ключевой экономической категории, интегрирующей и связывающей общей целью основные направления и параметры экономики агропромышленного комплекса. Конкурентоспособность является не некой произвольно изменяющейся субстанцией, автоматическим следствием свободного рынка, а результатом хорошо продуманной целенаправленной государственной политики. Страны, проводящие конкурентную политику, добиваются высоких темпов роста. Для этого государственное регулирование (правовое, налоговое, финансово-кредитное) и политика в сферах промышленности, науки, образования, нововведений, труда должна ориентироваться на достижение устойчивых конкурентных преимуществ. Первостепенное внимание должно уделяться роли государства и общественных институтов в создании условий, способствующих повышению конкурентных позиций страны. В связи с этим государственную стратегию повышения эффективности АПК при сохранении социальных гарантий населению целесообразно рассматривать на основе разработанной нами модели инновационной системы национальной продовольственной конкурентоспособности (рис. 4). Проведенные исследования позволили выделить три основных поля национальной продовольственной конкурентоспособности (НПК): 1) инновационное поле НПК обеспечивает формирование и взаимодействие инновационных стимулов в хозяйственной деятельности субъектов хозяйствования агропромышленного комплекса; 2) интеграционное поле НПК стимулирует перелив капитала для финансового обеспечения интеграционной перестройки структур АПК; 3) инвестиционное поле НПК обеспечивает и стимулирует капиталовложения в развитие производства и производственной инфраструктуры. В предложенной модели указанные три поля являются сферами приложения усилий государства по формированию институциональных условий, рычагов и механизмов по указанным сферам. При этом основная конечная цель — создание самодостаточной, эффективной и конкурентоспособной продовольственной системы страны, где выделенная нами модель становится основным рычагом усиления инновационной системы национальной продовольственной конкурентоспособности. Интеграционное поле национальной продовольственной конкурентоспособности (ИНПО НПК) становится одним из ключевых понятий, определяющих успешность агропромышленного комплекса на внешнем рынке. Однако до сих пор нет единой общепринятой трактовки содержания категории «интеграционное поле национальной продовольственной конкурентоспособности», а также единого общепринятого подхода к методам ее оценки и формирования. Прагматический аспект ИНПО НПК определяется тем, насколько содержание этой категории может быть использовано в качестве основы при решении задач, связанных с эффективным № 2 (16) 2012 пищевая промышленность: наука и технологии и устойчивым развитием агропромышленного комплекса. По этой причине разработка теоретических и методологических вопросов по формированию интеграционного поля национальной продовольственной конкурентоспособности и на их основе выработка научной стратегии и механизмов их практической реализации является важной задачей. Рис. 4. Внутренняя и внешняя экономическая среда функционирования инновационной системы национальной продовольственной конкурентоспособности В настоящее время формирование целостного интеграционного поля национальной продовольственной конкурентоспособности — непременное условие обеспечения конкурентного статуса страны. Более того, переход к инновационной экономике требует тесного союза всех участников инновационного процесса, но прежде всего — государства и частного бизнеса, сплоченных общей инновационной стратегией. Взаимообусловленность процессов конкурентоспособности страны и экономического роста, а также сложность и глубина требуемых интеграционных преобразований в соответствии с глобальными тенденциями определяют необходимость комплексного анализа факторов и условий возможных вариантов формирования ИНПО НПК. Формирование интеграционного поля национальной продовольственной конкурентоспособности — достаточно сложный процесс, который требует от всех субъектов хозяйствования неординарных решений, так как мировой рынок по характеру и уровню развития конкуренции значительно сложнее национальных рынков. Тем не менее государственным органам управления и хозяйствующим субъектам следует сосредоточить свое внимание на стимулировании, разработке, сопровождении и контроле процессов корпоративной интеграции и инновационной деятельности в сфере науки, техники и материального производства, увязанных с адекватными сопровождающими мерами в важнейших сферах агропромышленного комплекса. Формирование ИНПО НПК происходит в условиях активизации процессов глобализации. С углублением разделения труда, а также с развитием специализации и кооперирования в областях научно-технической и производственной деятельности, инновационный обмен становится основой мирохозяйственных отношений интеграционного типа, постепенно охватывающих всю мировую экономику и уже оказывающих глубокое влияние на национальную экономику большинства стран. Сегодня важнейшим фактором, определяющим уровень конкурентоспособности национальной экономики, является формирование интеграционного поля национальной продовольственной конкурентоспособности на основе создания инновационных продуктов имеющих перспективные международные рынки сбыта. 10 № 2 (16) 2012 пищевая промышленность: наука и технологии Переход к новой парадигме экономического развития, так называемой корпоративной интеграции, объективно связан с усилением созидательной и регулирующей роли государства, которое вырабатывает национальную стратегию и механизмы инновационного развития. Сам рынок в его традиционном понимании противоречит инновациям, разработка которых сопряжена с высокими затратами, длительностью научно-производственного цикла и неопределенностью конечного результата, в результате инновационные разработки часто остаются недоинвестированными. Необходима активная позиция государства, выступающего в роли эффективного субъекта, направляющего инновационную деятельность в аспекте формирования интеграционного поля национальной продовольственной конкурентоспособности. При этом, чем радикальнее и глубже прорывы в науке и технике, технологии и корпоративной интеграции, тем больше бизнес и общество возлагают надежду именно на государство, его ресурсы и институты. Это подтверждается мировой практикой: развитые государства постоянно отслеживают ситуацию в агропромышленном комплексе и непосредственно воздействуют на его развитие, разрабатывая и реализуя соответствующие государственные стратегии и программы. Чрезвычайно высока роль государства при формировании корпоративной интеграции в странах с переходной экономикой, экономические системы которых находятся в условиях институционального неравновесия, при которых ни один другой агент кроме государства не способен принимать эффективные долгосрочные решения, причем именно корпоративная интеграция снижает риски неэффективных решений в сфере инновационной деятельности. Отвечающее этому новому, современному уровню требований интеграционное поле национальной продовольственной конкурентоспособности должно представлять собой комплексную систему мер по стимулированию, разработке, сопровождению и контролю процессов корпоративной интеграции и инновационной деятельности в сфере науки, техники и материального производства, взаимосвязанных с адекватными сопровождающими мерами в важнейших сферах агропромышленного комплекса, обеспечивающих в совокупности создание всех необходимых условий реализации текущих и перспективных целей социально-экономического развития страны. ИНПО НПК становится неотъемлемой и во многом определяющей частью общей агропромышленной стратегии, которая в условиях перехода к постиндустриальной экономике меняет свое содержание: ее главной целью становится повышение конкурентоспособности страны на основе развития высокотехнологичных и наукоемких производств. Суть интеграционного поля национальной продовольственной конкурентоспособности состоит в коэволюции корпоративной интеграции и потенциала инновационного развития предприятий агропромышленного комплекса, в переходе к постиндустриальным укладам общественного устрой­ ства при преимущественной ориентации на собственный научно-технический, технологический и интеллектуальный потенциал, при одновременном использовании позитивного зарубежного опыта. Другими словами, интеграционное поле национальной продовольственной конкурентоспособности — смешанная комбинированная стратегия, соединяющая в себе элементы корпоративной интеграции и потенциала инновационного развития, предполагающая концентрацию усилий в определенных ключевых высокотехнологичных областях агропромышленного комплекса при одновременном продолжении догоняющего развития в других областях до момента, пока соответствующее малоэффективное индустриальное производство не станет более совершенным за счет применения передовых технологий. Возможность реализации такой комбинированной стратегии становится объективно достижимой в условиях ожидаемого развития агропромышленного комплекса в целом. В этой связи перед агропромышленным комплексом страны стоит сложный комплекс проблем, связанных с дальнейшим ходом структурно-технологических преобразований. На основе проведенных исследований можно сделать следующие выводы и заключения. 1. В настоящее время изучение приоритетных направлений инновационного развития предприятий пищевой промышленности переходит в новую стадию, количественные ориентиры экономического роста все больше уступают место обеспечению его качества за счет инновационной составляющей. Помимо инновационной составляющей особую значимость приобретает № 2 (16) 2012 11 пищевая промышленность: наука и технологии ее инвестиционный аспект, т. е. поиск источников и инструментов инвестирования в отечественный агропромышленный комплекс. 2. Проведенные исследования позволили выделить три основных поля национальной продовольственной конкурентоспособности (НПК): инновационное поле НПК обеспечивает формирование и взаимодействие инновационных стимулов в хозяйственной деятельности субъектов хозяйствования агропромышленного комплекса; интеграционное поле НПК стимулирует перелив капитала для финансового обеспечения интеграционной перестройки структур АПК; инвестиционное поле НПК обеспечивает и стимулирует капиталовложения в развитие производства и производственной инфраструктуры. 3. В настоящее время формирование целостного инновационного поля национальной продовольственной конкурентоспособности — непременное условие обеспечения конкурентного статуса страны. В этой связи формирование инновационного поля национальной продоволь­ ственной конкурентоспособности — способность страны в условиях эффективной конкурентной среды производить, потреблять и реализовывать продовольствие, использовать свои экспортные возможности для неуклонного повышения собственного экономического и инновационного потенциала, обеспечивая при этом высокое качество жизни населения. 4. На основе анализа взаимосвязей «инвестиции — инновации» в работе выявлены причины, обосновывающие необходимость совершенствования институционального регулирования взаимодействия инноваций и инвестиций как коэволюционных институтов современной экономики. В целях совершенствования институтов, улучшающих соотношение «инвестиции-инновации», необходимо формирование дополняемого взаимодействия институтов инновационной экономики для генерации и воспроизводства инноваций в аспекте усиления инновационной системы национальной продовольственной конкурентоспособности, роста качества жизни и благосостояния. 5. Инновационная система национальной продовольственной конкурентоспособности как современная концепция развития страны в условиях трансформации мирохозяйственных отношений рассматривается как институциональная основа экономики инновационного типа, включающая совершенствующуюся систему экономических отношений между институтами и хозяйствующими субъектами, связанных с генерированием, распространением и практическим использованием инноваций и направленных на модернизацию и повышение конкурентоспособности агропромышленного комплекса. ЛИТЕРАТУРА 1. Гусаков, В. Коэволюционно-инновационное взаимодействие государства с субъектами хозяйствования АПК / В. Гусаков, Ф. Субоч // Наука и инновации. — 2008. — № 5. — С. 39—44. 2. Гусаков, В. Г. Продовольственная конкурентоспособность как стратегия устойчивого инновационного развития АПК / В. Г. Гусаков, Ф. И. Субоч // Весцi НАН Беларусi. Сер. агр. навук. — 2007. — № 2. — С. 5–11. 3. Субоч, Ф. И. Национальная продовольственная конкурентоспособность: состояние и закономерности ее развития / Ф. И. Субоч // Весцi НАН Беларусi. Сер. агр. навук. — 2011. — № 4. — С. 14–20. 4. Субоч, Ф. Национальная продовольственная конкурентоспособность и факторы ее формирования / Ф. Субоч // Аграрная экономика. — 2010. — № 3. — С. 2–13. 5. Субоч, Ф. Инновационное поле национальной продовольственной конкурентоспособности: аспекты теории и практики / Ф. Субоч // Аграрная экономика. — 2011. — № 2. — С. 8–18. 6. Субоч, Ф. И. Аспекты теории и практики инновационного развития перерабатывающих предприятий агропромышленного комплекса / Ф. И. Субоч; под ред. В. Г. Гусакова; Республиканское научное унитарное предприятие «Институт системных исследований в АПК Национальной академии наук Беларуси». — Минск, 2011. — 214 с. Рукопись статьи поступила в редакцию 26.04.2012 12 № 2 (16) 2012 технологии пищевых производств F. I. Subоch INNOVATIVE DEVELOPMENT ENTERPRISES FOOD AS A TOOL FOR ENHANCING THE COMPETITIVENESS OF THE NATIONAL FOOD The article describes an innovative type of development of the food industry. Determined the importance of innovation in the areas of agricultural aspect of enhancing the competitiveness of the national food. The major characteristics of the national competitiveness of the food (NPC) is the efficiency and competitiveness, reflecting the state and the laws of its development, which together form a single process of reproduction. The above qualitative features allow research — justified to study the processes, techniques and patterns to enhance the CPP. УДК 635.21:641.1 В статье представлен обзорный материал по использованию картофеля в питании и медицине, приведены данные о пищевой, биологической ценности продукта и перспективах его использования в современных условиях. Использование картофеля в питании: второе рождение РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию», г. Минск, Беларусь Э. К. Капитонова, доктор медицинских наук, начальник отдела питания Картофель издавна не только занимал почетное место на столе у большинства жителей планеты, но и был хорошо известен как продукт для детского, диетического питания, а также как лечебное и профилактическое средство при многих заболеваниях. Однако в последнее время наблюдается формирование негативного представления о картофеле, как о продукте, не полностью соответствующем здоровому образу жизни в связи с его относительно высоким гликемическим индексом, а также после появления в печати сведений о возможном распространении на рынках генномодифицированных сортов картофеля, которые способны наносить вред организму человека [1, 2, 3]. Вместе с тем уважение к такому важному продукту питания в человеческом сообществе настолько высоко, что, например, в Дании есть музей картофеля, в Минске в 2000 г. открыли памятник картофелю, а Организация Объединенных Наций (Food and Agriculture Organization — FAO) объявила 2008 г. Международным годом картофеля. Противоречивость мнений и неоднозначное отношение к картофелю как к продукту в ежедневном рационе здорового питания явилось побудительным мотивом для настоящей работы. Что мы знаем о картофеле спустя 8000 лет от начала его использования человеком? Именно в те времена, как считают исследователи, началось окультуривание картофеля на его родине — в южноамериканских Андах. В Европе картофель появился в середине XVI в., в России — почти на столетие позже, на территории современной Беларуси — еще позднее. На сегодняшний день известно около 200 сортов картофеля, практически все эти разновидности картофеля происходят из региона чилийских Анд, что подтверждается их большим генетическим сходством [4]. Провозгласив Международный год картофеля, ООН тем самым обратила внимание международного сообщества на важность картофеля для обеспечения продовольственной безопасности и сокращения бедности во всем мире, поскольку картофель, является достойной альтернативой хлебу. По мнению профессора В. Старовойтова (ВНИИ картофельного хозяйства им. А. Г. Лорха, 2010), по выходу белка с гектара картофель не уступает пшенице, а пищевая № 2 (16) 2012 13 пищевая промышленность: наука и технологии ценность картофельных белков даже выше, чем у злаковых. Картофель — культура универсальная: растение это и пищевое, и кормовое, и техническое. Состав картофельных клубней зависит от сорта, условий выращивания (климатических, погодных, типа почвы, применяемых удобрений, агротехники возделывания), зрелости клубней, сроков и условий хранения и др. В среднем картофель содержит (%): воды –75; крахмала — 18,2; азотистых веществ (сырой протеин) — 2; сахаров — 1,5; клетчатки — 1; пектиновых веществ — 0,6; титруемых кислот — 0,2; жиров — 0,1; веществ фенольной природы — 0,1; прочих органических соединений (нуклеиновых кислот, гликоалкалоидов, гемицеллюлоз и др.) — 1,6; минеральных веществ — 1,1 [5]. Сравнительные показатели химического состава и питательной ценности картофеля и пшеницы приведены в таблице. Таблица. Сравнительные показатели химического состава и питательной ценности картофеля и пшеницы (по данным USDA Nutrition data base, 2008) Показатели химического состава и пищевой ценности Калорийность Зола Крахмал Моно- и дисахариды Насыщенные жирные кислоты Вода Клетчатка Углеводы Жиры Белки Витамин РР (ниациновый эквивалент) Витамин В9 (фолиевая кислота) Витамин В6 Витамин В2 Витамин В1 Витамин С Фосфор Калий Натрий Магний Кальций Селен Железо Содержание в све- Содержание в зерне пшеницы, на 100 г продукта жих клубнях неочищенного картофеля, мягкие сорта твердые сорта на 100г продукта 77 ккал 1,1 г 15,0 г 1,3 г 0,1 г 80,0 г 1,4 г 16,3 г 0,4 г 1,9 г 1,1 мг 16,5 мг 0,2 мг 0,03 мг 0,12 мг 20,0 мг 58 мг 568 мг 5 мг 23 мг 10 мг 0,4 мкг 0,9 мг 305ккал 1,9 г 55,5 г 2,5 г 0,4 г 14,0 г 2,3 г 79,9 г 2,0 г 13,9 г 7,8 мг 37,5 мг 0,5 мг 0,15 мг 0,44 мг — 370 мг 337 мг 8 мг 108 мг 54 мг 19,0 мкг 5,4 мг 339 ккал 2,0 г 49,7 г 2,8 г 0,5 г 10,9 г 2,4 г 77,4 г 2,1 г 16,0 г 6,7 мг 43,0 мг 0,4 мг 0,12 мг 0,42 мг — 508 мг 431 мг 2 мг 144 мг 34 мг 89,4 мкг 3,5 мг Приведенные данные демонстрируют, что картофель в качестве пищевого продукта обладает рядом очевидных достоинств: он насыщен водой, содержит много калия, витамина С, в нем совсем мало насыщенных жирных кислот и жира, зато содержатся белки с редким для растений набором незаменимых аминокислот и достаточно широкий спектр минералов. При этом у картофеля сравнительно низкая калорийность. Основное питательное вещество картофеля — крахмал. Он составляет 70–80 % сухого вещества клубня и содержится в виде мелких зерен разной величины — от 1 до 110 мк. Процентное содержание крахмальных зерен разной величины обусловливает его качество. Чем большее содержание больших зерен, тем выше его качество. Содержание крахмала зависит от сроков созревания клубней: раннеспелые сорта картофеля содержат в среднем 12,6 %, среднеспелые — 14,3, а позднеспелые — 17,4 % крахмала. Существует связь между размером клубней и содержа- 14 № 2 (16) 2012 технологии пищевых производств нием крахмала в них: мелкие клубни содержат его меньше. При недостаточном количестве осадков в период интенсивного роста клубней содержание крахмала в них бывает выше, а при достаточном увлажнении — ниже [5]. При длительном хранении картофеля содержание крахмала уменьшается за счет его гидролитического распада до сахаров — глюкозы (до 65 % к общему сахару), сахарозы (до 30 %) и фруктозы (до 5 %). Содержание моносахаров в спелых клубнях нового урожая незначительное. Накопление сахаров в клубнях во время хранения в значительной степени зависит от температуры хранения и от сорта картофеля. Биологической основой изменения уровня содержания простых сахаров служит различная скорость одновременно протекающих в клубнях трех основных процессов углеводного обмена: осахаривания крахмала, синтеза крахмала из сахаров и окислительного распада сахаров при дыхании. Эти процессы зависят не столько от сорта картофеля, сколько от температурного режима; при температуре выше +10 °С количество сахаров снижается за счет их расходования в процессе дыхания; при более низких температурах (ниже +4 °С) сахара накапливаются, что снижает качество и вкусовые свойства картофеля [6, 7]. Такой картофель при варке темнеет (за счет образования меланоидинов) и имеет сладкий вкус. Повышение содержания сахаров вследствие нарушения режимов хранения картофеля обусловливает развитие гнилостных процессов. Количество сахаров в клубнях и отношение содержания сахарозы к содержанию моносахаров является достаточно постоянным сортовым признаком, который влияет на результаты их хранения: чем больше содержание сахарозы в сравнении с содержанием моносахаров, тем лучше картофель хранится [6, 7]. Картофельный крахмал состоит из двух полимеров — амилозы с линейным расположением молекул глюкозы и разветвленного амилопектина, который представляет собой «союз» амилозы и пектина. Амилоза хорошо растворяется в воде и быстро диффундирует из гранул крахмала при варке клубней. Амилопектин более устойчив, картофель с большим содержанием амилопектина меньше разваривается, клубни сохраняют свою форму при варке. В пищеварительном тракте часть амилопектина не подвергается перевариванию и не всасывается в тонкой кишке — это так называемый резистентный крахмал. Резистентный крахмал выполняет в кишечнике ту же роль, что и пищевые волокна: является онкопротектором, снижает уровень «плохого» холестерина в крови, способствует появлению чувства сытости, по некоторым данным, даже препятствует накоплению жира. Количество резистентного крахмала в картофеле зависит от способа его использования в блюдах: в горячих клубнях его около 7 %, а в охлажденных — почти в два раза больше (13 %). Развариваемость картофеля зависит в наибольшей степени от качества клетчатки и пектиновых веществ, содержащихся в клубнях. Клетчатка и гемицеллюлозы (в основном пентозаны) составляют основную массу клеточных стенок. Клетчатка составляет в среднем 1 % в составе сухих веществ. По мере созревания картофеля содержание клетчатки увеличивается [8]. Основная масса ее сосредоточена в шкурке: во внутренней части клубня клетчатки мало. Пектиновые вещества являются полимерными соединениями с большой молекулярной массой. Они построены из остатков галактуроновой кислоты, являющейся продуктом окисления глюкозы. Среднее содержание пектиновых веществ в картофеле составляет 0,7–0,9 % (для сравнения: в богатых пектином яблоках и сливах их до 1,4–1,5 %). Данные вещества неоднородны и встречаются в виде протопектина и пектина (под этим названием объединяют собственно пектин, пектиновую и пектовую кислоты). Протопектин нерастворим в воде. Он служит своеобразным «цементом» для клеток, обусловливая жесткость клеточного «каркаса». Существуют данные, что эту жесткость обеспечивают ионы кальция, магния и фосфорнокислые «мостики», связывающие между собой цепочки пектиновых кислот. Кроме того, молекулы протопектина могут комплексироваться с молекулами целлюлозы и гемицеллюлозами, тем самым повышая плотность тканей [5, 6]. Под действием ферментов или при кипячении происходит гидролиз протопектина с образованием растворимого в воде пектина. Именно этот процесс лежит в основе всем известного феномена размягчения клубней картофеля при варке, а также образования специфического картофельного отвара, содержащего большое коли- № 2 (16) 2012 15 пищевая промышленность: наука и технологии чество пектина в виде коллоидного раствора. Практически все пектиновые вещества содержатся в кожуре картофеля. Азотистые вещества в картофеле составляют 1,5–2,5 % и получили название сырого протеина, в котором различают белковый и небелковый азот. Белки картофеля состоят из большого количества видов белковых молекул и выполняют разные функции: каталитические, структурные, регулирующие и др. Содержание белка в клубнях — сортовой признак. Основной белок картофеля — туберин, на его долю приходится от 55 до 77 % всех белков. Остальные белки представлены глутаминами. Среди азотистых небелковых соединений в картофеле больше всего амидов — аспарагина и глютамина, в заметных количествах содержатся также и свободные аминокислоты. Белки картофеля в сочетании с небелковыми веществами имеют большую биологическую ценность, намного превосходящую белки многих зерновых культур и мало уступающие белкам мяса и яйца. Полноценность белков определяется составом аминокислот, в частности соотношением незаменимых аминокислот. В картофельном белке и в составе свободных аминокислот картофеля содержатся все аминокислоты, встречающиеся в растениях, в том числе в удачном соотношении незаменимые: лизин, метионин, треонин, триптофан, валин, фенилаланин, лейцин, изолейцин [7]. Наибольшее содержание белка наблюдается под кожурой и уменьшается к внутренней сердцевине, а небелкового азота, наоборот, больше всего во внутренней сердцевине и уменьшается к поверхности клубня. Особую группу азотистых соединений составляют гликоалкалоиды — соланин, чаконин и скополетин. Наиболее известный из них — стероидный алкалоид соланин, который найден во всех частях картофеля. Особенно много его в ростках (от 565 до 4070 мг%) и цветках (от 1580 до 3540 мг%). В настоящее время установлено, что в ростках и листьях картофеля содержится шесть различных гликоалкалоидов вместо одного соланина, как полагали ранее. Это α-, β-, γ-соланины и α-, β-, γ-чаконины [8, 9]. Соланин является токсичным для организма человека. Концентрация соланина повышается при прорастании клубней, их механическом повреждении, поражении болезнями, хранении картофеля на свету. Во время варки картофеля значительная часть гликоалкалоидов переходит в водный раствор. Содержание жира в картофеле составляет в среднем до 0,2 % сырой массы. В жирах обнаружены пальмитиновая, миристиновая, линолевая и линоленовая кислоты. Две последние имеют важное пищевое значение, так как они не синтезируются в организме животных и поэтому относятся к незаменимым. Содержатся они преимущественно во внешней части клубней под кожурой. Кроме того, в картофеле выявлены органические кислоты — лимонная, яблочная, щавелевая, изолимонная, молочная, пировиноградная, винная, хлорогеновая, хинная и др. Наиболее богат картофель лимонной кислотой. При переработке на крахмал 1 т картофеля дополнительно получают не менее 1 кг лимонной кислоты. Из минеральных кислот в клубнях преобладает фосфорная, по содержанию которой можно судить о накоплении фосфора. Органические кислоты обусловливают кислотность клеточного сока картофеля. Значение рН для картофеля установлено в пределах 5,6—6,2 [6]. Биологическая ценность картофеля обусловлена также содержанием в нем широкого спектра витаминов: аскорбиновой кислоты, тиамина, цитрина, рибофлавина, каротина, биотина, пиридоксина, никотиновой и пантотеновой кислот и др. Картофель — важный источник витамина С. В историческом аспекте это его качество сыграло немалую роль в распространении картофеля на территории Европы [10]. Витамин С содержится в клубнях в форме аскорбиновой и дегидроаскорбиновой кислот. В процессе хранения содержание аскорбиновой кислоты в клубнях картофеля несколько уменьшается, однако при их резании и помещении в воду (а еще лучше в слабый солевой раствор) создаются условия для обогащения клубней витамином С за счет раневого синтеза (прибавка эта может составить до 20—50 %). Увеличивается количество аскорбиновой кислоты и при переносе картофеля из холодного хранилища в теплое помещение с температурой +10...+15 °С [9]. Содержание витамина С также зависит от сорта картофеля, грунтово-климатических условий и агротехники. 16 № 2 (16) 2012 технологии пищевых производств В 100 г сырых клубней картофеля содержится от 30 до 200 мкг тиамина (витамин В1). По содержанию тиамина картофелю уступают почти все овощи — огурцы, томаты, лук, капуста, морковь, кукуруза, зеленый горошек. Превосходят его лишь только горох, бобы, орехи и мясо. При этом 30 % тиамина картофеля представлено кокарбоксилазой — активной группой фермента карбоксилазы. Тиамин в картофеле более устойчив и менее разрушается при варке, чем в других овощах. Не боится он также света и окисляющего действия кислорода, в отличие от аскорбиновой кислоты [6]. Из группы В в картофеле имеются также витамины В2 и В6. Содержание витамина В2 в картофеле невелико — 40–60 мкг на 100 г сырого вещества (суточная его норма для человека — 1,1–1,2 мг), однако среди овощей он незначительно уступает лишь томатам, зеленому салату и шпинату. По содержанию витамина В6 — пиридоксина — картофель занимает третье место после дрожжей и шпината. Из других витаминов следует отметить достаточное содержание в картофеле никотиновой кислоты, витамина К и парааминобензойной кислоты, чем картофель выгодно отличается от других растений. Большое значение имеет картофель как источник минеральных веществ, список которых насчитывает 32 наименования — почти треть элементов таблицы Менделеева. В картофеле минералы в основном представлены солями калия и фосфора; имеются также натрий, кальций, магний, железо, сера, хлор и микроэлементы — цинк, бром, кремний, медь, бор, марганец, йод, кобальт, а также такие редкие, как литий, олово, рубидий, цезий и радий [6]. Распределены минеральные вещества в клубне неравномерно: больше всего их под кожурой, меньше — в сердцевине; в верхушечной части больше, чем в основании. С помощью картофеля можно полностью поддерживать калиевый баланс в организме. В клубнях калий сосредоточен в верхушечной части и кожуре. В некоторых сортах (Темп, Столовый-19, Гатчинский) в 100 г сырых клубней содержится до 600— 700 мг калия, что значительно превышает его содержание в других овощах [6]. В мякоти клубня картофеля имеется фосфор, за счет которого можно компенсировать около 10—15 % суточной нормы данного элемента. Вместе с тем, картофель беден кальцием, при этом 60—70 % его находится в кожуре и удаляется при очистке. По содержанию железа клубни картофеля уступают только тыкве, свекле, шпинату и стоят наравне с капустой, зеленым луком, морковью и огурцами, иногда их даже превосходят, особенно в годы с благоприятными климатическими условиями. Во влажные годы содержание железа и других зольных элементов в клубнях может резко уменьшаться. Известно, что соединения железа с яблочной, лимонной, аскорбиновой и другими органическими кислотами являются более доступными и хорошо усвояемыми формами. Картофель, обладая значительным содержанием этих кислот, образует легко всасываемые в организме соединения железа. Клубень картофеля также обогащает наш организм медью, которая совместно с железом выполняет многие защитные функции. По содержанию меди (0,3—0,7 мг на 100 г клубней) картофель уступает только грибам, превосходя овощи и фрукты. Кроме перечисленных элементов, картофель поставляет в наш организм цинк (до 10 % дневной нормы), до 15—17 % нормы потребления магния, до 30 % требующегося количества марганца и др. [6]. Все вышеизложенное позволяет характеризовать картофель как один из наиболее ценных продуктов питания человека на протяжении нескольких тысячелетий. Клубни картофеля отличаются не только хорошими вкусовыми качествами при любом способе их приготовления в пищу, но и высокой питательностью, легкой перевариваемостью и быстрым выведением из организма. Уже в ротовой полости крахмал картофеля начинает перевариваться под действием амилазы слюны. В двенадцатиперстной и тощей кишках происходит дальнейшее расщепление и усвоение крахмала с помощью панкреатической амилазы и дисахаридаз кишечного эпителия. Полноценный картофельный белок усваивается легко и полностью уже в верхних отделах тощей кишки. Неперевариваемый в кишечнике резистентный крахмал подвергается деградации в толстой кишке под действием кишечной микрофлоры. Наличие значительного количества пектинов обусловливает высокую гидрофильность картофеля, его набухание в желудочно-кишечном тракте, что способ­ ствует быстрому возникновению чувства насыщения и активирует кишечную перистальтику. В силу таких своих кулинарных свойств картофель широко используется в детском и диетическом питании, а его уникальный состав, широкий спектр витаминных и минеральных компонентов, № 2 (16) 2012 17 пищевая промышленность: наука и технологии органических кислот дает ему возможность многие годы удерживать лидирующую позицию в качестве известного фитотерапевтического средства [11, 12, 13]. Картофель широко используют в рационах питания больных сердечно-сосудистыми заболеваниями, атеросклерозом, артериальной гипертензией, нефритами, почечной недостаточностью, желудочно-кишечными болезнями. Больным, которые страдают хронической почечной недостаточностью, часто назначают картофельно-яичную диету, что позволяет обеспечить достаточную энергетическую ценность рациона при значительном ограничении белков в питании. Употребление картофеля положительно действует на организм при нарушении обмена веществ, способствует нейтрализации излишков мочевых кислот. Картофель, отваренный и протертый, имеет способность гасить активность желудочных ферментных белков. Ограничение картофеля в диетическом питании рекомендуется лицам, которые болеют сахарным диабетом или ожирением [14]. Основной компонент картофеля — крахмал — тонкий белый порошок без запаха, хорошо растворимый в горячей воде и плохо — в холодной. Используется крахмал наружно как присыпка, а также для приготовления слизей, которые применяют внутрь и в виде клизм как обволакивающее, защитное средство при воспалительных заболеваниях желудка и кишечника. Сухой крахмал используют при лечении ожогов и других повреждений кожи, а также в качестве наполнителя для порошков и таблеток. Соланин, содержащийся в картофеле, по химической структуре и действию напоминает стероидные гормоны надпочечников и в эксперименте при приеме внутрь оказывает кортизоноподобное действие. На этих эффектах основано местное применение свежего картофельного сока и тертой сырой картофельной массы в народной медицине при ожогах и аллергических заболеваниях кожи. Используют и сырой картофельный сок, который оказывает ощелачивающее и обволакивающее действие при повышенной кислотности желудочного сока. Выделенный из картофеля препарат «Ингибин» заживляет раны, ожоги, язвы, воспаление кожи. Пластинки свеженарезанного картофеля прикладывают к трофическим язвам, гнойничковым поражениям. Вдыхание паров отваренных клубней помогает при кашле, катаре верхних дыхательных путей [11]. С косметической целью применяют маски для лица, приготовленные из сваренного в мундире картофеля, смешанного со сливочным маслом, сливками или сметаной. Особенно полезны такие маски при сухой коже и лечении солнечных ожогов [11]. Свое «второе рождение» картофель получил после начала использования продуктов его промышленной переработки. До настоящего времени во всем мире большим спросом пользуются быстрозамороженные картофелепродукты — около 60 % всего объема производства. На производство картофелепродуктов в Великобритании используется — 41 %, Германии — 22, России — 1, Беларуси — около 2 % валового сбора картофеля [15]. Такая популярность продуктов из картофеля обусловлена его отличными вкусовыми качествами, высокой биологической ценностью и хорошей усвояемостью. Кроме того, для производителей большое значение имеют относительная неприхотливость картофеля к почвенно-климатическим условиям, выгодно отличающая его от многих других сельскохозяйственных культур; а также удобство хранения, транспортирования и использования продуктов промышленной переработки картофеля [15]. По данным З. В. Ловкиса (2008), жители развитых западных стран в год потребляют картофелепродуктов на душу населения в пересчете на свежий картофель: в США — 49,5 кг, в Великобритании — 40,0 кг, в Германии — 20,3 кг. Производство отечественных картофелепродуктов на душу населения в среднем составляет: в России — 0,2 кг, в Беларуси — 1,1 кг. Эти цифры наглядно демонстрируют огромные возможности формирования новых перспектив совершенствования и развития отечественной картофелеперерабатывающей отрасли. Отдельное направление в картофелеперерабатывающей отрасли составляет производство сухих картофелепродуктов. К ним относят картофель сушеный, сухое картофельное пюре, полуфабрикат картофельный сухой и др. Основное достоинство сухих картофелепродуктов — длительный срок хранения. Например, сушеный картофель хранится 3–5 лет, сухое картофельное пюре — до 1 года. Отличительным качеством таких продуктов является также минимизация затрат при транспортировании и хранении [15]. При этом пищевая и биологическая ценность сухих картофелепродуктов сохраняется за счет их обогащения необходимыми нутриентами. 18 № 2 (16) 2012 технологии пищевых производств В результате получается, что блюда, приготовленные из картофеля, который хранился несколько месяцев после сбора урожая, по своей биологической ценности, а часто и вкусовым свой­ ствам, уступают аналогичным, но приготовленным из сухих картофелепродуктов [16,17]. За картофелем — большие перспективы. Международный год картофеля был призван информировать население о ключевой роли, которую призван сыграть «простой клубень» в развитии сельского хозяйства, экономики и обеспечении продовольственной безопасности в мире. Предполагаем, что не за горами то время, когда в полном объеме осуществится реализация потенциа­ ла картофеля как «продукта питания будущего». ЛИТЕРАТУРА 1. Липатов, Н. Н. Человечество может погибнуть не от голода, а от низкого качества продуктов питания / Н. Н. Липатов // Зеленый мир. — 1995. — № 4. — С. 3–4. 2. Кайшев, В. Г. Пищевая и перерабатывающая промышленность в новом тысячелетии / В. Г. Кайшев // Пищевая промышленность. — 2001. — № 1. — С. 9–14. 3. Кайшев, В. Г. Плодоовощная промышленность России в 1999–2003 гг. / В. Г. Кайшев, В. М. Черкасова // Пищевая промышленность. — 2004. — № 6. — С. 12–17. 4. Анисимов, Б. В. Картофелеводство России: итоги, проблемы, пути решения / Б. В. Анисимов // Картофель и овощи. — 1998. — № 2. — С. 2–3. 5. Регуляция роста и развития картофеля. — М.: Наука, 1990. — 167 с. 6. Вечер, А. С. Физиология и биохимия картофеля / А. С. Вечер, М. М. Гончарик. — Минск: Наука и техника. — 1979. — 300 с. 7. Полищук, С. В. Справочник по качеству овощей и картофеля / С. В. Полищук, А. В. Горкуценко. — Киев: Урожай, 1991.–224 с. 8. Карманов, С. П. Урожай и качество картофеля / С. П. Карманов, В. П. Кирюхин, A. B. Коршунов. — М.: Россельхозиздат, 1988. –167 с. 9. Ионова, А. М. Изменение качества очищенного картофеля при хранении / А. М. Ионова, П. С. Бруев // Хранение плодоовощной продукции и картофеля: сб. научн. трудов ВАСХНИЛ. — М., 1983. — С. 67–73. 10. Писарев, Б. Ф. Книга о картофеле / Б. Ф. Писарев. — М.: Московский рабочий, 1977. — 232 с. 11. Доценко, В. А. Овощи и плоды в питании и лечении / В. А. Доценко. — СПб.: Лениздат, 1993. — 333 с. 12. Родина, Т. Г. Дегустационный анализ продуктов / Т. Г. Родина, Г. А. Вукс. — М.: Колос, 1994. — 192 с. 13. Карманов, С. Н. Картофель / С. Н. Карманов, В. С. Серебренников. — М.: Росагропромиздат, 1991. — 64 с. 14. Шевченко, В. П. Клиническая диетология / В. П. Шевченко; под ред. В. Т. Ивашкина. — М.: ГЭОТАР-Медиа, 2009.–256 с. 15. Картофель и картофелепродукты: наука и технологии / З. В. Ловкис [и др.]. — Минск: Белар. навука, 2008. — 539 с. 16. Дынник, В. В. Новые технологии в семеноводстве картофеля / В. В. Дынник // Картофель и овощи. — 1998. — № 1. — С. 4–6. 17. Моисеев, Ю. Технологии будущего в сельском хозяйстве / Ю. Моисеев, И. Чухляев, Н. Родина // Международный сельскохозяйственный журнал. — 1998. — № 1. — С. 56–62. Рукопись статьи поступила в редакцию 08.02.2012 E. K. Kapitonova USE OF POTATO POWER: THE SECOND BIRTH The paper presents an overview on the use of material in potato nutrition and medicine, the data on food and biological value of the product and its future use in the modern. № 2 (16) 2012 19 пищевая промышленность: наука и технологии УДК 637.1(476) В статье дан анализ состояния молочной промышленности за 2006–2010 гг. Исследованы: динамика производства продукции молочной промышленности, затраты на производство продукции, состояние основных производственных фондов, инвестиционная деятельность, эффективность производства. Выявлены тенденции и ключевые проблемы развития отрасли. Намечены пути повышения эффективности производства, сырья и готовой продукции. Молочная промышленность Беларуси: анализ тенденций и стратегические ориентиры развития ГНУ «Научно-исследовательский экономический институт Министерства экономики», г. Минск, Беларусь Е. В. Соколовская, заведующая сектором развития сельского хозяйства Молочная промышленность является стратегической отраслью белорусской экономики, обеспечивающей устойчивое снабжение населения незаменимыми продуктами питания и играющая основную роль в наращивании экспортного потенциала страны. Особая роль ее определяется значимостью этой группы продуктов как важного источника белков животного происхождения в рационе питания человека. Наиболее ценным в структуре данных белковых соединений является то, что они имеют не только хорошо сбалансированный аминокислотный состав, но и наиболее близкий к составу аминокислот белков человека. Необходимо также выделить и социальный аспект молочной промышленности — во многих городах и сельских населенных пунктах молочные сельскохозяйственные и перерабатывающие организации являются одними из основных работодателей. В структуре промышленности Республики Беларусь молочная отрасль занимает 4,7 %. В расчете на один гектар сельскохозяйственных угодий у нас производится 7,1 центнера молока, что примерно соответствует уровню Польши, Литвы. Молочная промышленность вырабатывает цельномолочную продукцию, сметану в основном из свежего молока с частичным использованием (главным образом в зимний период) порошковых молокопродуктов, а также масло сливочное, сыры (твердые и мягкие), сухое обезжиренное молоко (СОМ), заменители цельного молока (ЗЦМ), мороженое, молочные консервы, казеин. В период вхождения Беларуси в состав СССР в молочной промышленности преобладали в основном крупные предприятия, продукция была ориентирована на общесоюзный рынок. В расчете на душу населения Беларусь производила молока больше, чем многие европейские страны. Переход к рыночным отношениям существенно изменил роль и место молочных предприя­ тий в системе общественного воспроизводства. Большинство из них стали самостоятельными хозяйствующими субъектами рынка, началась приватизация государственного имущества. Основная масса предприятий осуществила изменение своей формы собственности (через разгосударствление), крупные и средние предприятия были преобразованы в открытые акционерные общества (ОАО). За последние несколько лет в молочной промышленности появились различные виды интеграционных формирований, многие перерабатывающие организации объединились с сельскохозяйственными предприятиями, животноводческими комплексами и комбикормовыми заводами. В настоящее время преобладающими формами собственности являются смешанная и частная, на долю которых приходится около 75 % в общем числе всех предприятий молочной промышленности. В 2010 г. в молочной отрасли насчитывалось 69 организаций и обособленных подразделений различных по мощности и технической оснащенности. Основная часть мощностей по производству масла животного (96,9 %), выработке сыра сычужного (99,7 %), производству цельно- 20 № 2 (16) 2012 технологии пищевых производств молочной продукции (96,4 %) находится в подчинении местных и республиканских исполнительных органов управления [1]. Особенностью молочной отрасли является то, что мощности в течение года загружены неравномерно. Это определяется сезонностью производства молока в сельскохозяйственных организациях. Как свидетельствуют статистические данные и наглядно демонстрирует построенный по ним график, белорусская сезонность производства молока такова: минимальное производство приходится на осень-зиму и максимальное — летом (рис. 1). Рис. 1. Производство молока по месяцам в хозяйствах всех категорий Республики Беларусь (2011 г.) В 2006–2010 гг. предприятиям молочной отрасли удалось сохранить тенденцию по наращиванию объемов производства. В 2010 г. по сравнению с 2005 г. общий объем продукции молочной промышленности увеличился в 2,1 раза (рис. 2). Рис. 2. Динамика общего объема производства продукции молочной отрасли (в сопоставимых ценах 2010 г.) В результате технического перевооружения молочных предприятий и повышения степени комплексного использования сырья расширился ассортимент выпускаемой продукции. С учетом возрастающего спроса населения освоены новые виды продукции с высокой добавленной № 2 (16) 2012 21 пищевая промышленность: наука и технологии стоимостью: сычужные сыры европейского уровня, сливочное масло «Элитное», поставляемое на экспорт, новые виды продуктов с использованием вторичного сырья, что обеспечивает экономию ресурсов и увеличивает на 4–5 % выпуск продукции из 1 т сырья. За период 2006–2011 гг. увеличилось производство цельномолочной продукции — на 24,5, масла животного — на 19,0, сыра жирного — на 46,3 % (табл.). Таблица. Производство основных видов молочной продукции в натуральном выражении, тыс. т * Вид молочной продукции 2006 г. 2007 г. 2008 г. 2009 г. 2010 г. 2011 г. 2011 г. в % к 2006 г. Цельномолочная продукция (в пересчете на молоко) Масло животное Сыр жирный Консервы молочные 1281,7 87,6 101,0 219,6 1326,3 82,3 110,0 214,1 1331,7 98,0 127,6 251,8 1305,7 116,1 134,1 220,9 1494,2 98,6 146,3 285,9 1596,2 104,2 147,8 294,6 124,5 119,0 146,3 134,1 *Данные Национального статистического комитета Республики Беларусь. Республика Беларусь относится к странам с относительно высоким уровнем потребления молочных продуктов. Однако спрос на молочную продукцию удовлетворяется не полностью, потребление большинства видов молокопродуктов ниже рекомендуемых норм рационального потребления. В 2010 г. потребление молока и молочных продуктов составило 247 кг при рациональной норме 353 кг. Основным фактором, определяющим потребление молокопродуктов, является платежеспособность населения, зависящая от денежных доходов населения и уровня розничных цен. Низкая платежеспособность обусловливает низкий спрос на продукты, имеющие более высокие цены (йогурты, пудинги, продукты с биодобавками). В формировании спроса на молочную продукцию большое значение имеет и консерватизм потребителей, который выражается в покупке продукции, имеющей знакомое название. На уровень потребления молочных продуктов существенное влияние оказывает и местность, в которой проживает население. Так, в сельской местности потребление молока и молокопродуктов примерно на 10 % выше, чем в городских поселениях. Уровень развития и эффективность функционирования молочной промышленности напрямую зависят от уровня и эффективности развития сырьевой базы, объемов производства, закупок и поставок на переработку молока. Следует отметить, что в настоящее время поставки сырья носят нестабильный характер, имеет место невысокое качество сырья, что в свою очередь отрицательно сказывается на работе как сельскохозяйственных, так и перерабатывающих предприятий. Из-за дефицита сырья производственные мощности большинства молочных заводов используются лишь на 60–70 %, что, в свою очередь, снижает ассортимент и качество вырабатываемой продукции. Сырьевые зоны, находящиеся вблизи молочных заводов, не могут полностью обеспечить их сырьем, а приобретение импортного сырья предприятиям невыгодно, так как на это приходится расходовать дефицитные валютные средства. Неэффективное развитие сырьевой базы и недостаток сырья для загрузки производственных мощностей является одним из важнейших факторов, сдерживающих развитие молочной отрасли. Одной из основных причин сложившегося положения в молочном подкомплексе является отсутствие налаженных связей между производителями сырья и перерабатывающими предприятиями. Большая часть молочных организаций не имеет собственной сырьевой базы, а следовательно, недоиспользует свои производственные мощности. Наряду с дефицитом сырья одной из самых актуальных является проблема технического переоснащения молочной промышленности. В отрасли, особенно на предприятиях малой мощности, эксплуатируется значительное количество устаревшего, физически изношенного и малопроизводительного оборудования. Уровень используемой техники и технологий отстает от 22 № 2 (16) 2012 технологии пищевых производств развитых зарубежных стран на 15–20 лет. Конкурентоспособное производство могут обеспечить не более 20–25 % установленного оборудования. Износ основных производственных фондов по отрасли в 2011 г. составил 48 %. Очевидно, что при таком износе производственные фонды не приносят желаемых результатов по обновлению техники и технологий, не позволяют организовать современные производства. Использование устаревшей техники и технологий на отечественных молочных предприятиях приводит к высоким издержкам. Направляемые средства на техническое перевооружение предприятий носят в основном локальный характер, обеспечивающий сохранение материально-технической базы в рабочем состоянии и не решают во­ просов коренной модернизации производства. Для технического и технологического перевооружения производства, обновления и расширения ассортимента в отрасли не хватает финансовых средств. В 2010 г. объем инвестиций в молочную отрасль составил чуть более 610 млрд руб. Такие объемы инвестиционных ресурсов крайне недостаточны при таких накопившихся нерешенных проблемах, как замена устаревшего оборудования, внедрение новейших технологий. Необходимо отметить, что если ранее техническое перевооружение предприятий осуществлялось преимущественно за счет бюджетных либо централизованных фондов, то теперь эти источники практически отсутствуют. Собственными средствами предприятия в достаточной мере не располагают, а кредитные средства (особенно долгосрочные) использовать не выгодно вследствие высоких процентных ставок [3]. Одной из основных проблем молочной промышленности является ее высокая материалоемкость. В структуре затрат на производство продукции наибольший удельный вес занимают материальные затраты (в 2011 г. — около 80 %), из них 75 % приходится на сырье и материалы, около 4 % — на топливно-энергетические ресурсы. Отсталые и энергоемкие технологии не по­ зволяют обеспечить снижение энерго- и теплоемкости продукции на предприятиях отрасли. Молоко и молокопродукты являются одной из основных статей экспорта АПК. Так, в 2011 г. объем экспорта масла сливочного составил более 270 млн долларов США, молока и сливок сгущенных — 510,3, казеина — 56,4, молочной сыворотки — 44,6 млн долларов США. Необходимо отметить, что экспорт молокопродуктов составляет 50 % от всего производимого в стране молока и молочной продукции в пересчете на молоко. В целом экспорт молокопродуктов в нашей республике значительно превышает объемы импорта. За 2006–2011 гг. значительно расширилась и география экспорта молочной продукции из Беларуси. Если в 2005 г. молокопродукты реализовывались в основном только в Россию, Литву и Польшу, то к 2011 г. прибавились Бангладеш, Венесуэла, Египет, ОАЭ, Саудовская Аравия, Сирия, Турция, Филиппины, Япония. В соответствии с Республиканской программой развития молочной отрасли на 2010–2015 гг. основной целью развития на предстоящее пятилетие является улучшение обеспечения республики молоком и молокопродуктами, повышение их качества, увеличение объемов экспорта. Наиболее рентабельной и востребованной продукцией на внешних рынках, в частности на российском, в настоящее время является сыр жирный, сухое обезжиренное молоко, казеин. Особенно большим спросом у российских покупателей пользуется сыр жирный. В этой связи наращивание производства сыра и увеличение его доли в структуре переработки молока является перспективным направлением в отечественной молочной промышленности. По предварительным расчетам, отпускная цена 1 т сыра на экспорт составляет 5019–5020 долларов США, а 1 т масла животного — 4700–4800 долларов США. Расход молока-сырья на производство 1 т сыра — 9 т, а на производство 1 т масла животного — 22 т. Себестоимость 1 т вышеназванных продуктов в среднем была одинакова. В то же время рентабельность реализованной продукции оказалось по маслу животному –1,3 %, а по сыру твердому — более 25 %. Другим не менее перспективным направлением экспорта является увеличение производства сухого обезжиренного молока. Большие сроки годности данного продукта могут позволить гибко маневрировать запасами и осуществлять поставки даже в географически удаленные государства. В 2010 г. экспорт сухого обезжиренного молока составил более 60 % от общего производства. Рентабельность реализованной продукции находилась на уровне 60 %. Вместе с тем № 2 (16) 2012 23 пищевая промышленность: наука и технологии потенциала производственных мощностей отечественных молочных организаций в связи с технологическими особенностями недостаточно для выпуска вышеназванных продуктов, что вызывает неизбежность создания новых. Одним из направлений повышения конкурентоспособности и роста экспорта является осуществление эффективной экспортной политики. Опыт зарубежных стран указывает на широкие возможности государства в области стимулирования экспорта. Оно может оказывать предприя­ тиям содействие в выходе на зарубежные рынки, в продвижении новых товаров, например посредством поддержки их участия в выставках, снабжения необходимой рыночной информацией, а также совершенствования законодательства, решения вопросов гарантий и страхования, правовой защиты на рынках, стимулирования производства наукоемкой и потенциально конкурентоспособной продукции [2]. В целях повышения конкурентоспособности предстоит повысить качество и потребительские свойства молочной продукции, улучшить ее оформление и упаковку с учетом требований рынка, активизировать работу по внедрению стандартизации и сертификации, совершенствовать системы качества на предприятиях в соответствии с международными стандартами ИСО серии 22000, 18000, 14000 и НАССР. Приоритетным направлением развития молочной промышленности должна стать интенсификация производства на основе технического и технологического перевооружения предприятий, внедрения инноваций. При этом модернизация должна осуществляться не разрозненными техническими средствами, а технологическими линиями и комплексами, позволяющими обеспечить комплексную переработку сельскохозяйственного сырья, снизить материалоемкость продукции, повысить ее конкурентоспособность и обеспечить рост производительности труда. Без решения этой проблемы невозможно преодолеть технологический разрыв с зарубежными производителями и повысить конкурентоспособность вырабатываемой продукции. В настоящее время основной проблемой в молочной промышленности является недостаток сырья, в частности отечественного. Наблюдается несоответствие между объемами закупок животноводческого сырья в зонах действия молочных предприятий и их производственными мощностями, поэтому они оказываются не полностью загружены. Выходом из создавшейся ситуации может стать создание вертикально интегрированных компаний, что позволит получить тесную и взаимовыгодную связь между животноводством и переработкой, значительно снизить импорт сырья. Следует заметить, что в Республике Беларусь за последние несколько лет появились различные виды интеграционных формирований, многие молокоперерабатывающие организации объединились с птицефабриками, животноводческими комплексами. Например, ОАО «Агрокомбинат "Дзержинский"», СПК «Агрокомбинат "Снов"», МРУП «Агрокомбинат "Ждановичи"», ОАО «Гроднохлебопродукт», ОАО «Могилевхлебопродукт». Главное в функционировании подобных структур — прослеживание технологического цикла «сырьевая зона — производство — переработка и сбыт готовой продукции». В этом вопросе основную регулирующую и координирующую роль должно играть государство как путем выработки действенного и стимулирующего законодательства, так и посред­ ством организационного участия в создании крупных интегрированных структур. Необходимо ускорить создание вышеназванных структур путем дальнейшего формирования агропромышленных объединений, агрокомбинатов, агропромышленно-финансовых групп, деятельность которых должна строиться на принципах кооперации, единства экономических целей и согласованности интересов перерабатывающих, сельскохозяйственных, финансовых и торговых организаций. Именно объединение даст возможность экономически слабым организациям улучшить свое финансовое положение, приблизиться к требованиям рынка и предлагать соб­ ственную продукцию на выгодных условиях. На основе интеграции сельскохозяйственных предприятий и предприятий молочной промышленности предусматривается создание компактных сырьевых зон, что обеспечит значительную экономию при перевозке сырья и полную загруженность перерабатывающих мощностей. 24 № 2 (16) 2012 технологии пищевых производств К другим бесспорным преимуществам крупных объединений относятся возможность приобретать и эффективно использовать современные дорогостоящие машины и оборудование из-за наличия большего объема финансовых ресурсов, чем у мелких производителей; высокая инвестиционная привлекательность, позволяющая прибегать к заимствованиям на фондовом рынке; более благоприятные условия для привлечения кредитных ресурсов из-за значительной совокупной стоимости основных фондов; расширенные возможности для осуществления инновационных процессов, начиная от модернизации технологических процессов и заканчивая совершенствованием методов организации и управления молочной отраслью; наличие возможностей организации замкнутого цикла производства, переработки продукции и последующей самостоятельной реализацией продукции в целях вытеснения посредников и увеличения прибыли; наличие возможности привлечения высококвалифицированных и высокооплачиваемых руководителей и специалистов [4]. В настоящее время, как показывает зарубежный опыт, наибольший экономический эффект в рыночных условиях обеспечивают финансово-промышлленные группы (ФПГ). Именно здесь происходит значительная концентрация материальных и финансовых ресурсов, что позволяет создать систему капитала с сильным производственным началом, обеспечить конкурентные преимущества диверсифицированного бизнеса и занять достойную нишу на рынке молочной продукции. Интеграция производственного и финансового капитала в рамках ФПГ, является одним из основных условий их формирования и эффективного функционирования. Подобное взаимодействие капиталов позволяет финансово-промышленным группам обеспечить своих участников постоянным потоком финансовых средств, превращая накопленный финансовый капитал в эффективные инвестиции. Следует отметить, что ФПГ является коммерческой структурой, имеющей право заниматься управлением холдинг-компаниями, финансовым посредничеством, производством сельскохозяйственного сырья и продукции из него, оптовой и розничной торговлей, управлением недвижимым имуществом, грузоперевозками. Реализация намеченных мер позволит улучшить качество молочных продуктов, что будет достигаться путем увеличения объемов и улучшения характеристик сельскохозяйственного сырья, более полной загрузкой производственных мощностей предприятий. Без решения этой проблемы невозможно преодолеть технологический разрыв с зарубежными производителями и повысить конкурентоспособность вырабатываемой продукции. литература 1. Народное хозяйство Республики Беларусь: статистический сборник / Министерство статистики и анализа Республики Беларусь. — Минск: ИВЦ Национального статистического комитета Республики Беларусь. — 2011. — 372 с. 2. Алексеенко, А. В. Современный подход к качеству продукции / А. В. Алексеенко // Пищевая промышленность. — 2006. — № 5. 3. Республиканская программа развития молочной отрасли на 2010–2015 гг. 4. Гусаков. В. Завоевать мир лучше в компании / В. Гусаков // Белорусская нива. — 2010. — 22 сент. — С. 7. Рукопись статьи поступила в редакцию 25.04.2012 E. V. Sokolovskaya The milk industry of the Republic of Belarus: analysis of trends and strategic landmarks of development Analysis of the milk industry’s state is given in the article from 2006 to 2010. Dynamics the milk industry’s product production, production costs, state of the main production funds, effectiveness of production, investment activity were investigated there. Trends and main problems of the industry were identified/ Ways to improve production efficiency, raw and prepared production were scheduled. № 2 (16) 2012 25 пищевая промышленность: наука и технологии УДК 663.32 В статье рассматриваются вопросы использования современных технологических прие­ мов в технологии производства слабоалкогольных напитков — фруктово-ягодных сидров, Технологический процесс спиртового брожения плодово-ягодного сырья, применения фермент­ ных препаратов и винных дрожжей позволяет получить продукцию с объемной долей этилового спирта от 1,5 до 6,9 % с сохранением биологически активных компонентов, содержащихся в свежих плодах и ягодах, а также сократить производственные потери сырья и материалов. Влияние Ферментативного катализа и винных дрожжей на качественные показатели фруктово-ягодных сидров РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию», г. Минск, Беларусь Л. А. Ткачук, старший научный сотрудник — руководитель группы по винодельческой отрасли отдела технологий ликеро-водочной, винодельческой и пивобезалкогольной продукции, старший научный сотрудник Т. М. Тананайко, начальник отдела технологий ликеро-водочной, винодельческой и пивобезалкогольной продукции, ведущий научный сотрудник, кондитат технических наук, доцент К. А. Алексанян, заместитель начальника отдела технологий ликероводочной, винодельческой и пивобезалкогольной продукции, старший научный сотрудник О. Л. Зубковская, старший научный сотрудник группы по винодельческой отрасли отдела технологий ликеро-водочной, винодельческой и пивобезалкогольной продукции, старший научный сотрудник Брестский филиал ЗАО «Минский завод виноградных вин», г. Брест, Беларусь Л. Ч. Бурак, директор Переход к рыночным отношениям и усиленный приток на белорусский рынок зарубежных товаров, в том числе и компонентов для производства слабоалкогольных напитков, выявил низкий уровень эффективности имеющихся технологий и ряд проблем, связанных с качеством и безопасностью выпускаемой продукции. Слабоалкогольный напиток является одним из распространенных продуктов, употребляемых такой социальной группой, как молодежь. В настоящее время наблюдается стабильный процесс переориентации части населения на потребление более высококачественных натуральных продуктов питания, в том числе и слабоалкогольных напитков. Плодово-ягодное сырье, произрастающее в Беларуси, является той сырьевой базой, которая позволяет создать новое направление в виноделии — фруктово-ягодные сидры с объемной долей этилового спирта естественного брожения от 1,5 до 6,9 % с сохранением биологически ценных компонентов, содержащихся в плодах и ягодах. Фруктово-ягодный сидр обладает более высокой пищевой ценностью по сравнению с крепленой алкогольной продукцией. Полезные свойства сидра обусловлены его химическим составом: высоким содержанием органических кислот, фенольных и минеральных веществ (макрои микроэлементов), витаминов и др. Вещества, накапливаемые в плодах, ягодах, действуют на организм мягче, чем синтетические препараты, физиологическая активность их шире. Напитки, приготовленные на натуральном плодово-ягодном сырье, гарантируют безопасность их потребления, вызывая приятные эмоциональные ощущения. 26 № 2 (16) 2012 технологии пищевых производств Целью научных исследований являлось изучение влияния ферментативного катализа и винных дрожжей на качественные характеристики сидровых материалов и разработка новых видов фруктово-ягодных сидров с повышенной биологической ценностью. Многолетними исследованиями установлено, что получение высококачественных натуральных виноматериалов, имеющих хорошо выраженный сортовой аромат и вкус, возможно при условии применения современных эффективных технологических приемов на стадиях технологического процесса, начиная от переработки плодово-ягодного сырья до хранения виноматериалов и розлива винодельческой продукции. Процесс изготовления сидровых материалов сопровождается протеканием ферментативных, в первую очередь, окислительных процессов, интенсивность и направление которых во многом зависят от исходного состава плодов и ягод, степени измельчения сырья, ограничения контакта субстрата с кислородом, а также других режимов переработки. Ингибирование фермента­тивных окислительных процессов может достигаться раз­личными технологическими приемами: тепловой инактивацией ферментов, частичным удалением из среды собственных ферментов и их субстратов, использованием ферментных препаратов, активных антисептиков, созданием анаэробных условий и др. Одним из современных эффективных технологических приемов переработки плодово-ягодного сырья является применение ферментативного катализа. Способствуя снижению вязкости сока, обработка ферментными препаратами позволяет максимально извлечь экстрактивные, красящие, ароматообразующие и другие соединения, что положительно влияет на органолептические характеристики и качественные показатели готовой продукции. Применение ферментных препаратов приводит к увеличению общей суммы фенольных соединений, содержание которых играет большую роль в производстве пищевых продуктов. Фенольные соединения являются важными биологически активными веществами: определяют Р-витаминную активность вин, обладают противовоспалительным, антиаллергическим, кардио- и гепатопротективным, гиполипидемическим, противоопухолевым и радиопротекторным действием. Флавоноиды рассматриваются в качестве наиболее перспективных соединений для создания высокоэффективных полифункциональных продуктов питания. Широкий спектр их биологической активности обусловлен регулирующим влиянием на деятельность ряда ферментных комплексов, а также способностью оказывать антиоксидантное и мембраностабилизирующее действие. Содержание фенольных соединений, коррелирует со степенью окисленности. Механизм окисления различных форм фенольных соединений напрямую связан с ферментативным катализом, при котором выбор ферментного препарата определяется поставленной задачей, структурно-анатомическими особенностями плодово-ягодного сырья и параметрами технологического процесса. Необходимость выработки научных подходов при ферментативной обработке диктуется проблемами, с которыми сталкиваются изготовители винодельческой продукции: высоким содержанием пектина, крахмала или других полисахаридов в плодах и ягодах, затрудняющих процесс сокоотделения. Другим важным аспектом переработки является разработка технологических приемов, обеспечивающих максимальное экстрагирование биологически активных компонентов из плодово-ягодного сырья без ухудшения качества сока. Для установления оптимальных технологических параметров проводили серию экспериментов по ферментативной обработке яблок и семи наименований плодов и ягод, произрастающих в Республике Беларусь, — вишни, клубники, малины, черноплодной рябины, черной смородины, черники и клюквы. В результате аналитических исследований ферментных препаратов, предлагаемых на рынке Беларуси, для проведения экспериментальных работ были отобраны следующие: Фруктоцим колор, Sihazym МК, Sihazym Р5, Рапидаза пресс. Характеристика ферментных препаратов приведена в табл. 1. Исследования проводили по следующей схеме: тестирование соков на наличие пектина; установление дозировки ферментных препаратов; № 2 (16) 2012 27 пищевая промышленность: наука и технологии переработка плодов и ягод с применением различных схем обработки мезги; сравнительный анализ различных схем переработки; выбор оптимальных схем ферментативной обработки для каждого вида плодов и ягод. Таблица 1. Характеристика ферментных препаратов Наименование препарата Характеристика препарата Фруктоцим колор Ферментный препарат пектолитического действия. Концентрированный препарат пектиназы, полученный из штамма Aspergillus niger Ферментный препарат комплексного действия. Состоит из пектиназы, гемицеллюлазы, целлюлазы и арабиназы, полученных из штамма Aspergillus niger Высококонцентрированный препарат пектолитического действия, полученный из штамма Aspergillus niger. Состоит из пектиназы Ферментный препарат комплексного действия, полученный из селекционированного штамма Aspergillus niger. Состоит из пектиназы и гемицеллюлазы Sihazym МК Sihazуm Р5 Рапидаза Пресс Тестирование сока на наличие в нем пектина. В плодах и ягодах содержится различное количество пектина, наличие которого является определяющим при выборе схемы обработки плодово-ягодной мезги. С целью установления оптимальных схем переработки исследуемых плодов и ягод с учетом принципов действия ферментных препаратов были проведены исследования на содержание пектина в соке исследуемых плодов и ягод. Тестирование проводили в лабораторных условиях путем добавления этилового ректификованного спирта в свежеотжатый сок и осторожного перемешивания. Через 10 мин визуально по объему гелевых включений определяли содержание пектина. В результате тестирования отмечено, что в исследуемых плодах и ягодах содержится значительное количество пектина, за исключением плодов черноплодной рябины. Оптимальные дозы ферментных препаратов, предназначенных для обработки исследуемых видов плодово-ягодного сырья, приведены в табл. 2. Таблица 2. Оптимальные дозы ферментных препаратов для обработки плодово-ягодной мезги Наименование плодово-ягодного сырья Вишня, клубника, клюква, малина Рябина черноплодная Смородина черная Черника Наименование ферментного препарата и оптимальная доза применения, мл/дал Фруктоцим колор Sihazym МК Sihazуm Р5 Рапидаза Пресс 4,0–5,0 2,0–3,5 4,0–5,0 4,0–5,0 9,5–10 7,0–7,5 9,5–10 9,5–10 7,5–8 4,0–4,5 7,5–8,0 7,5–8,0 2,0–3,0 1,0–1,5 2,0–3,0 2,0–3,0 Обработку ферментными препаратами проводили путем добавления их на стадии получения мезги и проведения ферментации при различных параметрах обработки. Экспериментально исследовали следующие схемы обработки мезги: схема 1: обработка ферментным препаратом при температуре от +18 °С до +25 °С; схема 2: обработка ферментным препаратом при температуре от +45 °С до +55 °С; схема 3: обработка ферментным препаратом с последующим подбраживанием на мезге; схема 4: обработка теплом при температуре от +55 °С до +65 °С, самоохлаждение до температуры от +45 °С до +55 °С с введением ферментного препарата. По завершении процесса ферментации определяли содержание фенольных веществ. Результаты испытаний приведены на рис. 1 и 2. 28 № 2 (16) 2012 технологии пищевых производств Рис. 1. Динамика содержания фенольных веществ в образцах вишневого, клубничного и клюквенного соков в зависимости от схем обработок № 1–4 Рис. 2. Содержание фенольных веществ в образцах малинового, черничного, черносмородинового и черноплоднорябинового соков после обработок по схемам 1–3 Исходя из данных, представленных на рис. 1 и 2, и сравнительного анализа результатов обработок плодово-ягодной мезги выявлены следующие зависимости: для вишневого, клубничного, черничного, черносмородинового и малинового соков максимальное извлечение фенольных веществ можно получить при применении схемы 3 — комбинированного способа обработки мезги ферментным препаратом с последующим подбраживанием, для клюквенного и яблочного — при применении схемы 2 — проведении процесса ферментации при температуре от +45 °С до +55 °С, черноплоднорябинового — при применении схемы 1 обработки при температуре от +18 °С до +25 °С. № 2 (16) 2012 29 пищевая промышленность: наука и технологии В табл. 3 приведены ферментные препараты, обеспечивающие наибольшее накопление фенольных веществ при переработке плодово-ягодного сырья. Таблица 3. Ферментные препараты, используемые для переработки конкретных видов плодово-ягодного сырья Наименование плодов и ягод Вишня Клубника Клюква Малина Черника Черная смородина Черноплодная рябина Яблоки Ферментный препарат Фруктоцим колор, Рапидаза Пресс Sihazym Р5 Фруктоцим колор Sihazym МК Фруктоцим колор Фруктоцим колор Фруктоцим колор Sihazym МК Результаты исследований позволяют сделать вывод о том, что ферментативный катализ, интенсифицируя процесс экстрагирования фенольных веществ, создает условия обогащения готовой продукции — фруктово-ягодных сидров — биологически активными веществами и положительно влияет на формирование органолептических характеристик вкуса, аромата и широкого диапазона соломенно-золотистого и рубиново-красного спектра окраски сидровых материалов. По окончании процесса ферментации определяли количество сусла-самотека и количество прессовой фракции, сумма объемов которых составила выход сока из заданного количества мезги. На основании исследований проводили сравнительный анализ нормируемого выхода сока с выходом, полученным в результате применения различных схем обработок плодово-ягодной мезги. Так, при переработке вишни сверхнормативный выход сока составил от 3,0 до 7,0 %, клубники — от 3,3 до 9,0 %, клюквы — от 3,2 до 6,0 %, малины — от 3,0 до 8,0 %, черноплодной рябины — от 3,1 до 5,0 %, черной смородины — от 3,5 до 11,0 %, черники — от 4,5 до 9,0 % Таким образом, по результатам проведенных научных исследований в целях внедрения на предприятиях винодельческой отрасли технологии фруктово-ягодных сидров, обогащенных биологически активными веществами, рекомендованы схемы обработки мезги различных видов плодов и ягод в соответствии с табл. 4. Таблица 4. Оптимальные схемы переработки плодово-ягодного сырья Наименование плодово-ягодной мезги Технологические схемы Вишня 1. Обработка ферментным препаратом Фруктоцим колор с последующим подбраживанием на мезге 2. Обработка теплом при температуре от +55 °С до +65 °С, самоохлаждение до температуры от +45 °С до +55 °С с введением ферментного препарата Рапидаза Пресс Клубника Обработка ферментным препаратом Sihazym Р5 с последующим подбраживанием на мезге Клюква Обработка ферментным препаратом Фруктоцим колор при температуре от +45 °С до +55 °С Малина Обработка ферментным препаратом Sihazym МК с последующим подбраживанием на мезге Черника Обработка ферментным препаратом Фруктоцим колор с последующим подбраживанием на мезге Черная сморо- Обработка ферментным препаратом Фруктоцим колор с последующим подбражидина ванием на мезге Черноплодная Обработка ферментным препаратом Фруктоцим колор при температуре от +18 °С рябина до +25 °С Яблоки Обработка ферментным препаратом Sihazym МК при температуре от +45 °С до +55 °С 30 № 2 (16) 2012 технологии пищевых производств Вторая часть научных исследований была посвящена использованию рас чистых культур дрожжей, препаратов активных сухих винных дрожжей. Целью этой серии экспериментов являлось изучение зависимости температуры и продолжительности спиртового брожения, проведение сравнительной оценки качественных показателей при изготовлении сидровых материалов из яблок сорта Антей с использованием различных видов дрожжей. Образцы яблочных сидровых материалов изготавливали с использованием активных сухих дрожжей (АСД) — LALVIN V 1116, SIHA-Aktiv-Hefe 8 — и расы чистой культуры дрожжей (ЧКД) Сидровая 101. Приготовление образцов яблочного сидрового материала осуществляли путем подготовки сусла, приготовлением разводки ЧКД, реактивации препаратов АСД и проведением спиртового брожения. Для обеспечения объемной доли этилового спирта естественного брожения в сброженном соке 6,7 % сахаристость сусла повышали путем добавления сахара до массовой концентрации 116,7 г/дм3 соответственно (относительная плотность D = 1,036). Для питания дрожжей перед брожением в сусло задавали хлористый аммоний из расчета 0,25 г/дм3. Реактивацию АСД проводили в питьевой воде с температурой +35 °С при гидромодуле 1:10, оставляли на 20–30 мин, затем перемешивали для равномерного распределения клеток по всему объему суспензии. Количество вносимых в яблочное сусло дрожжей составило 0,2 г/дм3 при проведении брожения при температуре +22 °С и 0,3 г/дм3 — при температуре +15 °С. Разводку ЧКД готовили по схеме, принятой в винодельческой отрасли. Брожение яблочного сусла с использованием АСД и ЧКД проводили в термостате при температуре +22 °С и +15 °С. В ходе процесса брожения контролировали динамику изменения относительной плотности (D) сусла. Результаты исследований представлены в табл. 5. Таблица 5. Технологические параметры проведения брожения яблочного сусла № образца 1 2 3 4 5 6 Наименование дрожжей Температура брожения, °С Массовая концентрация сахаров, г/дм3 Длительность брожения, суток Относительная плотность по окончании процесса брожения +22 116,7 +15 116,7 5 4 7 10 9 16 0,996 0,996 0,997 0,996 0,996 0,997 LALVIN V 1116 SIHA-Aktiv-Hefe 8 Сидровая 101 LALVIN V 1116 SIHA-Aktiv-Hefe 8 Сидровая 101 Зависимость длительности брожения яблочного сусла от температуры брожения и вида винных дрожжей представлена на рис. 3. В приготовленных яблочных сидровых материалах определяли органолептические и физикохимические показатели. Результаты исследований яблочных сидровых материалов приведены в табл. 6–8. Таблица 6. Органолептические характеристики яблочных сидровых материалов Наименование образца Образец № 1 Образец № 2 Образец № 3 Образец № 4 Образец № 5 Образец № 6 № 2 (16) 2012 Наименование дрожжей Органолептическая характеристика LALVIN V 1116 Чистый, свежий аромат, с выраженным яблочным тоном во вкусе SIHA-Aktiv-Hefe 8 Гармоничный, свежий с ярко-выраженным ароматом свежего яблока Сидровая 101 Аромат яблочный, простого сложения, с легкой горчинкой во вкусе LALVIN V 1116 Вкус мягкий, полный, с легким ароматом яблока SIHA-Aktiv-Hefe 8 Аромат гармоничный, винно-яблочный, мягкий во вкусе Сидровая 101 Чистый, легкий, винный аромат, выраженный яблочный тон во вкусе 31 пищевая промышленность: наука и технологии Рис. 3. Динамика периода брожения сусла Таблица 7. Физико-химические показатели яблочных сидровых материалов Наименование дрожжей LALVIN V 1116 SIHA-Aktiv-Hefe 8 Сидровая 101 LALVIN V 1116 SIHA-Aktiv-Hefe 8 Сидровая 101 Температура брожения, °С Массовая концентрация сахаров, г/дм3 Массовая концентрация титруемых кислот, г/дм3 22 22 22 15 15 15 1,4 1,2 2,3 1,2 1,3 2,8 9,4 8,7 9,5 9,6 8,9 9,8 Массовая конценОбъемная трация летучих доля этилового кислот, спирта, % г/дм3 0,20 0,13 0,23 0,17 0,14 0,26 6,6 6,7 6,4 6,7 6,7 6,5 Таблица 8. Содержание токсичных микропримесей в яблочных сидровых материалах Наименование дрожжей LALVIN V 1116 SIHA-Aktiv-Hefe 8 Сидровая 101 LALVIN V 1116 SIHA-Aktiv-Hefe 8 Сидровая 101 Температура брожения, °С Ацетальдегид, мг/дм3 Этилацетат, мг/дм3 Метанол, % Высшие спирты, мг/дм3 22 22 22 15 15 15 82,0 127,3 113,9 55,1 28,6 27,6 9,2 6,7 9,4 3,6 3,6 3,0 0,0055 0,0039 0,0037 0,0020 0,0023 0,0015 208,8 332,7 194,6 88,5 116,3 91,3 Зависимость массовой концентрации глицерина от температуры брожения и расы дрожжей представлена на рис. 4. По результатам исследований установлено, что понижение температуры брожения до +15 °С вызвало увеличение времени брожения для всех исследованных культур дрожжей (с 5–7 до 9– 16 суток) и некоторому увеличению выхода этилового спирта. Так, активные сухие дрожжи LALVIN V 1116 и SIHA-Aktiv-Hefe 8 способствовали повышенному по сравнению с ЧКД Сидровая 101 выходу этилового спирта при температуре +22 °С (6,6 и 6,7 % соответственно) и при +15 °С (6,7 %) полностью выбраживали содержащийся в сусле сахар, что не наблюдалось при использовании ЧКД Сидровая 101 (массовая концентрация остаточного сахара составила 2,3 и 2,8 г/дм3). 32 № 2 (16) 2012 технологии пищевых производств Рис. 4. Динамика содержания глицерина Из данных, приведенных в табл. 5, следует, что активные сухие дрожжи SIHA-Aktiv-Hefe 8 в условиях эксперимента проявляют выраженную кислотопонижающую способность. Активные сухие дрожжи LALVIN V 1116 обеспечивают массовую концентрацию титруемых кислот в диапазоне 9,4–9,6 г/дм3 в зависимости от температуры брожения. Массовая концентрация летучих кислот сброженных с использованием активных сухих дрожжей и ЧКД соков не превышает нормативных требований. Анализ полученных результатов испытаний вторичных продуктов брожения, представленных в табл. 6 позволяет сделать вывод, что содержание в сидровом материале ацетальдегида, этилацетата, высших спиртов в большей степени зависит от природы использованных дрожжей и условий проведения процесса брожения. Понижение температуры брожения до +15 °С, независимо от используемых дрожжей, приводит к уменьшению образования высших спиртов, ацетальдегида, этилацетата и метанола и увеличению содержания глицерина. При использовании активных сухих дрожжей содержание высших спиртов, ацетальдегида, этилацетата и метанола ниже, чем при использовании расы чистой культуры, что является несомненным преимуществом препаратов АСД. Использование активных сухих дрожжей позволяет получать сидровые материалы с повышенным содержанием глицерина в сравнении с ЧКД Сидровая 101, т. е. активные сухие дрожжи обладают способностью при понижении температуры брожения стимулировать образование глицерина. Анализ полученных результатов испытаний позволяет сделать вывод о том, что динамика накопления глицерина, содержание которого во многом влияет на формирование органолептических свойств сидра, свидетельствует о прямой зависимости содержания глицерина и температуры брожения. На основании результатов проведенных исследований разработана технология изготовления фруктово-ягодных сидров и технологические инструкции на новые виды сидров «Яблочновишневый», «Яблочно-клубничный», «Яблочно-малиновый», «Яблочно-черничный», «Яблочно-черносмородиновый», «Яблочно-клюквенный» и «Яблочно-черноплоднорябиновый», в рецептурном составе которых соотношение ягодного и яблочного сидровых материалов обеспечивает обогащение сидров биологически активными веществами. Внедрение технологии фруктово-ягодных сидров на винодельческих предприятиях республики позволит частично заменить импортные слабоалкогольные напитки, произведенные с применением ароматизаторов и красителей, и создать конкурентоспособную продукцию, обладающую питательной ценностью и полезными свойствами, предназначенную для рынка ближнего и дальнего зарубежья. № 2 (16) 2012 33 пищевая промышленность: наука и технологии Литература 1. Юрченко, Л. А. Роль биохимических процессов при изготовлении сидровых материалов / Л. А. Юрченко // Биохимия яблочного виноделия. — Минск, 1983. — С. 29. 2 Риберо-Гайон, Ж. Механизмы брожений / Ж. Риберо-Гайон, Е. Пейно // Теория и практика виноделия. — М, 1979. — С. 316–347. 3 Литовченко, А. М. Стабильность сидровых материалов / А. М. Литовченко // Технология плодово-ягодных вин. — Симферополь, 2004. — С. 91. Рукопись статьи поступила в редакцию 02.02.2012 L. A. Tkachuk, T. M. Tananaikо, K. A. Aleksanyan, O. L. Zubkovskaya, L. Ch. Burak Influence enzymatic catalysis and wine yeast ON QUALITY INDICATORS Fruit-berry CIDER The article examines the use of modern technological methods of production technology of soft drinks — fruit and berry ciders, The process of alcoholic fermentation of fruit and berries, the use of enzyme preparations and wine yeast yields products with a volume fraction of ethanol from 1,5 to 6,9 % with preservation of biologically active components in fresh fruits and berries, as well as to reduce the loss of production of raw materials УДК 664.121 При хранении сахарной свеклы в естественном состоянии, без применения специальных приемов консервирования продолжается ее жизнедеятельность. Поддержание жизнедея­ тельности на минимальном уровне является обязатель­ным условием, при соблюдении которого только возможно сохранение сырья с минимальными потерями. В статье приведены результаты исследования влияния химических и биологически активных препаратов на сохранность корнеплодов сахарной свеклы при хранении в промышленном кагате. Приведены результаты исследования физико-химического состава и технологического качества корнеплодов до и после их хранения с использованием химических и биологически активных препаратов. ХРАНЕНИЕ КОРНЕПЛОДОВ САХАРНОЙ СВЕКЛЫ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ХИМИЧЕСКИХ И БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫХ ПРЕПАРАТОВ Украинский научно-исследовательский институт сахарной промышленности, г. Киев, Украина Л. И. Чернявская, доктор технических наук, старший научный сотрудник, заведующая отделом сырья, контроля и учета производства РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию», г. Минск, Беларусь О. К. Никулина, заведующая научно-исследовательской лабораторией сахарного производства Для эффективной работы предприятий сахарной промышленности большое значение имеет обеспечение их качественным сырьем в течение всего производственного сезона, переработка 34 № 2 (16) 2012 технологии пищевых производств которого позволила бы получить максимально возможный выход сахара при одинаковых или меньших производственных затратах. Повышение технологических качеств сахарной свеклы и ее устойчивости к различным заболеваниям в периоды вегетации и хранения — актуальные проблемы в свеклосахарной отрасли. Хранение свеклы в естественном состоянии сопрово­ждается рядом физических, химических и физиологических процессов, тесно взаимосвязанных между собой. При определенных благоприятных условиях проявляется также нежелательная микробиологическая активность. При хранении сахарной свеклы в естественном состоянии имеет место протекание следующего комплекса процессов: 1) биофизические: изменение массы, плотности и объемной массы, скважистости вороха свеклы; 2) биохимические: процессы диссимиляции, объемные процессы, измене­ния химического состава корнеплодов; 3) физиологические: дыхание, прорастание, старение тканей, защитные реакции корнеплодов; 4) микробиологические: процессы разложения свекловичной ткани и ком­понентов свекловичного сока под действием патогенных микроорганизмов. Так как физические, биохимические и физические процессы при хранении свеклы неизбежны, то задача специалистов сводится к правильному и своевременному их регулированию. Основную роль в ухудшении качества сырья в период хранения играют микробиологические процессы. Загнивание корнеплодов в кагатах — одна из главных причин потерь массы и сахарозы, а также резкого снижения качества сырья. Содержание сахарозы в свекле, пораженной кагатной гнилью, резко падает. При переработке гнилая ткань усложняет экстракцию сахарозы, фильтрование соков и кристаллизацию, увеличиваются потери сахарозы в производстве и ее содержание в мелассе. Многочисленные примеры из практики хранения свеклы свидетельствуют о том, что загнивание корнеплодов в кагатах подчас является главной причиной потерь свекломассы и сахара, а также резкого снижения качества сырья. Даже на локальное заболевание, вызванное внедрением патогена в растительную ткань, реагирует весь организм, в результате чего у него меняется характер дыхания, деятельность ферментов и др. Образование гнили на корнеплодах сахарной свеклы зависит от их природной устойчивости, физического состояния самих корнеплодов, условий и длительности хранения, особенно от увядания и подмораживания — от степени потери корнеплодами влаги (увядание) и обводнения тканей (подмораживание). Вредоносность гниения корнеплодов в кагатах заключается в том, что кроме прямых потерь массы гнилая ткань, являющаяся продуктом жизнедеятельности микроорганизмов, не содержит сахарозы. В ней есть вещества, которые осложняют технологический процесс. Загнившие корнеплоды содержат в 17 раз больше редуцирующих веществ, а в подмороженной и оттаявшей свекле их в 3 раза больше, чем в неподмороженной. Каждый процент гнилой ткани вызывает снижение чистоты очищенного сока на 0,7 %, выхода сахарозы в среднем на 0,3 % (с колебаниями от 0,14 % до 0,5 %), повышение содержания сахарозы в мелассе на 0,1 % к массе свеклы. Расход сырья на единицу готовой продукции увеличивается на 2–3 %, при значительном содержании гнилой массы (больше 16 %) в пробе этот показатель повышается на 5–6 %. При переработке сахарной свеклы, пораженной кагатной гнилью, каждый процент гнили вызывает снижение сахаристости на 0,2 %, повышение содержания редуцирующих веществ на 0,4–0,97 %, увеличение общего содержания кислот в диффузионном соке на 0,07 ммоль/ 100 г сока, снижение натуральной щелочности на 0,017 % СаО, чистоты очищенного сока на 1,0 %, выхода сахара — на 0,27–0,3 %, нарастание цветности — на 15,8 ед. IСUMSA, повышение содержания сахара в мелассе — на 0,08–1,1 %, увеличение расхода сырья на получение 1 т сахара — на 0,36 %. № 2 (16) 2012 35 пищевая промышленность: наука и технологии Для свеклы с содержанием гнилой массы 10 % скорость кристаллизации сахарозы снижается в 4 раза, цветность сахара не удовлетворяет требованиям стандартов; а с содержанием гнилой массы 20 % скорость кристаллизации сахарозы снижается в 27 раз, и уже практически не представляется возможным извлечь сахарозу, имеющуюся в растворе. При переработке свеклы с загнившими, подмороженными и оттаявшими корнеплодами на диффузии усиливается активность ферментов соответственно в 9 и 14 раз. Деятельность фитопатогенной микрофлоры в тканях корнеплодов обычно не проявляется до тех пор, пока отсутствуют благоприятные для ее развития условия, а сами корнеплоды обладают высокой естественной устойчивостью. Однако с ухудшением условий хранения и снижением устойчивости корнеплодов против патогенов начинают развиваться микробиологические процессы, вызывающие быстрое отмирание и разложение свекловичной ткани. Использование естественного иммунитета корнеплодов сахарной свеклы в период хранения для защиты от болезней особенно важно в связи с механизацией уборочных работ и увеличением содержания корнеплодов с механическими по­вреждениями. Уровень потерь сахара при этом определяется не только интен­сивностью микробиологических процессов, но и характером и скоростью осуще­ствления в свекловичной ткани защитных реакций в ответ на микроскопические повреждения и поражения фитопатогенными микроорганизмами. При этом важное значение имеют изменения технологических качеств при хранении корне­ плодов сахарной свеклы: содержание сахарозы и накопление вредных для переработки несахаров, определяющих величину потерь сахара в производстве. В связи с этим проблема улучшения сохранности свекловичного сырья остается неразрешенной. Несмотря на вышесказанное, существуют эффективные, простые и мало затратные способы создания условий для хранения сахарной свеклы с минимальными потерями сахара и технологических качеств. Одним из перспективных в этом направлении, на наш взгляд, является использование такого элемента технологии хранения, как химическая обработка корнеплодов. Применение данного способа, способствуя сниже­нию прорастания и загнивания корнеплодов, а также интенсивности протекания других физиолого-биохимических процессов жизнедеятельности корнеплода, обеспечивает значительное снижение потерь сахара и технологических качеств в процессе хранения. Доступность, возможность полной механизации и автоматизации процесса применения химических обработок, высокая эффективность действия, простота практической реализации и малая затратность позволяют отнести химические способы к одному из наиболее важных и перспективных элементов технологии хранения. Для выявления наиболее эффективного препарата фунгицидного действия и его оптимальной концентрации на возбудителей кагатной гнили проводились микробиологические исследования. Все посевы культивировались на основе свекловичного агара с добавками химических препаратов исследуемых концентраций. В качестве контроля рассматривались посевы на чистых свекловичных субстратах. Каждый опытный образец высевался в две параллельные чашки Петри, на основе чего давался среднестатистический результат роста. Для установления фунгицидного действия исследуемых препаратов на возбудителей кагатной гнили на пораженной свекле делали вырезки поверхностного слоя ткани диаметром 4 мм и помещали в центр чашки Петри, наполненной питательным субстратом. Каждый посевной образец изначально принимался за 1 КОЕ (колониеобразующую единицу). Все чаши подписывались и помещались в термостат при температуре +24 °С. Так как возбудителями кагатной гнили в основном являются плесневые грибы, то в чашах Петри мы наблюдали их продуцирование по увеличению диаметра условной единицы. Наблюдения велись в течение 16 суток с момента посева через некоторые интервалы вре­ мени. 36 № 2 (16) 2012 технологии пищевых производств Развитие микроорганизмов в период хранения корнеплодов сахарной свеклы, а также угнетение их развития в зависимости от концентрации препаратов по всем исследуемым вариантам подчиняются пропорциональной зависимости и описываются уравнением y = bx + a. (1) Полученные экспериментальные данные были обработаны методами математической статистики. Получена четкая зависимость коэффициента регрессии как по длительности наблюдения, так и по концентрациям препаратов. С увеличением срока наблюдения возрастает и коэффициент регрессии, т. е. при более длительном хранении свеклы увеличение концентрации препарата на 0,1 % вызывает большее угнетение жизнедеятельности микроорганизмов (например, на 11-е сутки наблюдений с применением препарата «Гембар», увеличение его концентрации на 0,1 % позволяет снизить диаметр колонии серой плесени на 2,6 см, что составляет 29 % к контрольному ва­ рианту). Полученные коэффициенты и уравнения регрессии дают возможность прогнозировать в зависимости от сроков хранения и концентраций используемых для обработки свеклы препаратов уровень развития микроорганизмов на корнеплодах сахарной свеклы в период хранения. Микробиологические исследования влияния химических и биологически активных препаратов на возбудителей кагатной гнили показали, что применение препаратов оказывает заметное фунгицидное действие: применение препарата «КСД-2» способствует полному угнетению развития плесневых грибов, а при концентрации препарата 5 % полностью исключается возможность появления, роста и развития микроорганизмов; использование препарата «Гембар» концентрацией 0,15 % приводит к подавлению жизнедеятельности микроорганизмов, их роста и развития; при использовании препарата «Полидез Плюс» концентрацией 0,15 % и выше также наблюдается угнетение развития микроорганизмов, но в меньшей степени по сравнению с другими препаратами. Научно-исследовательской лабораторией сахарного производства в течение двух производственных сезонов проводились полупромышленные исследования изменения показателей технологического качества корнеплодов сахарной свеклы в зависимости от способа хранения (краткосрочное, среднесрочное или длительное) с применением биологически активных препаратов для обработки корнеплодов перед укладкой в кагат на хранение, и без применения обработки. Для этого производился отбор проб сахарной свеклы, поступающей на свеклоприемный пункт от свеклосдатчиков; формировались сеточные пробы корнеплодов сахарной свеклы массой 7–8 кг; сеточные пробы обрабатывались химическими и биологически активными препаратами, контрольный вариант — без обработки. Производилась укладка сформированных сеточных проб корнеплодов сахарной свеклы, обработанных препаратами и необработанных (контроль), в промышленный кагат на разные сроки хранения: краткосрочное (до 10 суток), среднесрочное (10–30 суток) и длительное (более 30 суток). Проводились лабораторные испытания проб корнеплодов сахарной свеклы перед укладкой на хранение с целью определения исходного качества свеклы по показателям химического состава и технологических качеств. Далее производилось изъятие партий сеточных проб после каждого срока хранения в кагате, проводились лабораторные испытания проб корнеплодов сахарной свеклы после хранения и осуществлялась обработка результатов. Средние показатели, характеризующие технологические качества сахарной свеклы в пробах корнеплодов по каждому способу хранения за 2 года, представлены в табл. 1. № 2 (16) 2012 37 пищевая промышленность: наука и технологии Таблица 1. Технологические показатели качества проб корнеплодов сахарной свеклы Содержание в свекле Свекловичный сок Длительность хранения сухих веществ, % к массе свеклы сахарозы, % к массе свеклы чистота, % Исходное качество 24,25 17,96 Краткосрочное Среднесрочное Длительное 24,25 24,12 23,87 17,91 17,78 17,49 Краткосрочное Среднесрочное Длительное 24,21 24,04 23,64 17,82 17,61 17,22 Краткосрочное Среднесрочное Длительное 24,22 24,06 23,73 17,87 17,71 17,36 Краткосрочное Среднесрочное Длительное 24,23 24,03 23,63 17,77 17,49 17,13 рН 89,73 6,4 КСД-2 89,36 6,4 89,07 6,4 88,70 6,3 Полидез Плюс 88,72 6,4 88,42 6,3 87,97 6,3 Гембар 89,06 6,4 88,76 6,3 88,49 6,3 контроль 88,43 6,4 88,16 6,3 87,72 6,3 Расчетные показатели содержание чистота выход коэффицисахара очищенсахара, % МБ ент извлечев меного к массе фактор ния сахаролассе, % сока, % свеклы зы, % к массе свеклы 93,90 1,67 15,49 21,6 86,2 93,60 93,36 93,00 1,74 1,79 1,85 15,37 15,19 14,84 22,6 23,5 24,9 85,8 85,5 84,9 92,93 92,71 92,29 1,89 1,92 1,98 15,12 14,89 14,44 25,0 25,8 27,4 84,9 84,6 83,9 93,33 93,08 92,79 1,80 1,85 1,88 15,27 15,07 14,68 23,6 24,5 25,7 85,4 85,1 84,5 92,60 92,38 92,06 1,96 1,98 2,02 15,01 14,71 14,31 26,1 27,0 28,2 84,5 84,1 83,6 Из табл. 1 следует, что химические препараты оказывают положительное влияние на сохранность сахарной свеклы, сахарозы в ней и ее технологические качества за период хранения. Например, расчетная величина выхода сахара снизилась соответственно, % к массе свеклы (абс.): при краткосрочном хранении на: 0,12 (15,49 — 15,37) % с применением КСД-2; 0,37 (15,49 — 15,12) % с применением Полидез Плюс; 0,22 (15,49 — 15,27) % с применением Гембар; 0,48 (15,49 — 15,01) % в контроле, без применения препаратов; при среднесрочном хранении на: 0,30 (15,49 — 15,19) % с применением КСД-2; 0,60 (15,49 — 14,89) % с применением Полидез Плюс; 0,42 (15,49 — 15,07) % с применением Гембар; 0,78 (15,49 — 14,71) % в контроле, без применения препаратов; при длительном хранении на: 0,65 (15,49 — 14,84) % с применением КСД-2; 1,05 (15,49 — 14,44) % с применением Полидез Плюс; 0,81 (15,49 — 14,68) % с применением Гембар; 1,18 (15,49 — 14,31) % в контроле, без применения препаратов. Снижение показателей технологического качества корнеплодов сахарной свеклы во время хранения по отношению к соответствующим показателям качества до хранения (абс.) представлено в табл. 2. Снижение потерь массы сахарной свеклы и сахарозы в ней по сравнению с контролем при различных способах хранения представлено в табл. 3. 38 № 2 (16) 2012 технологии пищевых производств Таблица 2. Снижение показателей качества корнеплодов во время хранения Длительность хранения Снижение содержания сахарозы в свекле, % Снижение показателей свекловичного сока чистоты, % Краткосрочное Среднесрочное Длительное 0,05 0,19 0,47 0,38 0,67 1,03 Краткосрочное Среднесрочное Длительное 0,15 0,35 0,74 1,01 1,31 1,76 Краткосрочное Среднесрочное Длительное 0,09 0,25 0,60 0,67 0,97 1,24 Краткосрочное Среднесрочное Длительное 0,19 0,48 0,83 1,30 1,58 2,02 рН Изменение расчетных показателей снижение сниувеличение чистоты жение содержания очищенвыхода сахарозы ного сока, сахара, в мелассе, % % % КСД-2 0,0 0,30 0,1 0,54 0,1 0,90 Полидез Плюс 0,0 0,98 0,1 1,19 0,2 1,61 Гембар 0,0 0,58 0,1 0,82 0,1 1,11 контроль 0,1 1,30 0,2 1,52 0,2 1,84 увеличение МБ фактора, % снижение коэффициента извлечения сахарозы, % 0,07 0,11 0,18 0,12 0,30 0,65 1,04 1,91 3,30 0,39 0,76 1,37 0,22 0,25 0,31 0,37 0,60 1,05 3,38 4,22 5,86 1,30 1,65 2,37 0,13 0,18 0,21 0,22 0,42 0,81 2,02 2,90 4,08 0,78 1,13 1,68 0,29 0,31 0,35 0,48 0,78 1,18 4,52 5,37 6,62 1,72 2,17 2,67 Таблица 3. Снижение потерь массы и сахарозы в корнеплодах по сравнению с контролем Длительность хранения Содержание саха- Снижение потерь сахарозы в свекле после розы при хранении по Коэффициент извлехранения, % к массе сравнению с контролем, чения сахарозы, % свеклы % к массе свеклы Краткосрочное Среднесрочное Длительное 17,91 17,78 17,49 Краткосрочное Среднесрочное Длительное 17,82 17,61 17,22 Краткосрочное Среднесрочное Длительное 17,87 17,71 17,36 Краткосрочное Среднесрочное Длительное 17,77 17,49 17,13 КСД-2 0,14 0,29 0,36 Полидез Плюс 0,05 0,12 0,09 Гембар 0,10 0,22 0,23 контроль — — — Снижение потерь массы сахарной свеклы при хранении по сравнению с контролем, % 85,8 85,5 84,9 0,04 0,26 0,42 84,9 84,6 83,9 0,02 0,10 0,33 85,4 85,1 84,5 0,05 0,09 0,25 84,5 84,1 83,6 — — — Приведенные результаты по исследованию важнейших показателей качества корнеплодов сахарной свеклы подтверждают, что испытанные химические препараты существенно улучшают условия хранения и сохранность корнеплодов сахарной свеклы. № 2 (16) 2012 39 пищевая промышленность: наука и технологии Изменение среднесуточных потерь сахарозы в корнеплодах сахарной свеклы, обработанных испытуемыми препаратами, в зависимости от применяемого препарата, по срокам хранения и по отношению к контролю приведены на рис. 1. Рис. 1. Среднесуточные потери сахарозы Из рис. 1 видно значительное снижение среднесуточных потерь сахарозы в пробах обработанных препаратами. Приведенные выше результаты по важнейшим показателям качества корнеплодов сахарной свеклы подтверждают, что испытанные химические препараты КСД-2, Гембар и Полидез Плюс существенно улучшают условия хранения и сохранность корнеплодов сахарной свеклы. Обработка препаратом КСД-2 позволяет снизить среднесуточные потери сахарозы при хранении на 0,008–0,010 % к массе свеклы, обработка препаратом Гембар — на 0,006–0,007 % к массе свеклы, а обработка препаратом Полидез Плюс — на 0,003–0,004 % к массе свеклы. Литература 1. Князев, В. А. Приемка и хранение сахарной свеклы по прогрессивной технологии / В. А. Князев. — М.: Легкая и пищевая промышленность, 1984. — 195 с. 2. Рубин, Б. А. Хранение сахарной свеклы / Б. А. Рубин. — М.: Пищепромиздат, 1946. — 300 с. 3. Хелемский, М. З. Технологические качества сахарной свеклы / М. З. Хелемский. — М.: Пищевая промышленность, 1973. — 253 с. 4. Чернявская, Л. И. Потери сахарозы и их снижение при хранении сахарной свеклы / Л. И. Чернявская // Сахар. — 2004. — № 5. — С. 24–27. Рукопись статьи поступила в редакцию 22.03.2012 L. I. Cherniavskaja, O. K. Nikulina STORAGE OF ROOT CROPS OF THE SUGAR BEET WITH USE OF CHEMICAL AND BIOLOGICALLY ACTIVE PREPARATIONS At storage of a sugar beet in a natural condition, without application of special receptions of conservation its ability to live proceeds. Ability to live maintenance on a minimum level is an obligatory ­condition, at which observance only and probably preservation of raw materials with the minimum losses. In article results of research of influence of chemical and biologically active preparations on safety of root crops of a sugar beet are resulted at storage in an industrial heap. Results of research of physical and chemical structure and technological quality of root crops before their storage with use of chemical and biologically-active preparations are resulted. 40 № 2 (16) 2012 технологии пищевых производств УДК 51-7: 664.8 В статье отражена роль проектирования и математического моделирования пищевых продуктов с ожидаемыми качественными характеристикам для пищевой индустрии. Описаны принципы и формализованные методы теории оптимизации состава пищевых продуктов с заданным комплексом показателей качества. Показана реализация задачи моделирования рецептур консервов для детского питания на фруктово-овощной основе профилактического назначения с применением программного обеспечения «MatModel», осуществленная в РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию». Оптимизация состава функциональных продуктов для детей раннего возраста: теоретические основы и практическое применение РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию», г. Минск, Беларусь Л. М. Павловская, начальник отдела технологий консервирования пищевых продуктов; О. Л. Шило, научный сотрудник отдела технологий консервирования пищевых продуктов Начиная с XX в. во всех областях человеческой деятельности — от бытовой до профессиональной (научной или производственной) сферы — наблюдается повсеместное применение компьютерной техники и информационных технологий, способствующих интенсификации процессов производства, снижению материальных затрат и трудоемкости, увеличению производительности труда, повышению качества товаров и услуг. В последние годы отмечена тенденция повышения интереса к использованию возможностей автоматизации и компьютеризации в пищевой промышленности. Компьютерное моделирование уже с успехом используется для представления технологических (преимущественно кинетических) процессов получения молочных продуктов, сахаров, при изготовлении пищевых добавок и др. Однако современный уровень производства продуктов питания требует внедрения научных достижений не только на этапе непосредственного изготовления изделия и контроля его качества, актуальным является применение компьютерных технологий для управления процессом проектирования рецептур новых товаров. Особенно актуально данное направление сегодня, когда приоритет во всем мире на стороне здорового образа жизни, в первую очередь — полезного питания, которое в разрезе концепции здорового питания, рассматривается как множество разнообразных функциональных пищевых продуктов. Комплекс качественных характеристик функционального продукта включает не только формальные требования к изделиям конкретной товарной группы, но и специфические показатели, определяющие функциональную активность изделия. Фактором, определяю­щим соответствие продуктов их ожидаемым свойствам, является обоснование их рецептурных составов. Научный подход к созданию продуктов определенной нутриентной формулы, которые по своей пищевой и биологической ценности максимально соответствуют физиологическим по­ требностям организма, а также конкретным профессионально-возрастным группам населения, предопределил развитие исследований, объединенных понятием «проектирование» продуктов питания. Российскими учеными А. М. Бражниковым, М. Н. Волгаревым, Н. Н. Липатовым и др., ставшими основоположниками такого научного направления, как конструирование качест­ ва комбинированных пищевых продуктов заданного состава, разработаны принципы и формализованные методы проектирования рациональных рецептур продуктов питания с заданным комплексом показателей пищевой ценности [1–3]. В научной литературе проблема проектирования продуктов с заданными свойствами позиционируется как задача оптимизации, которая заключается в определении соотношения сырье­ № 2 (16) 2012 41 пищевая промышленность: наука и технологии вых ингредиентов рецептурной композиции, обеспечивающего максимальное приближение значений оптимизируемых параметров к их эталонным уровням. Алгоритм решения задачи оптимизации состава пищевого продукта включает следующие этапы: 1) формирование массива критериев оптимизации; 2) установление их ограничений (в числовом выражении); 3) установление закономерностей формирования критериев оптимизации и разработка математической модели конструируемого продукта; 4) разработка алгоритма решения задачи; 5) оценка свойств полученного продукта (соотнесенная с эталоном); 6) выбор средств поиска решений. Первоначальным этапом оптимизации является формирование комплекса ожидаемых (желаемых, планируемых) показателей качества продукта, т. е. определение совокупности характеристик, обеспечивающих возможность нахождения массовых долей сырьевых ингредиентов в рецептуре при заданных разработчиком условиях. В научной литературе оперируют термином «критерий оптимизации», который равноценен традиционно употребляемому «показатель качества», одновременно употребляются следующие синонимы: оптимизируемые параметры/критерии/характеристики, параметры/ характеристики оптимизации, свойства продукта, показатели/критерии/уровни качества, качественные характеристики, ограничения, налагаемые на продукт и др. Преимущественно критериями оптимизации являются медико-биологические: содержание белков, жиров, углеводов, нутриентов и др., и функционально-технологические свойства (ФТС), под которыми понимают физико-химические характеристики, а также характеристики, обеспечивающие получение необходимой структуры, технологических и потребительских свойств продукта. Медико-биологические аспекты методологии оптимизации рецептур продуктов питания предусматривают формирование как качественных, так и формализованных требований в отношении элементного и витаминного составов продуктов, для которых заранее планируются некоторые функциональные свойства. Этап формирования массива критериев является основополагающим звеном методологии оптимизации рецептур, предопределяющим возможность создания изделия желаемого качества, при этом определение набора оптимизируемых параметров достаточно проблематично. Не менее важным этапом является рациональное наложение ограничений (в числовом выражении) на параметры оптимизации. Ограничения качественных критериев, характеризующих медико-биологический аспект свойств продукта, устанавливают в соответствии с требованиями ТНПА. В случае же, когда параметром, представляющим медико-биологические характеристики, является критерий оптимизации, обусловливающий проявление функциональных свойств, то значение данному параметру присваивается в соответствии с регламентирующими документами Министерства здравоохранения Республики Беларусь. В этом случае критерий оптимизации выражается преимущественно в виде массовой доли макро- или микронутриентов в продукте, соотнесенной с физиологической нормой потребления. Именно содержание эссенциального элемента в изделии в количестве, соответствующем суточной потребности или ее квоте, оценивается как адекватное желаемое значение критерия оптимизации. Реже критерием является соотношение нутриентов, а норматив принимается в соответствии с нормативными документами. Ограничения критериев оптимизации, отражающих ФТС, устанавливаются экспериментальным или расчетным путем. На данном этапе виртуально создается «идеальный» продукт — эталон, который обладает всеми заданными характеристиками, а достижение критериями оптимизации разработанного продукта уровней эталона является решением задачи оптимизации. Основной методологической проблемой математического моделирования оптимизации пищевых продуктов является установление и представление зависимостей формирования характеристик продукта [4]. 42 № 2 (16) 2012 технологии пищевых производств Учитывая, что в большинстве случаев критерий оптимизации — это массовая доля компонента в продукте, которая зависит от его содержания в сырьевых ингредиентах, то некоторый критерий оптимизации bi представляет собой содержание i-го компонента (белка, жира, витамина и др.) в продукте и определяется по формуле (1) [3, 5, 6]. Представление критериев в виде математических зависимостей наиболее удобно и распространено. CijXj, bi = (1) где bi — содержание i-го оптимизируемого компонента в разрабатываемом продукте, 1<i<m; Cij — массовая доля i-го оптимизируемого компонента в j-ом сырьевом ингредиенте; Xj — массовая доля j-го сырьевого ингредиента в рецептуре, 1<j<n; m — количество критериев оптимизации; n — количество сырьевых ингредиентов в рецептуре. Значения коэффициента Cij может быть выбрано из базы данных, стандартной библиотеки либо приниматься в соответствии со справочными или экспериментальными данными [3, 7–9]. Таким образом, модель пищевого продукта представляет собой комплекс критериев оптимизации, уровни которых ограничены разработчиком. Математически обобщенная модель продукта описывается системой линейных алгебраических уравнений вида (2): Xj = 1000 b1= C1jXj b2= C2jXj . (2) ….. bm= CmjXj Первое уравнение системы характеризует условие постоянства суммы весов ингредиентов рецептуры и может выражаться в процентах, долях единицы или натуральном выражении. Данное уравнение является необходимым условием решения системы. Уравнения 2…m — уравнения материального баланса по каждому оптимизируемому критерию, являются математическим выражением медико-биологических и/или технологических ограничений. Последнее уравнение системы является математической интерпретацией ФТС, Неизвестные Xf, Xl — массовые доли некоторых сырьевых ингредиентов, для которых формулируются ФТС. В качестве сырьевых компонентов может выступать зерновой продукт (мука, крупа), молочный продукт и др. Введение данного равенства в систему является обязательным условием ее решения в том случае, когда количество критериев оптимизации меньше количества сырьевых ингредиентов. На следующих этапах разрабатывают или подбирают уже имеющийся инструмент решения задачи при поставленных условиях. Общий вид алгоритма поиска решения задачи оптимизации представляет собой многоуровневую схему, в основу которой положен принцип рекурсивного цикла. Очевидно, что получение продуктов заданного качества требует достаточно высокотехнологичных решений — разработки математического обеспечения и программных алгоритмов его решения. После моделирования рецептурных композиций и получения продукта с комплексом заданных качественных характеристик проводят проверку «достоверности» результатов, которая обычно осуществляется путем комплексной оценки характеристик изделия с уровнями эталон- № 2 (16) 2012 43 пищевая промышленность: наука и технологии ного продукта. Данный этап является значимым элементом алгоритма оптимизации. Проверка близости свойств разработанной рецептуры продукта и эталона осуществляется различными способами. Наиболее распространены методы установления погрешностей или квалиметрическая модель оценки. Теоретические основы оптимизации состава пищевых продуктов были использованы при разработке и апробировании специализированного программного обеспечения, предназначенного для решения задач оптимизации рецептур гомогенных консервированных пищевых продуктов, в том числе консервов для детского питания. Работы выполнялись в РУП «Научнопрактический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию» («НПЦ по продовольствию»). Разработка консервов для детского питания профилактического назначения проводилась в соответствии с описанным выше алгоритмом. Первоначально был разработан массив критериев оптимизации, в который вошли медикобиологические и ФТС. Моделирование продукта профилактического назначения базировалось прежде всего на медико-биологическом параметре функциональной активности — массовой доле магния. Числовое ограничение данного критерия определяет достаточный уровень минерального вещества в продукте, соотнесенный с физиологической нормой потребления ребенка. В данном случае было принято, что для придания продукту направленного действия на организм ребенка, содержание магния должно составлять 21–35 мг/100 г. Медико-биологическими критериями качества проектируемого продукта определены следую­ щие — массовая доля сухих веществ, массовая доля жира, кислотность, числовые ограничения которых выбраны из диапазона формализованных. Получение разнообразной вкусовой гаммы возможно за счет использования не только фруктового и овощного сырья, но и путем его купажирования с зерновыми и молочными изделиями. Учет особенностей внесения указанных сырьевых ингредиентов предполагает введение в систему уравнений ФТС в следующей математической интерпретации: консистенция (структура) продукта, представляемая соотношением в продукте зернового ингредиента (крупы, муки, и др.) и воды; степень восстановления сухих сливок (до жирности питьевых сливок), описываемая соотношением сухого молочного ингредиента и воды. Коэффициенты уравнений ФТС определялись по результатам серии экспериментов и в соответствии с расчетом. На следующем этапе, оперируя числовой информацией о ценности сырьевых компонентов, принимая во внимание комплекс критериев оптимизации продукта для детей, рассматривая в качестве основных сырьевых ингредиентов малину, овсяную муку, сливки сухие и сахар, была разработана математическая модель рецептуры, которая имеет вид системы (3): Х1+ Х2+ Х3+ Х4+ Х5+ Х6=1000 8 Х1+ 96 Х2+ 91 Х3+ 99,85 Х4=24 1000 1,5 Х1=0,7 1000 42 Х2+ 60 Х3=4 1000 21 Х1+ 80 Х2+ 116 Х3=24 1000 (3) Уравнение 1 отражает сумму весовых частей ингредиентов, входящих в состав продукта. Уравнения 2–5 — уравнения материального баланса по критериям «массовая доля сухих веществ», «массовая доля титруемых кислот», «массовая доля жира», «массовая доля магния». 44 № 2 (16) 2012 технологии пищевых производств Уравнения 6–7 — математическая интерпретация ФТС: уравнение 6 описывает соотношение между количеством воды, используемой для приготовления смеси «мука+вода», и количеством овсяной муки. Данное соотношение характеризует оптимальное увеличение массы овсяной муки, обеспечивающей желаемую консистенцию готового продукта (для овсяной муки оптимальным является увеличение массы в 3,5 раза); уравнение 7 описывает соотношение между количеством воды, используемой для восстановления, и количеством восстанавливаемых сухих сливок. Исходя из того что жирность сухих сливок составляет 42 %, а жирность питьевых 20 %, то соотношение принято равным 1,1. Реализация поставленной задачи оптимизации осуществлялась при помощи специализированного программного обеспечения «MatModel», разработанного в «НПЦ по продовольствию». Диалоговое окно программы представлено на рис. 1. В основу работы данного программного продукта положен метод Гаусса (метод последовательного исключения переменных). Программа выполнена на языке Delphi. Рис. 1. Диалоговое окно программного обеспечения «MatModel» В результате решения задачи оптимизации состава консервов для детского питания профилактического назначения с помощью данной программы была получена рецептурная композиция, значение суммы относительных отклонений критериев оптимизации которой от эталона составило 0,11 %, что свидетельствует о высокой точности решения поставленной задачи, а следовательно, о высокой степени соответствия разработанного продукта эталону. Таким образом, в результате применения компьютерных технологий и специализированного программного обеспечение осуществлено математическое моделирование и проектирование консервов для детей раннего возраста с заданной функциональной активностью, обусловленной научно обоснованной нутриентной формулой. Полученные результаты характеризуются высокой степенью точности при минимальных временных затратах. Литература 1. Липатов, Н. Н. Предпосылки компьютерного проектирования продуктов и рационов питания с задаваемой пищевой ценностью / Н. Н. Липатов// Пищевая промышленность. — 1991. — № 7 — С. 4–9. 2. К вопросу оптимизации аминокислотного состава поликомпонентных продуктов с использованием методов вычислительной математики / Ф. В. Васильев [и др.] // Хранение и переработка сельхозсырья. –2002.–№ 2. — С. 58–61. № 2 (16) 2012 45 пищевая промышленность: наука и технологии 3. Беляева, М. А. Моделирование и оптимизация управления качеством мясных изделий в процессе инфракрасной тепловой обработки / М. А. Беляева // Хранение и переработка сельхозсырья.–2006. — № 9. — С. 64–65. 4. Николаева, С. В. Методы математического программирования моделей в условиях информационной неопределенности / С. В. Николаева // Хранение и переработка сельхоз­сырья. — 2006. — № 10. — С. 64–69. 5. Квалиметрические аспекты оптимизации многокомпонентных продуктов для детского питания / Р. И. Шаззо [и др.] // Хранение и переработка сельхозсырья. — 2010.–№ 9. — С. 44–46. 6. Проектирование функциональных свойств продуктов как один из подходов к научной основе комплексной технологии / Е. В. Григорьев [и др.] // Хранение и переработка сельхозсырья. — 2007. — № 3. — С. 59–62. 7. Моделирование и оптимизация адекватного питания с учетом индивидуальных медикобиологических требований / Ю. А. Ивашкин [и др.] // Хранение и переработка сельхоз­ сырья. — 2007.–№ 2. — С. 71–74. 8. Николаева, С. В. Программа оптимизации многокомпонентной рецептурной смеси / С. В. Николаева, И. М. Головин // Хранение и переработка сельхозсырья. — 2006.–№ 12. — С. 68–70. 9. Бессонова Л. П. Моделирование рецептур многокомпонентных продуктов питания / Л. П. Бессонова, Л. В. Антипова // Хранение и переработка сельхозсырья.–2008. — № 10. — С. 70–73. Рукопись статьи поступила в редакцию 26.04.2012 OPTIMIZATION OF THE FUNCTIONAL FOOD FOR INFANTS: THEORY AND PRACTICAL APPLICATIONS The article reflects the role of design and mathematical modeling of food products with the expected qualitative characteristics for the food industry. The principles and formalized methods of the optimization of food products with a specified set of quality indicators. While the implementation of Zan-simulation problem formulations for canned baby food, fruit and vegetable-based prophylactic use of by the software «MatModel», carried out in the Republican Unitary Enterprise «Scientific-Practical Center of the National Academy of Sciences of Belarus for food.» УДК 664.8.037 Рынок хлебобулочных изделий в мире претерпел значительные изменения, появилось новое направление в хлебопечении — производство данных продуктов широкого ассортимента. Прогнозы экспертов по развитию рынка замороженных хлебобулочных изделий самые оптимистические, темпы его роста в России достигают 25–30 % в год. Переход производителей Беларуси на новые технологии и производство замороженных хлебобулочных изделий для массового сегмента позволит повысить рентабельность производства этой категории продукции. ТЕХНОЛОГИЯ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЗАМОРОЖЕННЫХ ХЛЕБОБУЛОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ И ПОЛУФАБРИКАТОВ РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию», г. Минск, Беларусь Ю. С. Усеня, кандидат технических наук, старший научный сотрудник аппарата управления; К. И. Жакова, кандидат технических наук, ученый секретарь В последние десятилетия в пищевой промышленности интенсивно используются достижения холодильных технологий, позволяющие получать продукты и полуфабрикаты, предназначен- 46 № 2 (16) 2012 технологии пищевых производств ные для длительного хранения. В современных условиях проблема производства хлебобулочных изделий с пролонгированным сроком годности приобретает все большее значение, а одним из способов ее решения является производство замороженных хлебобулочных изделий. Технология приготовления хлебобулочных изделий с использованием процесса замораживания получила широкое распространение за рубежом [1]. Так, в странах Европейского союза замороженные хлебобулочные изделия и полуфабрикаты сегодня занимают порядка 80– 90 % всего хлебного рынка, в России — 10–15 %, объем их производства растет с каждым годом. В Республике Беларусь замороженные хлебобулочные изделия пока составляют незначительную часть в общем объеме их производства. Популярность новой технологии обусловлена тем, что она позволяет оперативно реагировать на потребности рынка в обеспечении населения свежими продуктами в широком ассортименте, централизованно контролировать качество и безопасность хлебобулочных изделий на стадии приготовления замороженных тестовых заготовок. Кроме того, такая технология дает возможность значительно расширить в местах реализации сеть сравнительно недорогих мини-пекарен с неполным набором оборудования. Исследованиям в области замораживания тестовых полуфабрикатов различной степени готовности и выпеченных хлебобулочных изделий из них посвящены работы отечественных и зарубежных ученых: Л. B. Кима, О. В. Тешителя, Р. Д. Поландовой, Н. В. Лабутиной, Л. И. Кузнецовой, J. Postolski, Z. Gruda, Е. Almaschi, К. Lorenz, W. Bushuk и др. В настоящее время замораживание применяют на различных стадиях производства хлебобулочных изделий. 1. Замораживание готовых к формованию тестовых заготовок. Данный этап технологического процесса заключается в делении после замеса теста на заготовки массой от 100 г до 3 кг, придания им максимально плоской формы для лучшего промораживания, после чего заготовки подвергают замораживанию. Замораживание тестовых заготовок осуществляется при температуре –35…–40 °С в течение времени, необходимого для достижения температуры в центре заготовки –10 °С. Продолжительность замораживания тестовых заготовок зависит от массы, формы, рецептуры, скорости движения воздуха и других факторов. Хранят замороженные полуфабрикаты при температуре –18…–14 °С в течение 4–18 недель. Размораживание (дефростация) замороженных тестовых заготовок происходит при температуре 0…–3 °С в течение 10–12 ч, при температуре +18...+20 °С — в течение 60–90 мин. Расстойка осуществляется при температуре +35...+38 °С с увеличением на 250–300 % продолжительности процесса по сравнению с традиционным [2, 3]. Замораживание готовых к формованию тестовых заготовок позволяет использовать закваски и опару, изготавливать изделия различной формы. Однако реализация данного варианта вызывает уменьшение влажности теста, что приводит к получению теста с более упругой консистенцией, а следовательно, к снижению выхода теста и необходимости использования улучшителей клейковины. 2. Замораживание тестовых полуфабрикатов после формования. При осуществлении данного процесса формовка изделий производится перед замораживанием, что позволяет значительно сэкономить место для хранения нерасстоенных полуфабрикатов, снизить их чувствительность к колебаниям температуры хранения. Однако при осуществлении данной стадии в пекарне необходим расстоечный шкаф. Кроме того, ключевым моментом процесса является соблюдение режима оптимальной расстойки полуфабрикатов. 3. Замораживание готовых к выпечке полуфабрикатов. Замораживание полуфабрикатов осуществляют после окончательной расстойки. В пекарню поступают заготовки, практически готовые к выпечке, однако они имеют малый срок хранения. Приготовление хлебобулочных изделий из замороженных заготовок высокой степени готовности можно осуществлять на различных предприятиях (хлебозаводах, мини-пекарнях, кафе и т. п.), оснащенных минимальным набором оборудования — морозильником и печью любой конструкции (микроволновой или пекарской), а также в домашних условиях. № 2 (16) 2012 47 пищевая промышленность: наука и технологии 4. Замораживание полуфабрикатов, подвергнутых частичной выпечке (технология частичной выпечки). Хлебобулочные изделия выпекаются практически полностью (до 90–95 % готовности), затем замораживаются, что позволяет проводить окончательную выпечку очень быстро в любое время суток (иногда достаточно простого размораживания полуфабрикатов, и обработки в СВЧпечи на торговой точке). В данном варианте практически исключается потеря объема хлебобулочных изделий, при окончательной выпечке готовая продукция лучше и дольше хранится (сохраняет свежесть). Однако недопеченные полуфабрикаты занимают больше места по сравнению с замороженными после формования изделиям. В общем виде дискретный технологический процесс приготовления замороженных заготовок высокой степени готовности и хлебобулочных изделий из них можно представить следующим образом: 1) на головном предприятии вырабатываются замороженные заготовки высокой степени готовности, которые и хранятся в таком виде до отправки заказчику; 2) замороженные заготовки машинами-рефрижераторами отправляются заказчику (минипекарням, кафе, торговым предприятиям и др.); 3) заказчиком осуществляется хранение замороженных заготовок в морозильной камере до момента реализации; 4) заказчик реализует либо замороженные упакованные заготовки, либо размораживает их, допекает и реализует в виде выпеченных хлебобулочных изделий. При выборе способа и скорости замораживания тестовых полуфабрикатов основной вопрос заключается в поддержании целостности оболочек дрожжевых клеток для сохранения осмотического механизма перемещения воды. Если это условие выполняется, в процессе замораживания-размораживания происходит водный обмен между дрожжевыми клетками и структурой теста (дегидратация вследствие образования льда и регидратация) и поддерживается обычная скорость брожения при расстойке (созревании). Остальная часть теста не содержит живых микроорганизмов, которые необходимо сохранить, однако клейковинная матрица, являющаяся высокофункциональным компонентом теста, должна сохранить свои реологические свойства. Чтобы замороженная клейковина могла восстановить свое исходное состояние, которое она имела в незамороженном тесте, его физико-химические свойства должны оставаться неизменными. Очевидно, что для этого при переходе из замороженного состояния в процессе размораживания требуется регидратация и минимальные повреждения от химических реакций и физического повреждения льдом в течение замораживания и низкотемпературного (холодильного) хранения [1, 3]. Оптимальные условия замораживания тестовых полуфабрикатов определяются на основе компромисса между жизнеспособностью дрожжевых клеток и повреждением структуры теста. Известно, что для жизнедеятельности дрожжей лучше более медленно замораживать тесто при –20 °С, чем при –40 °С, в то же время медленное замораживание вызывает проблемы, связанные с ослаблением теста и увеличением длительности расстойки [3]. Быстрое замораживание обычно дает приемлемый уровень жизнеспособности дрожжей с минимальным повреждением структуры теста [3]. Хранение замороженного теста при более низкой температуре по сравнению с температурой замораживания также увеличивает длительность расстойки теста и снижает объем хлеба. Следовательно, одним из оптимальных способов является быстрое замораживание тестовых полуфабрикатов в морозильной установке с интенсивным движением воздуха и последующим их хранением при температуре –18…–20 °С. Для этой цели идеально подходит метод поверхностного замораживания, поскольку он позволяет производить быстрое замораживание тестовых заготовок в течение короткого промежутка времени. Твердую массу (позволяющую сохранить форму) с температурой в центре от –7 °С до 0 °С образуют лишь 3–4 мм поверхностного слоя теста [1, 3]. Продолжительность процесса замораживания, необходимая для достижения этих параметров, зависит от температуры замораживания и размеров тестовой заготовки. Не- 48 № 2 (16) 2012 технологии пищевых производств зависимо от способа замораживания замороженное тесто должно постоянно (вплоть до момента размораживания для выпечки готового изделия) находиться при температуре, по возможности близкой к температуре хранения, т. е. не должны иметь место циклы замораживания-размораживания, которые существенно снижают жизнеспособность дрожжей и свойства теста. Стоит также отметить, что тесто без газа, будучи более плотным, обладает большей теплопроводностью, чем пористое разрыхленное тесто, и будет быстрее замораживаться до требуемой температуры. Это подчеркивает преимущество варианта «минимальная жизнедеятельность дрожжей до замораживания тестовых полуфабрикатов» [3–4]. В Российском ГосНИИХП проводены комплексные исследования по унификации технологии приготовления тестовых полуфабрикатов для замораживания. Специалистами института изучено влияние низкотемпературной обработки на жизнедеятельность дрожжей, структурномеханические свойства теста и клейковины, углеводный комплекс, в том числе при применении рецептурных компонентов, пищевых добавок и криопротекторов (вещества, защищающие живые объекты от повреждающего действия замораживания) [2]. Так, на сегодняшний день в Москве замороженные полуфабрикаты для хлебобулочных и кондитерских изделий и готовые изделия из них вырабатываются на хлебобулочных комбинатах «Звездный», «Серебряный бор», а также на ТПО «Русское бистро» и ТПО «Калинка Стокманн». Данная технология нашла свое применение и в пекарнях (ООО «Алго», ЗАО «СДОНИ», ООО «ВЭЛТ», ЗАО «Родекс» и др.). Использование технологии замороженных тестовых полуфабрикатов осуществляется в соответствии с технологической инструкцией на процесс приготовления быстрозамороженных полуфабрикатов для хлебобулочных изделий (изменения ГосНИИХП к «Сборнику технологических инструкций для производства хлеба и хлебобулочных изделий») [2]. В Республике Беларусь КУП «Минскхлебпром» выпускает замороженный хлеб (срок хранения — 6 месяцев) и замороженные торты (срок хранения — 3 месяца), которые перед употреблением требуется только разморозить, а также замороженные тестовые полуфабрикаты (срок хранения — 90 суток): замороженное слоеное тесто дрожжевое, замороженное слоеное тесто, основу замороженную для пиццы, тестовые заготовки замороженные для круассана, пиццу выпеченную замороженную. Однако выпуск данной продукции имеет пока ограниченный объем, так как не имеет широкого круга потребителей из-за отсутствия рекламы. Использование технологии замороженных тестовых полуфабрикатов является перспективным как для хлебозаводов, гипермаркетов, так и для заведений сектора HoReCa (гостиниц, ресторанов, кафе). Длительное хранение, простое использование и широкий ассортимент, отсутствие необходимости приемки изделий ежедневно, полная независимость от чужих пекарен делают замороженные хлебобулочные изделия весьма выгодным товаром. Хлебобулочные изделия становятся особенно привлекательными для потребителя, если они продаются свежими, ароматными и с хрустящей корочкой. Разница в производстве обычных и замороженных хлебобулочных изделий состоит из издержек на замораживание и хранение продукции (от 15 до 30 %), но при этом снижаются затраты на возвраты непроданной продукции, логистику и пр. Переход производителей хлебобулочных изделий Беларуси на новые технологии и увеличение объемов производства замороженных хлебобулочных изделий для массового сегмента является актуальным и имеет важное экономическое значение, так как позволит повысить рентабельность производства данной продукции. ЛИТЕРАТУРА 1. Sun, D-W. Vacuum Cooling of Foods. Emerging technologies for food processing / D-W. Sun, L. Zheng // Comp. Sun D-W. Dublin: Elsevier Ltd. — 2005. — Р. 579–602. № 2 (16) 2012 49 пищевая промышленность: наука и технологии 2. Апет, Т. К. Сырье и материалы хлебопекарного и кондитерского производства: учеб. пособие / Т. К. Апет, З. Н. Пашук. — Минск: Техноперспектива, 2009. — 364 с. 3. Кульп К. Производство изделий из замороженного теста / К. Кульп, К. Лоренц, Ю. Брюмер (ред.); пер. с англ.; под общ. ред. И. В. Матвеевой. — СПб.: Профессия, 2005. — 288 с. 4. Ауэрман, Л. Я. Технология хлебопекарного производства / Л. Я. Ауэрман. — СПб.: Профессия, 2005. — 416 с. Рукопись статьи поступила в редакцию 08.05.2012 Y. S. Usenia, K. I Zhakova MANUFACTURING TECHNIQUES OF THE FROZEN BAKERY PRODUCTS AND HALF-FINISHED PRODUCTS The market of bakery products there was a new direction in panification — production of the frozen bakery products of various compoundings. Forecasts on development of the market of the frozen bakery semi-finished products the most optimistic, rates of its growth in Russia reach 25-30 % a year. Transition of producers of bakery products of Republic of Belarus to new technologies and production of the frozen bread for a mass segment would allow to increase profitability of production. УДК 621.86.04 Рассмотрены безнапорные установки, которые с успехом широко применяются в пищевой промышленности, достоинства гидротранспорта, а также значения коэффициентов для различных продуктов и поверхностей трения, которые позволят производить расчеты гидротранспортных установок, определить параметры насосов, лотков и энергетических затрат. Исследование и расчет безнапорного гидротранспорта плодовоовощного сырья РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию», г. Минск, Беларусь З. В. Ловкис, член-корреспондент НАН Беларуси, доктор технических наук, профессор, генеральный директор; В. В. Чуешков, кандидат технических наук, ведущий инженер по охране труда В установках гидравлического транспорта продукт перемещается по трубопроводам или открытым желобам (лоткам) в потоке жидкости, как правило, воды. Для гидротранспорта могут применяться напорные и безнапорные установки, которые с успехом широко применяются в пищевой промышленности. К достоинствам гидравлического транспорта относятся высокая производительность и возможность транспортирования на большие расстояния без перегрузок несложного оборудования; возможность совмещения транспортирования с технологическими процессами, герметичность трассы перемещения; отсутствие на трассе механического оборудования, за исключением линейных перекачивающих насосных станций, возможность полной автоматизации; невысокая трудоемкость; высокие экономические показатели [1]. Принципиальная схема установки безнапорного гидротранспорта показана на рис. 1. Основными ее элементами являются гидротранспортер 3 в виде лотка, желоба или канала, устройство 2 для загрузки твердого материала в гидротранспортер, водовыпускной трубопровод 1 50 № 2 (16) 2012 процессы и аппараты пищевых производств и приемное устройство 4, в котором вода отделяется от твердого материала. При необходимости вода после приемного устройства может подаваться вновь с помощью центробежного насоса в головную часть гидротранспортера [3]. Рис. 1. Сема установки безнапорного гидротранспорта Такого типа установки широко применяются, на свеклосахарных заводах для подачи свеклы, на картофелеперерабатывающих заводах для подачи картофеля, на консервных заводах для транспортирования моркови, помидор, яблок и т. п. Гидравлическими транспортерами на свеклосахарных заводах свекла транспортируется с кагатных полей к главному корпусу сахарного завода. Гидравлический транспортер состоит из полевых, сборных и главных гидравлических транспортеров. Полевые лотки перекрывают специальными щитами, на которые укладывают кагаты свеклы. Под каждым кагатом обычно расположен один лоток. Полевые лотки сопрягаются со сборными уступом высотой 300–500 мм для предотвращения затопления водой неработающих полевых лотков. Уклон желоба должен обеспечить движение в нем гидросмеси со скоростью не менее 1 м/с. Весовая консистенция смеси, как показал опыт эксплуатации установок, должна составлять 1:4…1:7 (свекла — вода). Для предотвращения затопления неработающих желобов водой из магистрального желоба боковые желоба сопрягаются с магистральным уступом высотой 300–500 мм, имеющим вид небольшого быстротока. Обычно принимается прямоугольное сечение желоба с закругленными углами. Во избежание закупорки желоба свеклой ширина его принимается не менее 350 мм. Широко применяется также безнапорное гидротранспортирование при подаче картофеля с буртового поля в цехи картофелеперерабатывающих и крахмальных заводов. Гидротранспортеры в этом случае могут быть как одиночными, так и групповыми. Уклон желоба на прямых участках должен составлять 0,008–0,012, а на закруглениях — 0,01– 0,015 мм. Радиусы закруглений принимаются не менее 3 м. Желоба изготовливают прямоугольного сечения с плинтусами, доски с внутренней стороны тщательно остругивают и соединяют в шпунт или в четверть. Бетонные и кирпичные желоба штукатурят цементным раствором и гладко затирают. Бетонные желоба чаще всего изготовливают прямоугольного сечения с полукруглым или плоским основанием. Так как нижняя часть их часто засоряется, рекомендуется выполнять желоба прямоугольного сечения с округленными углами. Металлические желоба изготовливают из листовой стали толщиной 4–5 мм и, как правило, прямоугольного сечения с полукруглым или плоским основанием и округленными углами. Ширина желоба при гидротранспортировании картофеля должна быть не менее 180 мм, высота берется равной двойной ширине желоба. № 2 (16) 2012 51 пищевая промышленность: наука и технологии На некоторых заводах применяется безнапорное гидротранспортирование жома в металлических или цементных лотках. Уклон лотков при этом принимается равным 0,06–0,08, а консистенция смеси 1:2. Корнеплоды подаются в лотки после подрыва щитов частично самотеком (15–25 %), бульдозером, тракторной лопатой, а также конвейерным свеклоподавателем. Для обеспечения равномерной подачи свеклы применяются регуляторы, представляющие собой колеса-турникеты, пропускающие воду, но задерживающие излишки свеклы сверх требуемого количества для нормального хода процесса на заводе. Для прекращения подачи свеклы в лотках устанавливаются решетчатые затворы, а для улавливания камней, песка, мусора и т. д. устанавливаются камнеловушки и соломоловушки, принцип действия которых основан на гидравлическом разделении смеси на фракции по удельному весу. Применяется также гидравлический способ разгрузки свеклы из вагонов. Под действием сильной водяной струи свекла с потоком воды поступает в гидротранспортер, расположенный рядом с вагоном. В практике гидротранспортирования могут применяться разнообразные схемы установок, но любая установка обязательно будет состоять из устройства для приготовления и подачи гидросмеси, устройства по созданию напора, под воздействием которого гидросмесь должна перемещаться по желобу, и самого гидравлического транспортера [2]. Безнапорные установки, или гидравлические транспортеры (желоба), применяются для транспортирования огурцов, томатов, моркови, корнеплодов и других продуктов в смеси с водой к месту переработки из мест хранения. Для определения параметров дна и поперечного сечения желоба необходимо учитывать характерные параметры транспортируемого материала. В табл. 1 приведены основные характеристики овощного, плодового, ягодного сырья и рыбы: размеры (длина, ширина, толщина), плотность, насыпная масса являются основными, которые необходимы для расчета и проектирования гидравлических транспортных систем. Таблица 1. Характеристика транспортируемого сырья по открытым системам Продукт Горошек зеленый Горох лущеный Картофель Морковь Рыба: мелкая; средняя; крупная Свекла Томаты Яблоки Клюква, голубика Размер продукта (длина, ширина, толщина или эквивалентный диаметр), мм Ǿ 5–9 Ǿ 6,5 Ǿ 40–100 Длина 60–160 Ǿ 25–80 60×10×8 250×60×40 400×100×80 Ǿ 50–150 Ǿ 30–80 Ǿ 45–90 Ǿ 5–15 Плотность, кг/м3 Насыпная масса, кг/м3 1050–1100 1260 1100–1150 1070–1150 450–650 700–750 650–780 650 1050–1200 650–850 1100 1015–1030 1030–1050 980–1012 650–780 585–780 585–650 400–600 Гидравлический транспортер рассчитывают на основании известных из гидравлики законов движения жидкости, выражаемых следующими двумя формулами: 52 № 2 (16) 2012 процессы и аппараты пищевых производств где Q — секундный объем смеси (продукт+вода); м3/с; S — площадь поперечного сечения потока, м; v — скорость движения потока, м/с; С — коэффициент шероховатости; R — гидравлический радиус, равный отношению площади залитого сечения желоба S к длине смоченного периметра Р; R = S/P; i — уклон желоба, м/пог. м. Секундный объем смеси, транспортируемой гидравлическим транспортером, можно определить по формуле: где W — секундный расход воды, кг; q — секундный расход продукта, кг; γ — удельный вес воды, Н/м3; γ — 10000 Н/м3. Формулу можно написать в таком виде: Отношение W/q = m, показывающее, во сколько раз в смеси больше воды, чем транспортируемого продукта, назовем коэффициентом кратности. Уклон желоба определяется из формулы Шези: Откуда где С — скоростной коэффициент, учитывающий сопротивления, возникающие при движении потока гидросмеси; R — гидравлический радиус, м. Для определения коэффициентов трения скольжения различных продуктов по различным поверхностям была изготовлена лабораторная установка и проведены исследования коэффициентов трения скольжения по сухой и смоченной поверхностям лотков различных материалов (рис. 2). Рис. 2. Определение угла трения скольжения На основании полученных в результате эксперимента показателей коэффициентов трения (табл. 2) установлены показатели гидравлического уклона, величина кратности расхода воды для различных видов консервного сырья и скорости движения гидросмеси (табл. 3). Секундный расход продукта составит: № 2 (16) 2012 53 пищевая промышленность: наука и технологии . Уклон желобов должен составлять 8–12 мм на 1 пог. метр длины транспортера. Для нормальной эксплуатации гидравлических транспортеров радиусы закруглений должны быть не меньше 2,5–3,0 м, а расчетный уклон желоба должен точно выдерживаться по всей длине транспортера. Кроме того, воду в гидравлический транспортер следует подавать с определенной скоростью. Дно желоба транспортера необходимо расположить на 200 мм выше уровня воды в моечной машине. В условиях консервных заводов ширина русла гидравлического транспортера равна 400–600 мм, глубина — 700–800 м. Таблица 2. Коэффициенты трения скольжения Вид поверхности трения Продукт сталь оцинкованная сухая стекло рифленое сталь нержа­ веющая смоченсмосмоченсухая сухая ная ченная ная лоток асбестоцементный сухая смоченная сталь черная пластмасса сухая смоченная сухая смоченная Яблоко 0,404 0,466 0,344 0,268 0,213 0,488 0,364 0,424 0,325 0,364 0,306 0,249 0,532 0,404 0,445 0,344 0,287 0,364 0,231 0,287 0,466 0,488 0,268 0,325 Груша 0,424 0,488 0,306 0,325 0,268 0,445 0,325 0,727 0,466 0,325 0,364 0,287 0,488 0,364 0,839 0,51 0,424 0,466 0,364 0,404 0,424 0,466 0,268 0,306 Цитрусовые 0,325 0,364 0,268 0,268 0,231 0,268 0,231 0,344 0,268 0,287 0,306 0,249 0,325 0,268 0,364 0,325 0,268 0,325 0,213 0,268 0,325 0,364 0,213 0,268 Капуста 0,532 0,577 0,445 0,488 0,364 0,649 0,445 0,781 0,577 0,488 0,532 0,404 0,7 0,51 0,839 0,625 0,532 0,625 0,404 0,424 0,445 0,466 0,404 0,445 Огурец 0,781 0,839 0,532 0,532 0,577 0,577 0,532 0,649 0,7 0,625 0,577 0,7 0,625 0,577 0,7 0,839 0,781 0,839 0,649 0,7 0,675 0,7 0,488 0,532 Морковь 0,675 0,727 0,577 0,488 0,445 0,649 0,488 0,675 0,577 0,625 0,532 0,466 0,7 0,532 0,727 0,577 0,625 0,488 0,51 0,51 0,554 0,424 0,466 Картофель 0,51 0,554 0,445 0,532 0,51 0,532 0,445 0,7 0,625 0,466 0,577 0,532 0,577 0,488 0,754 0,532 0,577 0,445 0,466 0,466 0,577 0,466 0,51 Ягода Калина 0,466 0,51 0,424 0,424 0,404 0,466 0,384 0,839 0,7 0,466 0,466 0,445 0,488 0,424 0,9 0,727 0,7 0,781 0,554 0,625 0,532 0,577 0,466 0,51 Виноград 0,424 0,466 0,404 0,384 0,344 0,325 0,287 0,532 0,488 0,445 0,445 0,364 0,364 0,325 0,625 0,51 0,466 0,51 0,404 0,424 0,364 0,404 0,287 0,325 Таблица 3. Рекомендуемые данные для расчета гидротранспорта Уклон на участках, м/м Продукт Томаты, яблоки Свекла и другие корнеплоды Зеленый горошек Рыба прямых закругленных Коэффициент кратности расхода воды, кг/кг продукта Скорость движения гидросмеси в желобе, м/с 0,008–0,012 0,012–0,015 3–5 0,7–0,8 Не менее 0,012 0,01–0,015 0,01–0,02 0,015–0,015 0,015–0,020 0,015–0,025 4–6 3–5 6–8 0,65–1,0 Не менее 0,6 0,5–2,0 Расчет значений коэффициента С может быть проведен по формуле Маннинга: 54 № 2 (16) 2012 процессы и аппараты пищевых производств где п — коэффициент шероховатости (табл. 4). Таблица 4. Значения коэффициента шероховатости (n) Обстроганные доски, хорошо пригнанные Цементная поверхность Бетонная поверхность Нестроганные доски Тесовая кладка, хорошая кирпичная кладка Кирпичная кладка, бетонировка Старая кирпичная или бутовая кладка Поверхность, покрытая пластмассой 0,009 0,010 0,011 0,012 0,013 0,014–0,015 0,017–0,020 0,007–0,008 Потеря давления на преодоление сил трения при любом режиме течения: где — безразмерный коэффициент трения (табл. 5); L — длина трубопровода, м; d — диаметр трубы или эквивалентный диаметр канала, м; ξ — коэффициент потерь энергии по длине. Таблица 5. Значения коэффициента трения λ Шероховатость l, мм 0,2 0,5 1,0 25 50 0,0352 0,0508 0,0648 0,0285 0,0380 0,0509 Коэффициент трения λ в зависимости от ширины основания, мм 75 100 125 150 0,0253 0,0332 0,0418 0,0234 0,0304 0,0380 0,0221 0.0284 0,0352 0,0211 0,0270 0,0332 175 200 0,0202 0,0258 0,0316 0,0196 0,0249 0,0304 Таким образом, полученные опытным путем значения коэффициентов для различных продуктов и поверхностей трения позволят производить расчеты гидротранспортных установок, определить параметры насосов, лотков и энергетических затрат. Литература 1. Берлин, Н. П. Погрузочно-разгрузочные, транспортирующие и вспомогательные машины и устройства / Н. П. Берлин. — Гомель: Типография УО «БелГУТ», 2005. — 326 с. 2. Зенков, Р. Л. Машины непрерывного транспорта / Р. Л. Зенков, И. И. Ивашков, Л. Н. Колобов. — М.: Машиностроение, 1987. — 432 с. 3. Куприн, А. И. Безнапорный гидротранспорт / А. И. Куприн. — М.: Недра, 1964. — 160 с. Рукопись статьи поступила в редакцию 26.04.2012 Z. V. Lovkis, V. V. Chueshkov Research and calculation unpressure head hydrotransport fruit & vegetable raw materials Advantages of hydrotransport, and also value of factors for various products and surfaces of a friction which will allow to make calculations of hydrotransport installations are considered unpressure head installations which with success are widely applied in the food-processing industry, to define parametres of pumps, trays and power expenses. № 2 (16) 2012 55 пищевая промышленность: наука и технологии УДК 621.929:664.7 С целью исследования влияния оптимальных параметров смешивания, позволяющих получить зерновую смесь для производства спирта высокого качества, выполнено центральное композиционное ортогональное планирование эксперимента. По результатам экспериментов установлено, что наиболее значимыми факторами, которые влияют на качество смеси, являются частота вращения вала, угол установки лопасти и количество лопастей, а также получена математическая модель процесса смешивания. Анализ полученной модели и поверхности отклика позволяет рекомендовать следующие оптимальные параметры смешивания: угол наклона лопастей α=30–35°, частота вращения вала n=150–160 мин-1, количество лопастей z=3. Многофакторный эксперимент по оптимизации процесса смешивания зерновых материалов с жидкостью РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию», г. Минск, Беларусь З. В. Ловкис, член-корреспондент НАН Беларуси, доктор технических наук, профессор, генеральный директор; А. В. Садовская, аспирант дневной формы обучения Процесс смешивания широко применяется в различных отраслях пищевой промышленности для равномерного распределения компонентов в рабочем объеме смесителя. Особым значением процесс смешивания обладает в спиртовой промышленности, где от качества полученной на данном этапе зерновой смеси зависит интенсивность растворения сухих веществ зернового сырья, полное выделение крахмала на следующих этапах производства спирта, сокращение потерь сырья, экономия электроэнергии, повышение качества выпускаемой продукции и снижение себестоимости спирта. Основная задача при смешивании зерновых материалов с жидкостью при производстве спирта — обеспечение полного взаимодействия зернового помола с водой и получение однородной смеси, в которой отсутствуют комки. С целью повышения эффективности технологического процесса смешивания необходимо определить оптимальные параметры смешивания, позволяющие получить зерновую смесь для производства спирта высокого качества. Для исследования влияния параметров смешивания на качество смеси выполнено планирование эксперимента, в котором изучено влияние каждого из оцениваемых факторов и их взаимодействия. Теоретические исследования процесса смешивания показали, что на процесс смешивания наибольшее влияние оказывают три фактора: угол наклона диска α (X1,°), частота вращения вала смесителя n (X2, мин-1) и количество дисков z (X3). Диапазон варьирования значений фактора — угол наклона диска (α,°) определен по результатам анализа литературных данных и значению коэффициента трения скольжения по поверх­ ности диска. Значение частоты вращения вала смесителя (n, мин-1) определено исходя из технологического процесса смешивания. Количество лопастей (дисков) смесителя (z, шт.) определено исходя из параметров камеры смесителя и допустимого расстояния между дисками. В качестве критерия оптимизации процесса смешивания выбираем коэффициент качества смеси (К), выражаемый в баллах. Интервалы и уровни варьирования факторов представлены в табл. 1. Значения нормируемых факторов обозначены –1 и 1. Для описания процесса смешивания использовали полную квадратичную модель. В опытах реализован полный факторный эксперимент типа 23, матрица планирования которого представлена в табл. 2. 56 № 2 (16) 2012 процессы и аппараты пищевых производств Таблица 1. Уровни и интервалы варьирования факторов Обозначение фактора X1 X2 X3 Варьируемый фактор Единица измерения Основной уровень (x = 0) Интервал варьирования Нижний уровень (x = –1) Верхний уровень (x = 1) α n мин-1 135 10 50 220 z шт. 3 1 1 5 о 32,5 5 20 45 Таблица 2. Матрица планирования № опыта Точка плана ПФЭ 23 Опыты в звездных точках Нулевая точка 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Планирование x1 1 –1 +1 –1 +1 –1 +1 –1 –1,215 1,215 0 0 0 0 0 x2 Расчет x3 +1 +1 +1 +1 –1 +1 –1 +1 +1 –1 +1 –1 –1 –1 –1 –1 0 0 0 0 –1,215 0 1,215 0 0 –1,215 0 1,215 0 0 x1∙x2 x1∙x3 x2∙x3 x12—β x22—β x32—β +1 –1 –1 +1 +1 –1 –1 +1 0 0 0 0 0 0 0 +1 –1 +1 –1 –1 +1 –1 +1 0 0 0 0 0 0 0 +1 +1 –1 –1 –1 –1 +1 +1 0 0 0 0 0 0 0 1–β 1–β 1–β 1–β 1–β 1–β 1–β 1–β 1,476–β 1,476–β –β –β –β –β –β 1–β 1–β 1–β 1–β 1–β 1–β 1–β 1–β —β –β 1,476–β 1,476–β –β –β –β 1–β 1–β 1–β 1–β 1–β 1–β 1–β 1–β –β –β –β –β 1,476–β 1,476–β –β К полному факторному эксперименту добавляют опыты в звездных точках и в центре плана, а полученную при этом композицию используют для построения математического описания в виде многочлена второй степени [1, 2]. N — общее число опытов в эксперименте, с учетом звездных точек определяется по уравнению (1): , (1) где 2n — количество опытов, образующих полный факторный эксперимент (N0=2n); 2n — число «звездных» точек в факторном пространстве, имеющих координаты (±α, 0,0,…,0), (0, ±α,0,…,0),…(0,0,…, ±α), где α — плечо звездных точек; n0 — опыт в центре планирования, т. е. в точке факторного эксперимента с координатами (0,0,…,0); Для количества факторов n=3: . Плечо звездных точек, вычисляемых по формуле (2): № 2 (16) 2012 . (2) 57 пищевая промышленность: наука и технологии Количество оцениваемых параметров L уравнения регрессии (3): . (3) Уравнение регрессии примет вид (4): , (4) где β — коэффициент, вводимый для ортогональности плана (5): . (5) Эксперимент проводился с трехкратной повторностью (m=3). В табл. 3 представлены экспериментальные данные по определению качества получаемой смеси. Исследования проводились в экспериментальном образце смесителя с рабочим органом, состоящим из вала с эллипсными дисками, соотношение дробленого зерна с водой — 1:2,5. Таблица 3. Выходные значения качества процесса смеси Планирование Номер опыта 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 Среднее значение x12–β x22–β x32–β 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 0,746 0,746 –0,73 –0,73 –0,73 –0,73 –0,73 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 –0,73 –0,73 0,746 0,746 –0,73 –0,73 –0,73 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 0,27 –0,73 –0,73 –0,73 –0,73 0,746 0,746 –0,73 21 32 50 61 39 50 70 89 19 70 60 97 40 96 95 Обработка экспериментальных данных проводилась с помощью специализированной программы статистического анализа Statgraphics Plus for Windows. В результате обработки экспериментальных данных получено уравнение регрессии, описывающее зависимость исследуемого показателя качества смеси от выбранных факторов [3]. Влия­ ние каждого фактора и их взаимодействий отражено в виде карты Парето (рис. 1) и графика главных эффектов отклика (рис. 2). Карта Парето позволила установить значимые факторы и упростить вид уравнения регрессии. Влияние на качество смеси оказывают следующие факторы: частота вращения вала (n), количество дисков (z) и угол наклона диска (α). С ростом значения n, α, z сила влияния на параметр оптимизации возрастает. С увеличением α2 качество смеси будет уменьшаться. Графически влия­ ние рассматриваемых факторов на качество получаемой зерновой смеси представлено в виде поверхности отклика (рис. 3). Работоспособность модели подтверждается коэффициентом детерминации R-squared=92,49 %. 58 № 2 (16) 2012 процессы и аппараты пищевых производств Рис. 1. Карта Парето для функции качества зерновой смеси Рис. 2. Главные эффекты отклика для показателя качества смешивания Рис. 3. График поверхности отклика при фиксированном значении z=3 № 2 (16) 2012 59 пищевая промышленность: наука и технологии Анализ зависимостей, представленных на рис. 2–3, показывает, что зерновая смесь достигает наилучшего качества при угле установки лопасти в интервале от 30° до 35°, при возрастании частоты вращения вала качество смеси улучшается, однако энергетические затраты также возрастают, поэтому оптимальная частота вращения вала — 150–160 мин-1, с увеличением числа дисков смесителя улучшается качество смеси, однако увеличивается и материалоемкость смесителя, следовательно, наиболее рациональное количество дисков z=3. Получена математическая модель, отражающая зависимость качества смеси (К) от параметров технологического режима: K = –158,429 + 10,052 ∙ α + 0,247 ∙ n + 18,958 ∙ z – 0,147 ∙ α2 + + 0,001 ∙ α ∙ n + 0,05 ∙ α ∙ z – 0,0005 ∙ n2 + 0,007 ∙ n ∙ z – 2,421 ∙ z2. В табл. 4 представлены пределы изменения факторов функции оптимизации и их оптимальные значения. Таблица 4. Пределы изменения факторов оптимизации и их оптимальные значения Фактор Угол наклона лопасти, Частота вращения, мин-1 Количество дисков, шт. о Наименьшее значение Наибольшее значение Оптимальное значение 16,410 25,589 0,425 48,589 244,411 5,574 32,5 154,909 3,46157 Максимально возможное качество смешивания 95 % достигается при оптимальных параметрах: α=32,5°, частота вращения вала n=155мин-1, количество дисков z=3. Таким образом, по результатам экспериментов установлено, что наиболее значимыми факторами, влияющими на качество смеси, являются частота вращения вала смесителя, угол установки лопасти и количество дисков. Анализ полученной модели и поверхности отклика позволяет рекомендовать следующие оптимальные параметры смешивания: угол наклона лопастей α = 30–35°, частота вращения вала n = 150–160 мин-1, количество дисков z = 3. Полученная регрессионная модель позволяет определить направленность влияния факторов и их взаимодействий, а также определить оптимальный режим проведения процесса смешивания. ЛИТЕРАТУРА 1. Романюк, Ф. А. Теория и практика инженерного эксперимента: монография / Ф. А. Романюк, Б. А. Каледин. — Минск: БНТУ, 2007. — 352 с. 2. Адлер, Ю. П. Планирование эксперимента при поиске оптимальных условий/ Ю. П. Адлер, Е. В. Маркова, Ю. В. Грановский. — М.: Наука, 1976. — 278 с. 3. Бань, М. Ф. Планирование параметров экструзии нового продукта на основе отечественного растительного сырья / М. Ф. Бань, А. М. Мазур // Хлебопек. — 2007. — № 5. — С. 16–19. Рукопись статьи поступила в редакцию 16.05.2012 Z. V. Lovkis, A. V. Sadovskaya Multifactorial experiment of mixing process optimisation of grain materials with a liquid In order to investigate the influence of optimal mixing parameters, that allow to receive a grain mix for production of high quality alcohol, the central composite orthogonal planning of experiment is carried out. According to the results of experiments established that the most significant factors, that affect on the quality of the mixture are shaft rotating frequency, the angle of the blades slope and the number of blades, as well as the mathematical model of the mixing process is received. The analysis of the received model and response surface allows to recommend the following optimal parameters of mixing such as an angle of blades slope α =30-35°, rotating frequency of a shaft n=150-160 min-1, quantity of blades z=3. 60 № 2 (16) 2012 процессы и аппараты пищевых производств УДК 66.063.8 В статье проведен анализ этапа гидродинамической обработки зернового сырья при производстве спирта. Рассмотрена замена классических лопастных мешалок струйными мешалками в аппаратах гидродинамической и ферментативной обработки (ГДФО) в спиртовом производстве. Предложена схема экспериментальной установки для исследования силовых характеристик струи. Приведены результаты исследования силового воздействия затопленной струи на преграду и представлены результаты, отражающие изменения силы воздействия жидкости в зависимости от конструктивных параметров сопла, его расположения, свойств жидкой среды. Полученные данные позволяют объединить теоретические и практические знания для разработки методики инженерного расчета конструктивных параметров аппаратов ГДФО с применением струйной мешалки. Силовое воздействие затопленных струй при подготовке замеса В СПИРТОВОМ ПРОИЗВОДСТВЕ РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию», г. Минск, Беларусь З. В. Ловкис, член-корреспондент НАН Беларуси, доктор технических наук, профессор, генеральный директор; А. А. Садовский, аспирант дневной формы обучения Этиловый спирт является стратегическим продуктом для пищевой промышленности, широко применяется в медицинских и технических целях. В Республике Беларусь по состоянию на 2010 г. производство спирта ректификованного осуществляли 23 предприятия, мощностью 12,5 млн дал. спирта в год, экспорт составил 1 млн дал [1]. В последнее время все более актуальным становится вопрос экономии энергоресурсов и разработки эффективных методов и технологий, обеспечивающих максимальный выход при производстве спирта. В жестких условиях мирового экономического спада создание конкуренто­ способного продукта является основой экономического роста и стабильности в Республике Беларусь. Работа, направленная на создание ресурсо- и энергосберегающих технологий производства этилового спирта, является основным направлением в развитии спиртовой отрасли нашей страны, актуальными являются исследования по установке режимов работы и конструктивных особенностей аппаратов гидродинамической ферментативной обработки зерновых замесов. В процессе производства спирта основной рабочей жидкотекучей средой является крахмалосодержащее сырье. Данный вид сырья получают из зерновых культур (пшеница, рожь, ячмень, овес, тритикале и др.), картофеля. Также может использоваться сахаросодержащее сырье (свеклосахарная, тростниковая, сырцовая меласса, сахар-сырец, иногда сахарная свекла, ягоды, плоды, продукты их переработки). Однако использование данного вида сырья менее выгодно, чем зерно и картофель. По технологии при производстве спирта крахмалсодержащее сырье подвергается длительной многоступенчатой подготовке с целью перевода крахмала в сбраживаемые углеводы (моно-, дисахариды). Технологическая схема производства спирта представлена на рис. 1. Все поступившее в переработку зерновое сырье проходит очистку. В процессе очистки зерновое сырье освобождается от металлических примесей на магнитных сепараторах и от сорных — на сепараторах. Остаточная сорность не должна превышать 1 % по массе зерна, металлических примеси не допускаются. Очищенное зерно поступает в производство. Измельчение зерна осуществляется на дробилках 1. Далее следует этап водно-тепловой обработки крахмалсодержащего сырья, который включает смешивание сырья с водой и гидроферментативную обработку. В смесителе 2 происходит смешивание зернового помола с водой, температура которой +50...+55 °С. Далее смесь № 2 (16) 2012 61 пищевая промышленность: наука и технологии поступает в нагнетательный трубопровод и подается в мешалку 3 периодического действия, куда добавляются ферментные препараты для разжижения крахмала и растворения сухих веществ зерна. Из смесителя зерновой замес насосом подается в аппарат гидроферментативной обработки (ГДФО) I ступени, температура массы составляет +70...+75 °С, продолжительность выдержки — 2,0–2,5 ч. Во время гидроферментативной обработки сырья в ГДФО I под действием ферментов происходит растворение сухих веществ зерна и частичная декристализация крахмала. Замес из ГДФО I ступени подается насосом в аппарат ГДФО II ступени. Продолжительность выдержки массы составляет 0,5–0,6 ч, в течение этого времени происходит набухание наиболее труднодоступных для воды и тепла крахмальных гранул и частичная стерилизация массы. Следую­ щим этапом является осахаривание разваренной массы в осахаривателе 6 с последующим перекачиванием сусла в бродильное и дрожжевое отделения завода. Последний этап — выделение спирта из сброженного сусла и его очистка с помощью ректификации. Рис. 1. Аппаратурная схема производства спирта: 1 — дробилка; 2 — смеситель; 3 — мешалка; 4 — аппарат ГДФО 1; 5 — аппарат ГДФО 2; 6 — осахариватель Отдельно необходимо выделить этап технологического процесса, целью которого является интенсификация воздействия ферментных препаратов на зерновой замес и растворение сухих веществ зерна за счет перемешивания. Для решения данной задачи применяют аппараты ГДФО. На начальном этапе гидроферментативной обработки рабочая среда представляет собой смесь помола зерна и воды с добавлением ферментов. Основная часть предприятий спиртовой отрасли производит спирт из крахмалсодержащего сырья, которое получают из различных зерновых культур; на зерно уходит более 60 % от себестоимости конечного продукта [2]. От качества и вида зерна во многом зависит производительность и эффективность производства спирта. Часто спиртовые заводы не имеют возможности использовать лучшие сорта, такие как отборная пшеница, а используют фуражную рожь. Данный тип зерна имеет специфическую структуру, которая усложняет выход на необходимые технологические показатели. Кроме того, повышение энергозатрат негативно сказывается на себестоимости этилового спирта. Решить данные проблемы спиртового производства возможно путем повышения эффективности обработки зерновых замесов на этапе водно-тепловой (гидродинамической) и ферментативной обработки до процесса брожения. Гидродинамическая обработка применяется для подготовки крахмала, содержащегося в зерне, к осахариванию. При проведении гидроферментативной обработки изменяются структурно-механические свойства сырья, одновременно отмечаются и значительные химические превращения веществ, входящих в его состав. Главной задачей дан- 62 № 2 (16) 2012 процессы и аппараты пищевых производств ного технологического этапа является растворение внешних оболочек зерна при температурах набухания крахмала с сохранением компонентов, которые потребляются дрожжами. Скорость набухания зерна различных культур неодинакова. Например, у зерна ржи она выше, чем у зерна пшеницы, овса, проса; медленнее всех набухает ячмень и кукуруза. Нарушение целостности зерна ускоряет процесс набухания, поэтому при всех непрерывных способах разваривания крахмалистое сырье перерабатывается только в измельченном виде в смеси с водой (зерновые замесы). Чем меньше размер частиц измельченного зерна и однороднее зерновой замес при смешивании измельченного зерна с водой, тем быстрее происходят набухание, клейстеризация крахмала и выход спирта в конечном итоге. Важным параметром являются реологические свойства обрабатываемого сырья, от них при гидродинамической ферментативной обработке зависят величина энергозатрат на его обработку и транспортирование, а также количество необходимых ферментных препаратов для снижения его вязкости. Существует проблема обработки замесов при повышенной концентрации сухих веществ. Вязкость замеса определяется состоянием крахмальных зерен и их способностью в процессе клейстеризации набухать. Снижение вязкости смеси позволяет снизить энергозатраты на ее обработку, для данных целей применяют ферментные препараты и различные вещества. Вязкость замеса зависит от гидромодуля, причем при гидромодуле (соотношение зерна к воде) 1:2,5 замес превращается в плотную густую массу. На предприятиях обычно используют значение гидромодуля, равное 1:3. Для интенсификации процессов, протекающих при гидродинамической ферментативной обработке, используют процесс перемешивания. В существующих аппаратах применяют два типа перемешивания: механический (с использованием лопастных мешалок) и циркуляционный. Необходимо отметить, что совершенствование процесса перемешивания в аппаратах гидродинамической ферментативной обработки значительно повышает качественные характеристики сырья перед этапами осахаривания и брожения, что прямым образом влияет на эффективность и производительность всего технологического процесса производства спирта. Основным является механический способ перемешивания, при котором используются мешалки с вращательным движением рабочих органов. Если для достижения желаемого результата выбран неудачный тип мешалки, большая часть механической энергии может быть затрачена напрасно. Кроме того, использование больших лопастных мешалок уменьшает полезный объем аппаратов, а наличие подвижных частей снижает надежность конструкции в целом. К общим недостаткам лопастных мешалок относятся малая интенсивность перемешивания густых и вязких жидкостей, а также полная непригодность для перемешивания легко расслаивающихся веществ. Циркуляционное перемешивание осуществляется при помощи насоса, перекачивающего жидкость по замкнутой системе: смеситель — насос — смеситель. Интенсивность циркуляционного перемешивания зависит от кратности циркуляции, т. е. отношения подачи циркуляционного насоса в единицу времени к объему жидкости в аппарате. Перемешивание данным способом характеризуется малой интенсивностью процесса и повышенным временем экспозиции. Несмотря на все многообразие способов перемешивания отсутствует универсальный критерий, который позволил бы выбрать соответствующую мешалку для каждого конкретного процесса. Остается актуальным исследование процесса перемешивания для конкретных продуктов с учетом их свойств и современных требований к энергоэффективности перемешивающего оборудования. Нет точных методик расчета перемешивающих устройств, применяемых при гидродинамической ферментативной обработке зерновых замесов. Вопрос исследования процесса перемешивания в аппаратах ГДФО особенно актуален в свете политики повышения эффективности производств различных отраслей промышленности. Перспективным направлением развития и модернизации перемешивающего оборудования является струйное перемешивание жидкотекучих пищевых сред, которое подразумевает замещение классических перемешивающих устройств струйными мешалками. При струйном перемешивании передача движения покоящейся жидкости происходит за счет сил трения между элементарными объемами жидкости. Количество вещества, уходящего из струи за счет поперечных пульсаций, увеличивает скорость соседних со струей слоев жидкости. На их место приходят эле- № 2 (16) 2012 63 пищевая промышленность: наука и технологии ментарные объемы покоящейся жидкости, которые уменьшают скорость струи. На границе между струей и окружающей жидкостью образуется пограничный слой, который постепенно расширяется, захватывая, с одной стороны, окружающую жидкость, с другой — ядро струи: область, где струя сохраняет постоянную скорость, равную ее начальной скорости [3]. Способ перемешивания затопленными струями имеет ряд неоспоримых преимуществ: отсутствие подвижных частей в мешалке, простота конструкции, повышенная износостойкость, что в перспективе использования ее в аппаратах ГДФО приведет к повышению эффективности процессов производства спирта. Для задания струям определенных свойств и силовых характеристик используют насадки. Когда необходимо иметь максимальные силовые характеристики струи, применяются конически сходящиеся насадки. При движении жидкости через данный тип насадков кроме внутреннего сужения имеет место и вторичное внешнее поджатие струи при выходе ее из насадка. Проведенные опытные исследования и наблюдения показывают, что коэффициент внешнего сжатия ε, коэффициент расхода μ и коэффициент скорости ϕ конически сходящихся насадков зависят от угла конусности α. Круглые конические насадки с углом конусности 13,5° являются оптимальным выбором, так как имеют высокий коэффициент расхода и относительно простую конструкцию [4]. Важнейшим параметром затопленной струи как рабочего органа перемешивающего устрой­ ства является ее силовая характеристика. В РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию» для исследования силовых характеристик струи была разработана экспериментальная установка, схема которой представлена на рис. 2. Рис. 2. Схема установки для изучения силовых характеристик затопленной струи: 1 — рабочая емкость; 2 — регулятор работы насосного узла; 3 — насосный узел; 4 — питающий трубопровод; 5 — манометр; 6 — насадок (сопло); 7 — преграда с тензометром; 8 — сливной патрубок; 9 — блок усиления тензометрического устройства; 10 — регистрирующее устройство В качестве рабочей среды использовались вода и ржаные замесы с гидромодулями 1:3, 1:4. При проведении испытаний регистрировались параметры давления в питающем трубопроводе 4, сила воздействия затопленной струи на преграду 7, затраты энергии и расстояние X от среза сопла до преграды. В конструкции установки допускается использование различных типов насадков. Данные силового воздействия струи на преграду, полученные в результате экспериментов, представлены на рис. 3. По результатам проведенных исследований струй в заданных рабочих средах получены зависимости значения сил струи при различной плотности жидкой среды, получены максимальные значения силы воздействия струи на преграду: для воды на расстоянии 40–50 мм от среза сопла, для зерновых замесов это расстояние составило 100–150 мм, что необходимо учитывать при планировании расположения сопел в рабочем объеме аппаратов. Установлено, что наиболее эффективным является сопло диаметром 8 мм, так как при дальнейшем увеличении диаметра 64 № 2 (16) 2012 процессы и аппараты пищевых производств при неизменном давлении в питающем трубопроводе реактивные свойства струи ухудшаются. Таким образом, с помощь затопленных струй, в зависимости от расположения, возможно как создать зоны локальной турбулентности, создавая встречные потоки, так и обеспечить движение жидкой среды по всему объему аппарата, устанавливая сопла тангенциально цилиндрической поверхности аппарата. Полученные результаты исследований воздействия затопленных струй на жидкотекучие продукты позволят обосновать конструктивные параметры струйных мешалок при проектировании нового и модернизации существующего оборудования. Рис. 3. Зависимость силы F с которой затопленная струя воздействует на преграду на расстоянии L при различных параметрах выходного диаметра и рабочего давления P при различных концентрациях смеси (соотношения воды к помолу зерна): а — 3:1; б — 4:1; в — вода № 2 (16) 2012 65 пищевая промышленность: наука и технологии ЛИТЕРАТУРА 1. Орехов А. И. Cпиртовая промышленность Республики Беларусь: современное состояние и перспективы развития / А. И. Орехов // Пищевая промышленность: наука и технологии. — 2011. — № 1(11). – С. 3. 2. Чешинский Л. С. Рынок зернового сырья для производства спирта / Л. С. Чешинский // Пиво и напитки. — 1999. — № 5. — С. 38. 3. Чугаев, Р. Р. Гидравлика / Р. Р. Чугаев. — 3-е изд., доп. и испр. — Ленинград: Энергия, 1975. — 599 с. 4. Абрамович, Г. Н. Теория турбулентных струй / Г. Н. Абрамович, Т. А. Гиршович, С. Ю. Крашенинников. — 2-е изд. — М.: Наука,1984. — 716 с. Рукопись статьи поступила в редакцию 16.05.2012 Z. V. Lovkis, A. А. Sadovski Force influence IMPACT of the submerged jet THE PREPARATION OF ALCOHOL PRODUCTION mixtures per In article the analysis of a stage of grain raw materials hydrodynamic processing for spirit production is carried out. Replacement classical blade mixers by jet mixers in devices of hydrodynamic and enzymatic processing (HDEP) in spirit manufacture is considered. The scheme of experimental installation for research of power characteristics of jets is offered. Results of power influence research of the submerged jet on a barrier are resulted and the results reflecting changes of force of liquid influence depending on design data of a nozzle, its arrangement, properties of the liquid environment are presented. The obtained data allows to unite theoretical and practical knowledge for designing of a technique of engineering calculation of constitutive data of HDEP devices with application of a jet mixer. УДК 636.087.25 В данной статье представлены результаты исследований по оптимизации режимов тепловой обработки смеси ингредиентов перед формованием полуфабриката картофельных снеков методом теплой экструзии. Установлены зависимости температуры и массовой доли влаги смеси от температуры греющего агента в рубашке смесителя и продолжительности нагревания смеси для открытого и закрытого смесителей. ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЖИМОВ ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ СМЕСИ ИНГРЕДИЕНТОВ ПЕРЕД ФОРМОВАНИЕМ ПОЛУФАБРИКАТА КАРТОФЕЛЬНЫХ СНЕКОВ МЕТОДОМ ТЕПЛОЙ ЭКСТРУЗИИ РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию», г. Минск, Беларусь М. П. Шабета, главный специалист отдела технологий продукции из корнеклубнеплодов; А. В. Куликов, кандидат технических наук, заместитель начальника отдела технологий продукции из корнеклубнеплодов — старший научный сотрудник; Н. Н. Петюшев, кандидат технических наук, начальник отдела технологий продукции из корнеклубнеплодов; ОАО «Машпищепрод», г. Минск, Беларусь М. И. Котов, директор Экструзиионная технология — один из самых перспективных и высокоэффективных процессов, совмещающих термо-, гидро- и механическую обработку сырья и позволяющих получать 66 № 2 (16) 2012 процессы и аппараты пищевых производств продукты нового поколения с заранее заданными свойствами. Необходимые условия получения экструзионных пищевых продуктов — увлажнение и пластификация сырья, получение расплава биополимеров, денатурация белков и клейстеризация крахмалов, структурирование расплава под действием сил сдвига и растяжения и последующее формование. Метод экструзионной обработки пищевого сырья позволяет получить ряд преимуществ перед другими методами: интенсифицировать производственный процесс; повысить степень использования сырья; или получить готовые к применению пищевые продукты, или создать для них компоненты; снизить производственные затраты; снизить трудовые затраты; расширить ассортимент пищевых продуктов; повысить усвояемость переработанного сырья; снизить микробиологическую обсемененность продуктов; снизить уровень загрязнения окружающей среды. Кроме того, в результате экструзии происходят существенные изменения в части текстурирования не только на клеточном уровне, но и на уровне сложных химических, физических и микробиологических процессов. В зависимости от температуры перед матрицей экструдера различают три основных вида экструзии: холодную, теплую и горячую (варочную) [1, 2]. В табл. 1 приведены интервалы значений основных технологических параметров, в которых протекает тот или иной вид экструзии. Таблица 1. Технологические параметры экструзии Режим экструзии Холодная Теплая Горячая Влажность массы, % Давление, МПа Температура, °С Более 28 24–30 14-20 Менее 10 9–12 12–20 Менее +50 +60...+100 +120...+200 Холодная экструзия. Для нее характерны только механические изменения в материале при медленном его перемещении и формовании. Широко используется холодная экструзия для формования кондитерских масс в виде жгутов при изготовлении разного рода конфет, батончиков и других кондитерских изделий, жевательной резинки, тестовых заготовок хлебных палочек, а также для приготовления полуфабрикатов сухих завтраков. Самое широкое распространение холодная экструзия получила в пищевой промышленности для производства традиционных видов макаронных изделий. Теплая экструзия. При этом методе сухие ингредиенты сырья смешивают с определенным количеством воды и подают в экструдер, где наряду с механическими воздействиями они подвергаются тепловой обработке за счет трения витков шнека о формуемую массу. Дополнительно может осуществляться нагрев продукта внешними обогревателями. Наиболее широкое применение теплая экструзия получила для формования полуфабрикатов сухих завтраков. Экструдированные полуфабрикаты сухих завтраков представляют собой изделия, отформованные в виде различных плоских форматов и высушенные до влажности 8–12 %. В таком виде полуфабрикаты имеют большие плотность, прочность и могут храниться в течение длительного времени. Для приготовления из них готовых к употреблению сухих завтраков с нежной, хрустящей, пенообразной структурой достаточно погрузить их на 5–15 с в нагретое до +170…+200 °С растительное масло. Горячая (варочная) экструзия. Этот вид экструзии обеспечивает вспучивание выпрессовывае­ мого экструдата непосредственно после его выхода из отверстий (фильер) матрицы за счет рез- № 2 (16) 2012 67 пищевая промышленность: наука и технологии кого падения давления и температуры вне матрицы и мгновенного превращения перегретой воды в пар в выпрессовываемой смеси. Преимущества применения горячей экструзии заключаются, в первую очередь, в том, что из экструдера выходит готовый к употреблению продукт, в скоротечности процесса и в отсутствии необходимости высушивания экструдата. Для выполнения каждого из видов экструзии в мире в настоящее время разрабатываются и выпускаются экструдеры различных типов и моделей. Зарубежные фирмы выпускают экструдеры различные по конструкции, назначению и производительности. Это и одношнековые экструдеры, и, разделенные на пять основных типов только по конструкции шнеков двух­ шнековые экструдеры, экструдеры, снабженные устройствами ввода пара и воды в нескольких местах технологической части корпуса, экструдеры с дополнительным индуктивным нагревом и другие экструдеры с различными конструктивными особенностями, позволяющими обеспечивать требуемое качество готовых продуктов и др. В Республике Беларусь полуфабрикат картофельных снеков методом теплой экструзии массово начали производить с начала 90-х годов прошлого столетия на формователях Ш12-ККЛ/1 и Ш12-КЭС, которые и до настоящего времени используются в промышленном производстве полуфабриката [3]. При разработке технологии получения полуфабриката картофельных снеков на экструдере-формователе Ш12-ККЛ/1 были установлены нижеследующие оптимальные режимы формования: влажность поступающей на формование смеси компонентов и влажность пластин полуфабриката на выходе из матрицы формователя — 33–35 %; температура пластин полуфабриката на выходе из матрицы — +75...+95 °С; давление формования — 6,0–9,0 МПа. Как видно из представленных режимов формования, интервал оптимальных значений влажности смеси, поступающей на формование, имеет очень узкий диапазон. Это обусловлено тем, что, с одной стороны, влажность сформованных лент полуфабриката не должна превышать предела, при котором ленты начинают слипаться при их резке на пластины, с другой стороны, влажность смеси не должна быть занижена до значений, при которых температура смеси на выходе из матрицы экструдера повышалась бы до значений более +95...+100 °С, когда перегретые сформованные пластины под действием внутреннего давления пара в условиях атмосферного давления деформируются по форме и толщине, а готовый обжаренный продукт имеет низкое качество. Поскольку конструктивные особенности формователя, а также степень изношенности прессующих элементов, увеличивающаяся в процессе эксплуатации формователя, влияют на температурный режим формования, в производственной технологической схеме предусмотрен дополнительный подогреватель смеси исходных компонентов перед подачей их на формование. Процесс подогрева смеси компонентов осуществляют следующим образом: в смеситель, снабженный тепловой рубашкой, подают сухие компоненты, некоторое время их смешивают для равномерного распределения одного в другом, затем увлажняют, подогревают в процессе смешивания через тепловую рубашку смесителя и передают на формование. В формователе за счет работы, совершаемой шнеком по сжатию и транспортированию, смесь догревается до нужной температуры и выформовывается в требуемом режиме. По оценке качества смеси компонентов, сформованного полуфабриката и готового продукта было установлено, что условия увлажнения смеси сухих компонентов и их нагревания в смесителе являются основополагающими при получении полуфабриката снеков высокого качества. В этой связи с целью определения возможности целенаправленного регулирования влажности и температуры полуфабриката на выходе из матрицы формователя были проведены исследования по оптимизации этих условий. Исследования проводили на промышленном смесителе периодического действия Ш12ККЛ/15, установленном в линии производства картофельных снеков ОАО «Машпищепрод». Было установлено, что воздействовать на температуру и влажность смеси компонентов, подаваемых на формование, можно регулированием нижеследующих технологических параметров: 68 № 2 (16) 2012 процессы и аппараты пищевых производств исходной температуры смеси сухих компонентов; температуры воды (рассола), подаваемой на увлажнение смеси; количества этой воды (рассола); температуры теплоносителя в рубашке смесителя; продолжительности нагревания смеси в смесителе. На рис. 1 представлены результаты исследований по установлению влияния температуры воды (рассола), подаваемой на увлажнение смеси сухих компонентов для образцов имеющих различную исходную температуру, при отключенном обогреве смеси через рубашку смесителя. Рис. 1. Зависимость температуры смеси от температуры воды, подаваемой на увлажнение сухих компонентов через 1 мин после начала смешивания с водой при открытой крышке смесителя и исходной температуре сухой смеси, °С: 1 — +20; 2 — +40; 3 — +60; 4 — +80 Смеси готовили по отработанной рецептуре. Количество добавляемой воды составляло 23 % на 100 % увлажненной смеси. Образцы смесей сухих компонентов, предварительно нагретые до температур +20, +40, +60, +80 °С смешивали в течение 1–1,5 мин с дозами воды, нагретой до +20, +40, +60, +80 °С при открытой крышке смесителя и измеряли температуру смеси. Следует отметить, что при увлажнении сухих компонентов водой, нагретой до температуры более +70 °С, в увлажняемой смеси образовывались комья заваренного продукта (т. е. наблюдалась очаговая клейстеризация крахмала в зоне контакта его с горячей водой). Аналогичные явления наблюдались и при увлажнении крахмала, нагретого до +80 °С водой при температуре последней от +60 °С и выше. На основании полученных графиков можно сделать следующие выводы: 1) температуру смеси перед формованием можно повысить как за счет нагревания сухих компонентов перед увлажнением, так и за счет повышения температуры воды, подаваемой на увлажнение; 2) во избежание образования клейстеризованных комьев в смесителе целесообразно нагревать сухие компоненты и воду до температуры не выше +60...+70 °С; 3) характер кривых указывает на то, что рост температуры смеси находится примерно в пропорциональной зависимости от температуры подаваемой на увлажнение воды. При более высоких температурах сухих компонентов и воды происходит более быстрое их остывание, в связи с чем температура смеси падает быстрее. На рис. 2 представлена динамика изменения температуры и массовой доли влаги в смеси компонентов полуфабриката картофельных снеков от продолжительности нагревания ее в смесителе с водяным подогревом при температуре воды +95 °С с открытой и закрытой крышкой смесителя. Как видно из полученных результатов исследований, нагревание с помощью водяной рубашки влажной смеси компонентов от комнатной (цеховой) температуры до температур, близких к температуре клейстеризации крахмала, протекает в течение примерно 30 мин в открытом смесителе и в закрытом — около 25 мин, при этом происходит снижение влажности смеси в открытом смесителе на 6–7 ед., а в закрытом — на 1,5–2 ед. № 2 (16) 2012 69 пищевая промышленность: наука и технологии Рис. 2. Диаграмма изменения температуры и массовой доли влаги смеси компонентов полуфабриката картофельных снеков от продолжительности обработки смеси в смесителях с водяным подогревом при открытой и закрытой крышке смесителя при температуре воды в рубашке +95 °С: 1, 2 — кривые изменения температуры соответственно для открытого и закрытого смесителя 3, 4 — кривые изменения массовой доли влаги соответственно для открытого и закрытого смесителя На рис. 3 представлены графические характеристики изменения температуры и массовой доли влаги в смеси на протяжении полного цикла подготовки смеси компонентов в смесителе Ш12-ККЛ/15 к формованию полуфабриката. Рис. 3. Характеристика изменения температуры и массовой доли влаги в смеси компонентов за полный цикл ее подготовки в смесителе Ш12-ККЛ/15 перед формованием при закрытой крышке смесителя и температуре воды в рубашке смесителя +95 °С: 1, 2, 3 — графики изменения температуры соответственно для образцов 1, 2, 3 4 — график изменения массовой доли влаги для образца 1 Подготовку осуществляли следующим образом: в смеситель загружали рецептурные количества крахмала с массовой долей влаги 20 % и картофельных хлопьев с массовой долей влаги 12 %. В течение 5 мин компоненты смешивали в сухом виде, при этом образцы 1, 2 при сухом смешивании не грели, а образец 3 — грели через водяную рубашку с температурой воды +95 °С. После 5 мин сухого смешивания в образцы вносили одинаковое количество (23,4 кг) 6%-го солевого раствора: в образцы 1, 3 с температурой +50 °С, в образец 2 — с температурой +70 ° С, при этом образцы 1, 2 начинали греть после окончания внесения рассола, образец 3 — сразу же после загрузки сухих компонентов в смеситель. Влажность смеси во всех трех образцах после внесения рассола составляла около 35,4 %. На представленном рис. 3 кривые 1, 2, 3 отражают изменение температуры смеси компонентов от продолжительности их нагревания. Участок 0–5 мин для кривых 1, 2 является общим и отражает период смешивания сухих компонентов до увлажнения. 70 № 2 (16) 2012 процессы и аппараты пищевых производств Участок от 5 до 6,5 мин для кривых 1, 2 отражает рост температуры смеси за счет подачи в смеситель горячего рассола: с температурой +50 ° С для кривой 1 и с температурой +70 ° С — для кривой 2. Участки от 6,5 мин и далее для кривых 1, 2 отражают рост температуры смеси в образцах за счет ее нагревания. Для кривой 3 участок 0–5 мин отражает рост температуры смеси сухих компонентов за счет ее нагревания; участок 5–6,5 мин отражает одновременный рост температуры смеси за счет внесения солевого раствора и нагревания; участок от 6,5 мин и далее — рост температуры смеси за счет нагревания. Кривая 4 характеризует изменение массовой доли влаги в смеси для образца 1. Участок 0–5 мин в данном случае параллелен оси абсцисс (смесь не грелась и не увлажнялась); участок 5–6,5 мин отражает одновременное повышение влажности смеси за счет внесения солевого раствора и незначительного одновременного испарения влаги; участок от 6,5 мин и далее характеризует изменение массовой доли влаги в образце за счет испарения ее в процессе нагревания смеси. Примечание: на рис. 3 представлен только один график изменения массовой доли влаги в смеси в процессе ее подготовки к формованию (для образца 1). Это сделано во избежание наложения одного на другого графиков для образцов 2, 3, поскольку характер кривых для всех трех образцов оказался идентичным, а отличие цифровых значений незначительное. Таким образом, проведенные эксперименты по оптимизации режимой тепловой обработки смеси ингредиентов перед формованием полуфабриката картофельных снеков позволяют сделать следующие выводы. 1. Для ускорения нагревания смеси сухих компонентов перед подачей их на формование полуфабриката снеков целесообразно использовать одновременно нагревание сухих компонентов при их смешивании, предварительное нагревание воды (рассола), подаваемой на увлажнение сухих компонентов, и нагревание смеси компонентов на всех стадиях ее подготовки перед формованием. 2. Производственный смеситель Ш12-ККЛ/15, снабженный паровой рубашкой для нагревания смеси, позволяет достигнуть требуемой температуры смеси +60...+65°С в течение 12–14 мин. 3. Снижение массовой доли влаги в смесителе при закрытой крышке составляет не более 1,5 %, в связи с чем нагревание смеси компонентов перед формованием в целях сокращения продолжительности процесса и энергопотерь рекомендуется вести в закрытых смесителях. 4. Для обеспечения массовой доли влаги в сформованном полуфабрикате на выходе из матрицы в пределах 33–35 %, массовая доля влаги в рецептурном составе компонентов должна составлять около 35–37 %. Литература 1. Васильева, Т. В. Экструзионные продукты / Т. В. Васильева. – М.: Пищевая промышленность, 2003.–С. 6–9. 2. Остриков, А. Н. Экструзия в пищевой промышленности / А. Н. Остриков, О. В. Абрамов, А. С. Рудометкин. — CПб.: ГИОРД, 2004. — 288 с. 3. Мазур, А. М. Машины и оборудование для переработки картофеля / А. М. Мазур. — М.: Полимаг, 1999. — 372 с. Рукопись статьи поступила в редакцию 17.03.2012 M. P. Shabeta, A. V. Kulikou, N. N. Petjushev, M. I. Kotov OPTIMIZATION OF MODES OF THERMAL PROCESSING OF THE MIX OF COMPONENTS BEFORE FORMATION OF THE HALF-FINISHED PRODUCT POTATO SNACKS THE METHOD WARM EXTRUSION In given article results of researches on optimization of modes of thermal processing of a mix of components before formation of a half-finished product potato snacks a method warm extrusion are presented. Dependences of temperature and a mass fraction of moisture of a mix on temperature of the heating agent in a shirt of the amalgamator and duration of heating of a mix for the open and closed amalgamators are established. № 2 (16) 2012 71 пищевая промышленность: наука и технологии УДК 663.433 Одним из физических методов воздействия на зерно, способствующих стимуляции его прорастания, является озонирование. Проведены исследования эффективности использования озона в качестве стимулятора проращивания зерна ржи для переработки на солод в производственных условиях. Доказана эффективность технологии: энергия прорастания возросла на 8 %, уменьшилась продолжительность осахаривания на 15 %, повысилась экстрактивность солода. ПРОБЛЕМЫ СОЛОДОРАЩЕНИЯ И ПУТИ ИХ РЕШЕНИЯ РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию», г. Минск, Беларусь Е. Б. Хилько, научный сотрудник отдела новых технологий и техники; А. А. Литвинчук, кандидат технических наук, старший научный сотрудник отдела новых технологий и техники; В. М. Грищук, кандидат технических наук, доцент, старший научный сотрудник — руководитель группы Существует общемировая тенденция — обеднение, истощение почв. Из-за воздействия природных и антропогенных факторов почва утрачивает свое естественное плодородие, идет по­ степенное истощение ее запасов питательных элементов, а следовательно, получение растительной продукции, неполноценной по содержанию витаминов и микроэлементов, которая не может обеспечить достаточное для организма человека поступление с пищей необходимых веществ. В то же время все больше людей проявляет интерес к здоровому образу жизни, в том числе к правильному питанию. Сегодня потребитель, выбирая ту или иную продукцию, ориентируется не только на ее вкусовые качества, предпочтение отдается натуральным и полезным продуктам. Возникает необходимость обогащения продуктов питания нутриентами, поэтому функциональные свойства продуктов питания стали сегодня объектом пристального внимания специалистов пищевой отрасли. Перспективными являются технологии, позволяющие производить продукты питания, которые не только удовлетворяют потребности человека в основных питательных веществах и энергии, но и выполняют профилактические функции. Одним из направлений в этой области является изготовление функциональных хлебобулочных и мучных кондитерских изделий на основе компонентов проросшего зерна пшеницы, ржи, тритикале, ячменя, отличающихся повышенным содержанием витаминов, незаменимых аминокислот, минеральных веществ в биоусвояемой форме. Благодаря этой тенденции солод находит все большее применение в пищевом производстве, поскольку включение солода в рецептуры хлебобулочных и мучных кондитерских изделий решает сразу несколько острых проблем: повышение биологической и пищевой ценности, улучшение реологических и органолептических характеристик готовой продукции. При использовании солода благодаря действию его амилолитических ферментов в тесте накапливается большее количество мальтозы и других сахаров; действие протеолитических ферментов солода способствует увеличению количества незаменимых аминокислот; синтезируются витамины. Все это создает дополнительную питательную среду для дрожжей, увеличивается подъемная сила дрожжей, а следовательно, улучшаются структурно-механические свойства теста. Включение солода в рецептуры хлебобулочных изделий позволяет повысить биологическую и пищевую ценность готовой продукции: 200 г такого хлеба, содержит суточную норму потребления фосфора и железа, магния — 47 % от суточной нормы потребления, витамина В1 — 80 %, В2 — 19 %, РР — 56 %, а также незаменимые аминокислоты валин, изолейцин, лейцин, метионин, фенилаланин. На сегодняшний день в Республике Беларусь разработано много рецептур так называемых заварных хлебов. С использованием солода выпускаются хлеба: «Троецкий», «Нарочанский», «Юби- 72 № 2 (16) 2012 процессы и аппараты пищевых производств лярный», «Бородинский», «Сторожевский» и др., которые пользуются большим спросом у покупателей, поскольку благодаря включению в их состав солода помимо полезных свойств они обладают высокими органолептическими характеристиками: золотистым цветом, натуральным вкусом и ароматом, сбалансированной естественной сладостью, замедленным черствением. Физико-химические показатели готового солода, в том числе и содержание в нем витаминов, аминокислот и других веществ зависит в немалой степени от технологической схемы его производства. Несмотря на отличия в технологической схеме на каждом конкретном предприятии существует ряд общих проблем, связанных с производством солода: недостаточно высокая энергия и способность прорастания зерна для переработки на солод, связанная с нарушениями агротехники возделывания, особенностями климатических условий, неудовлетворительными условиями сбора и хранения урожая; необходимость сокращения продолжительности процесса солодоращения при сохранении высоких качественных показателей солода (ферментативной активности). Один из путей решения этих проблем — воздействовать непосредственно на само зерно, изменяя его технологические характеристики для получения желаемого эффекта. Следует отметить, что большинство научных работ рассматривают вопросы солодоращения применительно к пивоваренной и спиртовой отраслям. Однако необходимо учитывать, что биохимические процессы, протекающие при производстве пива, спирта и хлеба, различны, а требования, предъявляемые к солоду как к сырью, отличаются для каждой отрасли. Важнейшей составляющей технологией хлебопекарного производства является комплекс биохимических процессов, включающих взаимодействие ферментов муки и солода со структурными компонентами теста и определяющих ход технологического процесса, свойства полуфабрикатов и качество готовой продукции. Так, высокое содержание в муке α-амилазы, расщепляющей крахмал до низко- и среднемолекулярных декстринов, плохо связывающих воду, способствует кашеобразной консистенции хлеба, который впоследствии будет очень сложно нарезать. Однако наличие небольшого количества декстринов в хлебе считается положительным моментом, так как при этом достигается смягчение и полнота вкуса, а также длительная свежесть. Следствием излишнего гидролиза крахмала является изменение вкуса и уменьшение сытности продукта. Высокая активность протеолитических ферментов муки, дезагрегирующих клейковинные белки, приводит к получению хлеба с низкими физико-химическими показателями (объем, пористость, структурно-механические свойства мякиша), поэтому вопросы совершенствования технологии, в том числе оптимизация режимов производства солода для хлебопечения требуют дальнейшего изучения. Методы воздействия на зерно разнообразны: физические, химические, биохимические, механические. Существуют способы, при которых процесс проращивания зерна управляется путем регуляции «факторов проращивания» — влажности, температуры, доступа кислорода. Технология проращивания зерна при данном способе моделируется так, чтобы рост зародыша обеспечивал образование необходимых ферментов и преобразований в структуре эндосперма. Регулируя «факторы проращивания», можно получить солод для различных целей. Для регуляции процесса прорастания зерна чаще используются ферментные препараты бактериального или грибного происхождения и химические реагенты, взаимодействующие с ферментами или создающие благоприятные условия для их действия. Основные страны производители — Германия и Дания — предлагают ферментные препараты, отличающиеся высоким качеством. Однако применение ферментных препаратов имеет свои недостатки. Во-первых, это их высокая стоимость. Кроме того, отраслевые инструкции предусматривают разведение концентрированных ферментных препаратов. При разбавлении концентрированного препарата происходит отделение стабилизатора от фермента. Когда фермент освобождается от стабилизатора на длительное время, он, как и все природные белки, становится подвержен воздействиям внешней среды, к которым можно отнести температуру, наличие солей, кислотность, постороннюю микрофлору и др. Именно из-за влияния внешней среды на водный раствор фермента в некоторых случаях и наблюдается снижение его активности [3]. Из физических методов воздействия на зерно, способствующих стимуляции прорастания зерна следует отметить новые разработки: воздействие на зерно периодическим акустическим № 2 (16) 2012 73 пищевая промышленность: наука и технологии давлением звука в диапазоне частот 50–10000 Гц; переменным микроэлектротоком. Положительное воздействие звука разной частоты на процесс прорастания семян связывается главным образом с разрушением оболочки зерновки периодическим звуковым давлением и возрастанием диффузии различных веществ [4]. Под действием звука слышимого диапазона может происходить вибрация структурных единиц зерновки, что приводит к изменению размеров и строения микроканалов зерна. Следствием этого при определенных частотах могут быть либо необратимые изменения, либо нарушающие естественные пути транспорта воды и физиологически активных веществ от зародыша в алейроновый слой и далее в эндосперм, либо приводящие к созданию оптимальных условий для транспорта воды и различных веществ. В РУП «НПЦ НАН Беларуси по продовольствию» проводятся исследования эффективности использования озона в качестве стимулятора проращивания зерна для получения солода. Озон является аллотропической модификацией кислорода, состоящей из трех атомов кислорода, и при нормальных условиях и давлении представляет собой газ бледно-фиолетового цвета с характерным запахом. Высокая химическая активность озона обусловлена его окислительными свойствами. По своей реакционной способности озон занимает второе место, уступая только фтору. Для производственного использования озон получают посредством озонаторов различной мощности и типов. Принцип действия озонатора основан на электросинтезе озона в объемном барьерном разряде из атмосферного кислорода. Впервые положительное воздействие озона на качество зерна было отмечено Т. П. Троцкой при проведении испытаний технологии сушки ячменя озоно-воздушной смесью. Влияние озона на качество семенного материала ячменя «Скороход» оценивалось в полевых условиях. У зерна, обработанного озоно-воздушной смесью с концентрацией озона 6 мг/м3 и 10 мг/м3, увеличивалась жизнеспособность и энергия прорастания на 10, 15 %. Урожайность ячменя «Скороход», семена которого были обработаны озоном, была выше на 12 и 17,5 %, чем при обработке ядохимикатами [5]. Действие озона разной концентрации на процесс прорастания семян связывается главным образом с тем, что в силу высокой окислительной способности озон может взаимодействовать с различными компонентами растительной клетки. Так, в ряде работ показано, что непосредственное или косвенное действие озона на клетку обусловлено прежде всего его реакциями со структурными компонентами клеточной мембраны, отличающейся сложной структурой [6]. Активно взаимодействуют с озоном ненасыщенные жирные кислоты белково-липидного комплекса мембраны. Имеются сведения, что под действием высоких доз озона наблюдается разрушение гликозидных связей в полисахаридах [7], деструкция макромолекул белка [8]. Взаимодействие озона с компонентами покровных тканей зерна приводит к значительным изменениям их структуры, в том числе к созданию оптимальных условий поступления воды и различных веществ в зерновку через оболочку семени. Кроме того, под действием озона наблюдается зависящее от концентрации и длительности обработки усиление или снижение интенсивности дыхания зерна, что может быть обусловлено не только изменением пропускной способности каналов газо- и водообмена, но и модификацией обменных процессов. Проведены исследования эффективности использования газообразного озона в качестве стимулятора проращивания зерна ржи для переработки на солод в производственных условиях (рис. 1). Обработку озоно-воздушной смесью зерна проводили в просеивателе 8. Для этой цели в просеиватель от генератора озона 11, установленного на рабочей площадке, по шлангу из озоностойкого материала подавали озоно-воздушную смесь. Испытания проводили с использованием озонатора ЭРГО производства НП ООО «ИНИТОР» (табл. 1). Таблица 1. Технические характеристики озонатора ЭРГО Производительность по озону, г/ч, не менее Расход воздуха, м3/ч, не менее Потребляемая мощность, Вт, не более Питание от сети переменного тока, В/Гц 74 10 120 400 220/50 № 2 (16) 2012 процессы и аппараты пищевых производств Рис. 1. Принципиальная технологическая схема привязки озонаторного оборудования к технологической линии цеха ржаного солода: 1 — бункер приемочный; 2 — конвейер винтовой наклонный; 3 — нория; 4 — конвейер винтовой; 5 — бункер трехсекционный; 6 — конвейер винтовой; 7 — конвейер наклонный; 8 — просеиватель; 9 — бункер дозатор; 10 — чан замочный; 11 — генератор озона Предприятие, на котором проводились испытания, не имеет собственного зернохранилища, поэтому зерно для переработки поступает небольшими партиями (12,5–13 т — объем, необходимый для загрузки одной грядки), отличающимися по своим качественным показателям. По этой причине контрольный и опытный (обработанный озоном) образцы зерна из каждой партии отбирали по следующей методике: сразу же по началу просеивания на выходе из просеивателя отбирали контрольный образец зерна, затем включали генератор озона, по истечении некоторого времени на выходе из просеивателя отбирали опытные образцы зерна. Результаты производственных испытаний показали, что кратковременное воздействие озона на зерно способствует увеличению энергии прорастания зерна в среднем на 8 % (табл. 2). Таблица 2. Изменение энергии прорастания зерна ржи под действием озона Образец зерна Контроль 1 Опыт 1 Контроль 2 Опыт 2 Энергия прорастания, Е, % 78,4 86,8 75,0 83,0 Изменение значения Е, % повышение Е на 8,2 % повышение Е на 8,0 % При объеме загрузки грядки 12,5 т зерна и при ведении процесса солодоращения по новой технологии объем проросшего зерна на грядке увеличивается на 1 т. Повышается качество готового солода: уменьшается продолжительность осахаривания на 5 мин (15 %) и повышается экстрактивность солода, что говорит о большей активности гидролитических ферментов солода. Помимо газообразного озона в качестве стимулятора роста зерна можно применять озонированную воду. Озонированная вода обладает уникальными свойствами. Предполагается, что введение озона в воду изменяет качественные характеристики воды: структуру, химическую реакционную способность, растворяющую способность, внутреннюю энергию. Озонолиз воды влечет за собой образование гидроксильного радикала — ОН и протона водорода — Н. В результате химических и биохимических реакций образуются новые химические соединения, в том числе и такие естественные антисептики, как перекись водорода, муравьиная кислота и др. Технология солодоращения с использованием озонированной воды также была опробована в производственных условиях и внедрена на предприятии по производству спирта, использую­ щем солодовое молочко в качестве осахаривающего материала для производства некоторых видов водок. По разработанной нами технологии озонированная вода используется для мойки и замочки зерна, которую ведут воздушно-водяным способом (рис. 2). Помимо этого перед № 2 (16) 2012 75 пищевая промышленность: наука и технологии каждым ворошением грядки озонированной водой орошают зерно. Озонирование воды проводят при ее подаче в накопительную емкость методом эжекции, поскольку эжектор является интенсивным статическим массообменным устройством и способствует быстрому и наиболее полному растворению озона в воде. Рис. 2. Принципиальная схема процесса солодоращения в пневматической солодовне с использованием озонированной воды: 1 — приемный бункер; 2 — чанок; 3 — центробежный насос; 4 — замочный чанок; 5, 9, 11 — трубопроводы; 6 — емкость с озонированной водой; 7 — камера пневматической солодовни; 8 — солодоворошитель ковшовый; 10 — молотковая дробилка; 12 — чанок солодового молока Внедрение технологии производства солода с использованием озонированной воды увеличило производительность солодовни в 1,3 раза за счет интенсификации процесса прорастания зерна, а также исключения из технологической схемы производства солодового молочка операций мойки и обеззараживания солода, так как озонированная вода обладает антисептическими свойствами. Таким образом, благодаря интенсификации технологии на имеющемся на предприятии оборудовании повысился коэффициент использования оборудования, увеличилось количество технологических циклов, а следовательно, и общая мощность солодовни. Несмотря на то что данная технология была опробована и внедрена на предприятии по производству спирта, она является весьма перспективной и для предприятий выпускающих солод для хлебопекарной промышленности. Следует отметить, что использование озона в процессе солодоращения — новое перспективное направление, требующее дальнейшего изучения, однако уже сейчас доказана возможность регуляции озоном такого технологически сложного процесса, как прорастание зерна. Преимущество внедрения новых озонных технологий заключается в том, что увеличение производительности солодовни происходит не за счет наращивания производственных мощностей, что требует немало материальных затрат, а за счет интенсификации технологии на имеющемся на предприя­ тии оборудовании. Литература 1. Препарат «Иммуноцитофит» как стимулятор роста при проращивании ячменя / Е. А. Казакова [и др.] // Пиво и напитки. — 2000. — № 4. — С. 24–25. 2. Стабилизация ферментов аутоиндукторами анабиоза как один из механизмов устойчивости покоящихся форм микроорганизмов / А. И. Колпаков [и др.] // Микробиология. — 2000. — Т. 69, № 2. — С. 224–230. 3. Дамдинсурэн, А. Ферментные препараты при производстве светлого пивоваренного солода / А. Дамдинсурэн, Е. Д. Фараджева, С. В. Востриков // Пиво и напитки. — 2003. — № 6. — С. 22–23. 76 № 2 (16) 2012 оценка и контроль качества 4. Проращивание ячменя после воздействия звуком разной частоты / С. Ф. Данько [и др.] // Пиво и напитки. — 2000. — № 3. — С. 22–23. 5. Троцкая, Т. П. Технология, средства и режимы послеуборочной и предпосевной обработки семян в озоно-воздушной среде: автореф. дисс. канд. техн. наук: 05.20.01 / Т. П. Троцкая; Ленингр. сельхоз. ин-т. — Л., 1985. — 16 с. 6. Конев, С. В. Перекисное окисление липидов и межмолекулярные сшивки в дрожжевых и бактериальных мембранах под действием озона / С. В. Конев, Г. В. Калер, В. К. Матус // Вести АН БССР. Сер. биол. наук. — 1982. — № 2. — С. 54–58. 7. Зорина, Т. Е. Действие озона на липосомы из фосфолипидов растительного происхождения / Т. Е. Зорина, В. П. Храповицкий, С. Н. Черенкевич // Вести АН БССР. Сер. биол. наук. — 1981. — № 2. — С. 38–41. 8. Медико-биологическая оценка хлеба из биоактивированного зерна пшеницы / Т. В. Санина [и др.] // Вопросы питания. — 2004. — № 2. — С. 25–28. Рукопись статьи поступила в редакцию 16.05.2012 К. B. Hilko, A. A. Litvinchuk, V. M. Gryshchuk PROBLEMS MALTING AND SOLUTIONS One of the methods of physical influence on the grain, contributing to stimulate its germination is ozonation. The efficacy of using ozone as a stimulator of germination of rye grain for processing into malt in a production environment. The efficiency of technology: the energy of germination increased by 8 % and decreased the duration of saccharification by 15 %, increased malt extract. УДК 579.676 В статье представлен сравнительный анализ классических и современных методов микробиологического контроля для определения общего микробного числа и колиформных бактерий. Установлена высокая селективность тест-подложек и корреляция при сравнительной оценке стандартных методов определения индикаторных групп микроорганизмов и метода использования тест-подложек ПРАКТИЧЕСКИЙ ОПЫТ СРАВНИТЕЛЬНОГО ИЗУЧЕНИЯ КЛАССИЧЕСКИХ И СОВРЕМЕННЫХ ТЕСТОВ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию», г. Минск, Беларусь Л. А. Мельникова, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник отдела питания; А. А. Журня, научный сотрудник отдела питания; Государственное предприятие «Белтехнохлеб», г. Минск, Беларусь Л. С. Колосовская, директор; И. Е. Сыс, инженер-микробиолог В настоящее время санитарно-микробиологическому контролю пищевых продуктов уделяется большое внимание, поскольку в процессе производства и хранения они могут подвергаться микробиологической порче, в результате которой возникает риск для здоровья потребителя. Количество пищевых отравлений бактериальной природы остается во всем мире достаточно № 2 (16) 2012 77 пищевая промышленность: наука и технологии высоким. Так, среди отравлений, связанных с употреблением пищевых продуктов на долю отравлений микробной природы в Великобритании приходится 80 %, а в США — 71 % случаев. В Российской Федерации в течение последних лет зарегистрировано более 110 случае распространения кишечных инфекций, связанных с употреблением некачественных продуктов питания, с числом пострадавших свыше 8 тыс. человек, в том числе сальмонеллеза — 37, дизентерии — 48 [1]. На первом месте среди отравлений микробной природы находятся стафилококковые пищевые интоксикации [2, 3], широко распространены ботулинические пищевые отравления и сальмонеллезные инфекции [5]. Микробиологические показатели пищевых продуктов определяют не только их безопасность для здоровья, но также стойкость при хранении. По данным Г. Д. Аверина [5], ежегодно теряется 20–30 % всех произведенных в мире продуктов питания, так как в сырье и в готовых продуктах всегда присутствуют микроорганизмы — возбудители порчи, которые активно развиваются при благоприятных условиях. Современные требования к качеству и безопасности сырья, полуфабрикатов, готовой продукции, а следовательно, к срокам хранения обусловливают необходимость постоянного санитарно-микробиологического контроля на всех критических этапах ее производства и хранения. Получение безопасной пищевой продукции высокого качества может быть обеспечено лишь при соблюдении санитарно-гигиенических условий с использованием современных высокоэффективных методов микробиологического контроля, среди которых следует выделить классические методы микробиологического анализа, методы АТФ-биолюминесценции, методы биоэлектрических сигналов (импедансные методы), молекулярно-генетические методы и др. Несмотря на высокую чувствительность вышеперечисленных методов, все они сложны и трудоемки в исполнении, требуют дорогостоящего лабораторного оборудования, питательных сред, реагентов и материалов. Такие методы малодоступны для массового применения, в том числе в санитарно-микробиологической практике. Для оперативного санитарно-микробиологического контроля качества пищевых продуктов и мониторинга гигиенического состояния поверхностей технологического оборудования необходимо разрабатывать и внедрять надежные, точные и воспроизводимые экспресс-методы микробиологического анализа. Инновационные методы микробиологического анализа, использующие вместо чашек Петри специальные тест-подложки (на тканевой или пластиковой основе) с нанесенными на них питательными средами в настоящее время широко применяются в разных странах (главным образом в США, Канаде, странах Европейского союза, Японии, России и др.). Цель работы — изучение степени селективности и чувствительности тест-подложек серии «Petrifilm» к различным группам микроорганизмов в сравнении с традиционными методами посева на агаровые среды. Объектами исследования являлись 9 тест-штаммов микроорганизмов различных таксономических групп: E. coli M17; Proteus mirabilis94/98; Morganella morganii 35/84; Citrobacter frendii 3/85; Klebsiella pneumonial K-40; Enterobacter aerogenus 33; Sallmonella enteritidis ЦВЛ; Staphylococcus aureus Р209; Serratia marcescens M 99; Bacillus subtilis JP-5832. Представленные тест-штаммы обладали характерными морфологическими, культуральными и физиолого-биохимическими признаками, а также хорошими ростовыми свойствами. Культуры микроорганизмов выращивали на скошенном агаре в течение 18 ч, смывали стерильным физиологическим раствором и готовили ряд разведений по оптическому стандарту мутности Фарланда до рабочей концентрации клеток 1х102 КОЕ/см3. Из последнего разведения делали контрольные посевы для определения числа живых клеток. Определение количества и выявление разных групп микроорганизмов с использованием агаровых сред проводили по схеме, предполагающей высев 1 мл взвеси тест-штамма с концентрацией 1х102 КОЕ/см3 на соответствующую дифференциально-диагностическую среду с последую­ щей инкубацией, подсчетом и идентификацией выросших колоний микроорганизмов с помощью биохимических тестов. При выявлении и определении количества микроорганизмов на тестподложках 1 мл или 5 мл взвеси тест-штамма с концентрацией 1х102 КОЕ/см3 высевали на тест- 78 № 2 (16) 2012 оценка и контроль качества подложку, инкубировали посевы и подсчитывали количество выросших, характерно окрашенных колоний. В работе использовали тест-подложки «Petrifilm Aerobic Count Plate» и «Petrifilm E. coli / Coliform Count Plate», производства компании 3М (США). Для определения различных групп микроорганизмов классическим методом применяли следующие питательные среды: мясопептонный агар, среду КМАФАнМ, среду Эндо и среду Левина. Среды готовили и автоклавировали согласно рекомендациям производителя. Все эксперименты проводили в трех повторностях. Результаты учитывали по количеству выросших колоний микроорганизмов с последующим пересчетом колониеобразующих единиц на 1 см3 (КОЕ/см3). С целью оценки селективности и чувствительности микробиологических тест-подложек применяли две серии модельных экспериментов. Серия 1. Исследование степени высеваемости и чувствительности тест-подложек серии «Petrifilm Aerobic Count Plate» для определения количества мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов (КМАФАнМ). Общее микробное число или КМАФАнМ отражает степень бактериальной контаминации исследуемого объекта. В настоящее время КМАФАнМ определяют посевом на мясопептонный агар (МПА). В работе определяли степень чувствительности тест-подложек данной серии в сравнении с традиционным методом посева на МПА. Результаты проведенных экспериментов показали, что на микробиологических тест-подложках, предназначенных для определения общего микробного числа, растут все испытанные группы микроорганизмов. При этом их количество соответствует количеству бактерий, выросших на стандартных агаровых средах (табл. 1). При сравнении количества выросших колоний микроорганизмов на различных средах для определения общей бактериальной обсемененности и на тест-подложках коэффициент корреляции R составил: при сравнении тест-подложек с МПА — 0,89, при сравнении тест-подложек со средой КМАФАнМ — 0,97. Коэффициент корреляции двух стандартных методов — посев на МПА и среду КМАФАнМ — при этом был 0,9. Таблица 1. Исследование степени чувствительности тест-подложек для определения КМАФАнМ на различных тест-штаммах микроорганизмов Тест-штамм микроорганизма E. coli M17 Proteus mirabilis94/98 Morganella morganii 35/84 Citrobacter frendii 3/85 Klebsiella pneumonial K-40 Sallmonella enteritidis ЦВЛ Staphylococcus aureus P209 Serratia marcescens M 99 Bacillus subtilis JP-5832 МПА (1,6±0,2) х102 (1,3±0,2) х102 (1,6±0,4) х102 (1,1±0,2) х102 (1,6±0,2) х102 (1,5±0,3) х102 (2,1±0,5) х102 (1,6±0,4) х102 (2,1±0,3) х102 Количество колоний, КОЕ/см3 Среда КМАФАнМ (1,8±0,3) х102 (1,2±0,2) х102 (1,7±0,3) х102 (1,2±0,2) х102 (1,8±0,3) х102 (1,4±0,3) х102 (1,9±0,4) х102 (1,7±0,4) х102 (1,8±0,3) х102 Тест-подложка (1,7±0,3) х102 (1,3±0,2) х102 (1,8±0,3) х102 (1,2±0,2) х102 (1,7±0,3) х102 (1,3±0,1) х102 (1,8±0,4) х102 (1,6±0,3) х102 (2,0±0,4) х102 Таким образом, установлено, что чувствительность тест-подложек серии «Petrifilm Aerobic Count Plate»такая же высокая, как и у традиционных агаровых сред. Серия 2. Исследование селективности и высеваемости микробиологических тест-подложек серии «Petrifilm E. coli/Coliform Count Plate» для определения бактерий группы кишечной палочки (БГКП). Анализ проведенных исследований по определению степени селективности тест-подложек данной серии позволил установить, что на них хорошо растут все микроорганизмы, относящиеся к БГКП (табл. 2). В то же время было отмечено отсутствие роста бактерий, относящихся к родам Morganella, Sallmonella, Bacillus, Staphylococcus, что свидетельствует о высокой селективности тест-подложек данной серии. № 2 (16) 2012 79 пищевая промышленность: наука и технологии Таблица 2. Определение степени селективности тест-подложек для определения БГКП на различных тест-культурах микроорганизмов Тест культура микроорганизма E. coli M17 Morganella morganii 35/84 Citrobacter frendii 3/85 Klebsiella pneumonial K-40 Proteus mirabilis94/98 Serratia marcescens M 99 Sallmonella enteritidis ЦВЛ Staphylococcus aureus P209 Baillusc subtilis JP-5832 Высеваемость колоний на питательной среде, КОЕ/см3 МПА Среда Эндо Среда Левина Тест-подложка (контроль) + + + + + + + + + + + + + + + – – – + + + + + + – – – + – + + –/+ + – – – Примечание: «–» — отсутствие роста; «+» — есть рост; «–/+» — иногда присутствовал рост, но в меньшем количестве по сравнению со стандартными средами. Анализ результатов проведенных исследований позволил установить, что микробиологические тест-подложки данной серии обладают высокой селективностью в отношении микроорганизмов, относящихся к БГКП. Следует отметить, что в 8 % случаев был зафиксирован рост бактерий рода Proteus. Выросшие на тест-подложках бактерии оценивали по морфологическим и тинкториальным свойствам (табл. 3). Таблица 3. Определение видовой специфичности колоний при росте на микробиологических тест-подложках для определения БГКП Тест-культура микроорганизма E. coli M17 Citrobacter frendii 3/85 Klebsiella pneumonial K-40 Proteus mirabilis 94/98 Размер и форма колонии Разные Разные Разные Разные, расплывчатые Цвет колонии Синие Красные Красные Бесцветные, желтоватые Колонии бактерии рода Proteus были бесцветными, либо имели желтоватый цвет, тогда как колонии E. сoli всегда были синего, а колонии БГКП красного цвета. Для определения коэффициента корреляции между высеваемостью БГКП на микробиологических тест-подложках и средах Эндо и Левина нами были проведены опыты по определению высеваемости энтеробактерий на питательной среде и тест-подложке. На основании сравнительного анализа результатов было установлено, что коэффициент корреляции между уровнем роста различных микроорганизмов, принадлежащих к БГКП, на тест-подложках в сравнении со стандартным посевом на МПА составлял 0,97. Таким образом, на основании полученных результатов исследований установлено, что количество выросших на тест-подложках микроорганизмов совпадает с числом бактерий, выросших на плотных питательных средах (коэффициент корреляции — 0,97). Кроме того, преимущество микробиологических тест-подложек заключается в том, что на их поверхность, возможно высевать значительно больший объем суспензии микроорганизмов (5 мл, а не 0,1 или 1 мл как при работе с классическими агаровыми средами). Это увеличивает статистическую достоверность выявления и количественного определения разных групп микроорганизмов и позволяет быстро и экономически более выгодно, без использования стерилизованных сред и чашек Петри проводить санитарно-микробиологические исследования. 80 № 2 (16) 2012 оценка и контроль качества Литература 1. Качество и безопасность продукции: создание и развитие систем управления / А. Б. Лисицин [и др.]; под общ. ред. академика РАСХН А. Б. Лисицина. — М.: Эдиториал сервис, 2010. — 312 с. 2. Безвредность пищевых продуктов / Г. Р. Робертс [и др.]; под ред. Г. Р. Робертса; пер. с англ. М. Б. Розенберга; под ред. А. М. Копелева. — М.: Агропромиздат, 1986. — 287 с. 3. Донченко, Л. В. Безопасность пищевого сырья и продуктов питания / Л. В. Донченко, В. Д. Надыка. — М.: Пищепромиздат, 1999. — 531 с. 4. Постовит, В. А. Пищевые токсикоинфекции / В. А. Постовит. — Л.: Медицина, 1984. – 368 с. 5. Физико-химические основы холодильной обработки пищевых продуктов / Г. Д. Аверин [и др]. — М.: Агропромиздат, 1985. — 255 с. Рукопись статьи поступила в редакцию 16.05.2012 L. A. Melnikova, А. A. Zhurnia, L. S. Kolosovskaja, I. E. Sys PRACTICAL EXPERIENCE OF COMPARATIVE STUDYING OF CLASSICAL AND MODERN TESTS OF THE MICROBIOLOGICAL CONTROL In article the comparative analysis of classical and modern methods of the microbiological control for definition of the general microbic number and coliforms bacteria is presented. High selectivity of test substrates and correlation is established at a comparative estimation of standard methods of definition of display groups of microorganisms and a method of use of test substrates УДК 543.54:641.1 В статье оценивается возможность определения содержания остаточных количеств хлорамфеникола методом иммуноферментного анализа в мясных субпродуктах (сердце, печень, почки и т. п.) с помощью тест-системы «Ридаскрин®Хлорамфеникол», производства Германии. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХЛОРАМФЕНИКОЛА В МЯСНЫХ ПРОДУКТАХ МЕТОДОМ ИММУНОФЕРМЕНТНОГО АНАЛИЗА РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию», г. Минск, Беларусь И. М. Почицкая, кандидат сельскохозяйственных наук, начальник Республиканского контрольно-испытательный комплекса по качеству и безопасности продуктов питания; И. Е. Лобазова, кандидат химических наук, заведующая лабораторией микробиологических исследований; Е. И. Козельцева, научный сотрудник лаборатории микробиологических исследований; С. Н. Верещак, младший научный сотрудник лаборатории микробиологических исследований При проведении исследований по обнаружению остаточных количеств антибиотиков в продуктах питания к методам определения предъявляются жесткие требования — они должны обеспечивать высокую чувствительность, селективность определения; достоверность и воспроизводимость получаемых результатов. № 2 (16) 2012 81 пищевая промышленность: наука и технологии Для аналитического определения остатков антибиотиков используются микробиологические методы, связанные с регистрацией роста тест-культур микроорганизмов в присутствии стандарт­ ных количеств антибиотиков и анализируемых экстрактов; высокоэффективная жидкостная хроматография (ВЭЖХ) [1], жидкостная хроматография с масс-спектрометрическим детектированием (ЖХМС), связанные с количественным анализом времени выхода хроматографического пика; тонкослойная хроматография (ТСХ), регистрирующая появление индивидуального пятна анализируемого вещества и флуоресцентный анализ, связанный с образованием флуоресцирующего комплекса антибиотика со специальным органическим хромофором [2]. Однако микробиологические и физико-химические методы, используемые для определения антибиотиков, имеют ряд недостатков, в частности для них характерны недостаточная чувствительность, специфичность, а также трудоемкая и длительная пробоподготовка, дорогостоящее оборудование, поэтому они не могут быть рекомендованы для серийного анализа [3]. В настоящее время наибольшей распространенностью в лабораториях пользуется иммуноферментный анализ (ИФА, ELISA) с использованием меченных ферментом антител или антигенов. В последнее десятилетие наблюдается быстрое внедрение иммуноферментного метода анализа в лабораторную практику, связанное с усовершенствованием техники этого анализа и обусловленное потребностью в быстрых, чувствительных, специфичных, производительных и простых методах. В странах Европейского союза, США и Японии метод ИФА является основным скрининговым методом для определения остаточных количеств ветеринарных препаратов в сырье и пищевых продуктах [4]. В условиях производственных лабораторий анализ продуктов на содержание хлорамфеникола все чаще проводят методом ИФА с использованием коммерческих наборов реактивов, методики применения которых утверждены в установленном порядке. В настоящее время в Республике Беларусь разрешено применение тест-систем для определения хлорамфеникола «Ридаск рин®Хлорамфеникол» производства Германия, WE-CP-061 производства Китай и MaxSignal® производства США. Наиболее популярной является тест-система «Ридаскрин®Хлорамфени кол», которая обладает хорошим качеством, простотой исполнения и высокой чувствительностью при определении хлорамфеникола. Однако утвержденная к этой тест-системе методика МВИ.МН 2436-2006 [5] распространяется на ограниченное количество пищевых продуктов: молоко сырое, пастеризованное, стерилизованное и сухое, креветки, рыбную муку, мед и мясо. В Республике Беларусь и Российской Федерации контроль безопасности мяса и мясопродуктов проводится на конечной стадии их производства, в отличие от стран ЕС, где контроль на наличие антибактериальных препаратов осуществляется в сырье. По этой причине в настоящее время одной из актуальных проблем контроля остаточных количеств антибиотиков является необходимость проверки на наличие хлорамфеникола более широкого спектра мясных продуктов, таких как субпродукты, шпик, мясные фарши, готовые мясные изделия. Очевидно, что субпродукты сильно отличаются по составу от изначально оговоренной в методике МВИ.МН 2436-2006 мышечной ткани и не могут быть исследованы с помощью данного метода и тест-системы, обладая повышенным содержанием жира. По данным справочника [6], процентное содержание жира в мясе и субпродуктах различных животных сильно отличается и колеблется в диапазоне от 1,9 до 49,3 %. Наличие жира оказывает негативное влияние на ход иммуно-ферментного анализа. Видимо, это связано с тем, что пленка жира покрывает стенки ячеек микротитровальных планшетов и ухудшает прохождение иммуно-ферментных реакций, следовательно, пробоподготовка таких продуктов будет отличаться от пробоподготовки мяса. Все это диктует необходимость проведения полноценной исследовательской работы по изучению проблемы определения содержания остаточных количеств хлорамфеникола методом ИФА с помощью готовых тест-систем в более широком спектре мясных продуктов. Целью данной работы является изучение возможности применения набора реактивов «Рида скрин®Хлорамфеникол» для проведения испытаний ИФА-методом для таких субпродуктов, как печень, сердце, язык, почки, мышечные желудки цыплят, и некоторых полуфабрикатов (мясной фарш, мясо птицы мехобвалки). Данная тест-система предназначена для обнаружения остаточных количеств хлорамфеникола в молоке, мясе, яйцах, креветках, рыбной муке. 82 № 2 (16) 2012 оценка и контроль качества Известно, что эффективность метода определения остаточных количеств антибиотиков в значительной мере зависит от эффективности пробоподготовки, поэтому были проведены многочисленные исследования по оптимизации условий проведения пробоподготовки на основании которых внесены следующие существенные изменения. 1. Для улучшения экстракции антибиотика, упрощения отбора верхнего слоя этилацетата после экстракции и предотвращении попадания мясного сока в отобранный этилацетат нами рекомендуется использовать центрифужные пробирки Фальком на 50 мл с изменением количества навески и растворителя с соблюдением пропорций (1:1:2): необходимо взвешивать 5 г пробы, добавлять 5 мл воды и 10 мл этилацетата. В этом случае перемешивание в пробирке большего объема происходит интенсивнее, в результате легче отбирать этилацетат после центрифугирования из более толстого слоя. 2. При обработке результатов анализа проб следует учитывать возможный матричный эффект, который возникает при использовании недостаточно чистого этилацетата или неполного его выпаривания. Для исключения такого эффекта необходимо использовать «холостую» пробу этилацетата, не содержащую матрицу (исследуемый образец). Процедуру исследования целесообразно начинать с испарения этилацетата; далее «холостой опыт» следует вести параллельно с исследуемыми образцами. Выпаривание этилацетата следует осуществлять в системе для выпаривания проб в токе азота до полного исчезновения запаха. Так называемый «фон» для этилацетата в нашей работе достигал 0,01 мкг/кг. Это значение необходимо затем вычитать из значения полученной концентрации антибиотика. 3. Для исключения попадания следов жира в ячейки для ИФА, промывку n-гексаном сухого остатка после выпаривания этилацетата следует выполнять дважды. Большее количество промывок не рекомендуется из-за возможного вымывания хлорамфеникола. 4. Для проведения расчетов содержания остаточных количеств хлорамфеникола, концентрация которых значительно мала, рекомендуется использовать метод искусственной контаминации, для чего нативные пробы, взятые в процессе рутинного лабораторного контроля, массовая концентрация хлорамфеникола в которых была ниже предела обнаружения метода (<0,00625 мкг/кг), контаминировали раствором хлорамфеникола с известной концентрацией до уровня 0,1 мкг/кг. Поскольку уровень контаминации проб равный 0,1 мкг/кг находится в зоне линейной зависимости калибровочной кривой, следовательно, погрешности при расчете концентрации хлорамфеникола в исследуемых образцах минимальны. Калибровочная кривая представлена на рис. 1. Рис. 1. Калибровочная кривая исследуемого образца, контаминированного раствором хлорамфеникола № 2 (16) 2012 83 пищевая промышленность: наука и технологии Результаты проведенных исследований приведены в табл. 1. Таблица 1. Результаты испытаний с помощью ИФА-метода нативных проб субпродуктов и полуфабрикатов и контаминированных хлорамфениколом с расчетной концентрацией 0,1 мкг/кг Вид продукта и содержание в нем жира, % (согласно [6]) Печень свиная, 3,8 Почки свиные, 3,6 Сердце свиное, 4,0 Язык свиной, 16,0 Печень говяжья, 3,7 Почки говяжьи, 2,8 Сердце говяжье, 3,5 Язык говяжий, 12,1 Печень кур, 5,9 Сердце кур, 10,3 Мышечный желудок кур, 6,4 Фарш мясной «Домашний», 33,5 Фарш мясной «Крестьянский», 20,0 Мясо птицы мехобвалки, 18,0 № пробы Показания для контаминированной Показания для нативной пробы раствором хлорамфеникола пробы, без контаминации, мкг/кг мкг/кг 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 2 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 1 2 3 1 2 3 1 2 3 1 <0,00625 <0,00625 <0,00625 <0,00625 <0,00625 <0,00625 <0,00625 <0,00625 <0,00625 0,0213 <0,00625 <0,00625 <0,00625 <0,00625 <0,00625 <0,00625 <0,00625 <0,00625 <0,00625 <0,00625 <0,00625 <0,00625 <0,00625 <0,00625 <0,00625 <0,00625 <0,00625 <0,00625 <0,00625 <0,00625 0,135 0,098 0,099 0,104 0,101 0,103 0,111 0,099 0,105 0,097 0,133 0,112 0,101 0,102 0,097 0,098 0,101 0,099 0,103 0,101 0,097 0,109 0,101 0,105 0,102 0,104 0,097 0,095 0,1 0,105 0,104 0,154 1 0,090 0,099 1 0,123 0,182 Из полученных результатов видно, что такие субпродукты, как сердце, печень, почки, мышечные желудки кур хорошо поддаются испытаниям по содержанию определения содержания хлорамфеникола при его искусственном внесении, при этом полученные значения концентрации антибиотика отличаются от расчетных не более чем на 5 %, что соответствует допускаемому отклонению от истинного значения, предусмотренного в МВИ и составляющего 16 %. 84 № 2 (16) 2012 оценка и контроль качества В ходе проведения эксперимента нами было выяснено, что непригодными для испытания с помощью тест-системы «Ридаскрин®Хлорамфеникол» оказались фарши мясные и мясо птицы мехобвалки и дообвалки. Проведение испытаний неконтаминированных образцов показало наличие в них хлорамфеникола в количестве 0,135; 0,09 и 0,123 мкг/кг соответственно. Однако при последующей контаминации этих образцов раствором хлорамфеникола массовая концентрация антибиотика, выявленная методом ИФА, не возросла, как ожидалось вдвое, а осталась на прежнем уровне. Следовательно, полученные первоначальные результаты были ошибочными и отнесены к ложноположительным. Это может быть связано с несколькими причинами. Во-первых, фарши представляют собой равномерно перемешанную и мелкоизмельченную жировую и мышечную ткани, поэтому не представляется возможным отобрать нежирные куски (части) мышечной ткани, необходимой для проведения испытаний по МВИ. Во-вторых, фарши и мясо мехобвалки могут содержать привнесенные извне добавки, нехарактерные для естественной мышечной ткани (соли, пищевые и технологические добавки), которые изменяют pH продукта и сильно влияют на ИФА-анализ, рассчитанные на pH, равную 7,0. Таким образом, нами были подобраны и оптимизированы условия применения тест-системы «Ридаскрин®Хлорамфеникол» для определения остаточных количеств хлорамфеникола в мясных субпродуктах. На основании результатов проведенных экспериментов была выявлена непригодность применения данной тест-системы для контроля мясного фарша и мяса мехобвалки. Для определения хлорамфеникола в данных изделиях требуются дополнительные исследования с помощью других методов определения антибиотиков. Применение метода искусственной контаминации позволит валидировать и использовать усовершенствованную методику в определения остаточных количеств хлорамфеникола методом ИФА для более широкого спектра продуктов животноводства. Литература 1. Эллер К. И. Методы контроля качества и безопасности пищевых продуктов / К. И. Эллер // Российский Химический журнал. — 1994. — № 1. — С. 10–18. 2. Лисицын А. Б. Методы практической биотехнологии / А. Б. Лисицын [и др.]. — М.: ВНИИМП, 2002. — 408 c. 3. Рогов И. А. Безопасность продовольственного сырья и пищевых продуктов / И. А. Рогов [и др.]. — Новосибирск, 2007. — 227 с. 4. Галкин А. Н. Иммуноферментный метод экспресс-контроля продовольственного сырья и пищевых продуктов за содержанием потенциально опасных химических соединений / А. Н. Галкин, В. И. Комаров, Е. А. Иванова // Хранение и переработка сельхозсырья. — 1998. — № 5. — С. 21–24. 5. Методика выполнения измерения количества хлорамфеникола в молоке, яйцах, мясе с использованием тест-системы «Ридаскрин®Хлорамфеникол». — МВИ.МН 2436-2006, утв. 15.02.2006. 6. Скурихин И. М. Таблицы химического состава и калорийности российских продуктов питания: справочник / И. М. Скурихин, В. А. Тутельян. — М.: ДеЛи принт, 2007. — 276 с. Рукопись статьи поступила в редакцию 16.05.2012 I. M. Pochitskaya, I. E. Lobazova, E. I. Kozeltsevа, S. N. Vereshchak DEFINITION OF chloramphenicol in meat products by enzyme immunoassay In present time the method of control chloramphenicol in meat offal by ELISA is need in Belarus, because the existing methods do not extend and valid for such products. This article is about of the possibility of definition contents chloramphenicol in meat offal by ELISA method with test-system RIDASCREEN® Chloramphenicol (Germany). № 2 (16) 2012 85 пищевая промышленность: наука и технологии УДК 543.544:543.8 В работе проведен анализ существующей в мире нормативной базы по обеспечению контроля качества и безопасности алкогольной продукции. Представлены результаты экспериментальных исследований по определению метрологических характеристик ранее предложенного авторами нового методического подхода «этанол-ВС» в использовании этанола в качестве внутреннего стандарта при количественном определении содержания токсичных микропримесей в алкогольной продукции. Полученные результаты указывают на возможность разработки нового международного стандарта выполнения измерений, позволяю­ щего, с одной стороны, существенно повысить уровень достоверности определяемых данных, с другой стороны, значительно упростить саму процедуру выполнения измерений. Разработанный метод «этанол-ВС» может быть легко внедрен в повседневную практику аналитических и контрольных лабораторий. Количественное определение содержания микропримесей в алкогольной продукции с использованием этанола в качестве внутреннего стандарта Научно-исследовательский институт ядерных проблем Белорусского государственного университета, г. Минск, Беларусь С. В. Черепица, кандидат физико-математических наук, заведующий лабораторией аналитических исследований; А. Н. Коваленко, научный сотрудник лаборатории аналитических исследований; А. Л. Мазаник, старший научный сотрудник лаборатории аналитических исследований; Н. М. Макоед, научный сотрудник лаборатории аналитических исследований; С. Н. Сытова, кандидат физико-математических наук, ученый секретарь; УО «Белорусский государственный технологический университет», г. Минск, Беларусь Н. И. Заяц, кандидат технических наук, доцент кафедры физико-химических методов сертификации продукции; Белорусский государственный университет, г. Минск, Беларусь Н. В. Кулевич, студент физического факультета БГУ Введение. Для обеспечения контроля качества и безопасности алкогольных напитков в соответствии с действующими нормативными документами [1–7] испытательные лаборатории во всем мире должны исследовать количественное содержание в алкогольных напитках следующих летучих токсичных соединений: ацетальдегид, метилацетат, этилацетат, метанол, 2-пропанол, 1-пропанол, изобутиловый спирт, н-бутанол, изоамиловый спирт. Непосредственно на спиртовых заводах в промежуточных технологических продуктах контролируется существенно большее количество примесей в спиртосодержащих продуктах [6, 7]. Концентрация исследуемых примесей рассчитывается в миллиграммах на литр (мг/л) безводного спирта (абсолютного алкоголя — АА). В нормативных документах большинства стран мира, например в США [1, 2], в странах Евросоюза [3], для количественных расчетов используется метод внутреннего стандарта (ВС). В качестве последнего может быть введен, например, 3-пентанол [1, 3] или н-бутанол [2]. В других странах, например в СНГ, количественные расчеты выполняются на основе метода внешнего стандарта (абсолютной градуировки — АГ) [4–7]. Метод внешнего стандарта является наиболее простым в реализации, однако его применение накладывает высокие требования на стабильность работы аппаратуры и постоянство объема 86 № 2 (16) 2012 оценка и контроль качества вводимой пробы. Для минимизации влияния нестабильности работы измерительного прибора и ослабления требований на постоянство объема вводимой пробы применяют метод внутреннего стандарта (ВС). В обоих случаях для получения количественных значений концентрации примесей в пересчете на литр безводного спирта требуется определить объемное содержание этилового спирта в исследуемом образце [4–7]. В [8] была предложена идея использовать этанол в качестве внутреннего стандарта для количественного определения содержания примесей в алкогольной продукции. Экспериментальная апробация метода «этанол-ВС» выполнена в [9, 10]. Теоретические основы метода. Основное отличие предложенного методического подхода «этанол-ВС» от классического метода внутреннего стандарта состоит в следующем. В случае обычного метода ВС калибровка прибора заключается в экспериментальном определении относительных коэффициентов чувствительности детектора для каждого i-го исследуемого компонента относительно ВС. Численные значения этих коэффициентов RFi определяются из хроматографических данных измерений аттестованных смесей с известным содержанием исследуемых i-х компонентов и вещества внутреннего стандарта по формуле , (1) где и — площади хроматографических пиков i-го компонента и внутреннего стандарта соответственно, и концентрации i-го компонента и внутреннего стандарта соответственно, выраженные в миллиграммах на 1 л безводного спирта. Концентрация i-го компонента относительно безводного спирта Ci (мг/л) может быть представлена следующим выражением [3]: (2) где Ai и AIS — площади хроматографических пиков i-го компонента и внутреннего стандарта в исследуемом образце соответственно,CIS (мг/л) — концентрация внутреннего стандарта, Strength — содержание этанола в образце, выраженное в объемных процентах. В нашем случае применения метода «этанол-ВС» формулы (1) и (2) могут быть представлены в следующем виде: , (3) где — концентрация i-го компонента, выраженная в миллиграммах на 1 л безводного спирта,ρEt = 789 300 мг/л — плотность этанола. Тогда концентрация i-го компонента относительно безводного спирта Ci [мг/л] может быть представлена следующим выражением: . (4) Согласно формуле (4) величина концентрации i-го компонента выражена непосредственно в миллиграммах на 1 л безводного спирта. Проводить дополнительные измерения объемного содержания этилового спирта в образце не требуется. Возможность использовать указанный методический подход в повседневной практике аналитических лабораторий обусловлена наличием у современных газовых хроматографов систем регистрации с широким динамическим диапазоном регистрации сигналов пламенно-ионизационных детекторов (ПИД). Линейный диапазон современных ПИД, как правило, больше, чем 107. Регистрация сигнала от компонентов примесей и от основного компонента этанола происходит без каких-либо искажений. Экспериментальные исследования. Для оценки метрологических параметров предложенного методического подхода была спланирована и выполнена серия экспериментальных № 2 (16) 2012 87 пищевая промышленность: наука и технологии исследований. Точность оценивалась показателями прецизионности (стандартным отклонением повторяемости и стандартным отклонением промежуточной прецизионности) и показателями правильности (лабораторным смещением). Планирование эксперимента и обработка результатов по оценке промежуточной прецизионности были выполнены в соответствии с СТБ ИСО 5725-2-2002. Правильность (лабораторное смещение) оценивалась по СТБ ИСО 5725-4-2002. Основная часть экспериментальных исследований была выполнена в лаборатории аналитических исследований Института ядерных проблем Белгосуниверситета (НИИ ЯП БГУ). Апробация метода была выполнена также и в контрольной лаборатории РУП «Бобруйский гидролизный завод» (РУП БГЗ) при анализе готовой продукции. Анализ образцов выполнялся на серийных газовых хроматографах Кристалл-5000, оснащенных ПИД. В проведенных экспериментах была использована капиллярная колонка Rtx-Wax длиной 60 м, внутренним диаметром 0,53 мм и толщиной нанесенной фазы 1 мкм. В процессе оптимизации времени измерения и удовлетворительного разрешения определяемых компонентов выбрана следующая температурная программа термостата колонок: начальная изотерма при +75 °C (9 мин), линейное повышение температуры со скоростью 7 °С/мин до +155 °С с конечной изотермой при +155 °С (2,6 мин). В качестве газа-носителя был выбран азот. Поток газа составлял 2,44 мл/мин. Температура инжектора составляла +160 °С, температура детектора +200 °С. Ввод исследуемого образца в инжектор осуществлялся как вручную, так и с помощью автоматического дозатора жидких проб ДАЖ-2М. Объем вводимой пробы составлял 0,5 мкл при коэффициенте деления потока на входе в колонку 1:20. Столь высокий коэффициент деления потока был выбран с целью достижения удовлетворительного разделения между пиками 2-пропанола и этанола. Все индивидуальные стандартные соединения были приобретены у компании SigmaAldrich, Fluka (Берлин, Германия). Стандартные растворы для калибровки прибора и контрольные образцы для исследований были подготовлены путем добавления отдельных стандартных соединений в водно-этанольные смеси (96:4). Характерные хроматограммы использованных стандартных растворов представлены в логарифмическом и линейном масштабах на рис. 1, 2. Рис.1. Характерная хроматограмма стандартного водно-этанольного раствора (4 % и 96 %). Отклик детектора на основной компонент этанол и на определяемые компоненты представлен в логарифмическом масштабе: 1 — ацетальдегид, 2 — метилацетат, 3 — этилацетат, 4 — метанол, 5 — 2-пропанол, 6 — этанол, 7 — 1-пропанол, 8 — изобутиловый спирт, 9 — н-бутанол, 10 — изоамиловый спирт, 11 — 1-пентанол 88 № 2 (16) 2012 оценка и контроль качества Весовым методом было приготовлено семь аттестованных смесей с известным содержанием исследуемых примесей. В качестве внутреннего стандарта во все семь смесей был добавлен 1-пентатол. В табл. 1 приведены величины концентраций компонентов этих смесей. Рис. 2. Та же хроматограмма, что и на рис. 1, но представленная в линейном масштабе Таблица 1. Концентрации анализируемых компонентов выражены в мг/л (AA) (1-пентанол добавлен в качестве внутреннего стандарта) Концентрация, мг/л (AA) Компонент ацетальдегид метилацетат этилацетат метанол 2-пропанол 1-пропанол изобутанол н-бутанол изоамилол 1-пентанол VC-1 VC-2 VC-3 VCC-0 VCC-1 VCC-2 VCC-3 111 114 108 1092 105 104 103 106 106 27,13 11,2 11,5 10,9 113,3 12,1 10,5 10,4 10,7 10,7 27,13 1,13 1,17 1,11 14,3 2,70 1,06 1,05 1,08 1,08 27,13 4275 4397 4173 41995 3991 4012 3975 4071 4071 27,13 1096 1128 1070 10774 1025 1029 1020 1044 1044 27,13 56,2 57,8 54,9 555,5 54,1 52,8 52,3 53,5 53,5 27,13 2,22 2,29 2,17 24,96 3,69 2,08 2,06 2,11 2,11 27,13 Относительная неопределенность, % (Р=0,95) ± 3 % ± 3 % ± 3 % ± 3 % ± 3 % ± 3 % ± 3 % ± 3 % ± 3 % ± 3 % Аттестованные смеси VC-1, VC-2 и VC-3 были использованы для построения калибровочных характеристик, а аттестованные смеси VCC-0, VCC-1, VCC-2, VCC-3 и государственные стандартные образцы ГСО-8405, ГСО-8404 — для контроля точности метода в соответствии с СТБ ИСО 5725-4-2002. Измерение каждой испытуемой смеси выполнялось дважды. Калибровочные коэффициенты определялись для всех трех рассматриваемых методов расчета: ВС, АГ и «этанол-ВС». В первом случае 1-пентанол был использован в качестве ВС в соответствии с [1–3]. Во втором случае метод АГ использовался в соответствии с [4–6]. В третьем случае в качестве ВС был использован этанол. Аналитические характеристики измеренных калибровочных коэффициентов представлены в табл. 2, 3. № 2 (16) 2012 89 пищевая промышленность: наука и технологии Таблица 2. Аналитические характеристики калибровочных коэффициентов, полученные в НИИ ЯП БГУ Компонент ацетальдегид метилацетат этилацетат метанол 2-пропанол этанол 1-пропанол изобутанол н-бутанол изоамилол 1-пентанол 1-пентанол — ВС АГ Этанол — ВС ОтносиОтносиКоэффициент тельный ко- Коэффициент Коэффициент тельный ко- Коэффициент МПД* (мг/л) чувствительэффициент корреляции, корреляции, эффициент корреляции, ности (мг/л)/ чувствиR2 R2 чувствиR2 (пА×мин) тельности тельности 2,396 2,491 1,757 2,133 1,400 1,413 1,179 1,018 1,117 1,030 1 0,9997 0,9997 0,9997 0,9998 0,9998 – 0,9997 0,9998 0,9999 0,9999 – 266,1 276,7 195,1 236,9 155,5 155,5 130,9 113,0 124,1 114,4 110,1 0,9997 0,9996 0,9997 0,9997 0,9997 – 0,9996 0,9997 0,9998 0,9998 – 1,710 1,779 1,254 1,523 0,999 1 0,841 0,727 0,798 0,735 0,708 0,9997 0,9999 0,9999 0,9999 0,9999 – 0,9999 0,9999 0,9999 0,9999 – 0,344 0,683 0,322 0,231 0,119 – 0,222 0,178 0,189 0,179 0,271 * Минимальный предел детектирования (МПД). Таблица 3. Аналитические характеристики калибровочных коэффициентов, полученные в РУП БГЗ Компонент ацетальдегид метилацетат этилацетат метанол 2-пропанол этанол 1-пропанол изобутанол н-бутанол изоамилол 1-пентанол 1-пентанол — ВС АГ Этанол — ВС ОтносиОтносительКоэффициент тельный ко- Коэффициент Коэффициент ный коэффи­ Коэффицичувствительэффициент корреляции, корреляции, циент чувс- ент корреляности (мг/л)/ чувствиR2 R2 твительции, R2 (пА×мин) тельности ности 2,238 1,982 1,504 1,928 1,325 1,404 1,136 0,990 1,098 1,028 1 0,9998 0,9999 0,9999 0,9999 0,9998 – 0,9999 0,9999 0,9999 0,9999 – 6177 5472 4152 5321 3657 3830 3134 2733 3031 2838 2726 0,9999 0,9999 0,9999 0,9999 0,9999 – 0,9999 0,9999 0,9999 0,9999 – 1,615 1,430 1,085 1,391 0,956 1 0,819 0,714 0,792 0,742 0,712 0,9999 0,9999 0,9999 0,9999 0,9999 – 0,9999 0,9999 0,9999 0,9999 – МПД (мг/л) 0,255 0,318 0,236 0,142 0,106 – 0,107 0,081 0,070 0,064 0,059 Сравнительный анализ калибровочных коэффициентов, полученных в лаборатории НИИ ЯП БГУ и в контрольной лаборатории РУП БГЗ, представлен в табл. 4. Различие между относительными коэффициентами чувствительности не превышает 20 %. В случае применения абсолютной градуировки коэффициенты чувствительности различаются более чем 19,8 раз. Результаты экспериментальных измерений концентраций летучих компонентов в аттестованных смесях VCC-1, VCC-2, VCC-3 и их аттестованные значения приведены в табл. 5, 6. Проверка устойчивости метода относительно разбавления исследуемого образца водой была выполнена следующим образом. Величины концентраций компонентов в аттестованной водно-этанольной (4:96) смеси VCC-0 были экспериментально измерены после разбавления водой в отношении 1:1, 1:9, 1:99 и 1:999. Полученные экспериментальные данные представлены в табл. 7. Даже после разбавления водой исходной смеси VCC-0 в 1000 раз различие экспериментально измеренных величин концентраций исследуемых компонентов не превосходит аттестованных значений более чем на 5 %. 90 № 2 (16) 2012 оценка и контроль качества Таблица 4. Калибровочные коэффициенты, полученные в НИИ ЯП БГУ и в РУП БГЗ (Коэффициент чувствительности (РУП БГЗ))/ (Коэффициент чувствительности (НИИ ЯП БГУ)) Компонент ацетальдегид метилацетат этилацетат метанол 2-пропанол этанол 1-пропанол изобутанол н-бутанол изоамилол 1-пентанол — ВС АГ Этанол-ВС 0,93 0,80 0,86 0,90 0,95 0,99 0,96 0,97 0,98 1,00 23,2 19,8 21,3 22,5 23,5 24,6 23,9 24,2 24,4 24,8 0,94 0,80 0,87 0,91 0,96 1,00 0,97 0,98 0,99 1,01 Таблица 5. Величины экспериментально измеренных (НИИ ЯП БГУ) концентраций компонентов в аттестованных смесях VCC-1, VCC-2 и VCC-3 Компонент ацетальдегид метилацетат этилацетат метанол 2-пропанол 1-пропанол изобутанол н-бутанол изоамилол 1-пентанол № 2 (16) 2012 Концентрация согласно сертификату, мг/л (AA) 2,22 56,2 1096 2,29 57,8 1128 2,17 54,9 1070 24,96 555,5 10774 3,69 54,1 1025 2,08 52,8 1029 2,06 52,3 1020 2,11 53,5 1044 2,11 53,5 1044 27,13 27,13 27,13 Измеренная концентрация, мг/л (AA) (относительное отклонение, %) 1-пентанол — ВС АГ Этанол — ВС 2,55 (14,9) 58,53 (4,1) 1201 (9,5) 2,48 (8,4) 61,82 (6,9) 1211 (7,4) 2,42 (11,7) 57,08 (4,0) 1181 (10,3) 26,81 (7,4) 567,73 (2,2) 11766 (9,2) 3,91 (5,9) 53,61 (0,2) 1078 (–0,9) 2,17 (4,2) 52,47 (–0,6) 1076 (4,6) 2,35 (13,8) 51,55 (–1,4) 1052 (3,2) 2,35 (11,2) 54,31 (1,4) 1104 (5,8) 2,16 (2,5) 52,56 (–1,8) 1103 (5,7) 27,13 27,13 27,13 2,38 (7,2) 57,43 (2,2) 1129 (3,0) 2,32 (1,2) 60,66 (4,9) 1139 (1,0) 2,26 (4,2) 56,01 (2,1) 1110 (3,7) 25,03 (0,3) 557,1 (0,3) 11066 (2,7) 3,72 (0,9) 53,71 (–0,7) 1035 (0,9) 2,06 (–0,8) 52,56 (–0,4) 1033 (0,4) 2,28 (10,5) 52,70 (0,8) 1031 (1,1) 2,24 (6,1) 54,40 (1,6) 1060 (1,5) 2,06 (–2,3) 52,65 (–1,7) 1059 (1,4) 26,83 (–1,1) 28,22 (4,0) 28,12 (3,6) 2,36 (6,2) 57,31 (1,9) 1163 (6,0) 2,30 (0,2) 60,54 (4,7) 1173 (4,1) 2,24 (3,2) 55,90 (1,9) 1144 (6,8) 24,79 (–0,7) 556,0 (0,1) 11396 (5,8) 3,69 (–0,1) 53,60 (–0,9) 1066 (4,0) 2,04 (–1,7) 52,46 (–0,6) 1064 (3,4) 2,26 (9,5) 52,59 (0,6) 1062 (4,1) 2,22 (5,0) 54,29 (1,4) 1091 (4,5) 2,04 (–3,2) 52,54 (–1,9) 1090 (4,4) 25,90 (–4,6) 27,44 (1,2) 28,21 (4,0) 91 пищевая промышленность: наука и технологии Таблица 6. Величины экспериментально измеренных (РУП БГЗ) концентраций компонентов в аттестованных смесях VCC-1, VCC-2 и VCC-3 Компонент Концентрация согласно сертификату, мг/л (AA) ацетальдегид 2,22 56,2 1096 2,29 57,8 1128 2,17 54,9 1070 24,96 555,5 10774 3,69 54,1 1025 2,08 52,8 1029 2,06 52,3 1020 2,11 53,5 1044 2,11 53,5 1044 27,13 27,13 27,13 метилацетат этилацетат метанол 2-пропанол 1-пропанол изобутанол н-бутанол изоамилол 1-пентанол Измеренная концентрация, мг/л (AA) (относительное отклонение, %) 1-пентанол — ВС АГ Этанол — ВС 2,46 (10,9) 56,13 (–0,2) 1144 (4,4) 2,52 (10,0) 58,93 (1,9) 1180 (4,6) 2,22 (2,4) 56,13 (2,3) 1132 (5,7) 25,66 (2,8) 566,82 (2,0) 11332 (5,2) 3,52 (–4,7) 50,37 (–6,9) 1050 (2,5) 2,19 (5,2) 52,96 (0,4) 1066 (3,6) 2,09 (1,5) 51,50 (–1,5) 1034 (1,4) 2,26 (6,9) 54,11 (1,1) 1081 (3,5) 2,24 (6,2) 54,15 (1,1) 1083 (3,7) 27,13 27,13 27,13 2,39 (7,7) 54,87 (–2,4) 1096 (0,0) 2,45 (6,9) 57,59 (–0,4) 1130 (0,2) 2,15 (–0,5) 54,86 (0,0) 1084 (1,3) 24,94 (–0,1) 554,01 (–0,3) 10851 (0,7) 3,48 (–5,6) 50,23 (–7,1) 1026 (0,1) 2,17 (4,3) 52,82 (0,1) 1041 (1,2) 2,12 (2,8) 52,43 (0,3) 1031 (1,2) 2,24 (6,1) 53,96 (0,8) 1056 (1,1) 2,22 (5,3) 54,01 (0,9) 1059 (1,4) 27,72 (2,2) 26,92 (–0,8) 27,96 (3,0) 2,40 (7,9) 54,64 (–2,8) 1114 (1,6) 2,45 (7,1) 57,36 (–0,8) 1148 (1,8) 2,16 (–0,3) 54,64 (–0,4) 1102 (2,9) 24,98 (0,1) 551,76 (–0,7) 11031 (2,4) 3,49 (–5,4) 50,03 (–7,5) 1043 (1,8) 2,17 (4,5) 52,60 (–0,3) 1059 (2,9) 2,12 (2,9) 52,22 (–0,1) 1048 (2,8) 2,24 (6,3) 53,75 (0,4) 1074 (2,8) 2,23 (5,5) 53,79 (0,5) 1076 (3,1) 27,65 (1,9) 26,70 (–1,6) 28,31 (4,3) Таблица 7. Экспериментально измеренные величины концентраций исследуемых компонентов в аттестованной смеси VCC-0 после разбавления водой в отношении 1:1, 1:9, 1:99 и 1:999 Компонент ацетальдегид метилацетат этилацетат метанол 2-пропанол 1-пропанол изобутанол н-бутанол изоамилол 92 КонцентраИзмеренная концентрация, мг/л (AA) ция соглас(Относительное отклонение, %) но сертифиразбавление кату, мг/л без разбавления разбавление 1:1 разбавление 1:9 1:99 (AA) 4275 4397 4173 41995 3991 4012 3975 4071 4071 4556 (6,6) 4436 (0,9) 4253 (1,9) 42586 (1,4) 4112 (3,0) 4076 (1,6) 4049 (1,9) 4174 (2,5) 4458 (9,5) 4451 (4,1) 4127 (–6,1) 4018 (–3,7) 40462 (–3,7) 4000 (0,2) 3973 (–1,0) 4007 (0,8) 4096 (0,6) 4412 (8,4) 4340 (1,5) 3961 (–9,9) 3780 (–9,4) 39043 (–7,0) 3875 (–2,9) 3868 (–3,6) 3904 (–1,8) 4012 (–1,4) 4318 (6,1) 4406 (3,1) 4002 (–9,0) 3762 (–9,8) 38645 (–8,0) 3866 (–3,1) 3862 (–3,7) 3903 (–1,8) 4107 (0,9) 4479 (10,0) разбавление 1:999 4280 (0,1) 4292 (–2,4) 4107 (–1,6) 38764 (–7,7) 3818 (–4,3) 3820 (–4,8) 4140 (4,1) 4024 (–1,2) 3937 (–3,3) № 2 (16) 2012 оценка и контроль качества Дальнейшее исследование точности метода было выполнено с использованием государственных стандартных образцов ГСО-8404 и ГСО-8405. Полученные экспериментальные данные приведены в табл. 8, 9. Таблица 8. Экспериментально измеренные величины концентраций исследуемых компонентов в государственных стандартных образцах ГСО-8404 Компонент ацетальдегид метилацетат этилацетат метанол 2-пропанол 1-пропанол изобутанол н-бутанол изоамилол 1-пентанол Концентрация согласно сертификату, мг/л (AA) 4,48 4,79 4,69 56,16 5,42 4,17 4,17 4,17 4,17 27,13 Измеренная концентрация, мг/л (AA) (относительное отклонение, %) 1-пентанол — ВС Этанол — ВС 4,29 (–4,3) 4,88 (1,9) 4,38 (–6,5) 54,95 (–2,2) 5,22 (–3,7) 4,17 (0,1) 4,44 (6,5) 4,31 (3,4) 4,40 (5,5) 27,13 (0,0) 4,33 (–3,4) 4,93 (2,9) 4,43 (–5,5) 55,51 (–1,2) 5,27 (–2,8) 4,22 (1,3) 4,49 (7,6) 4,36 (4,5) 4,44 (6,4) 27,38 (0,9) Таблица 9. Экспериментально измеренные величины концентраций летучих компонентов в государственных стандартных образцах ГСО-8405 Компонент ацетальдегид метилацетат этилацетат метанол 2-пропанол 1-пропанол изобутанол н-бутанол изоамилол 1-пентанол Концентрация согласно сертификату, мг/л (AA) 11,25 11,50 11,25 136,76 11,50 10,00 10,00 10,00 10,00 68,83 Измеренная концентрация, мг/л (AA) (относительное отклонение, %) 1-пентанол — ВС Этанол — ВС 11,97 (6,4) 10,34 (–10,1) 10,87 (–3,4) 128,19 (–6,3) 11,98 (4,2) 10,72 (7,2) 9,98 (–0,2) 10,29 (2,9) 10,14 (1,4) 68,83 (0,0) 12,11 (7,6) 10,04 (–12,7) 10,31 (–8,4) 127,84 (–6,5) 12,10 (5,2) 10,70 (7,0) 9,95 (–0,5) 10,27 (2,7) 10,10 (1,0) 68,57 (–0,4) Анализ результатов расчета величин концентраций примесей в разнообразной готовой продукции РУП «Бобруйский гидролизный завод», выполненных по традиционному методу абсолютной градуировки и по предложенному новому методу «этанол-ВС», показал, что расхождение между ними не превосходит 10 %. Таким образом, целью данной работы являлась демонстрация возможностей, а также всесторонняя верификация нового методического подхода использования этанола в качестве внутреннего стандарта при анализе летучих токсичных соединений в алкогольной продукции. Параметры современных газовых хроматографов позволяют с необходимой точностью одновременно регистрировать пики откликов примесей и пик основного компонента (этанола). Все это, а также простота и доступность применения говорят об эффективности его использования в повседневной практике аналитических и испытательных лабораторий. № 2 (16) 2012 93 пищевая промышленность: наука и технологии Проведенное сравнение полученных результатов экспериментальных исследований с широко используемыми методами внутреннего стандарта на аттестованных смесях, государственных стандартных образцах и на готовой продукции РУП «Бобруйский гидролизный завод», свидетельствует о высоких метрологических параметрах предложенного метода. Относительная неопределенность измерения массовой концентрации испытуемых компонентов не превосходит 11 % в соответствии с СТБ ИСО 5725-4-2002. Авторы благодарят всех участников дискуссий за их критические замечания, а также за предоставленные для обсуждения экспериментальные материалы и поддержку развития нового методического подхода «этанол-ВС». Литература 1. AOAC Official Methods 972.10. Alcohol (higher) and ethyl acetate in distilled liquors. Alternative gas chromatographic method, 1975. 2. AOAC Official Methods 972.11. Methanol in distilled liquors. Gas chromatographic method, 1973. 3. Commission Regulation (EC) № 2870/2000 of 19 December 2000 laying down Community reference methods for the analysis of spirits drinks, 2000. 4. ГОСТ Р 51698-2000. Водка и спирт этиловый. Газохроматографический экспресс-метод определения токсичный микропримесей в водке и спирте этиловом, 2000. 5. ГОСТ Р 51762-2001. Водка и спирт этиловый из пищевого сырья. Газохроматографический метод определения содержания летучих кислот и фурфурола, 2001. 6. ГОСТ Р 52363-2005. Спиртосодержащие отходы спиртового и ликероводочного производства. Газохроматографический метод определения содержания летучих органических примесей, 2005. 7. ГОСТ Р 53419-2009. Спирт этиловый-сырец из пищевого сырья. Газохроматографический метод определения содержания летучих органических примесей, 2009. 8. Использование основного компонента (растворителя) в качестве внутреннего стандарта при хроматографическом определении примесей / С. В. Черепица [и др.] // Журнал аналитической химии. — 2003. — Т. 58, № 4. — С.416–420. 9. Метрологическое обеспечение контроля качества и безопасности водки и спирта этилового в Республике Беларусь: проблемы и решения / С. В. Черепица [и др.] // Метрология и приборостроение. — 2011. — № 1. — С. 33–42. 10. Использование этанола в качестве внутреннего стандарта при количественном определении содержания токсичных микропримесей в алкогольной продукции / С. В. Черепица [и др.] // Доклады НАН Беларуси. — 2012. — Т. 56, № . 1. — С. 65–70. Рукопись статьи поступила в редакцию 20.04.2012 S. V. Charapitsa, A. N. Kavalenka, A. L. Mazanik, N. M. Makoed, S. N. Sytova N. I. Zayats, N. V. Kulevich Quantitative determination of impurities compounds in spirit drinks with ethanol as internal standard In the paper analysis of the present standard base for safety and quality testing of spirit drinks in the world has been done. There were presented results of experimental investigation on determination of metrological characteristics of proposed early of the new methodical approach »ethanol-ISTD». It is the using of ethanol as internal standard for quantitative determination of toxic impurities concentration in alcohol drinks. Results obtained show the possibility of development of new international standard of procedure of measurement allowing substantially increase the level of determining data validity. On the other hand it allows considerably simplify the procedure of measurement. Proposed method »ethanolISTD» can be easily implemented in daily practice of analytical and testing laboratories. 94 № 2 (16) 2012 оценка и контроль качества УДК 659.113.2:663.8 Изучен рынок спортивных и энергетических напитков г. Минска на основе анализа ассортиментного ряда безалкогольных напитков в крупнейших торговых сетях города. Показано, что ассортимент спортивных и энергетических напитков на рынке г. Минска недостаточен и ориентирован на покупательскую аудиторию с высокими доходами, что ограничивает массовость употребления данных продуктов. РЫНОК СПОРТИВНЫХ И ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ НАПИТКОВ г. МИНСКА РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию», г. Минск, Беларусь Л. А. Мельникова, кандидат биологических наук, ведущий научный сотрудник отдела питания; Е. И. Васенкова, кандидат физико-математических наук, старший научный сотрудник отдела питания; А. А. Журня, научный сотрудник отдела питания; П. Ю. Кулишов, руководитель группы отдела питания; К. С. Рябова, инженер-химик Республиканского контрольно-испытательного комплекса по качеству и безопасности продуктов питания Одним из наиболее динамично развивающихся сегментов пищевой индустрии в настоящее время является рынок функциональных напитков. На сегодняшний день все функциональные напитки условно можно разделить четыре основные группы: энергетические напитки, напитки группы «здоровья», напитки-нутрицевтики и спортивные напитки. Спортивные напитки предназначены для восстановления потерь жидкости и минеральных солей при физических нагрузках. Спортивные напитки помогают предотвратить обезвоживание организма, нарушение водно-солевого баланса, ухудшение газообмена в капиллярах, повышение вязкости крови, перегрузку сердечно-сосудистой системы, нарушение выработки энергии в мышечной ткани [1]. Их используют не только спортсмены-профессионалы, но и люди, активно занимающиеся фитнесом и другими видами деятельности, предусматривающими значительные физические нагрузки. Для характеристики спортивных напитков введено понятие осмоляльности, характеризуемое количеством осмотически активных частиц в единице жидкого продукта. Исходя из уровня осмоляльности все спортивные напитки делят на три группы (рис.1). Изотоническими называются напитки количество осмотически активных частиц, которых составляет 280–300 миллиосмолей (мОсм/кг) на 1 кг, что соответствует осмоляльности крови. Такие напитки по сравнению с питьевой водой максимально быстро замещают потерянную жидкость благодаря присутствию в них углеводов и электролитов, в первую очередь натрия и калия. Гипертонические напитки характеризуются значением осмоляльности свыше 300 мОсм/кг. Такие напитки быстро восстанавливают израсходованные энергетические ресурсы без потребления больших количеств богатой углеводами пищи. Гипотонические напитки имеют значения осмоляльности 50–250 миллиосмолей [2, 3]. Поддерживать благодаря стимулирующим компонентам оптимальный водно-солевой баланс организма во время тренировок и хороший тонус позволяют напитки для фитнеса. Входящие в их состав углеводы обеспечивают организм энергией; L-карнитин и инозитол способствуют активации обмена веществ и сжиганию жира. В последнее время все большее внимание производителей и спортивных диетологов привлекает проблема выпуска спортивных напитков, которые помимо восстановления водного баланса спортсменов могли бы усиливать физиологическое воздействие на организм. Для этого ре- № 2 (16) 2012 95 пищевая промышленность: наука и технологии цептуры напитков обогащают биологически активными компонентами, позволяющими повысить функциональные возможности организма человека, улучшить его спортивные показатели и сохранить здоровье. Среди таких компонентов первое место занимают растения-адаптогены (эхинацея, имбирь, зверобой и др.), которые практически не изменяют нормальных функций организма, но значительно повышают физическую и умственную способность [4]. Рис. 1. Классификация спортивных напитков в зависимости от уровня осмоляльности Вторая по популярности группа функциональных напитков — это энергетические напитки, которые содержат ингредиенты, стимулирующие энергетические процессы в организме человека. В производстве таких напитков используют компоненты, способные стимулировать физическую и психо-эмоциональную активность организма человека, такие как кофеин, гуарана, таурин, гинкго-билоба, экстракт женьшеня [3]. С целью определения потенциальных возможностей рынка новых видов спортивных и энергетических напитков в Республике Беларусь было проведено маркетинговое исследование рынков сбыта данных продуктов. Анализ рынка функциональных напитков в г. Минске осуществлялся на основании оценки ассортиментного ряда безалкогольных функциональных напитков в торговых сетях города: «Гиппо», «Prostore», «Вестер», «BIGZZ», «Корона», «Рублевский», «Соседи» и продовольственных магазинах шаговой доступности, расположенных в различных районах. Для исследования рынка спортивных напитков также был изучен ассортимент специализированных магазинов спортивного питания: «Бизон», «Физкульт», «Спортайм», «Магазин спортивного питания», которые имеют свои филиалы в Гродно и Молодечно, а также осуществляют продажу по всей Беларуси через интернет. Были проанализированы рекламные издания по предложению и спросу продуктов функциональных питания в Республике Беларусь и информационные интернет-порталы. Анализ полученных данных показал, что спортивные изотонические напитки на рынке г. Минска были представлены только продукцией зарубежного производства в виде сухих и жидких концентратов. Ассортимент спортивных изотонических напитков включал в себя напитки российского производства «Гепарт» и «Гепарт-экстра» (ООО «Беларн»), 13 наименований напитков немецкого производства фирм «Strimex», «Wpt GmbH», «Hansa X Sport», «Multipower GmbH, Maxler» и напитки польского производства «Olimp Iso Plus sport drink» со вкусами апельсина и грейпфрута (фирмы Olimp). Анализ ценового фактора показал существенный разброс стоимости спортивных изотонических напитков. В магазинах спортивного питания присутствовали спортивные изотонические 96 № 2 (16) 2012 оценка и контроль качества напитки, цены которых на 100–130 % превышали среднюю цену и спортивные напитки — на 11–48 % ниже средней цены. Следует отметить, что все представленные спортивные напитки являлись концентратами. При этом 20 наименований напитков были представлены в виде сухого концентрата и 1 изотонический спортивный напиток немецкого производителя компании «Strimex» — в виде жидкого концентрата. При рассмотрении спортивных изотонических напитков установлено, что данный вид продукции в Республике Беларусь не производится. Энергетические напитки в торговых организациях г. Минска были представлены расфасованными в ПЭТ-бутылку напитками «Bizon» (ЗАО «Минский завод безалкогольных напитков», Беларусь) и «Dinamit» (ОАО «Лидское пиво», Беларусь) и расфасованными в жестяную банку напитками «Burn» (ОАО «Кока-Кола Эйч-Би-Си Евразия», Россия), «Adrenalin rush» (ООО «ПепсиКо Холдингс», Россия), «Gorila» (ЗАО «МПК», Россия), «Red Bull» («Red Bull GmbH», Австрия), «Non Stop» original, «Non Stop» Cola, «Non Stop» женьшень, «Revo Energy» (ООО «Напитки плюс», Украина). На рис. 2 представлена структура ассортимента энергетических напитков, присутствующих на рынке г Минска, по странам-производителям. Рис. 2. Структура ассортимента энергетических напитков, присутствующих на рынке г. Минска, по странам-производителям Стоимость энергетических напитков варьировала от 3700 до 8900 белорусских рублей за упаковку. При этом средняя цена на энергетические напитки производства Российской Федерации и производства иных стран была практически одинакова и превышала среднюю цену продукции белорусского производства в 2,4 раза. На основании проведенного исследования установлено, что ассортимент спортивных и энергетических напитков на рынке г. Минска недостаточен и ориентирован на покупательскую аудиторию с высокими доходами, что ограничивает массовость употребления данных продуктов. Учитывая, что в последние годы в Республике Беларусь многократно возрос интерес к спорту, разработка спортивных напитков отечественного производства становится актуальной и обоснованной задачей. Литература 1. Функциональные пищевые продукты. Введение в технологии / А. Ф. Доронин [и др.]; под общ. ред. А. А. Кочетковой. — М.: ДеЛи принт, 2009. – 288 с. 2. Токарев, Э. С. Обзор современного рынка функциональных напитков / Э. С. Токарев, Е. Н. Баженова // Пиво и напитки. — 2007. — № 4. — С. 4–8. № 2 (16) 2012 97 пищевая промышленность: наука и технологии 3. Спортивные и энергетические напитки / М. А. Дьяченко [и др.] // Пиво и напитки. — 2000. — № 2. — С. 42–44. 4. Штерман, С. В. Напитки для фитнеса и спорта / С. В. Штерман, Г. И. Андреев, Е. Б. Черепенникова // Пищевая прмышленность. — 2012. — № 2. — С. 27–31. Рукопись статьи поступила в редакцию 16.05.2012 L. A. Melnikova, А. A. Zhurnia, Е. I. Vasenkova, P. Y. Kylishov, K. S. Rabova THE MARKET OF SPORTS AND POWER DRINKS OF MINSK The market of sports and power drinks of Minsk on the basis of the analysis assortment of some soft drinks in the largest trading networks a city is studied. It is shown, that the assortment of sports and power drinks in the market of Minsk is insufficient and focused on a consumer audience with high incomes that limits mass character of the use of the given products. 98 № 2 (16) 2012
