CC BY
78
Значения числителя в формуле (7)
Ух — неизвестный параметр, принимаемый значение 0,333 (V2 = 0,111).
Решение. По табл. 4 для ^ = 0,111 и х2 = 3,84.
у2 = 0,4262.
По табл. 3 при у2 = 0,4262 и е2 = 0,0025, п = 170.
2. Если известна (хотя бы приблизительно) возможная величина изменчивости случайной величины, например Ух = 20 % (VI = 0,040), то при е = 5 % (е2 = 0,0025), то у2 = 0,1536, а п = 61, а при тех же условиях, но допустимая ошибка е = 10 % (е2 = 0,01), то п равняется всего 15 ед.
Таблица 4 Таким образом, из анализа
табл. 3 и 4 видно, что объем выборки существенно зависит от «качественного» состава формирования выборки от значения дисперсии случайных величин, включаемых в объем выборки. Формирование выборки с использованием метода Монте-Карло позволит дополнительно уменьшить необходимый объем выборки п.
Список литературы
1. Вентцель Е.С., Овчаров Л.А. Теория вероятностей и ее инженерные приложения. — М.: Наука, 1988. — 480 с.
2. Митропольский А.К. Техника статистических вычислений. — М.: Физматгиз, 1961. — 480 с.
3. Сырых Н.Н., Кабдин Н.Е. Теоретические основы эксплуатации электрооборудования. — М.: Агробиз-несцентр, 2007. — 514 с.
4. Шор Я.Б., Кузьмин Ф.И. Таблицы для анализа и контроля надежности. — М.: Радио, 1968. — 288 с.
х2 2 Ф(х) = 0,90 2,690 Ф(х) = 0,95 3,8416 Ф(х) = 0,99 6,6564 Vx = ^ 100 % Мх
0,111 0,2986 0,4262 0,7359 33,3
0,090 0,2421 0,3456 0,5967 30,0
0,0625 0,1684 0,2400 0,4144 25,0
0,040 0,1076 0,1536 0,2663 20,0
УДК 664.854:634.22+664.864.039.5:634.22
Г.Г. Юсупова, доктор с.-х. наук Р.Х. Юсупов, доктор техн. наук
Московский государственный агроинженерный университет имени В.П. Горячкина Т.А. Толмачева, канд. биол. наук
Южно-Уральский государственный университет (НИУ), г. Челябинск
ОБЕСПЕЧЕНИЕ МИКРОБИОЛОГИЧЕСКОЙ БЕЗОПАСНОСТИ ПЛОДОВО-ЯГОДНОГО СЫРЬЯ ДЛЯ ХЛЕБОПЕКАРНОЙ ПРОДУКЦИИ ВОЗДЕЙСТВИЕМ ЭНЕРГИЕЙ СВЧ-ПОЛЯ
В современных условиях производство хлебобулочных и кондитерских изделий нуждается в использовании высококачественного экологичного сырья, совершенных технологий и оборудования, обеспечивающих максимальную сохранность полезных и питательных веществ, потребительские свойства изделий, повышение сроков их хранения.
Анализ применяемого сырья показал необходимость применения научно обоснованных методов воздействия и подбора дополнительного сырья с целью регулирования свойств, качества и безопасности продуктов питания из растительного сырья [1].
В производстве хлебобулочных и кондитерских изделий в качестве дополнительного сырья используется курага. Как всякое растительное сырье, курага подвержена микробиологическим и физиологическим процессам, вызывающим ее порчу.
Задача сохранения плодов и продуктов их переработки сводится к регулированию жизненных процессов, лежащих в основе появления порчи.
К порче плодов приводят как биологические процессы, протекающие в сырье, так и жизнедеятельность микроорганизмов. Изменяя условия среды, воздействуя на сырье или на микроорганизмы физическими, биологическими и химическими факторами, можно подавить жизнедеятельность возбудителей порчи и сохранить сырье.
В последние годы нашли широкое применение физические методы [2]. К ним относят: термическую обработку, стерилизацию ультразвуком, обработку токами высокой и сверхвысокой частоты, ультрафиолетовым, красным и синим светом, спектрами лазерного и ионизирующего излучений.
Авторами были проведены исследования по обеззараживанию сухих плодов кураги электротермическим воздействием энергии СВЧ-поля.
В процессе исследований осуществлены лабораторные и лабораторно-производственные эксперименты. В результате изучено влияние энергии СВЧ-поля на возбудителей плесени — грибы родов Pénicillium и Mucor и общее микробное число (ОМЧ).
Для оптимизации объема экспериментальных исследований был использован метод активного планирования эксперимента, позволяющий получить уравнение регрессии, связывающее режимы воздействия на плоды сухофрукта и показатели эффективности обеззараживания и качества продукции.
Реакция сапрофитной микрофлоры на воздействие энергией СВЧ-поля изучалась на сухих плодах кураги длительного хранения. Схема опыта включает 11 вариантов, в том числе двух контрольных: промывание сухофруктов стерильной водой, в дальнейшем именуемый — контроль и стандарт по существующей технологии (отваривание плодов в сахарном сиропе), далее именуемый — контроль-стандарт.
Эксперименты проводились в трехкратной повторности. Допустимая численность плесневых грибов сухофруктов составляет 100 КОЕ/1г (СанПиН 2.3.2.1078-2001).
Начальный уровень обсемененности кураги плесневыми грибами рода Pénicillium определяли по контролю и контролю-стандарту. Зараженность контроля составила 2,1 • 103 КОЕ/г, в то вре-
мя как зараженность в контроле-стандарте — 10 КОЕ/г.
Полученные при исследовании результаты представлены в табл. 1.
Анализ результатов показал, что эффект полного обеззараживания (варианты № 1, 5—7) плодов кураги происходит при температуре нагрева до 85...100 °С, экспозиции 60...90 с и скорости нагрева 0,4...0,8 °С/с. Органолептические показатели качества в указанных вариантах либо ухудшаются, либо соответствуют контролю.
При максимальных режимах обеззараживания (экспозиция 90 с, скорость нагрева 0,8 °С/с, температура 100 °С), наблюдается полное уничтожение грибной инфекции, но плоды кураги «карамелезуются» и появляется вкус сгоревшей ягоды.
Воздействие минимальными режимами обеззараживания энергией СВЧ-поля (температура нагрева плодов 40 °С, экспозиция 30 с, скорость нагрева 0,4 °С/с) происходит снижение зараженности в два раза. Органолептические показатели соответствуют контролю.
Нагрев плодов кураги до температуры 65.70 °С при экспозиции 30 с и 90 с соответственно приводит к сокращению численности микроорганизмов.
Нагрев плодов кураги от 65 до 70 °С снижает численность микроорганизмов от 2 до 20 раз. При этом вкус становится кисло-сладким, а цвет не из-
Таблица 1
Влияние энергии СВЧ-поля на численность грибов рода Pénicillium на плодах кураги
Вариант Режим Зараженность КОЕ/г; 1 • 103 Органолептический показатель
Время обработки,с Скорость нагрева v, °С/с Нагрев г, оС I II III Среднее значение
1 90 0,8 100 0 0 0 0 Окраска потемнела, плоды карамелезова-лись; вкус сгоревшей ягоды
2 30 0,8 80 1 0 0 0,33 Плоды подгорели; «карамелезовались»; терпкий вкус
3 90 0,4 70 2 2 2 2 Окраска плодов обесцветилась; вкус кисло-сладкий
4 30 0,4 40 11 11 12 11,3 Вкус и цвет плодов соответствуют контролю
5 60 0,8 90 0 0 0 0 Окраска потемнела; плоды «карамелезовались»; вкус медовый
6 60 0,4 70 0 0 0 0 Цвет плодов светлее контроля; вкус свежей ягоды
7 90 0,6 85 0 0 0 0 Цвет плодов соответствует контролю; вкус — кисло-сладкий, переспевшей ягоды
8 30 0,6 65 12 13 11 12 Цвет плодов соответствует контролю; вкус кисло-сладкий, перезревшей ягоды
9 60 0,6 75 1 0 1 0,67 Цвет плодов соответствует контролю; вкус сладкий с привкусом меда
10 Контроль 18 22 25 21,7 Цвет плодов желто-коричневый; вкус сладкий, присущий сушеной кураге
11 Контроль, отвар в сахарном сиропе 0 0 0,3 0,1 Цвет плодов желто-коричневый; вкус очень сладкий, присущий отваренной кураге
меняется. Дальнейшее повышение температуры нагрева плодов до 75...80 °C приводит к снижению численности грибов рода Pénicillium до безопасных пределов. Необходимо отметить, что в варианте при температуре нагрева плодов кураги 80 °C органо-лептические показатели ухудшаются (плоды подгорают и имеют терпкий, горьковатый вкус), при температуре нагрева 75 °C цвет плодов соответствует контролю, вкус улучшается, становится сладким с привкусом меда.
Анализ результатов, представленных в табл. 1, показал, что не все варианты обработки энергией СВЧ-поля приемлемы для обеззараживания сухих плодов кураги, так как в некоторых из вариантов вместе с обеззараживанием происходит ухудшение органолептических показателей, что не позволяет дальнейшее применение кураги в пищу. Эффективными режимами обработки плодов кураги методом электротермического воздействия энергией СВЧ-поля являются скорость нагрева 0,6 °С/с, экспозиция 60 с, температура нагрева 75 °C.
По результатам проведенных исследований и данным регрессионного и дисперсионного анализов получено уравнение
Y4 = 1,5 - 1,6х1 - 4,2х2 - 1,9х? +
+ 4,0x2 + 2,2х1х2, (1)
где Y4 — рассматриваемая зараженность кураги; х1 — время нагрева; х2 —скорость нагрева.
Полученное уравнение позволило рассчитать эффективные режимы обработки сухих плодов кураги. При анализе полученных результатов сделан вывод, что область эффективных режимов находится в пределах: экспозиция 60...90 с; скорость нагрева 0,55.0,8 °С/с. Температура нагрева при соответствующих режимах варьирует от 60 до 85 °С. При скорости нагрева 0,6.0,7 °С/с, экспозиции 30.90 с и температуре нагрева 70.75 °С происходит обеззараживание плодов до пределов ПДК (100 КОЕ/г), в контроле зараженность составляет 2,1 • 103 КОЕ/г.
Полное обезвреживание грибов рода РешсШшш наступает при скорости нагрева 0,56.0,62 °С/с, экспозиции 75.90 с и температуре нагрева 75 °С.
Зараженность грибами рода Мисог плодов кураги в контроле составила 1,7 • 103 КОЕ/г, в контроле-стандарте — 0 КОЕ/г (табл. 2). При воздействии энергией СВЧ-поля на плоды кураги полное обеззараживание от плесневых грибов рода Мисог происходит при скорости нагрева 0,6.0,8 °С/с с нагревом 75.100 °С и экспозиции 60.90 с.
При максимальных режимах влияния СВЧ-поля (вариант № 1) при скорости нагрева 0,8 °С/с, экспозиции 90 с и температуре нагрева 100 °С происходит полное уничтожение спор данного рода грибов, цвет плодов становится темнее, карамелезуется и появляется вкус сгоревшей ягоды.
Необходимо отметить, что в вариантах при минимальном режиме экспозиции 30 с со скоростью
Таблица 2
Влияние СВЧ-энергии на численность грибов рода Mucor на кураге
Вариант Режим Зараженность КОЕ/г; 1 х 10 2 Органолептический показатель
Время обработки,с Скорость нагрева v, °С/с Нагрев г, оС I II III Среднее значение
1 90 0,8 100 0 0 0 0 Окраска потемнела, плоды карамелезова-лись; вкус сгоревшей ягоды
2 30 0,8 80 0 1 0 0,33 Плоды подгорели; карамелезовались; терпкий вкус
3 90 0,4 70 2 0 0 0,7 Окраска плодов обесцветилась; вкус кисло-сладкий
4 30 0,4 40 20 18 17 18,3 Вкус и цвет плодов соответствуют контролю
5 60 0,8 90 0 0 0 0 Окраска потемнела; плоды карамелезовались; вкус медовый
6 60 0,4 70 3 3 3 3 Цвет светлее контроля, вкус свежей ягоды
7 90 0,6 85 0 0 0 0 Цвет соответствует контролю, вкус кисло-сладкий, переспевшей ягоды
8 30 0,6 65 19 18 18 18,3 Цвет соответствует контролю, вкус кисло-сладкий, перезревшей ягоды
9 60 0,6 75 0 0 0 0 Глянцевый, цвет соответствует контролю, вкус ладкий с привкусом меда
10 Контроль 18 16 19 17,7 Цвет желто-коричневый, вкус сладкий присущий сушеной кураге
11 Контроль, отварен.в сахарном сиропе 0,7 0,7 0,7 0,7 Глянцевый, желто-коричневый, приторно-сладкий
нагрева 0,4.0,6 °С/с и нагреве 40.60 °C происходит стимулирование роста и развития грибной инфекции и зараженность плодов становится выше, чем в контроле и составляет 1830 КОЕ/г. Органолептические показатели кураги остаются на уровне контроля.
В варианте № 7, где принят верхний уровень параметров времени обработки 90 с и средний уровень скорости нагрева 0,6 °С/с при температуре нагрева 85 °C, происходит деконтаминация данного вида инфекции. Вкус становится кисло-сладким, цвет соответствует контролю.
При параметрах с режимами: скорость нагрева 0,4 °С/с, экспозиция 60 с, температура 70 °C (вариант 6) под воздействием СВЧ-энергии происходит обеззараживание грибов рода Mucor до 3 • 102 КОЕ/г, число колоний уменьшается по сравнению с контролем в среднем в 6 раз.
При режимах с максимальной скоростью нагрева 0,8 °С/с, температурой нагрева 80.90 °C и экспозицией 30.60 с происходит деконтаминация плодов кураги.
В варианте с параметрами: скорость нагрева 0,6 °С/с, время обработки 60 с, температура нагрева 75 °C происходит полное уничтожение данной инфекции, органолептические показатели и потребительские свойства плодов кураги улучшаются по сравнению с контролем.
Полученные результаты по деконтаминации плодов кураги от плесневых грибов рода Mucor показывают, что наиболее эффективными являются параметры: экспозиция 60 с, скорость нагрева 0,6 °С/с при нагреве 75 °C. По результатам опыта было получено уравнение регрессии:
Y5 = 2,6 — 3,5x1 — 6,2х2 —
- 2,4x2 + 5,3х2 + 4,3х1х2, (2)
w
с *
s= и Рч
12
10
8
6
4
2
0
При экспозиции 30.75 с происходит снижение до предельно допустимых концентраций, либо полное уничтожение грибов рода Миеог.
Обеззараживающими являются режимы: скорость нагрева 0,6 °С/с, экспозиция 60 с, температура нагрева 80 °С.
Из результатов экспериментов, отраженных на графике (рис. 2), следует, что с увеличением времени обработки и скорости нагрева происходит постепенное снижение зараженности плодов кураги грибами рода Миеог.
На плодах кураги установлено общее микробное заражение.
В контроле зараженность плодов составила 4,8 • 102 КОЕ/г, в контроле-стандарте — 1,3 • 102 КОЕ/г.
В результате анализа полученных экспериментальных данных установлено снижение показателя ОМЧ (общее микробное число). Общее микробное заражение на плодах кураги снижается при возрастании значений режимных параметров. Полное снижение показателя ОМЧ наблюдается в режи-
0,44 0,48 0,52
0,56 0,6 0,64 0,68 0,72 0,76 Скорость нагрева, °С/с
Рис. 1. Влияние энергии СВЧ-поля на грибы рода Pénicillium на плодах кураги
25
где У5 — зараженность кураги возбудителем рода Миеог.
Анализ уравнения (2) показывает, что под влиянием энергии СВЧ-поля процесс обезвреживания грибами рода Миеог происходит при минимальных режимах воздействия. При максимальной экспозиции происходит интенсивное обезвреживание. При экспозиции 90 с и скорости нагрева 0,48 °С/с наблюдается полное их уничтожение.
w
с *
с о 3
20 -
15 -
10 -
-30 45
60 75 -90
0
0,76
0,4 0,44 0,48 0,52 0,56 0,6 0,64 0,68 0,72
Скорость нагрева, °С/с
Рис. 2. Влияние энергии СВЧ-поля на грибы рода Миеог на плодах кураги
5
14 12
/г10
w с * 8
30 45 60 75 90
0,44 0,48 0,52
0,56 0,6 0,64 0,68 0, Скорость нагрева, °С/с
0,76
Рис. 3. Влияние энергии СВЧ-поля на общее микробное плодов кураги
мах с параметрами: экспозиция 60.90 с, скорость нагрева 0,8 °С/с, температура 90.100 °C. При этом снижаются органолептические показатели. Плоды темнеют, карамелезуются, приобретают привкус сгоревшей ягоды.
Снижение зараженности показателей ОМЧ наблюдается во всех вариантах. При минимальных режимах экспозиции 30 с скорости нагрева 0,4 °С/с и температуре нагрева 40 °С/с происходит снижение до 4,7 • 103 КОЕ/г, что ниже контроля. Органолептические показатели остаются на уровне контроля.
При параметрах с режимами: экспозиция 60.90 с, скорость нагрева 0,6 °С/с, температура нагрева 75.85 °C наблюдается снижение показателя ОМЧ до 100 КОЕ/г (варианты № 7, 9).
Но при температуре нагрева 85 °C органолептические показатели практически остаются на уровне контроля. При температуре нагрева 75 °C цвет плодов кураги остается на уровне контроля, вкус улучшается, плоды становятся сладкими, с привкусом меда.
Проанализировав табличные данные, следует, что оптимальными режимами, снижающими ОМЧ до предельно допустимых норм, являются экспозиция 60 с, скорость нагрева 0,6 °С/с и разогрев 75 °C.
Для определения корреляционных зависимостей между выходными параметрами и исследуемыми факторами по результатам исследований и применения матрицы получено адекватное уравнение регрессии:
заражение
Y6 = 11x2 - 4,3 - 10х1 - 7,8х2 + + 10,3x2 + 5х^х2,
где Y6 — общая микробная зараженность.
(3)
Из анализа уравнения (3) следует, что полное уничтожение микроорганизмов (ОМЧ) на плодах кураги происходит при скорости нагрева 0,8 °С/с, экспозиции 60.90 с.
Обезвреживание бактерий до норм предельной концентрации 100 КОЕ/г происходит в диапазоне обработки времени от 60.90 с, скорости нагрева 0,6 °С/с.
При минимальных уровнях обработки: скорости нагрева 0,4 °С/с, экспозиции 30 с, температуре нагрева 40 °С обеззараживание происходит частично и равно 1,1 • 102 КОЕ/г, что превышает предельно допустимые концентрации в четыре раза.
Обработка плодов кураги при параметрах скорости нагрева от 0,4, до 0,6 °С/с с увеличением экспозиции снижает численность микроорганизмов, но при этом полного обеззараживания не происходит.
Обработка в диапазоне времени 84..90 с при тех же значениях скорости нагрева существенно снижает зараженность плодов кураги микроорганизмами, но при этом показатель ОМЧ превышает нормы предельно допустимой концентрации микроорганизмов в 2-3 раза. Из всего следует, что указанные уровни обработки не эффективны, поскольку общее микробное число не снижается.
Обработка плодов кураги при скорости нагрева 0,7.0,8 °С/с и экспозиции 44.55 с сводит общую зараженность микроорганизмами к нулю. Указанные режимы являются эффективными для снижения численности различных групп микроорганизмов и повышения качества сухих плодов кураги, поэтому могут быть рекомендованы в производство.
Таким образом, полученные результаты подтверждают эффективность обработки энергией СВЧ-поля, повышая при этом качество и микробиологическую безопасность сырья для хлебобулочных изделий.
Список литературы
1. Юсупова Г.Г., Косован А.П., Юсупов Р.Х. Микробиологический контроль пищевых продуктов из зерна. — М.: ОАО «Московская типография № 2», 2010. — 422 с.
2. Юсупов Р.Х., Толмачёва Т.А., Юсупова Г.Г. Сырье для хлебопекарного и кондитерского производств и методы его улучшения. — Челябинск: Челяб. ин-т (ф-л) ГОУ ВПО «РГТЭУ», 2004. — 156 с.
6
4
