Производство чая с элеутерококком Текст научной статьи по специальности «Химические технологии»

Производство чая с элеутерококком

I

Р.Г. Мелкадзе

Научный центр Академии наук Грузии (Кутаиси)

На основе проведенных в 1988-1990 гг. работ нами была разработана рецептура и предложен способ производства чайного бальзама с растительными адап-тогенами, в частности с листьями элеутерококка. Способ предусматривает предварительную обработку добавки (сухих листьев элеутерококка) экстрактом из низкосортных видов чая, ее сушку, купажирование с готовым чаем и термообработку смеси [2].

Ниже приведены результаты по оптимизации технологических параметров. Для обработки добавки из низкосортных продукций или отходов чая получали экстракт путем водной экстракции при температуре 90...95 °С, ввод которого в листьях элеутерококка осуществляли опрыскиванием до увлажнения массы в пределах 14-20 %. Увлажненную массу выдерживали в течение 2-4 ч для равномерного перераспределения влаги и подсушивали в чаесушильной печи до остаточной влажности 7-8 %. Оценку полученной добавки проводили по органолептическим показателям и содержанию фенольных и экстрактивных веществ (табл. 1).

По результатам опытов были установлены оптимальные параметры обработки добавки: увлажнение чайным экстрактом — до 14-20 %, выдержка для равномерного распределения влаги — в течение 2-4 ч и подсушка при температуре 70...80 °С. При указанных параметрах в аромате и вкусе появляются нежные, насыщенные тона, увеличивается интенсивность настоя и повышается содержание феноль-ных и экстрактивных веществ.

Приготовленную таким образом добавку использовали в купаже с чаем. Термообработку купажа проводили инфракрасными лучами при плотности облучения 8-10 кВт/м2.

Исследование по установлению оптимальных условий процесса проводили методом математического планирования многофакторного эксперимента. Для выявления сущности действия отдельных факторов на процесс использовали трех-факторный эксперимент ротатабельного центрального композиционного планирования [3], реализацию которого осуществляли следующими факторами: Х1 — температура термообработки инфракрас-

ными лучами, °С; Х2 — продолжительность термообработки, мин; Х3 — количество используемой добавки, %.

На качественные показатели продукции, вырабатываемый по предложенному способу, оказывают влияние также и другие факторы: гранулометрические характеристики чая и добавки, интенсивность потока ИК-лучей, толщина слоя массы и иные технологические параметры, однако в процессе эксперимента эти факторы не менялись и систематическую ошибку, вызванную ими, исключали методом рандомизации.

В качестве параметра оптимизации процесса рассматривали изменение орга-нолептической оценки продукции (аромат и вкус) АУав (баллы) и прирост содержания экстрактивных веществ АУЭ (%).

В области допустимых значений факторного пространства были выбраны центр плана и интервалы варьирования (табл. 2).

По известным формулам [3] находили коэффициенты, их дисперсии и доверительные интервалы, дисперсии опытов и неадекватности и табличные значения критерия Фишера для 5%-ного уровня значимости при соответствующих значениях степеней свободы.

На основе проведенных расчетов были получены следующие уравнения регрессии:

АУав = 0,36 + 0,057Х1 + 0,033Х2 + + 0,43Х3 + 0,02 Х1 Х2- (1) - 0,037 Х12 - 0,03Х22;

АУЭ = 1,7 + 0,28Х1 + 0,37Х2 + 0,6Х3 -- 0,38Х1Х3 + 0,18Х2Х3 + 0,18^2 (2)

Поскольку в обоих случаях рассчитанные значения критерия Фишера (Рав = 3,69; РЭ = 1,49) меньше табличных (РАВТ = РЭТ = 4,82), то полученные уравнения регрессии адекватны эксперименту и ими можно пользоваться для практических расчетов и решения задач оптимизации.

На основании полученных уравнений регрессии построены одномерные сечения поверхностей отклика (рис. 1).

Анализ полученных кривых показывает, что все рассмотренные факторы существенно влияют на параметры оптимизации. Фактор Х1 имеет ярко выраженные экстремальные значения для обоих параметров: для АУав точка максимума лежит в интервале [0; 1] Х1 = 0,7 (73,5 °С), а для

Таблица 1

Параметры обработки Готовая добавка

% увлажнения Время выдержки, ч Температура подсушки, °С Аромат и вкус Настой Фенольные соединения,% Экстрактивные вещества, %

Контроль (необработанный) — — Слабый «зеленоватый» Н/ср. 7,6 26,1

12 4,0 70,0 То же То же 7,9 26,8

14 4,0 70,0 Нежный насыщенный Ср. 9,1 28,7

16 3,5 72,5 То же То же 9,2 28,9

18 3,0 75,0 » » 9,2 28,8

20 2,0 80,0 » » 9,3 28,7

22 1,5 82,5 Менее насыщенный » 9,2 27,9

Таблица 2

Факторы Нижний уровень (-1) Основной уровень (0) Верхний уровень (+1) Интервал варьирования

температура, °С 60 70 80 10

Х2, продолжительность процесса, мин 4 5 6 1

X,, количество добавки, % 6 8 10 2

Таблица 3

Показатели качества готовой продукции

Вариант Аромат и вкус, баллы Настой Экстрактивность, % Фенольные соединения,%

Исходный чай 3,25 Ср. 32,1 9,91

Контроль 3,5 Ср. 34,0 10,52

Опыт 3,75 В/ср. 34,8 11,23

ПИВО " 11А"тКИ

' 1 •2003

56

х1 = х3 = 0

-2-1012 -2-1012

Рис. 1. Одномерные сечения поверхностей отклика

—

ц- А

*

у X = > '3 = 0

-2 -1 0 1 2

3,55 3,25 2,95 2,65 2,35 2,05

/ // /с Л^,в =

/ ( -1 1 0 1 /2

\ 0,3 1.0,35 -1

0,10 0,20 -2

0,4

Рис. 2. Двумерные сечения поверхностей отклика: а) ЛУДВ = /(X, X); б) ЛУЭ = /(X, X) при X3 = 0

ЛУЭ — точка максимума — в интервале [0; -1] Х = 0,8 (66 °С).

Необходимо отметить, что увеличение температуры нагрева, начиная с указанной минимальной точки, ведет к существенному росту ЛУЭ.

Фактор Х2 Хг в отношении ЛУАВ можно характеризовать максимальным значением в точке Х2 = 0,55 (5,28 мин).

Изменение параметра оптимизации ЛУЭ от продолжительности термообработки носит линейный характер. Рост фактора Х3 также обусловливает линейное увеличение обоих параметров оптимизации, причем в большой степени это характерно для ЛУЭ, чем для ЛУАВ.

Метод сочетаний, параллельной координатной плоскости Х1 Х2, позволил получить параметры уравнений равного выхода поверхностей отклика ЛУАВ и ЛУЭ. На рис. 2 достаточно четко просматривается взаимосвязь факторов Х1 и Х2, от соотношения которых изменяются критерии оптимальности. Двумерные сочетания показывают также направление к оптимуму, что наглядно проявляется в случае поверхности отклика ЛУАВ (рис. 2, а).

С целью анализа уравнения (1), облегчения практических расчетов, а также контроля параметров технологических процессов была построена составная номограмма для определения прироста органолептической оценки ЛУАВ (рис. 3), сконструированная из сетчатой номограммы и номограммы из выравненных точек с равномерными параллельными шкалами для формы /1 + /2 = /3 [3].

На номограмме штриховой линией показано решение числового примера. Дано: t = 68 °С, С = 7,7 %. Находим ЛУЭ, = 0,3 балла. При разработке номограммы было принято, что Х2, т. е. т = 5 мин. Относительная погрешность измерений не превышает 3-4 %.

Анализ построенной номограммы позволяет сделать следующие выводы: при фиксированных значениях С (%) увеличение температуры до определенного уровня и = 75 °С) вызывает постепенное увеличение параметра оптимизации. Аналогичное явление наблюдается при фиксированном значении температуры в интервале 60...75 °С, когда с увеличением количества применяемой добавки возрастает ЛУАВ.

лу„

Ъ °С

/ N

/

\

>

\

\

\

\

баллы С, 0,4

0,3 0,2

%

10,0 9,2

■ 8,4

■ 7,6 6,8 6,0 5,2 4,4

75 70 65 60

Рис. 3. Номограмма для расчета прироста органолептической оценки чая в зависимости от температуры термообработки ИК-лучами и количества добавки

Одновременное увеличение значений обоих влияющих факторов сопровождается резким повышением значении ЛУАВ. Номограмма достаточно четко показывает, что термообработка чайно-элеутерококковой смеси ИК-лучами выше 75 °С нежелательна, поскольку в этом случае наблюдается некоторое ухудшение органолептических показателей вырабатываемой продукции.

Следующий этап исследований — решение задачи оптимизации, которое заключается в минимизации нелинейной целевой функции:

луав = /1 (xl, ^ х3) ^ тах (3) при ограничениях

ЛУЭ = /2 (х1, х2, х3) > 2, (4) -2 < х1, х2, х3 < 2. (5)

Условный экстремум целевой функции (3) при неявных (4) и явных (5) ограничениях находили комплексным методом [1].

Оптимальным условиям процесса соответствуют следующие уровни факторов в натуральных величинах: температура термообработки t =74 °С; продолжительность термообработки т = 5,5 мин; количество добавки С = 9,2 %.

Полученным оптимальным уровням действующих факторов соответствует расчетное значение параметра оптимизации — прирост органолептической оценки ЛУАВ в пределах на 0,30-0,35 балла.

Данное ЛУАВ было проверено сравнительными опытами. В табл. 2 приводятся данные качественных показателей чая с элеутерококком, выработанного в условиях полученных оптимальных параметров. Контролем служил продукт, выработанный по параметрам: t =75 °С, т = 5 мин, С = 10 %, а исходным был чай без добавки.

Данные табл. 3 подтверждают, что чайно-элеутерококковый бальзам, выработанный по предложенным оптимальным параметрам, характеризуется более хорошими органолептическими показателями и высоким содержанием экстрактивных веществ и фенольных соединений, что следует рассматривать как один из резервов в деле повышения качества чая.

ЛИТЕРАТУРА

1. Банди Б. Методы оптимизации. Вводный курс/ Пер. с анг. — М.: Радио и связь, 1988.

2. Мелкадзе Р.Г., Гулуа К.П., Буланое Д.Е. и др. Способ производства чайного продукта. Патент 51608858 РФ, 1989.

3. Хартман К., Лецкий Э, Шофер В. Планирование эксперимента в исследовании технологических процессов / Пер. с нем. — М.: Мир, 1977.

4. Хованский Г. С. Основы номографии. — М; Л.: Наука, 1976.

1•2003

1ПИВО " НАП™

X

б

а

X

X

0

57