ОПТИМИЗАЦИЯ РЕЦЕПТУРЫ МНОГОКОМПОНЕНТНЫХ ПРОДУКТОВ МЕТОДАМИ ТЕОРИИ ПОДОБИЯ И ПУТИ ЕЕ ПРАКТИЧЕСКОЙ РЕАЛИЗАЦИИ
Аннотация и ключевые слова
Аннотация (русский):
В статье представлены результаты разработки технологии быстрого приготовления супов, позволяющей оперативно корректировать энергетическую ценность блюда без изменения объема порции, исходного компонентного состава и органолептических свойств. Методологической основой исследования являлись теоретико-эмпирические методы, которые заключаются в построении математической модели исследуемого объекта на основе метода анализа размерностей теории подобия и исследовании его свойств на базе построенной модели, что позволяет исследовать свойства объектов исследования как в естественных, так и в экстремальных условиях. Авторами подробно описан способ производства супов быстрого приготовления, который заключается в раздельном приготовлении компонентов варкой на пару и заморозкой с последующей компоновкой индивидуальных порционных полуфабрикатов супа. Представлено математическое моделирование процесса приготовления супа (варки в бульоне многокомпонентной смеси) по величине общей калорийности блюда, дано научное обоснование разработанной технологии квалиметрическими, измерительными и методами потребительской оценки.

Ключевые слова:
Теория подобия, технология супов, калорийность, корректировка рецептуры, общественное питание
Текст
Текст произведения (PDF): Читать Скачать

Введение В условиях сложившейся в РФ и мире экономической ситуации в сфере общественного питания наблюдается высокий рост предприятий, имеющих бюджетное направление и соблюдающих три принципа: «Просто. Быстро. Доступно» - так называемый фастфуд. Несмотря на ограниченный ассортимент и редко меняющееся меню, особенно этот сегмент рынка общественного питания привлекателен для молодежи ввиду высокой скорости обслуживания и высокой калорийности предлагаемых блюд, быстро создающих чувство сытости. Однако все чаще как в СМИ, так и в статьях ведущих исследователей по медицине [1, 2] ставится вопрос об изменившемся в связи с этим рационе питания населения и вызванном этим увеличением количества заболеваний желудочнокишечного тракта, диабета и массовом ожирении. В этих условиях явно видна необходимость восстановления в ассортименте предприятий общественного питания традиционной русской кухни, основным блюдом которой являются горячие супы. Основатель крупнейшей российской физиологической школы И.В. Павлов в своих трудах дал обоснование важности воздействия жидких блюд на основе бульона на организм и научно обосновал сложившийся в России порядок приема пищи [3]. Но при отсутствии развития новых технологий приготовления супов явно прослеживается отставание в конкурентоспособности таких предприятий, так как горячие блюда домашней кухни несравнимы по сложности изготовления с хотдогами, сабами и бутербродами. Таким образом, можно выделить два аспекта проблемы: первый - отсутствие технологии супов для возможности работы в сегменте быстрого обслуживания клиентов; второй - превращение организованного на принципе снижения общей калорийности рациона в норму потребления пищи, не отвергаемую психологически. На данный момент таких коммерчески интересных решений в сфере общественного питания не найдено. Объектыиметоды исследований Объектом исследования является процесс приготовления супа (варки в бульоне многокомпонентной смеси). Предмет исследования - заправочные супы русской кухни [4]. Исходя из поставленной цели экспериментальную часть работы можно разбить на два больших блока, которые взаимосвязаны, но реализуются различными методами исследования. Разработка технологии быстрого приготовления супов проводится с использованием известных методов: измерительных - для определения физических свойств продукции - масса, размер, состав, структура и др.; химических - для определения состава и количества входящих в продукцию веществ, в частности, определение калорийности [5]; органолептических, осуществляемых на основе анализа восприятий органов чувств, где значения показателей качества находили путем анализа полученных ощущений дегустационной группы на основе имеющегося опыта [6, 7]; потребительской оценки. Цель проведения исследования - проверка реакции потребителей в связи с изменением рецептуры. Информационную основу исследования составили данные предприятий общественного питания города Астрахани «СУПстанция» и «пЕДАнт», а также результаты выборочных статистических исследований, опросов, выполненных авторами в ходе проведения работы. Процесс приготовления супа сложен для математического описания, так как процесс тепломассообмена в активной гидродинамической обстановке сопровождается физико-химическими превращениями отдельных компонентов смеси при воздействии тепла. Для процесса варки многокомпонентной пищевой смеси неоднородного состава системы дифференциальных уравнений и соответствующих условий однозначности настолько сложные, что их аналитическое решение практически невозможно. Процесс варки обусловлен действием внутреннего, до конца нераскрытого механизма. Потому методологическую основу обобщения результатов экспериментов с целью создания способа корректировки энергетической ценности блюда составил метод анализа размерностей теории подобия. Метод анализа размерностей обеспечивает взаимосвязь между переменными, найти связь между которыми другими аналитическими методами сложно или невозможно [8]. Уходя от этой проблемы и стремясь к полноте и детальности получаемых результатов, разрабатываемую модель процесса необходимо обогатить чертами, которые при более высоком уровне схематизации были бы отброшены как второстепенные. Соответственно, в круг исследования необходимо привнести величины, посредством которых определяется влияние на ход процесса индивидуальных условий его протекания - собственных свойств системы и особенностей сложившейся физической обстановки. В данном случае интересует моделирование по величине общей калорийности блюда, получаемойв процессеварки. Величины, отнесенные к категории параметров задачи, различаются по своей физической природе и тойроли, которуюонииграютвпроцессерешения. В процессе варки многокомпонентной пищевой смеси в бульоне параметры, которые представляют собой количественные характеристики физических свойств системы, это μ - вязкость бульона (Па·с); ρ - объемная масса пищевой смеси (кг/м3); λ1 - коэффициент теплопроводности бульона (Вт/(м·К)); λ2 - коэффициент теплопроводности твердой фазы (Вт/(м·К)); с - удельная теплоемкость пищевой смеси (Дж/(кг·К)); b - соотношение количеств жидкой и твердой фазы в системе (по массе). Параметры, представляющие заданные по условию значения переменных: это N - мощность подводимой энергии (Вт); Т - температура, при которой готовится блюдо (К); Э - калорийность получаемого блюда(Дж/кг); τ - времятепловоговоздействия(с). Методология составления критериального уравнения рассматриваемого процесса подробно раскрыта в более ранней работе [9]. В ней методом анализа размерностей теории подобия факторы объединены в безразмерные степенные комплексы - критерии подобия К1, К2 и К3. 0,4 0,8  (1) К1  Э  ; N   (2) К  ; 2 0,2 0,6 0,4  N 0,4 0,8  (3) К  c T  .3  N  Критерии подобия являются параметрами задачи, приведенные к безразмерному виду. В самой структуре комплексов подобия отражается в соответствии с механизмом процесса характер взаимодействия между отдельными факторами, влияющимина протекание процесса ипредставленными в решении через параметры. Определяемым критерием выбран критерий К1, так как в него входит искомая величина получаемой при проведении варки при определенных значениях параметров калорийностьмногокомпонентногоблюда. Из равноразмерных величин можно составить симплекс подобия (или инвариант подобия): 1 (4) К4 b.2 Тогда обобщенное критериальное уравнение рассматриваемого процесса в общем виде будет выглядеть: dzy . К  a  К КК 1 234 Потому задача дальнейших исследований этой части работы - найти значения коэффициента a и показателей степеней d, z, y в критериальном уравнении для вариантов рецептур блюд при условии сохранения объема порции, исходного компонентного состава блюда и его органолептических свойств. Результаты и их обсуждение В результате проведенной экспериментальной и теоретической работы была разработана и научно обоснована новая технология быстрого приготовления супа на предприятиях общественного питания (рис. 1). Рис. 1. Предлагаемаятехнологическаясхема изготовления заправочных супов Главныеоперацииприготовлениясупаследующие:  предварительная обработка исходного сырья, а именно мойка, калибровка, чистка, нарезка овощей, их пассерование с добавлением жиров, томатного пюре, если таковое предусмотрено рецептурой данного блюда, мойка крупы, бобовых;  варка на пару до готовности не прошедших тепловую обработку овощей и круп, макаронных изделий;  фасовка каждого компонента в отдельную герметичную тару, охлаждение до температуры 15-20 °С, а затем замораживание при температуре минус 18 °С в течение 6-9 часов в зависимости от объема тары и способа нарезки компонента;  составление, герметичная упаковка и вакуумирование порционных наборов из замороженных компонентов с добавлением соли, специй, зелени в соответствии с рецептурой, т.е. получение замороженного полуфабриката блюда высокой степени готовности;  хранение полуфабрикатов при температуре минус 18 °С не более 30 суток;  приготовление блюда - полуфабрикат заливают горячей водой или бульоном и осуществляют разогрев в микроволновой печи в течение 3-4 минут, при этом получают готовый суп высокого качества. Качество блюд, приготовленных из полуфабрикатов по разработанной технологии, оценивалось по пятибалльной системе по каждому из показателей - внешний вид, цвет, запах, вкус, консистенция; на основании оценок по каждому показателю определялась оценка блюда в баллах как средняя арифметическая с точностью до одного знака после запятой. Для обоснования выводов использовались также методы потребительской оценки, которые ставят своей целью проверку реакции потребителей в связи с изменением рецептуры и технологических режимов. Одновременно с новым продуктом (суп, приготовленный из замороженного полуфабриката) оценивался в баллах существующий продукт, приготовленныйтрадиционным способом. Необходимость предварительной тепловой обработки до готовности при получении замороженного полуфабриката доказана экспериментально. Во время тепловой обработки в продукте происходит разрушение собственных ферментов и гибель микроорганизмов, а также существенное перераспределение влаги, что улучшает структуру продукта в процессе хранения и увеличивает его сроки без существенного влияния на качество. В качестве способа предварительной тепловой обработки компонентов блюда лучше будет использовать варку острым паром вместо варки в воде по обычной технологии. Варка овощей на пару при атмосферном давлении (в пароварке любого типа) по продолжительности практически не отличается от варки овощей в воде. Кроме того, овощи, сваренные при этом режиме, по пищевой ценности значительно превосходят овощи, сваренные в воде, и, конечно, лучше сохраняют вкус и аромат. Этот вывод был сделан и другими исследователями при изучении изменения свойств картофеля, моркови и свеклы в процессе гигротермической обработки различными способами [10]. Кроме того, это оправданно и с экономической и экологической сторон, так как использовать полученный после варки бульон, несмотря на его значительную пищевую ценность, затруднительно при производстве замороженных полуфабрикатов супов. Средняя органолептическая оценка качества приготовленных таким способом заправочных супов, присвоенная бракеражной комиссией, составляет 4,3-4,6 балла. Бракеражная комиссия создавалась на основании приказов директоров предприятий питания города Астрахани «СУПстанция» и «пЕДАнт». В состав бракеражной комиссии входили представители администрации, медицинский работник, заведующая производством. При назначении комиссии соблюдался принцип ежегодного обновления ее состава, а также при условии знаний членами комиссии критериев оценки качества блюд и не имеющих ограничений по медицинским показаниям. Качество замороженных полуфабрикатов при хранении оценивалось по изменению качества жира (перекисное и кислотное число жиров, а также число тиобарбитуровой кислоты) и белка (содержание аммиака, свободных аминокислот). При соблюдении рекомендованных условийхранения втечение месяца этипоказателиизменялисьнезначительно(до 5 %). Важной особенностью разработанной технологии является то, что каждая порция собирается из замороженных компонентов индивидуально. Это дает возможность реализовать решение второй части поставленной проблемы - корректировку энергетической ценностиблюдадля данного потребителя. Для решения этой цели разработана модель в обобщенных координатах - критериальное уравнение приготовления супа. Коэффициенты и показатели степеней критериальной зависимости определены экспериментально, т.е. уравнение в обобщенных координатах имеет вид: 36  10 ,9  4 ,8 0 ,15 К 1,34 10  К КК . (5) 1 234 При этом для обобщения результатов принимались во внимание только те численные значения обобщенных координат, при которых получалось качественное блюдо с высокими показателями органолептической и потребительской оценки. Квалиметрический анализ опытных образцов проводился путем определения органолептических показателей, химического состава и калорийности. В табл. 1 приведены значения критериев для исследуемых экспериментально систем, полученных при варке в бульоне определенных рецептурой овощей. Таблица 1 Значения критериев для заправочных супов русской кухни Заправочные горячие супы К1 К2 К3*10-8 К4 Борщ с капустой и картофелем 5,429 1,189 5,235 0,376 Борщ московский 13,982 1,188 5,135 0,388 Борщ с фасолью 5,566 1,198 5,223 0,354 Щи из свежей капусты с картофелем 2,313 1,184 5,336 0,407 Щи из квашеной капусты 1,771 1,181 5,364 0,337 Рассольник петербургский 1,469 1,164 5,406 0,378 Рассольник по-россошански 1,500 1,155 5,414 0,412 Суп картофельный 2,108 1,152 5,380 0,433 Суп крестьянский с крупой 1,608 1,179 5,375 0,296 Суп из овощей 1,436 1,169 5,401 0,351 Суп картофельный с бобовыми 5,832 1,174 5,244 0,412 Суп картофельный с макаронными изделиями 1,529 1,165 5,399 0,362 Суп картофельный с грибами 2,34 1,174 5,346 0,442 Суп из овощей с фасолью 3,794 1,188 5,275 0,357 Суп с макаронными изделиями 1,179 1,191 5,388 0,163 Индивидуализация решения осуществляется в форме определения численных значений критериев подобия, т.е. на уровне обобщения индивидуального случая группы подобных процессов. Окончательный переход к данным, относящимся к единичному конкретному процессу, совершается на последней стадии исследования и сводится к подстановке численных значений параметров в уравнение. Согласно третьей теореме подобия [11] условием получения подобного процесса является численное равенство определяющих критериев К1 в рассматриваемых системах. Техническим результатом по использованию разработанного способа для корректировки энергетической ценности блюд является оперативное получение различных вариантов рецептур супов с заданной энергетической ценностью без ухудшения их органолептических и потребительских свойств. Корректировка в каждом случае проводится посредством расчета новой рецептуры блюда с заданной потребителем энергетическойценностью. Алгоритм практического применения разработанной модели изложим подробнее. Корректировка рецептуры заключается в изменении энергетической ценности блюда варьированием массовой доли всех или части ингредиентов стандартной рецептуры блюда в пределах не более 40 % вбольшую или меньшую сторону сшагом 5 % относительно исходной рецептуры при сохранении значения заданного объема порции блюда. Итерационный процесс увеличения (уменьшения) массовой доли одного ингредиента начинается с самого калорийного при пропорциональном уменьшении (увеличении) массовой доли остальных ингридиентов блюда относительно исходной рецептуры в указанных пределах. Таким образом, задача стоит в отыскании количественного состава - веcовых частей компонентов блюда при заданной его калорийности инеизменном объеме. Естественно, что такое изменение может влиять на ухудшение вкусовых качеств блюда, поэтому соответствие органолептических и потребительских свойств блюда по скорректированной рецептуре косвенно контролируется по величине откло которыйопределяетсярасчетом ,1нениякритерияК по уравнениям (2-4), от его значения блюда исходной рецептуры К1. Необходимо учесть, что установленное экспериментами допустимое отклонение критерия К1 составляет не более 10 %. Экспериментально доказано, что допустимое изменение доли каждого продукта в составе супа для достаточно большой группы можно увеличивать до 40 %. Приведем в качестве примера реализацию алгоритма корректировки рецептуры для супа «Щи из квашеной капусты» [4], приготовленного посредством варки в бульоне овощей. Компонентный состав данной системы указан в табл. 2. Калорийность составляет Э = 1233кДж/кг (или 29,45 ккал на 100 г). Для корректировки рецептуры задаем ограничения допустимого изменения доли каждого продукта в составе блюда (например, 15 %). Изменяем массовую долю ингредиентов для снижения общей калорийности при сохранении общего объема (табл. 2, корректировка 1). Таблица 2 Изменение рецептуры для супа «Щи из квашеной капусты» для изменения калорийности смеси Традиционная рецептура Корректировка 1 (15 %) Корректировка 2 (40%) Наименование компонента Вес, г Процент изменения Вес, г Процент изменения Вес, г Капуста квашеная Морковь Петрушка (корень) Лук репчатый Томатное пюре Мука пшеничная Кулинарный жир Бульон мясо-костный Итого вес Итого объем, м3 250 40 10 40 40 10 20 800 1210 1,209*10-3 -15 % -15 % 0 -15 % -15 % -15 % -15 % +7,44 % 1210 1,209*10-3 212,5 34 10 34 34 8,5 17 859,5 1209,5 1,209*10-3 -40 % -40 % 0 -40 % -40 % -40 % -40 % +19,85 % 1210 1,209*10-3 150 24 10 24 24 6 12 958,8 1208,8 1,209*10-3 Для полученной системы (корректировка 1) с теплоемкость с пищевой смеси рассчитываются по измененным количественным составом рассчитаем формуле аддитивности с учетом массовых долей параметры, характеризующие процесс ее варки в компонентов. Методами физического анализа бульоне (табл. 3), где объемная масса ρ иудельная определенытемпературакипенияивязкость. Таблица 3 Параметры варки в бульоне многокомпонентной пищевой смеси состава, соответствующего корректировке 1 1 2 с b T N τ 4630 Па*с 0,553 Вт/(м*К) 0,556 Вт/(м*К) 986,37 кг/м3 3832,56 Дж/(кг*К) 0,29 371 К 800 Вт 1500 с Определяем численные значения критериев и уравнение (5) получаем значение определяемого симплекса подобия процесса по выражениям (2-4). критерия при варке блюда по скорректированной При подстановке численных значений параметров в рецептуре (табл. 4). Таблица 4 Критерии подобия процесса варки систем, соответствующих традиционной рецептуре и корректировке 1 К1 К2 К3*10-8 К4 Блюдо 1,771 1,614 1,181 1,182 5,364 5,371 0,337 0,288 Традиционная рецептура Корректировка 1 (15%) Для соблюдения условия подобия процессов вар-Рассмотрим вариант изменения массовых долей ки системы с составом по табл. 1 и новой системы компонентов на 40 % с учетом сохранения общего (табл. 3) необходимо равенство определяемых крите-объема. Состав системы указан в табл. 2 (корректи риев К1= К1. Это условие соблюдается сдопустимым отклонением 9,7 %. Калорийность блюда, изготов-Для полученной системы с измененным количе -харак,ственнымсоставомрассчитаемпараметры100ккалв25,7= блюдаЭ,ленногопоновойрецептуре г. Снижениекалорийностисоставило 12,7 %. теризующие процесс ее варки в бульоне (табл. 5). Таблица 5 Параметры варки в бульоне многокомпонентной пищевой смеси состава, соответствующего корректировке 2 ровка 2). 1 2 с b T N τ 4630 Па*с 0,553 Вт/(м*К) 0,556 Вт/(м*К) 985,03 кг/м3 3843,17 Дж/(кг*К) 0,21 371 К 800 Вт 1500 с Определяем численные значения критериев и значительно отличается от К1 для новой системы симплекса подобия процесса: К2 = 1,183, (29,5 %), что недопустимо и означает получение К3 = 5,383*10,8 К4 = 0,206. При подстановке чис-некачественного блюда. ленных значений параметров в уравнение (5) полу-Качество опытных образцов оценивалось почаем значение определяемого критерия при варке средством определения органолептических показаблюда по скорректированной рецептуре 2: телей, химического состава и калорийности. ЭксК1 = 1,367. Значение определяемого критерия К1 периментально определенная энергетическая ценность соответствует значениям, определенным рас-ствами. Основываясь на данном способе, при исчетом. Экспериментально доказано возможное из-пользовании современных компьютерных техноломенение калорийности опытных образцов скоррек-гий сложная задача корректировки рецептур блюд с тированной рецептуры в пределах до 15 % по раз-заданными свойствами может быть решена без поработанному методу. Вышеуказанные преимуще-тери оперативности управления производством. ства достигаются без воздействия на вкус, свой-Процесс приготовления по разработанной техственный блюдам стандартных рецептур, т.е. без нологии можно сравнить с конструктором - соухудшения их органолептических свойств, за счет ставление из набора стандартных деталей (т.е. инвведения в расчет критерия стабилизации, позво-гредиентов) различных вариантов моделей (блюд). ляющего снять неопределенность сенсорных оце-Использование готовых частей исключает время, нок и гарантировать его конечное качество без про-необходимое для изготовления специфичных комведения эксперимента. понентов для каждого супа, а также не требует спе Полученный результат также подтвержден ме-циальной подготовки для создания сложных блюд. тодом потребительской оценки. Эффективность Этот аспект в перспективе открывает еще одну реализации продукции возросла за счет вовлечения возможность - организовать высокопроизводипотребителя в процесс корректировки энергетиче-тельную технологию, причем сам потребитель буской ценности блюд его рациона. дет вовлечен в процесс корректировки пищевой Таким образом, разработанная технология при-ценности своего рациона как непосредственный готовления супов позволяет осуществлять их при-организатор. При осуществлении заказа потребиготовление в условиях экспресс-обслуживания в тель сам будет задавать требуемую энергетическую широком ассортименте и оперативно корректиро-ценность блюда, заказ с помощью разработанной вать ихэнергетическую ценность. модели будет обработан, и (если это допустимо) Способ позволяет составлять множество вари-получена скорректированная рецептура при учете антов рациона с различной энергетической ценно-сохранения известного перечня компонентов, блюстью, отличается простотой, наглядностью и может до будет быстро собрано из замороженных компобыть использован при проектировании многоком-нентов по этой скорректированной рецептуре и понентных продуктов питания с заданными свой-доведено до готовности.
Список литературы

1. Dulloo A. G. , Jacquet J., Seydoux J. and Montani J.-P., 2006. The thrifty catch-up fat phenotype: its impact on insulin sensitivity during growth trajectories to obesity and metabolic syndrome International Journal of Obesity (№ 30), S23-S35. doihttps://doi.org/10.1038/sj.ijo.0803516

2. Tim Lobstein and Rachel Jackson - Leach, March 2006.Estimated burden of pediatric obesity and co-morbidities in Europe. Part 2. Numbers of children with indicators of obesity-related disease International Journal of Pediatric Obesity Volume 1, Issue 1, pp: 33-41.

3. Титова, Л. М. Разработка технологии традиционных для русской кухни блюд на предприятиях общественного питания экспресс-обслуживания / Л. М. Титова, А. Х.-Х. Нугманов // Современные научные исследования. Вып. 1 / под ред. П.М. Горева и В.В. Утемова. - Концепт. - 2013. - URL: http://e-koncept.ru/ext/25. - Гос. рег. Эл № ФС 77-49965. - ISSN 2304120X

4. Здобнов, А. И. Сборник рецептур блюд и кулинарных изделий: для предприятий общественного питания / А. И. Здобнов, В.А. Цыганенко, М.И. Пересичный. - М.: Гамма Пресс 2000, 2002. - 656 с.

5. Методические указания по лабораторному контролю качества продукции общественного питания: рекомендованы Министерством торговли СССР 11 ноября 1991 г. № 1-40/3805.

6. John Monro, Barbara Burlingame, June 1996. Carbohydrates and Related Food Components: In Foods. Journal of Food Composition and Analysis, Volume 9, Issue 2, June 1996, pp: 100-118.

7. ГОСТ Р 53104-2008. Услуги общественного питания. Метод органолептической оценки качества продукции общественногопитания. - М.: Стандартинформ, 2009. - 15 с.

8. Thomas Szirtes and P. Rózsa, 2007. Applied dimensional analysis and modeling. Amsterdam; New York: Elsevier Butter-worth - Heinemann.

9. Nugmanov A. and Aleksanyan I., 2011. Food service. Scientific and practical basis of a choice of an optimum diet and technology. LAP LAMBERT Academic Publishing GmbH & Co. KG., pp: 122.

10. Жубрева, Т.В. Совершенствование технологии полуфабрикатов высокой степени готовности из картофеля, моркови и свеклы: дис. … канд. техн. наук / Институт народного хозяйства им. Г.В. Плеханова. - М., 1984. - 183 с.

11. Гухман, А.А. Введениевтеорию подобия. - 3-е изд. - М.: Изд-во ЛКИ, 2010. - 296 с.


Войти или Создать
* Забыли пароль?