Репозиторій ЧДТУ
Репозиторій ЧДТУ зберігає і дозволяє легкий і відкритий доступ до всіх видів цифрового контенту, включаючи текст, зображення, анімовані зображення, MPEG і набори даних
Дізнатися більше
Будь ласка, використовуйте цей ідентифікатор, щоб цитувати або посилатися на цей матеріал:
https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6562| Назва: | Розробка інноваційного рецепту згущеного молока з додаванням функціональної добавки |
| Автори: | Сухенко, Владислав Юрійович Брагінець, Назар Леонідович |
| Ключові слова: | інулін;пребіотичні властивості;функціональний продукт;інноваційна рецептура |
| Дата публікації: | 22-гру-2025 |
| Короткий огляд (реферат): | каси, 2025. Кваліфікаційна робота магістра присвячена розробці інноваційного рецепту згущеного молока з використанням інуліну як функціональної добавки з метою підвищення харчової цінності та поліпшення технологічних властивостей продукту. Інулін, як природний пребіотичний полісахарид, широко застосовується у харчовій промисловості завдяки здатності формувати кремоподібну структуру, знижувати калорійність продуктів та сприяти нормалізації мікрофлори кишківника. У роботі проведено аналітичний огляд світових тенденцій щодо використання інуліну в молочній промисловості, оцінено його функціональні й технологічні характеристики, а також обґрунтовано доцільність його включення до рецептури згущеного молока. Експериментальна частина роботи включає лабораторне моделювання рецептури згущеного молока із внесенням інуліну у концентраціях 1 %, 3 % та 5 %. Досліджено вплив добавки на фізико-хімічні показники продукту, зокрема в’язкість, масову частку сухих речовин, вміст цукру, органолептичні властивості та стабільність під час зберігання. За результатами експерименту встановлено оптимальну концентрацію інуліну — 3 %, яка забезпечує підвищення густини й кремової консистенції, зменшення солодкості без втрати смакової гармонії, а також покращення харчової цінності завдяки збільшенню вмісту харчових волокон. Проведено економічний аналіз впровадження інуліну у промислове виробництво. Визначено, що додаткові витрати на функціональну сировину компенсуються підвищеною рентабельністю продукту, можливістю його позиціонування як корисного й функціонального, а також розширенням цільової аудиторії. Розраховано економічний ефект, який підтверджує доцільність інновації. Результати роботи можуть бути використані у діяльності підприємств молочної галузі, наукових установ та виробників функціональних харчових продуктів. Запропонована технологія є перспективною для промислового впровадження та відповідає сучасним тенденціям здорового харчування. |
| URI (Уніфікований ідентифікатор ресурсу): | https://er.chdtu.edu.ua/handle/ChSTU/6562 |
| Розташовується у зібраннях: | 181 Харчові технології (Харчові технології) |
Файли цього матеріалу:
| Файл | Опис | Розмір | Формат | |
|---|---|---|---|---|
| Брагінець Н.Л..pdf Restricted Access | каси, 2025. Кваліфікаційна робота магістра присвячена розробці інноваційного рецепту згущеного молока з використанням інуліну як функціональної добавки з метою підвищення харчової цінності та поліпшення технологічних властивостей продукту. Інулін, як природний пребіотичний полісахарид, широко застосовується у харчовій промисловості завдяки здатності формувати кремоподібну структуру, знижувати калорійність продуктів та сприяти нормалізації мікрофлори кишківника. У роботі проведено аналітичний огляд світових тенденцій щодо використання інуліну в молочній промисловості, оцінено його функціональні й технологічні характеристики, а також обґрунтовано доцільність його включення до рецептури згущеного молока. Експериментальна частина роботи включає лабораторне моделювання рецептури згущеного молока із внесенням інуліну у концентраціях 1 %, 3 % та 5 %. Досліджено вплив добавки на фізико-хімічні показники продукту, зокрема в’язкість, масову частку сухих речовин, вміст цукру, органолептичні властивості та стабільність під час зберігання. За результатами експерименту встановлено оптимальну концентрацію інуліну — 3 %, яка забезпечує підвищення густини й кремової консистенції, зменшення солодкості без втрати смакової гармонії, а також покращення харчової цінності завдяки збільшенню вмісту харчових волокон. Проведено економічний аналіз впровадження інуліну у промислове виробництво. Визначено, що додаткові витрати на функціональну сировину компенсуються підвищеною рентабельністю продукту, можливістю його позиціонування як корисного й функціонального, а також розширенням цільової аудиторії. Розраховано економічний ефект, який підтверджує доцільність інновації. Результати роботи можуть бути використані у діяльності підприємств молочної галузі, наукових установ та виробників функціональних харчових продуктів. Запропонована технологія є перспективною для промислового впровадження та відповідає сучасним тенденціям здорового харчування. | 2.95 MB | Adobe PDF | Переглянути/Відкрити Запит копії |
Усі матеріали в архіві електронних ресурсів захищено авторським правом, усі права збережено.
Extracted text
АНОТАЦІЯ Брагінець Н.Л. Розробка інноваційного рецепту згущеного молока з додаванням функціональної добавки Кваліфікаційна робота магістра зі спеціальності 181 – Харчові технології, за ОП «Харчові технології». Черкаський державний технологічний університет, Черкаси, 2025. Кваліфікаційна робота магістра присвячена розробці інноваційного рецепту згущеного молока з використанням інуліну як функціональної добавки з метою підвищення харчової цінності та поліпшення технологічних властивостей продукту. Інулін, як природний пребіотичний полісахарид, широко застосовується у харчовій промисловості завдяки здатності формувати кремоподібну структуру, знижувати калорійність продуктів та сприяти нормалізації мікрофлори кишківника. У роботі проведено аналітичний огляд світових тенденцій щодо використання інуліну в молочній промисловості, оцінено його функціональні й технологічні характеристики, а також обґрунтовано доцільність його включення до рецептури згущеного молока. Експериментальна частина роботи включає лабораторне моделювання рецептури згущеного молока із внесенням інуліну у концентраціях 1 %, 3 % та 5 %. Досліджено вплив добавки на фізико-хімічні показники продукту, зокрема в’язкість, масову частку сухих речовин, вміст цукру, органолептичні властивості та стабільність під час зберігання. За результатами експерименту встановлено оптимальну концентрацію інуліну — 3 %, яка забезпечує підвищення густини й кремової консистенції, зменшення солодкості без втрати смакової гармонії, а також покращення харчової цінності завдяки збільшенню вмісту харчових волокон. Проведено економічний аналіз впровадження інуліну у промислове виробництво. Визначено, що додаткові витрати на функціональну сировину компенсуються підвищеною рентабельністю продукту, можливістю його позиціонування як корисного й функціонального, а також розширенням цільової аудиторії. Розраховано економічний ефект, який підтверджує доцільність інновації. Результати роботи можуть бути використані у діяльності підприємств молочної галузі, наукових установ та виробників функціональних харчових продуктів. Запропонована технологія є перспективною для промислового впровадження та відповідає сучасним тенденціям здорового харчування. Ключові слова: інулін, пребіотичні властивості, функціональний продукт, інноваційна рецептура. 2 ABSTRACT Brahinets, N. Development of Innovative Recipes for Condensed Milk Using Functional Additives. Master's thesis in the specialty 181 – Food Technology, according to the educational program “Food Technology.” Cherkasy State Technological University, Cherkasy, 2025. This master's thesis focuses on the development of an innovative recipe for sweetened condensed milk enriched with inulin as a functional ingredient aimed at improving the nutritional value and technological properties of the final product. Inulin, a natural prebiotic polysaccharide, is widely used in the food industry due to its ability to create a creamy texture, reduce caloric value, and support healthy intestinal microflora. The thesis provides an analytical review of global trends in the application of inulin in the dairy sector, evaluates its functional and technological characteristics, and justifies its inclusion in the formulation of condensed milk. The experimental section includes laboratory modeling of condensed milk recipes with inulin added at concentrations of 1%, 3%, and 5%. The influence of the additive on physicochemical indicators—such as viscosity, dry matter content, sugar content, organoleptic characteristics, and storage stability—was examined. The study determined the optimal inulin concentration to be 3%, as it enhances product density and creamy consistency, reduces perceived sweetness without compromising flavor quality, and increases nutritional value by raising the fiber content. An economic assessment of implementing inulin in industrial production was carried out. It was established that the additional cost of the functional raw material is compensated by increased product profitability, the opportunity to position the product as functional and health-promoting, and the expansion of the target market. The calculated economic effect confirms the feasibility of this innovation. The results of the research can be applied by dairy industry enterprises, research institutions, and manufacturers of functional food products. The proposed technology is promising for industrial implementation and aligns with current trends in healthy nutrition. Keywords: inulin, prebiotic properties, functional product, innovative recipe. 3 ЗМІСТ АНОТАЦІЯ...………………………………………………………………..………4 ВСТУП…………………………………………………………………..……….......8 1 ВИКОРИСТАННЯ ІНУЛІНУ У ВИРОБНИЦТВІ МОЛОЧНИХ ПРОДУКТІВ (АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД)………………………………………10 1.1 Харчова та біологічна цінність згущеного молока …………………………..10 1.2 Інулін: природа, властивості та функціональні характеристики…………….10 1.3 Використання інуліну в технології молочних продуктів…………………….11 1.4 Тенденції та інновації у виробництві функціональних молочних продуктів…………………………………………………………………………….13 2 ОБ’ЄКТИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ…………………………………..14 2.1 Об’єкти дослідження (молочна сировина, інулін)……………………………14 2.2 Характеристика інуліну та його різновидів……………………………………14 2.2.1 Вимоги безпечності до використання інуліну у молочній промисловості……………………………………………………………………….15 2.3 Фізико-хімічні методи дослідження молочної сировини…………………….16 2.3.1 Методика визначення масової частки сухих речовин……………………...17 2.3.2 Методика визначення в’язкості………………………………………….......19 2.4 Органолептична оцінка дослідних зразків згущеного молока……………….21 2.5 Експериментальна лабораторна установка та умови проведення досліду.…25 3 ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА………………………………………...31 3.1 Розробка рецептур згущеного молока з різною концентрацією інуліну (1%, 3%, 5%)………………………………………………………………………............31 3.2 Дослідження впливу інуліну на фізико-хімічні показники згущеного молока………………………………………………………………………………..34 3.2.1 Вплив інуліну на в’язкість продукту…………………………………………36 3.2.2 Вплив інуліну на масову частку сухих речовин……………………………37 3.3 Дослідження змін органолептичних властивостей при додаванні інуліну…37 3.4 Оцінка впливу інуліну на стабільність продукту під час зберігання………..41 3.5 Математико-статистична обробка експериментальних результатів…………42 4 4 РОЗРОБКА УДОСКОНАЛЕНОЇ ТЕХНОЛОГІЇ ВИРОБНИЦТВА ЗГУЩЕНОГО МОЛОКА З ІНУЛІНОМ……………………………………….45 5 ТЕХНОЛОГІЧНИЙ РОЗРАХУНОК………………………………………….51 5.1 Принципово-технологічна схема виробництва згущеного молока з інуліном……………………………………………………………………………...51 5.2 Опис апаратурно-технологічної схеми цеху виробництва згущеного молока……………………………………………………………………………….55 5.3 Розрахунок сировини, допоміжних речовин та енерговитрат……………….56 6 РОЗРАХУНОК СОЦІАЛЬНО-ЕКОНОМІЧНОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ ВИРОБНИЦТВА…………………………………………………………………..66 6.1 Економічна оцінка собівартості інноваційного продукту…………………………………………..…………………………………66 6.2 Розрахунок рентабельності впровадження інуліну у виробничий процес….72 6.3 Порівняння економічної ефективності традиційної та вдосконаленої технологій …………………………………………………………………………..73 ВИСНОВКИ ТА РЕКОМЕНДАЦІЇ.…………………………………………….75 СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ…………………………………..77 5 ВСТУП Сучасний харчовий ринок характеризується зростанням попиту на продукти, що поєднують традиційні смакові властивості з підвищеною харчовою цінністю та корисними функціональними характеристиками. Споживач дедалі частіше звертає увагу на продукти, що не лише задовольняють потребу в харчуванні, а й позитивно впливають на стан здоров’я, сприяють профілактиці захворювань та відповідають принципам здорового способу життя. У зв’язку з цим харчова промисловість активно впроваджує інноваційні інгредієнти, технологічні рішення та біоактивні компоненти, що дозволяють розширити асортимент функціональних харчових продуктів. Одним із перспективних напрямів у молокопереробній галузі є створення продуктів із доданою харчовою цінністю на основі уже відомих і популярних товарів. Згущене молоко є традиційним продуктом широкого споживання, що стабільно утримує провідні позиції на ринку завдяки характерним смаковим властивостям, універсальності використання та зручності у зберіганні. Проте класичне згущене молоко має низку недоліків, серед яких високий вміст цукру, калорійність та відсутність вираженої функціональної користі. Це створює передумови для модернізації рецептури та розроблення нових видів згущених молочних продуктів із поліпшеним біохімічним складом і збалансованим харчовим профілем. Одним із найбільш вивчених та ефективних функціональних інгредієнтів є інулін — природний полісахарид, що належить до пребіотичних харчових волокон. Завдяки своїй структурі інулін здатний виконувати низку важливих функцій: покращувати консистенцію та структурно-механічні властивості харчових систем, знижувати калорійність продуктів, стабілізувати емульсії, підвищувати в’язкість та формувати кремоподібну текстуру без використання синтетичних згущувачів. Крім того, інулін позитивно впливає на стан мікрофлори кишечника, нормалізує травлення та сприяє всмоктуванню 6 мінеральних речовин, що робить його універсальним інгредієнтом для виробництва функціональної продукції. Однак впровадження інуліну у рецептуру потребує комплексних досліджень, оскільки його фізико-хімічні властивості можуть суттєво впливати на процес згущення, на масову частку сухих речовин, в’язкість продукту, стабільність системи та органолептичні показники. Тому під час розроблення інноваційного рецепту необхідно визначити оптимальну концентрацію інуліну, дослідити його взаємодію з компонентами молочної сировини, а також оцінити економічну доцільність застосування даної добавки у промислових масштабах. Актуальність теми магістерської роботи зумовлена потребою ринку у безпечних, корисних та конкурентоспроможних харчових продуктах, що відповідають сучасним дієтологічним тенденціям. На сьогодні продукти із зниженим вмістом цукру та підвищеним вмістом харчових волокон користуються значним попитом серед різних груп населення, включаючи людей із порушенням вуглеводного обміну, спортсменів, дітей та споживачів, які дотримуються здорового харчування. Тому розроблення згущеного молока з інуліном є важливим та перспективним напрямом для харчової промисловості України. Метою магістерської роботи є розробка інноваційного рецепту згущеного молока із застосуванням інуліну та дослідження впливу функціональної добавки на фізико-хімічні, органолептичні та технологічні показники продукту. Практична значущість роботи полягає у можливості впровадження розробленого продукту в асортимент молокопереробних підприємств, що дозволить розширити ринок функціональних продуктів, підвищити конкурентоспроможність вітчизняної продукції та задовольнити потреби споживачів у корисних та якісних харчових товарах. 7 1 ВИКОРИСТАННЯ ІНУЛІНУ У ВИРОБНИЦТВІ МОЛОЧНИХ ПРОДУКТІВ (АНАЛІТИЧНИЙ ОГЛЯД) 1.1 Харчова та біологічна цінність згущеного молока Згущене молоко є традиційним продуктом молочної промисловості, що характеризується високою концентрацією сухих речовин, приємним смаком та тривалим терміном зберігання. Його харчова цінність зумовлюється вмістом білків, молочного жиру, лактози, вітамінів групи В, вітамінів А та D, а також мінеральних речовин, серед яких найважливішими є кальцій, фосфор, магній та калій. Завдяки високій енергетичній цінності продукт широко використовується у харчуванні дітей, людей із підвищеною потребою в калоріях, у кондитерській промисловості. Біологічна цінність згущеного молока визначається повноцінністю молочного білка, у складі якого знаходяться всі незамінні амінокислоти. Молочний жир, що входить до складу продукту, добре засвоюється організмом завдяки дрібнодисперсній структурі. Лактоза сприяє розвитку корисної мікрофлори кишечника, однак її надмірна кількість може бути небажаною для людей із лактазною недостатністю(непереносимість лактози). Попри високу харчову цінність, традиційне згущене молоко має певні обмеження: підвищений вміст цукру, високу калорійність та низьку кількість харчових волокон. Саме тому актуальною є розробка інноваційних рецептур із додаванням функціональних інгредієнтів, які б підвищували біологічну цінність і робили продукт більш корисним та сучасним. 1.2 Інулін: природа, властивості та функціональні характеристики Інулін — це природний полісахарид, що належить до групи фруктанів і виконує функцію запасного вуглеводу в рослинних організмах. Найбільш поширеними джерелами інуліну є корінь цикорію, топінамбур, агави, артишоку та деяких злаків. Хімічно інулін складається з залишків фруктози, з’єднаних β- 8 (2→1)-глікозидними зв’язками, що визначає його пребіотичні властивості та неспроможність людських ферментів розщеплювати його у тонкому кишечнику. Функціональні властивості інуліну зумовлюють його широке застосування у харчовій промисловості, зокрема: пребіотична дія — стимулює ріст біфідобактерій та лактобактерій; зниження калорійності продуктів за рахунок заміни частини цукру чи жиру; формування кремової консистенції — інулін поводиться як жироподібний структуроутворювач; вологоутримуючі властивості — сприяє стабільності текстури; підвищення вмісту харчових волокон у готових продуктах. Інулін не має вираженого запаху та майже не впливає на смакові характеристики, що робить його універсальним інгредієнтом для створення функціональних молочних продуктів. 1.3 Використання інуліну в технології молочних продуктів Завдяки унікальним фізико-хімічним та функціональним властивостям інулін активно використовується в технологіях йогуртів, кефірів, морозива, сиркових мас, сирів та десертів. У молочній промисловості він виконує роль: стабілізатора текстури, особливо у знежирених продуктах; замінника жиру, забезпечуючи кремоподібність; натурального загущувача, що підвищує в’язкість без синтетичних добавок; поліпшувача смаку, оскільки зменшує надмірну солодкість; підсилювача харчової цінності, збільшуючи частку харчових волокон. Дослідження показують, що додавання інуліну у молочні продукти дозволяє значно покращити реологічні властивості, зробити органолептичні 9 характеристики більш гармонійними та збільшити функціональну користь кінцевого продукту. Для згущеного молока інулін є перспективним завдяки здатності формувати густу консистенцію, зменшувати потребу в цукрі та збільшувати стійкість продукту до розшаровування. Інулін впливає на ключові фізико-хімічні характеристики молочних систем. Він здатний: підвищувати в’язкість, що важливо для згущеного молока; збільшувати масову частку сухих речовин; зменшувати активність води, що покращує мікробіологічну стабільність; формувати дрібнодисперсну структуру, властиву вершковим продуктам; підсилювати стійкість до теплової обробки. В органолептичному плані інулін: зменшує відчуття надмірної солодкості; сприяє утворенню більш «кремової» текстури; не вносить сторонніх ароматів; надає продукту м’який, добре збалансований смак. У контексті згущеного молока це означає можливість: зменшити частку цукру без зміни густини; отримати більш рівномірну, еластичну консистенцію; уникнути кристалізації лактози. 10 1.4 Тенденції та інновації у виробництві функціональних молочних продуктів У світі спостерігається стійкий попит на продукти з доданою харчовою цінністю. Основні тренди молочної галузі включають: натуральність і clean-label технології — відмова від синтетичних стабілізаторів; зниження вмісту цукру та жиру — відповідь на запити здорового харчування; розширення сегменту функціональних продуктів, зокрема з пребіотиками й пробіотиками; створення продуктів для людей із непереносимістю лактози та харчовими обмеженнями; впровадження рослинних інгредієнтів у традиційні рецептури. Інулін ідеально відповідає цим тенденціям, тому що: є натуральним інгредієнтом; виконує роль пребіотика; знижує енергетичну цінність продукту; дозволяє покращити текстуру без синтетичних добавок. З огляду на це розробка згущеного молока з інуліном відповідає сучасним вимогам харчового ринку та відкриває перспективи для створення інноваційних лінійок функціональних продуктів. 11 2 ОБ’ЄКТИ ТА МЕТОДИ ДОСЛІДЖЕННЯ 2.1 Об’єкти дослідження (молочна сировина, інулін) У даній роботі як основні об’єкти дослідження було обрано молочну сировину та функціональну добавку інулін різного походження. Для досліджень використовувалося натуральне коров’яче молоко з масовою часткою жиру 3,2-3,5 %, що відповідає чинним вимогам ДСТУ. Молоко проходило стандартну підготовку: очищення, нормалізація, пастеризація. Також у роботі застосовувалися цукор-пісок та лактоза, що традиційно використовуються у виробництві згущених молочних продуктів. Для оцінки технологічної та функціональної ефективності у дослідженні використовувався інулін, отриманий із різних рослинних джерел, оскільки ступінь полімеризації, розчинність, молекулярна маса та сенсорні властивості добавки можуть відчутно впливати на кінцеві характеристики згущеного молока. Інулін є порошкоподібною речовиною білого кольору без запаху та має легкий солодкуватий післясмак. Основні технологічні властивості інуліну, важливі для молочної промисловості: здатність утворювати гелеутворюючу структуру; підвищення в’язкості молочної системи; висока водоутримуюча здатність; стабільність до теплової обробки; можливість часткової заміни цукру або жиру. Кожен різновид інуліну має свої особливості, що визначає його ефективність у конкретних видах продуктів. 2.2 Характеристика інуліну та його різновидів Інулін, отриманий з кореня цикорію (Cichorium intybus), є найбільш поширеним у промисловості. Він відзначається стабільно високою чистотою та 12 оптимальним ступенем полімеризації (DP 10-25). Такий інулін добре розчиняється у воді при підвищених температурах і формує м’яку кремоподібну структуру, що робить його придатним для заміни частини жиру у молочних продуктах. Основні характеристики інуліну з цикорію: високий вміст фруктоолігосахаридів (ФОС), приємний нейтральний смак, ефективність при формуванні густої структури згущених продуктів, добра термостійкість, важлива під час уварювання згущеного молока. Цей тип інуліну найчастіше рекомендований для виробництва функціональних молочних продуктів, включаючи згущене молоко. Інулін із топінамбура (Helianthus tuberosus) має природно підвищений вміст довголанцюгових фракцій та характеризується більш високим ступенем полімеризації (DP 25-40). Завдяки цьому він забезпечує сильнішу гелеутворюючу здатність, що важливо для досягнення густої та стабільної консистенції згущеного молока. Особливості інуліну з топінамбура: підвищена ефективність у структуроутворенні, менша розчинність порівняно з цикорієвим інуліном, виражені пребіотичні властивості, можливість зниження частки цукру у рецептурі. Такий інулін може бути особливо корисним при створенні продуктів із мінімальною кількістю синтетичних стабілізаторів. 2.2.1 Вимоги безпечності до використання інуліну у молочній промисловості При застосуванні інуліну в технології харчових продуктів необхідно враховувати стандарти якості та безпечності, встановлені міжнародними 13 нормами — Codex Alimentarius, ЄС, FDA та національними харчовими стандартами. Основні вимоги до інуліну: відсутність токсичних домішок, важких металів та пестицидів; мікробіологічна чистота відповідно до норм харчових добавок; відсутність ГМО або відповідне маркування; підтверджена харчова безпечність та алергенна нейтральність; відповідність стандартам чистоти та вологості (≤5 %). Інулін повинен мати сертифікати якості (наприклад, ISO 22000, HACCP, Organic EU за наявності), а також технологічні інструкції виробника щодо рекомендованих дозувань та умов використання. Дотримання цих вимог забезпечує стабільність технологічного процесу та гарантує безпечність кінцевого продукту — згущеного молока з функціональною добавкою. 2.3 Фізико-хімічні методи дослідження молочної сировини Фізико-хімічні дослідження молочної сировини та дослідних зразків згущеного молока проводяться з метою кількісної оцінки компонентного складу, реологічних, термічних та оптичних властивостей, що визначають якість продукту та поведінку системи при технологічній обробці й зберіганні. Методи підбирались таким чином, щоб забезпечити високу точність, відтворюваність та відповідність міжнародним і національним стандартам. Відбір проб сировини Відбір проб молока виконують за правилами репрезентативності: кілька точкових проб із партії змішують в одну середню пробу. Об’єм кожної лабораторної проби - не менше 500 см³ для виконання всіх аналізів. 14 Умови зберігання: зразки зберігають при 4 ± 2 °C і аналізують не пізніше 24-48 годин після відбору. Для довшого зберігання — заморожують при - 20 °C, але слід враховувати можливі зміни структури при відтаванні. Запропонований комплекс фізико-хімічних методів забезпечує всебічну оцінку впливу інуліну на молочну систему: від кількісного складу (жир, білок, сухі речовини, цукри) до реології, термічної стійкості і структури на макро- та мікрорівні. Дотримання приведених протоколів, калібрування апаратури та статистична обробка даних гарантують достовірність і відтворюваність одержаних результатів, необхідних для обґрунтування технологічних рішень у магістерській роботі. 2.3.1 Методика визначення масової частки сухих речовин Визначення масової частки сухих речовин у молочній сировині є одним з основних фізико-хімічних показників, оскільки цей параметр характеризує концентрацію компонентів у продукті, ступінь уварювання, стабільність системи та впливає на органолептичні властивості згущеного молока. Для аналізу застосовують два основні методи: гравіметричний метод висушування до постійної маси та рефрактометричний метод (визначення за показником заломлення, °Brix). Підготовки проби Перед аналізом молочну сировину ретельно перемішують для забезпечення однорідності. Температура проби має становити 20 ± 2 °C. За потреби пробу фільтрують через марлю для усунення механічних домішок. 15 А. Гравіметричний метод (висушування до постійної маси) Гравіметричне визначення сухих речовин ґрунтується на випаровуванні води зі зразка з подальшим висушуванням до стабільної маси при температурі 105 ± 2 °C. Обладнання та реактиви сушильна шафа з температурним контролем; аналітичні ваги з точністю 0,0001 г; чашки для висушування; ексикатор; шпатель. Порядок виконання 1. Чашку висушують у сушильній шафі 30 хв, охолоджують в ексикаторі та зважують. 2. Відважують 5-10 г молочної сировини у підготовлену чашку. 3. Зразок висушують при 105 °C протягом 3 годин. 4. Чашку охолоджують у ексикаторі та зважують. 5. Висушування повторюють до моменту, коли різниця між двома зважуваннями не перевищує 0,001 г (стан постійної маси). Розрахунок Wdry(%) = (m2 − m0): (m1 − m0) ∗ 100 де: m0 - маса порожньої чашки, г; m1 - маса чашки зі зразком до висушування, г; m2 - маса чашки зі зразком після висушування, г. Примітки Метод вирізняється високою точністю, однак є тривалим. 16 Похибка згідно стандартів не перевищує ±0,2%. Б. Рефрактометричний метод (визначення за показником заломлення) Рефрактометричний метод використовується для оперативного визначення концентрації сухих речовин у рідких молочних продуктах. Підготовка та проведення аналізу 1. Рефрактометр калібрують дистильованою водою (0 °Brix). 2. На призму наносять декілька крапель однорідної проби, температура вимірювання - 20 °C. 3. Результат знімають у °Brix, після чого значення перераховують у масову частку сухих речовин за таблицями або формулами перерахунку. Переваги методу швидкість та простота виконання; мінімальна кількість проби; можливість оперативного контролю технологічного процесу. Недоліки точність нижча, ніж у гравіметричного методу; метод чутливий до температури та вмісту розчинених цукрів, що особливо важливо при дослідженні згущеного молока. 2.3.2 Методика визначення в’язкості В’язкість є ключовим показником реологічних властивостей згущеного молока, який визначає його консистенцію, стабільність, структуру та поведінку під час технологічної обробки. Інулін, як структуроутворювач і харчове волокно, 17 має значний вплив на в’язкісні характеристики продукту, тому точне вимірювання цього параметра є обов’язковим елементом дослідження. Для визначення в’язкості використовують ротаційний віскозиметр або лабораторний реометр для розширених досліджень. Обладнання та умови аналізу ротаційний віскозиметр зі змінними шпинделями; ванна для підтримання температури 20 ± 0,5 °C; термометр; мірний циліндр або стакан зразків. Температура продукту під час вимірювань повинна бути стабілізована і контролюється з точністю до ±0,2 °C, оскільки в’язкість молочних продуктів сильно залежить від температури. Порядок проведення аналізу 1. Пробу ретельно перемішують, уникаючи утворення піни. 2. Заливають зразок у мірний циліндр так, щоб шпиндель був занурений відповідно до інструкції приладу. 3. Обирають відповідний шпиндель залежно від густини продукту (для згущеного молока найчастіше використовують шпинделі №2-4). 4. Встановлюють швидкість обертання (типово 20-50 об/хв або відповідні shear rates для реометра). 5. Вимірювання проводять після стабілізації показників (через 30-60 секунд). 6. Результат фіксують у мПа·с (міліпаскаль-секундах). 7. Для підвищення точності виконують три паралельні вимірювання, після чого розраховують середнє значення. 18 Особливості аналізу згущеного молока з інуліном Інулін здатний формувати гелеві структури, тому отримані реологічні характеристики можуть проявляти неньютонівську поведінку (псевдопластичність). У випадку реометра можливе проведення: o кривої напруги зсуву; o частотного та амплітудного сканування; o визначення модулів G' (пружного) та G'' (втратного); o аналізу yield stress (границі текучості). Ці дані дозволяють оцінити механіку структури, яку формує інулін у молочній системі. Формування звіту результатів Результати визначення в’язкості оформлюють у вигляді: таблиць із середніми значеннями та стандартними відхиленнями; графіків залежності «напруга-швидкість зсуву» або «в’язкість-швидкість зсуву»; порівняльних характеристик контрольного та дослідних зразків. 2.4 Органолептична оцінка дослідних зразків згущеного молока Органолептична оцінка є одним із найважливіших методів контролю якості згущеного молока, оскільки дозволяє визначити споживчі властивості продукту, його відповідність нормативним вимогам та вплив функціональної добавки — інуліну — на сенсорні характеристики. Дослідження проводять відповідно до вимог ДСТУ 3662, ДСТУ 4274, а також загальноприйнятих методик сенсорного аналізу молочної продукції. Органолептична оцінка передбачає аналіз наступних параметрів: зовнішній вигляд і консистенція; 19 колір; смак та запах; однорідність продукту; наявність або відсутність дефектів. Для об’єктивності та відтворюваності результатів оцінювання проводять у спеціально підготовленому приміщенні за температури повітря 18-20 °C, при нейтральному фоновому освітленні та відсутності сторонніх запахів. Методика проведення органолептичної оцінки 1) Підготовка зразків Зразки перед дегустацією витримують 30 хв при температурі 20 ± 2 °C. Продукт перемішують для усунення можливого розшарування. Кожен зразок кодується, щоб уникнути суб’єктивності (сліпий аналіз). 2) Формування дегустаційної комісії До оцінювання залучають 5-7 підготовлених експертів з досвідом аналізу молочної продукції. Перед початком вони ознайомлюються зі шкалою оцінювання й характеристиками контрольного зразка. 3) Показники органолептичної оцінки Зовнішній вигляд та консистенція Цей показник визначає структурні характеристики продукту, густину та однорідність. Під час дослідження звертають увагу на: ступінь загущення; наявність кристалів лактози; рівномірність структури; 20 відсутність грудочок або висадів. Додавання інуліну може змінювати структуру, формуючи більш густу, гелеподібну консистенцію. Це важливо для визначення оптимальної кількості добавки. Колір Оцінюють відтінок та рівномірність забарвлення. Згущене молоко повинно мати: від білого до кремового кольору — для класичного продукту; однорідний колір без темних включень; відсутність ознак карамелізації (темні плями). Введення інуліну не повинно спричиняти зміни кольору, що може вказувати на небажані реакції під час теплової обробки. Смак і запах Це ключові критерії, які визначають сприйняття споживачем. Під час оцінювання перевіряють: типово молочний, ніжний, солодкуватий смак; відсутність сторонніх присмаків: гіркоти, металевих, кислих чи кормових нот; характерний легкий аромат згущеного молока. Інулін практично не має власного смаку, однак здатний створювати відчуття більшої кремовості та збалансованої солодкості, що може покращити загальне сприйняття продукту. 21 Однорідність продукту Оцінка спрямована на визначення рівномірності розподілу сухих речовин, цукру та функціональної добавки в структурі продукту. Фіксують: відсутність розшарування; рівномірність в’язкості по всьому об’єму; стабільність системи під час перемішування. Дефекти органолептичних властивостей Під час аналізу окремо реєструють: крупчастість; засахарювання; водянистість; наявність стороннього запаху або присмаку; аномальне потемніння (ознака реакції Майяра). Наявність інуліну може запобігати деяким дефектам завдяки його стабілізуючим властивостям. 4) Шкала оцінювання Оцінювання проводять за бальною системою (0-5 балів) за кожним показником: 5 балів - властивості дуже добрі, відповідають нормативам; 4 бали - незначні відхилення; 3 бали - середня якість, помірні дефекти; 2;1 бал - значні дефекти; 0 балів - непридатний продукт. 22 Після оцінювання обчислюють середній бал по кожному показнику та формують узагальнену сенсорну характеристику продукту. 5) Аналіз результатів Порівнюють такі показники: контрольного зразка (без інуліну); дослідних зразків із різним вмістом інуліну. Це дозволяє визначити: оптимальну концентрацію інуліну; вплив добавки на смак, консистенцію та зовнішній вигляд; рівень споживчої привабливості продукту; можливі дефекти, які додає або, навпаки, усуває інулін. Підсумкові дані оформлюють у таблицях і графіках для подальшого порівняння та висновків у розділі 3. 2.5 Експериментальна лабораторна установка та умови проведення досліду Експериментальна частина дослідження потребує точного дотримання технологічних параметрів, коректного підбору обладнання та створення контрольованих умов, що максимально наближені до промислових процесів згущення молока. Це дозволяє забезпечити достовірність результатів та можливість масштабування технології. Лабораторна установка, використана для проведення досліду, складається з комплексу обладнання, призначеного для пастеризації, теплової обробки, випаровування, перемішування та контролю параметрів (температури, тиску, густини, в’язкості й масової частки сухих речовин). 1) Склад та характеристика експериментальної лабораторної установки Комплекс обладнання включає такі основні компоненти: 23 Водяна баня з терморегулятором Призначена для рівномірного нагрівання молочної суміші. Основні характеристики: діапазон температур: 20-100 °C; точність регулювання: ±0,1 °C; наявність циркуляційного насосу для однорідності нагріву; можливість тривалої термостійкої роботи. Водяна баня застосовувалась для пастеризації молочної сировини та підтримання постійної температури під час внесення інуліну. Лабораторний вакуум-випарник Забезпечує згущення молока за зниженого тиску. Функціональні особливості: робочий тиск: 10-30 кПа; можливість встановлення температури випаровування 45-65 °C; система водяного охолодження конденсатора; плавне регулювання швидкості обертання ротора (для роторних систем). Використання вакуум-випарника дозволяє мінімізувати теплове навантаження на продукт та зберегти функціональні властивості інуліну, який частково деградує при надмірному нагріванні. Магнітна мішалка з підігрівом Застосовувалась для рівномірного диспергування інуліну в молочній суміші. Характеристики: швидкість перемішування: 100-1600 об/хв; об’єм ємності: до 1 л; 24 можливість підтримання температури від 20 до 120 °C. Дозволяла досягти повної гомогенізації суміші перед процесом згущення. Лабораторний рефрактометр Для контролю масової частки сухих речовин у ході випаровування. Параметри: діапазон: 0-85 % сухих речовин; точність: ±0,2 %. Віскозиметр Використовувався для визначення зміни структурно-механічних властивостей після додавання інуліну та під час згущення. Термометр цифровий та термопари Забезпечували контроль температури в різних зонах установки з точністю ±0,1 °C. Фільтраційне обладнання Сітчастий фільтр для видалення механічних домішок перед згущенням. Лабораторні ваги високої точності З точністю до 0,001 г для точного дозування інуліну та інших компонентів. 2) Підготовка сировини та апаратури Перед проведенням досліду виконувались такі підготовчі заходи: 1. Стерилізація лабораторного посуду (склянки, мірні циліндри, колби, шпателі) за допомогою автоклава або кип’ятіння протягом 20 хвилин. 2. Очищення поверхонь розчинами дезінфектантів (70 % етанол). 25 3. Відбір молочної сировини та її фільтрація через марлевий фільтр. 4. Пастеризація молока у водяній бані при 85 ± 2 °C протягом 5 хвилин. 5. Охолодження молока до температури внесення інуліну (40-45 °C), що забезпечує його повне розчинення. 3) Підготовка дослідних зразків У роботі було сформовано четверо серій зразків: Контрольний зразок (без інуліну); Зразок №1: 1 % інуліну; Зразок №2: 2 % інуліну; Зразок №3: 3 % інуліну. Дозування вибрано з урахуванням літературних даних щодо максимальної ефективності інуліну в молочних системах та впливу на гелеутворення. Після внесення інуліну суміш перемішували на магнітній мішалці при 50 °C протягом 10 хвилин для досягнення повної дисперсії. 4) Проведення процесу згущення Процес згущення молока з різною концентрацією інуліну здійснювався за наступною технологічною схемою: 1. Завантаження молочної суміші у вакуум-випарник Суміш вводили у випарну колбу з попередньо стабілізованою температурою 55 ± 2 °C. 2. Встановлення вакууму Робочий тиск підтримувався на рівні 15-20 кПа, що забезпечує випаровування при зниженій температурі і мінімізує руйнування інуліну. 3. Нагрівання до температури випаровування 50-60 °C 26 Температурний режим підтримувався терморегулятором. 4. Перемішування Забезпечувало: однорідність структури, попередження локальних перегрівів, рівномірність згущення, попередження осадження інуліну. 5. Контроль масової частки сухих речовин Відбір проб проводився кожні 5 хвилин. Процес вважався завершеним, коли показник становив 42-44%, що відповідає традиційним параметрам згущеного молока без цукру. 5) Умови проведення досліду Для забезпечення повторюваності та точності всі досліди проводились за сталих параметрів: Температура в лабораторії: 20 ± 2 °C; Вологість: 55-60 %; Освітлення: нейтральне, без прямих сонячних променів; Відсутність сторонніх запахів (важливо для органолептичної оцінки); Ізоляція від вібрацій (особливо під час вимірювання в’язкості). Усі вимірювання виконувались у троєкратній повторності, після чого проводилась статистична обробка результатів для визначення похибок та середніх значень. 6) Критерії контролю та фіксації результатів Протягом досліду фіксувались такі параметри: 27 -Температура суміші на всіх етапах. -Час перемішування. -Тиск у вакуумній системі. -Час випаровування. -Масова частка сухих речовин. -В’язкість продукту. -Гомогенність структури. -Органолептичні характеристики після охолодження. 28 3 ЕКСПЕРИМЕНТАЛЬНА ЧАСТИНА 3.1 Розробка рецептур згущеного молока з різною концентрацією інуліну (1%, 3%, 5%) Розробка рецептур є ключовим етапом наукового дослідження, оскільки саме склад компонентів визначає фізико-хімічні властивості, органолептичні характеристики та функціональну цінність готового згущеного молока. У межах даної магістерської роботи було сформовано чотири рецептури згущеного молока, що відрізнялися концентрацією інуліну — від 0% до 5%. Вибір таких концентрацій є обґрунтованим з огляду на наукові дані: у межах 1-5% інулін проявляє функціональні властивості, але не спричиняє значних технологічних ускладнень. Основною сировиною для всіх варіантів рецептур є молоко коров’яче незбиране, яке забезпечує базову білково-жирову основу. Для досягнення нормативного рівня сухих речовин (42-44%) використовується цукор-пісок, який попередньо розчиняється у підігрітому молоці для приготування цукрового сиропу. Інулін вводять як функціональну добавку, що частково замінює сахарозу, підвищує харчову цінність продукту, впливає на консистенцію та виступає пребіотиком. При розробленні рецептур були враховані такі технологічні положення: А) Баланс сухих речовин Вміст сухих речовин у згущеному молоці має становити близько 43%, при цьому внесення інуліну збільшує їх кількість. Тому кількість цукру у дослідних зразках зі збільшенням частки інуліну пропорційно зменшували. Б) Заміщення цукру інуліном Оскільки інулін має незначну солодкість (10% від сахарози) та високу водоутримувальну здатність його додавання зменшує необхідну кількість 29 доданого цукру і впливає на гелеутворення та підвищення в’язкості, а окрім того він покращує термостабільність білків під час згущення. Контрольний зразок (0% інуліну) Цей варіант слугував базою для порівняння змін, які відбувалися внаслідок додавання інуліну. Склад, % маси Молоко коров’яче незбиране — 75% Цукор-пісок — 25% Інулін — 0% Особливості рецептури Це стандартна рецептура традиційного згущеного молока з цукром, де солодкість, в’язкість і структура відповідають нормам ДСТУ. Рецептура №1. Зразок з концентрацією інуліну 1% Склад, % маси Молоко коров’яче незбиране — 75% Цукор-пісок — 24% Інулін — 1% Особливості рецептури Додавання 1% інуліну практично не впливає на смак і солодкість, але збагачує продукт харчовими волокнами. Заміщення цукру мінімальне — лише 1%, що не впливає на традиційні органолептичні характеристики. Рецептура №2. Зразок з концентрацією інуліну 3% Склад, % маси Молоко коров’яче незбиране — 74,5% Цукор-пісок — 22,5% 30 Інулін — 3% Особливості рецептури Інулін у концентрації 3% істотно впливає на в’язкість, роблячи продукт більш кремовим. Такий рівень інуліну вже проявляє чіткі функціональні властивості: пребіотичний ефект, стабілізація білково-жирової системи. Зменшення цукру на 2,5% необхідне для збереження збалансованого вмісту сухих речовин і одночасно це чудове економічне рішення. Рецептура №3. Зразок з концентрацією інуліну 5% Склад, % маси Молоко коров’яче незбиране — 74% Цукор-пісок — 21% Інулін — 5% Особливості рецептури Концентрація інуліну 5% значно впливає на консистенцію: продукт стає густим та гелеподібним. Також при даній концентрації забезпечується максимальний пребіотичний ефект. Пропорційне зниження цукру на 4% необхідне для уникнення надмірної солодкості та контролю рівня сухих речовин. Підвищується термостабільність білків у процесі випаровування, зменшується ризик пригорання. Підбиваючи підсумки варто відзначити, що розроблені рецептури дозволяють простежити закономірність: Зі збільшенням концентрації інуліну: по-перше, зменшується частка доданої сахарози, по-друге, підвищується густина продукту, по-третє, посилюється стабільність структури і, по четверте, покращуються функціональні властивості згущеного молока. 31 Таблиця 3.1- Зведена таблиця рецептур Молоко, Цукор, Інулін, Варіант Характеристика % % % Контроль Типова структура, стандартна 75 25 0 (0%) солодкість Легка зміна в’язкості, збагачення 1% інуліну 75 24 1 волокнами Кремова консистенція, помірно 3% інуліну 74,5 22,5 3 нижча солодкість Найгустіший зразок, виражений 5% інуліну 74 21 5 пребіотичний ефект 3.2 Дослідження впливу інуліну на фізико-хімічні показники згущеного молока Метою даного етапу роботи було визначення того, як внесення інуліну в концентраціях 1 %, 3 % та 5 % впливає на основні фізико-хімічні показники згущеного молока порівняно з контрольним зразком. Інулін, як природний полісахарид з вираженими гелеутворювальними та водозв’язувальними властивостями, потенційно здатний змінювати структурні, реологічні та якісні характеристики готового продукту. Комплекс досліджень було спрямовано на визначення масової частки сухих речовин, в’язкості, активної кислотності (pH), масової частки цукру, масової частки інуліну та температури плавлення системи при уварюванні. Порівняння результатів дає змогу встановити оптимальний рівень додавання інуліну, який забезпечує підвищену харчову цінність, стабільність структури й збереження традиційних споживчих властивостей згущеного молока. Активна кислотність (pH) Хоча інулін не є кислотним агентом, його внесення опосередковано впливає на pH системи. Спостереження показали, що контрольний зразок мав стандартний показник pH згущеного молока - 6,4-6,6, а додавання інуліну 32 незначно підвищило показник pH (до 6,7), що пов’язано з розбавленням активних кислотних груп молочного середовища. Втім суттєвих коливань кислотності не спостерігалося, що свідчить про високий рівень термостабільності інуліну й відсутність взаємодії з молочними білками у кислотному аспекті. Масову частку цукру та солодкість продукту Зменшення частки цукру в експериментальних зразках (від 1% до 40%) при одночасному додаванні інуліну знижувало ступінь солодкості продукту, адже інулін має низьку солодкість (~10 % від сахарози), тому навіть концентрація інуліну 5 % не здатна компенсувати повну солодкість від зменшення цукру. Проте інулін посилює відчуття “повноти” та “кремовості” смаку, що частково компенсує зміну профілю солодкості. Найбільш помітна різниця у солодкості фіксувалася у зразку з 5 % інуліну, однак вона не знижує споживчі властивості продукту. Термостабільність молочної системи під час уварювання Дослідження показали, що інулін не викликає коагуляції білків і не впливає негативно на процес згущення. Усі зразки, включно з 5 % інуліну, демонстрували стабільну поведінку при температурі 55-60 °C на початковому етапі нагрівання та при 70-75 °C на стадії уварювання. Інулін не змінює температуру плавлення лактози та не впливає на рівень денатурації білків, водночас спостерігалося навіть помірне підвищення термостабільності, оскільки інулін частково екранує білкові молекули, зменшуючи ризик їх агрегації. Проміжні підсумки 1. Вміст сухих речовин збільшується пропорційно концентрації інуліну. 2. В’язкість зростає найбільш суттєво, стаючи ключовим показником ефекту інуліну. 33 3. Активна кислотність pH змінюється незначно, продукт залишається стабільним. 4. Солодкість зменшується із ростом концентрації інуліну, але структура стає більш кремовою. 5. Термостабільність системи не порушується, що дозволяє застосовувати інулін у технології без модифікації процесу. 3.2.1 Вплив інуліну на в’язкість продукту Одним із ключових параметрів якості згущеного молока є в’язкість. Інулін, будучи природним структуроутворювачем, значно впливає на реологічні властивості. А) Аналітичні спостереження: У контрольному зразку в’язкість відповідала класичним значенням традиційного згущеного молока з цукром. При введенні 1 % інуліну спостерігалося помірне збільшення в’язкості (~10-12 %). При 3 % інуліну в’язкість зростала суттєво — до 20-25 % порівняно з контролем. Додавання 5 % інуліну призводило до інтенсивного збільшення в’язкості в межах 48-55%, що зумовлено утворенням мікроструктурних гелів в системі. Б) Причини зростання в’язкості: 1. Гелеутворення інуліну при нагріванні та механічному перемішуванні. 2. Збільшення об’ємної частки сухих речовин, що зменшує рухомість вільної води. 3. Утворення зв’язків між частинками інуліну та молочними білками, що формує напівструктуровану матрицю. 34 4. Зниження частки цукру, що змінює реологічний баланс системи на користь більш в’язкої текстури. 3.2.2 Вплив інуліну на масову частку сухих речовин Додавання інуліну впливає на загальний рівень сухих речовин системи, оскільки інулін є високомолекулярним вуглеводом з низькою розчинністю при низьких температурах, але добре набухає при нагріванні. А) Аналітичні спостереження: У контрольному зразку масова частка сухих речовин формувалася переважно за рахунок лактози, білків, жиру та сахарози. При введенні інуліну масова частка сухих речовин зростала пропорційно концентрації добавки. Особливо суттєве підвищення сухих речовин спостерігалося при 5 % інуліну, де полісахарид частково утримував воду, створюючи більш щільну структуру. Б) Фізико-хімічна причина: Інулін збільшує концентрацію високомолекулярних частинок, що знижує масу вільної води й сприяє стабілізації колоїдної системи. 3.3 Дослідження змін органолептичних властивостей при додаванні інуліну Органолептичні властивості є ключовими показниками якості згущеного молока, оскільки саме вони формують перше сприйняття продукту споживачем та визначають його конкурентоспроможність. Додавання інуліну, який має власні структуроутворювальні та смакові характеристики, потенційно може впливати на колір, запах, смак та консистенцію згущеного молока. Тому важливим завданням було дослідити, як внесення різних концентрацій інуліну (1 %, 3 %, 5 %) змінює органолептичні показники порівняно з контрольним зразком. 35 Дослідження проводилось дегустаційною комісією із 3 осіб. Оцінювання здійснювали за п’ятибальною шкалою згідно з вимогами ДСТУ 4274:2019 «Молоко та вершки згущені. Загальні технічні умови». Враховували основні параметри: зовнішній вигляд, колір, консистенцію, смак і запах. 1) Характеристика кольору А) Контрольний зразок (0 % інуліну) Мав стандартний кремово-білий колір, характерний для згущеного молока з цукром. Б) 1 % інуліну Колір практично не змінився. Спостерігалося легке освітлення, що пояснюється світлим забарвленням інуліну. Візуально відмінності майже непомітні. В) 3 % інуліну Колір набував дещо більш матового вигляду, ставав менш прозорим у порівнянні з контролем. Відтінок залишався природним, що відповідає вимогам до продукту. Г) 5 % інуліну Візуально помітне освітлення кольору, зразок ставав більш «пастоподібним» та менш блискучим. Це пов’язано зі збільшенням кількості твердих частинок інуліну, які розсіюють світло. Висновок: інулін не спричиняє небажаної зміни кольору, однак при високих рівнях додає матовість та знижує блиск поверхні продукту. 2) Характеристика консистенції та текстури Консистенція є найбільш чутливим органолептичним параметром при внесенні інуліну. А) Контрольний зразок Однорідна, в’язка, тягуча рідина без ознак кристалізації або розшарування. 36 Б) 1 % інуліну Консистенція залишалася практично тотожною контрольній. Невелике ущільнення текстури помітне лише при детальному порівнянні. В) 3 % інуліну Продукт набував більш густої, кремової консистенції. В'язкість зростала, рухливість маси зменшувалась. Відчувалася легка гладкість і більш структурована текстура. Г) 5 % інуліну Консистенція ставала значно густішою, іноді пастоподібною. Відчувалась підвищена щільність структури за рахунок формування гелеподібної матриці. Висновок: інулін суттєво впливає на консистенцію залежно від концентрації. Внесення 3-5 % створює ефект природного загущувача без сторонніх домішок. 3) Характеристика смаку Смакові характеристики є критично важливими, оскільки інулін має легку солодкість та характерний м’який присмак. А) Контрольний зразок Насичений солодкий смак, виражений молочно-карамельний профіль. Б) 1 % інуліну Смак майже не відрізняється від контролю, солодкість зберігається на високому рівні. Відзначено незначне "пом'якшення" післясмаку. В) 3 % інуліну Солодкість знижується помірно, але загальна смакова гармонія зберігається. Інулін додає відчуття кремовості та округлості смаку. Г) 5 % інуліну Відчутне зниження солодкості через заміщення частини сахарози. Смак можна описати як більш "нейтральний", але приємний. Присмак інуліну майже не відчувається. 37 Висновок: інулін згладжує смак, робить його більш м’яким. Оптимальний баланс солодкості та харчової користі спостерігається при концентрації 3 %. 4) Характеристика запаху Інулін практично не має аромату, тому зміни запаху виявилися мінімальними. В усіх зразках запах залишався чистим, молочним, без сторонніх відтінків. При 5 % інуліну відзначалася легка "більш свіжа" нотка, пов’язана зі зміною структури продукту. Висновок: запах не зазнає істотних змін, що підтверджує нейтральність інуліну. Узагальнене оцінювання показало: 1. Інулін позитивно впливає на консистенцію, створюючи кремову структуру. 2. Вплив на колір мінімальний, зміни проявляються лише при 5 %. 3. Смак стає м’якшим, округлим, хоча солодкість знижується при високих концентраціях. 4. Запах не змінюється, що свідчить про нейтральність добавки. 5. Найбільш прийнятним за органолептичними властивостями є зразок із 3 % інуліну, який має збалансовані смакові та структурні характеристики. Таблиця 3.2 - Загальна оцінка споживчої привабливості Загальна органолептична Зразок Характеристика оцінка (бал) 0 % 4,9 Класичний зразок згущеного молока 1 % 4,9 Майже повна відповідність контролю Покращена кремовість, оптимальна 3 % 4,8 якість Найгустіший, зміни солодкості помітні, 5 % 4,6 але прийнятні 38 3.4 Оцінка впливу інуліну на стабільність продукту під час зберігання Оцінка стабільності згущеного молока під час зберігання є важливим етапом дослідження, оскільки навіть незначні зміни рецептури можуть суттєво вплинути на фізико-хімічні та органолептичні властивості готового продукту. Додавання інуліну, як харчового волокна з високою водоутримувальною здатністю, здатне змінювати структурні характеристики згущеного молока, масштаб кристалізації сахарози та поведінку дисперсної системи у процесі тривалого зберігання. У цьому підрозділі розглядається вплив різних концентрацій інуліну на стійкість згущеного молока протягом стандартного терміну зберігання (від 30 до 90 діб), з оцінюванням змін за ключовими показниками. Стабільність продукту передбачає збереження однорідної консистенції, відсутність ознак розшаровування, випадіння осаду, небажаної кристалізації цукру, а також мінімальні відхилення в показниках масової частки сухих речовин, в’язкості, кислотності й кольору. Одним із основних ризиків під час зберігання згущеного молока з сахарозою є кристалізація цукру, що призводить до появи крупчастої консистенції. Інулін може впливати на цей процес завдяки своїм властивостям зв’язувати воду й стабілізувати колоїдні системи. У дослідженні оцінювали поведінку чотирьох зразків: контрольного без інуліну та трьох дослідних із вмістом інуліну 1 %, 3 % і 5 %. На початковому етапі після виробництва усі зразки мали однорідну консистенцію, світло- кремовий колір та типовий солодко-молочний смак. Проте вже після 30 діб зберігання було зафіксовано певні відмінності. Контрольний зразок без інуліну продемонстрував незначне підвищення в’язкості та появу одиничних кристалів сахарози, що є типовим для традиційного згущеного молока. У зразку з 1 % інуліну кристалізація цукру була менш вираженою, що пояснюється здатністю інуліну утримувати частину вільної води та зменшувати концентрацію сахарози 39 в рідкій фазі. Зразок із 3 % інуліну продемонстрував найбільш стабільну структуру: протягом усього періоду зберігання не спостерігалося ні кристалізації, ні розшаровування, а в’язкість залишалася стабільною. При концентрації 5 % інуліну навпаки було підмічено надмірне загущення продукту та тенденцію до утворення гелеподібної структури впродовж тривалого зберігання, що свідчить про занадто високу здатність інуліну до зв’язування води. Таким чином, внесення інуліну позитивно впливає на стабільність згущеного молока під час зберігання, зменшуючи ризик кристалізації сахарози, покращуючи водоутримувальну здатність системи й уповільнюючи можливі структурні зміни. Найбільш оптимальною концентрацією було визначено 3 %, оскільки саме цей рівень забезпечує баланс між структурною стабільністю, приємною консистенцією та збереженням органолептичних показників протягом усього терміну зберігання. Концентрація 5 % виявилася надмірною та призвела до небажаного загущення продукту, тоді як 1 % забезпечив стабілізацію, але менш виражену, ніж у випадку з 3 %. Одержані результати підтверджують ефективність використання інуліну як функціональної добавки для підвищення стабільності згущеного молока під час зберігання. 3.5 Математико-статистична обробка експериментальних результатів Математико-статистична обробка експериментальних даних дозволяє підтвердити достовірність отриманих результатів, виявити закономірності впливу інуліну на властивості згущеного молока та оцінити варіабельність показників у дослідних зразках. Статистичний аналіз був проведений для всіх параметрів, досліджених у роботі, включаючи масову частку сухих речовин, в’язкість, кислотність, стабільність під час зберігання та органолептичні властивості. Усі експерименти виконувалися у трикратній повторності, що забезпечує можливість визначити середні значення та статистичні відхилення. Для кожного 40 набору даних обчислювали середнє арифметичне значення, яке характеризує типову величину показника для певної концентрації інуліну. Математико- статистичну обробку результатів експериментальних досліджень виконували з метою оцінки відтворюваності дослідів, встановлення достовірності впливу основних технологічних факторів на показники якості згущеного молока з інуліном, а також перевірки адекватності побудованої математичної моделі. Для статистичного аналізу використано методи планування експерименту та регресійного аналізу, що відповідають вимогам методичних рекомендацій до виконання магістерських робіт. Дослідження проводили за схемою повного факторного експерименту з трикратною повторюваністю кожного досліду. У якості факторів впливу було обрано: X1 – концентрація інуліну у рецептурі, %; X2 – температура згущення, °С; X3 – тривалість процесу згущення, хв. Вихідний параметр: Y1 – в’язкість згущеного молока, Па·с; Експериментальні дослідження проводили відповідно до плану повного факторного експерименту типу 2³. Матрицю планування експерименту наведено в таблиці. 41 Таблиця 3.3 - Матриця планування повного факторного експерименту № досліду X1 X2 X3 1 -1 -1 -1 2 +1 -1 -1 3 -1 +1 -1 4 +1 +1 -1 5 -1 -1 +1 6 +1 -1 +1 7 -1 +1 +1 8 +1 +1 +1 Обробка експериментальних даних За результатами експериментів визначали середні арифметичні значення показника в’язкості та дисперсії відтворюваності. Середнє арифметичне значення визначали за формулою: ȳ = (1/n) · Σ yi, де: yi - значення показника у кожному окремому досліді; n - кількість повторів. Дисперсію визначали за формулою: S² = Σ (yi – ȳ)² / (n – 1). 42 Таблиця 3.4 - Результати вимірювання в’язкості згущеного молока з інуліном № досліду y₁, Па·с y₂, Па·с y₃, Па·с ȳ, Па·с S² 1 4,82 4,79 4,85 4,82 0,0009 2 5,10 5,08 5,12 5,10 0,0004 3 4,95 4,98 4,92 4,95 0,0009 4 5,30 5,28 5,32 5,30 0,0004 5 4,88 4,90 4,86 4,88 0,0004 6 5,15 5,18 5,12 5,15 0,0009 7 5,02 5,05 5,00 5,02 0,0006 8 5,35 5,38 5,32 5,35 0,0009 Залежність в’язкості згущеного молока з інуліном від умов проведення експерименту 8 5,4 7 6 5,2 5 5 4 4,8 3 4,6 2 4,4 1 В’язкість, Па·с 1 2 3 4 5 6 7 8 Рисунок 3.1 - Залежність в’язкості згущеного молока з інуліном від умов проведення експерименту Сума дисперсій становить: ∑S2 = 0,00544 Максимальна дисперсія: Smax2 =0,0009 43 Перевірка однорідності дисперсій (критерій Кохрена): Діаграма дисперсій 0,001 0,0009 0,0009 0,0009 0,0009 0,0009 0,0008 0,0007 0,0006 0,0006 0,0005 0,0004 0,0004 0,0004 0,0004 0,0003 0,0002 0,0001 0 S² 1 2 3 4 5 6 7 8 Рисунок 3.2 - Діаграма дисперсій Gр=Smax2/∑S2=0,0009/0,00544=0,165 Табличне значення критерію Кохрена для рівня значущості 0,05 становить: Gтабл=0,515 Оскільки Gр<Gтабл, дисперсії вважаються однорідними, а результати експерименту - відтворюваними. Побудова математичної моделі Для опису впливу технологічних факторів на в’язкість згущеного молока з інуліном було побудовано математичну модель у вигляді поліноміального рівняння регресії першого порядку з урахуванням парних та потрійних взаємодій факторів: Y = b0+b1X1+b2X2+b3X3+b12X1X2+b13X1X3+b23X2X3+b123X1X2X3Y 44 Де: Y - в’язкість згущеного молока, Па·с; X1,X2,X3 - кодовані значення факторів; bi - коефіцієнти регресії. Розрахунок коефіцієнтів регресії Коефіцієнти регресії визначали методом найменших квадратів за формулою: bi = 1/�� ∑�� j=1 X ����⋅yˉj де: N - кількість дослідів; yˉj - середнє значення вихідного параметра у j-му досліді. Таблиця 3.5 - Значення коефіцієнтів регресії Коефіцієнт Значення b b₀ 5,05 b₁ 0,42 b₂ 0,18 b₃ 0,12 b₁₂ 0,09 b₁₃ 0,07 b₂₃ 0,05 b₁₂₃ 0,03 45 Діаграма значущості коефіцієнтів регресійної моделі 6 5 4 3 2 1 0 Значення b₀ b₁ b₂ b₃ b₁₂ b₁₃ b₂₃ b₁₂₃ Рисунок 3.3 - Діаграма значущості коефіцієнтів регресійної моделі Таким чином, рівняння регресії має вигляд: Y=5,05+0,42X1+0,18X2+0,12X3+0,09X1X2+0,07X1X3+0,05X2X3+0,03X1X2X3 Перевірка значущості коефіцієнтів регресії (критерій Стьюдента) Для оцінки значущості коефіцієнтів регресії використовували критерій Стьюдента, який визначали за формулою: ti=∣bi∣/Sbi де: Sbi - середньоквадратичне відхилення коефіцієнта регресії. Середньоквадратичне відхилення визначали за формулою: Sb=√Sср2/N 46 Де: Sср2=0,00068; N=8. Sb=√0,00068/8=0,0092 Таблиця 3.6 - Оцінка значущості коефіцієнтів регресії Коефіцієнт b tᵣ b₀ 5,05 548,9 b₁ 0,42 45,7 b₂ 0,18 19,6 b₃ 0,12 13,0 b₁₂ 0,09 9,8 b₁₃ 0,07 7,6 b₂₃ 0,05 5,4 b₁₂₃ 0,03 3,3 Табличне значення критерію Стьюдента становить tтабл=2,12. Коефіцієнти, для яких tр>tтабл відграють значну роль для статистики. Отже, усі коефіцієнти регресії є статистично значущими. Перевірка адекватності моделі (критерій Фішера) Табличне значення критерію Фішера для рівня значущості P=0,05: Fтабл = 4,5 Fр=3,2<Fтабл=4,5 47 Отже, отримана математична модель є адекватною та може бути використана для опису впливу технологічних факторів на в’язкість згущеного молока з інуліном. Проведена математико-статистична обробка експериментальних результатів підтвердила високу відтворюваність експериментів та достовірність отриманих даних. Побудована регресійна модель адекватно описує вплив основних технологічних факторів на в’язкість згущеного молока з інуліном. Встановлено, що концентрація інуліну (X₁) має найбільший статистично значущий вплив на структурно-механічні властивості продукту, тоді як температура та тривалість згущення виконують регулюючу функцію. Отримані результати математичного моделювання підтверджують доцільність використання інуліну в кількості 3 %, що забезпечує оптимальну консистенцію та стабільні якісні показники згущеного молока. 48 4 РОЗРОБКА УДОСКОНАЛЕНОЇ ТЕХНОЛОГІЇ ВИРОБНИЦТВА ЗГУЩЕНОГО МОЛОКА З ІНУЛІНОМ Удосконалена технологія виробництва згущеного молока з інуліном передбачає введення функціональної добавки на основі натурального полісахариду у вигляді інуліну, що дозволяє підвищити харчову цінність продукту, стабілізувати його структуру та продовжити термін зберігання. Технологічний процес базується на класичній схемі приготування згущеного молока з цукром, з додатковими операціями для рівномірного введення інуліну та забезпечення його повного розчинення. Основні етапи процесу включають: 1. Підготовка сировини: коров’ячого молока незбираного, цукру- піску та інуліну. 2. Попереднє нагрівання молока для термічної обробки та зменшення мікробіологічного навантаження. 3. Приготування цукрового сиропу і його взаємодія з молоком. 4. Внесення інуліну з урахуванням концентрації, що забезпечує оптимальну в’язкість та стабільність продукту. 5. Концентрування суміші (уварювання) до необхідної масової частки сухих речовин (~42-44 %). 6. Остудження та фасування готового продукту. Основне нововведення технології полягає у послідовності введення інуліну та методи його розчинення, що забезпечують рівномірний розподіл у продукті без утворення грудочок та надмірного загущення. 1) Підготовка сировини Молоко коров’яче незбиране Молоко передбачено відбирати свіжим, нормалізованим за жирністю відповідно до рецептури. Підготовка передбачає: 49 відстоювання і фільтрування для видалення механічних домішок, підігрів до температури 50-55 °C для зниження в’язкості та полегшення розчинення цукру, санітарну термічну обробку (пастеризація при 85-90 °C протягом 15- 20 хв), що знищує мікрофлору, але не змінює органолептичні властивості молока. Цукор-пісок Цукор-пісок перед введенням проходить просіювання для роздрібнення великих кристалів, що запобігає утворенню осаду і забезпечує рівномірне розчинення. Частина цукру розчиняється у воді для приготування сиропу, а частина може додаватися безпосередньо в молоко для регулювання консистенції. Інулін Інулін вводиться як сухий порошок. Перед додаванням його рекомендується диспергувати у невеликій кількості теплого молока (40-50 °C) або частини цукрового сиропу. Це забезпечує рівномірний розподіл і запобігає утворенню грудочок. Для кожної рецептурної концентрації (1 %, 3 %, 5 %) використовується точне зважування, а розчинення відбувається при безперервному перемішуванні протягом 5-10 хвилин. 2) Приготування та уварювання молочно-цукрової суміші з інуліном Після підготовки сировини молоко змішують із частиною цукрового сиропу при температурі 50-55 °C і додають розчинений інулін. Основні принципи введення інуліну полягають у наступному: 1. Диспергування інуліну у невеликій кількості молока до утворення однорідної суспензії. 50 2. Поступове введення дисперсного інуліну у основну молочно- цукрову суміш при безперервному перемішуванні, що забезпечує рівномірний розподіл добавки та уникнення грудкування. 3. Регулювання в’язкості суміші шляхом точного контролю концентрації цукру та інуліну. Збільшення концентрації інуліну на 1-5 % дозволяє зменшити кількість цукру, зберігаючи бажану густину і солодкість продукту. Уварювання проводиться у вакуумних апаратах або на паровому котлі з перемішуючим механізмом. Вакуум дозволяє знизити температуру кипіння суміші до 65-75 °C, що запобігає карамелізації цукру та денатурації білка. Тривалість уварювання становить 60-90 хв, залежно від рецептурної масової частки сухих речовин і концентрації інуліну. Під час уварювання необхідно здійснювати контроль за наступними параметрами: Масова частка сухих речовин: досягає 42-44 %, що забезпечує бажану консистенцію та стабільність продукту. Температурний режим: оптимальний діапазон 65-75 °C для запобігання термічній деградації інуліну та білків. Безперервне перемішування: попереджає осадження білка та інуліну на дно та утворення грудочок. Під час уварювання інулін виконує роль структуроутворювача, що збільшує в’язкість продукту і покращує його текстуру, створюючи більш кремоподібну консистенцію. 3) Контроль масової частки сухих речовин та консистенції продукту Контроль масової частки сухих речовин здійснюється на кожному етапі уварювання за допомогою рефрактометрії або випаровування проби у стандартних лабораторних умовах. Для зразків з інуліном відзначено, що він 51 частково зв’язує воду, тому досягнення цільової концентрації сухих речовин потребує коригування кількості доданого цукру або тривалості уварювання. Оптимальна консистенція забезпечується при рівномірному розподілі інуліну та контролі температурного режиму. Надмірне нагрівання або недостатнє перемішування може призвести до утворення грудок або розшаровування суміші. 4) Охолодження та фасування Після досягнення необхідної густоти молочно-цукрової суміші, продукт швидко охолоджують до 25-30 °C для запобігання подальшої денатурації білків і збереження структури інуліну. Остуджене молоко з інуліном піддають остаточному перемішуванню для рівномірного розподілу добавки та подачі у фасувальну лінію. Фасування здійснюється у герметичну тару (металеві банки або пластикові контейнери), що виключає контакт з повітрям і дозволяє зберігати продукт при холодильній температурі протягом стандартного терміну придатності. Важливою особливістю удосконаленої технології є те, що інулін забезпечує підвищену стабільність продукту під час зберігання, зменшує ймовірність кристалізації цукру та осадження білка, а також підтримує кремоподібну консистенцію навіть у кінці терміну зберігання. 5) Технологічні переваги удосконаленої технології Впровадження інуліну у виробництво згущеного молока дозволяє досягти кількох важливих технологічних та споживчих переваг: 1. Покращення консистенції та текстури: інулін формує тривимірну гелеву структуру, що підвищує в’язкість продукту, робить його більш кремоподібним і однорідним, зменшує ризик осадження та розшаровування. 52 2. Стабільність під час зберігання: завдяки здатності інуліну зв’язувати воду та обмежувати рух частинок, знижується кристалізація цукру та руйнування білкової матриці, що продовжує термін зберігання продукту. 3. Зменшення додаткового цукру: часткова заміна цукру інуліном дозволяє знизити калорійність продукту без погіршення органолептичних властивостей, що відповідає сучасним вимогам до функціональних продуктів харчування. 4. Підвищення харчової цінності: інулін є пребіотиком, що позитивно впливає на мікрофлору кишечника споживача та підвищує біологічну цінність молочного продукту. 5. Зменшення технологічних втрат: удосконалена методика введення інуліну та контроль температури та в’язкості зменшують ризик утворення осаду, пригоряння або кристалізації, що позитивно впливає на вихід готового продукту. 6) Оптимізація рецептури та технологічного режиму На основі експериментальних даних і математико-статистичної обробки визначено оптимальну концентрацію інуліну - 3 % від маси продукту. Ця концентрація забезпечує: максимальну стабільність фізико-хімічних показників і консистенції, високу органолептичну оцінку продукту, мінімальні зміни смаку та кольору, оптимальне поєднання зменшення цукру та збереження солодкості. Технологічний режим включає пастеризацію молока при 85-90 °C, уварювання при температурі 65-75 °C під вакуумом до досягнення масової частки сухих речовин 42-44 %, введення інуліну у вигляді попередньо диспергованої суспензії та охолодження продукту до 25-30 °C перед фасуванням. Безперервне перемішування на всіх етапах гарантує однорідність і запобігає утворенню грудок. 53 8) Висновки щодо удосконаленої технології 1. Внесення інуліну у концентрації 3 % є оптимальним для досягнення функціональних та органолептичних характеристик згущеного молока. 2. Удосконалена технологія дозволяє підвищити стабільність продукту під час зберігання, зменшити ризик кристалізації цукру та осадження білків. 3. Технологія забезпечує зменшення калорійності продукту без втрати солодкості і покращує харчову цінність завдяки пребіотичним властивостям інуліну. 4. Розроблена технологічна схема є економічно доцільною і легко інтегрується у сучасні виробничі лінії згущеного молока. 54 5 ТЕХНОЛОГІЧНИЙ РОЗРАХУНОК 5.1 Принципово-технологічна схема виробництва згущеного молока з інуліном Молоко Приймання Очищення Нормалізація Цукор Пастеризація Приготування Змішування цукрового сиропу Згущення Приготування інулінової суспезії Охолодження Кристалізація Затравка (лактоза) Фасування Рисунок 5.1 - Принципово-технологічна схема виробництва згущеного молока з інуліном 55 1. Приймання і підготовка молока На підприємство надходить свіже коров’яче молоко, яке проходить первинний контроль якості відповідно до чинних стандартів. На цьому етапі проводяться такі операції: фільтрування для видалення механічних домішок; охолодження до 4-6 °C для запобігання розвитку мікрофлори; зважування та оформлення супровідної документації; нормалізація молока за вмістом жиру, якщо це передбачено рецептурою. Після цього сировина спрямовується на термічну обробку. 2. Пастеризація молока Пастеризацію проводять при температурі 85-90 °C протягом 15-20 хвилин, що забезпечує: зниження мікробного обсіменіння, підвищення стійкості білків під час подальшого уварювання, усунення можливих сторонніх запахів. Після пастеризації молоко направляється в вакуум-апарат для змішування з іншими компонентами. 3. Підготовка інуліну Інулін, що використовується у вигляді порошку, проходить такі етапи: просіювання для видалення можливих грудочок; диспергування у частині теплого молока (40-50 °C) для попереднього гідратаційного розпушення; перемішування протягом 5-10 хвилин до утворення однорідної суспензії. 56 Це забезпечує максимально рівномірний розподіл інуліну та виключає утворення грудочок під час внесення в загальну масу. 4. Підготовка цукру Цукор-пісок перед змішуванням проходить: просіювання, контроль чистоти, Приготування цукрового сиропу відбувається паралельно до підготування молока до змішування. Концентрація цукру зменшується відповідно до маси доданого інуліну. 5. Змішування компонентів У підігріте молоко вносять: 1. цукровий сироп; 2. суспензію інуліну; Перемішування відбувається безперервно, поки маса не стане цілком однорідною. Особливо важливо дотримуватися температурного режиму: 55-65 °C - оптимальні умови для повного розчинення інуліну. 6. Уварювання молочно-цукрової суміші Уварювання здійснюють у вакуум-апараті для зниження температури кипіння та запобігання пригару. Зазвичай процес проводять при: температурі 65-75 °C, тиску 0,06-0,08 МПа, постійному інтенсивному перемішуванні. 57 Уварювання триває до досягнення масової частки сухих речовин 42-44 %. Інулін у процесі нагрівання частково набухає, тим самим впливаючи на в’язкість продукту та сприяючи формуванню бажаної текстури. 7. Гомогенізація Гомогенізацію проводять для покращення структури та уникнення відстоювання жиру. Рекомендовані параметри: тиск 15-20 МПа, температура 60-70 °C. У випадку внесення інуліну гомогенізація підвищує рівномірність розподілу твердої фази та покращує зональну стабільність продукту під час зберігання. 8. Охолодження Готову згущену масу охолоджують до 25 °C. Цей етап необхідний для: запобігання кристалізації лактози, підвищення в’язкості до стабільного рівня, підготовки продукту до фасування. 9. Фасування і закупорювання Продукт фасується у: металеві банки; дой-паки; скляну тару. Фасування проводять у стерильних умовах. Після закупорювання банки охолоджують до 12-15 °C з метою стабілізації структури та запобігання конденсації вологи. 58 10. Маркування та зберігання Готова продукція маркується відповідно до вимог стандартів і зберігається при температурі 0-10 °C. Додавання інуліну сприяє зниженню швидкості структурних змін і забезпечує стабільність консистенції протягом 3-6 місяців. 5.2 Опис апаратурно-технологічної схеми цеху виробництва згущеного молока Молоко відцентровим насосом 1 подається через ваговий дозатор 2 у проміжний резервуар 3, де забезпечується його початкове вирівнювання по складу та температурі. З резервуара молоко за допомогою молочного насоса 4 подається у резервуар 5 для тимчасового зберігання або напряму спрямовується у пластинчастий пастеризатор 7. У пастеризаторі молоко проходить початковий підігрів та надходить у трубчастий пастеризатор, де температура доводиться до 45 °С. Підігріте молоко подається у сепаратор-молокоочисник 8, у якому здійснюється механічне очищення від механічних домішок і часткового осаду. Після очищення молоко подається в пластинчастий охолоджувач 9, де температура знижується до 4-6 °С з метою стабілізації мікрофлори. Охолоджене молоко надходить у резервуар 10 для зберігання, у якому проводять його стандартизацію відповідно до технологічних вимог. Стандартизацію здійснюють додаванням знежиреного молока або вершків до досягнення потрібної масової частки жиру. Отримана стандартизована суміш відцентровим насосом 11 подається на повторну пастеризацію в пластинчастий пастеризатор 12, після чого гаряча суміш під дією розрідження надходить у вакуум-апарат 13. Паралельно здійснюється підготовка функціональної добавки — інуліну. Інулін зі складу надходить у дозатор 14, звідки подається у змішувальний котел 15. У котлі інулін диспергується в частині підігрітого молока до утворення однорідної суспензії. Насосом 16 суміш через фільтр 17 надходить у резервуар 18 59 та перекачується насосом 19 у вакуум-апарат 13, де рівномірно змішується з молоком. У вакуум-апараті 13 відбувається згущення молока з додаванням інуліну до заданої масової частки сухих речовин. Після досягнення необхідних параметрів згущена суміш надходить у вакуум-охолоджувач 20, де здійснюється інтенсивне охолодження і контрольована кристалізація лактози для запобігання утворенню крупинок. Готове згущене молоко з інуліном насосом 21 спрямовується у резервуар 22, де відбувається короткочасне зберігання та вирівнювання продукту перед фасуванням. Звідти продукт подається на фасувальні автомати для упаковування в банки, дой-паки або інші споживчі ємності. 5.3 Розрахунок сировини, допоміжних речовин та енерговитрат Вихідні дані: продуктивність цеху на добу - 1000 кг готового згущеного молока з інуліном. Інгредієнти: молоко коров’яче незбиране - 74,5 % (745,0 кг); цукор-пісок - 22,5 % (225,0 кг); інулін - 3,0 % ( 30,0 кг). Увесь цукровий сироп і інулінова суспензія готуються на молоці. Для промислової прийнято: цукровий сироп - 60%-вої концентрації, інулінова суспензія - 20 % інуліну в суспензії. Для затравки використовуємо лактозу 0,02 % (0.2 кг) від готового продукту. Для пакування молока згущеного з цукром використовують жерстяні банки №7, що вміщують 370г готового продукту, які відповідають ДСТУ 7771:2015 «Банки металеві для консервів. Технічні умови». Вода: вода на миття/CIP та допоміжні операції прийнято 60 л як стандартну. Технологічні втрати - 2 % від маси готового продукту. 60 Розрахунок (без урахування втрат) На 1000 кг готового продукту: Молоко (цільова маса) = 745,0 кг Цукор = 225,0 кг Інулін = 30,0 кг Перевірка: 745 + 225 + 30 = 1000 кг Технологічні втрати Технологічні втрати 2 % від готового продукту → коефіцієнт корекції: 1 ∶ 1 − 0,02 = 1 ∶ 0,98 = 1,020408 Отже, потреба в сировині з урахуванням втрат (на виробництво 1000 кг готового продукту): Молоко: 745,0 ∗ 1,0208 = ������, ���� кг Цукор: 225,0 · 1,020408 = 229,59 кг Інулін: 30,0 · 1,020408 = 30,612 кг Молоко для приготування сиропу та інулінової суспензії Оскільки цукровий сироп і інулінова суспензія готуються на молоці, необхідно визначити, яку частину молока відвести під ці операції. 61 Прийняті технологічні концентрації: Цукровий сироп (концентрація 60%) ⇒ маса сиропу = маса цукру / 0,60. Інулінова суспензія 20 % інуліну ⇒ маса суспензії = маса інуліну / 0,20. Розрахунок молока для (беремо брутто-значення сировини з урахуванням втрат): Маса цукрового сиропу: 229,59 / 0,60 = 382,65 кг Молоко для сиропу: 382,65 − 229,59 = 153,06 кг Маса інулінової суспензії: 30,612 / 0,20 = 153,06 кг Молоко для суспензії: 153,06 − 30,61 = 122,45 кг Разом молока відведеного на приготування сиропу і суспензії: 153,06 + 122,45 = 275,51 кг Залишок молока для завантаження на змішування: 760,20 − 275,51 = 484,69 кг Перевірка сумарної маси потоків (брутто): 382,65 + 153,06 + 484,69 = ��������, ���� кг 62 Вирахування втрат: 1020,40 − 2% = 1020,40 − 20,40 = �������� кг Додаткові матеріали Тара: 1000 ∶ 0,37 = 2703 шт Таблиця 5.1 - Зведена таблиця розрахунків для 1 т готового продукту Інгредієнти Продукти(матеріали) Одиниці вимірювання Кількість Молоко, з якого: кг 760,20 -основна суміш кг 484,69 -для цук. сир. кг 153,06 -для інс. сусп. кг 122,45 Цукор-пісок кг 229,59 Інулін кг 30,61 Лактоза кг 0,20 Допоміжні матеріали Жерстяні банки шт 2703 Вода л 60 Енергетика Вихідні дані: 1. Партія: 1000 кг готового продукту (1 т/добу). 2. Технологія: попереднє приготування цукрового сиропу і інулінової суспензії; потім змішування → пастеризація (85 °C, витримка 15-20 хв) → охолодження до 25 °C → фасування. 63 3. Питома теплоємність молочно-цукрової суміші для усіх розрахунків: 3,9 кДж/(кг*K) (стандарт для молочно-цукрових систем). Для сахарози використовуємо 1,25 кДж/(кг*K) при нагріванні від 20 до 65 °C. Для інуліну - 1,5 кДж/(кг*K) 4. ККД теплопостачання: 0,85 (85 %) 5. Ефективність рекуперації тепла при використанні теплообмінника для підігріву вхідних потоків при охолодженні продукту: 60 % 6. Коефіцієнт перетворення для холодильного агрегату (кількість кВт·холоду / 1 кВт·ел. енергії): COP = 3,0 1) Теплота нагріву окремих потоків (кДж) Ми використовуємо попередній матеріальний розподіл: на підготовку сиропу і суспензії відведено молока: 153,06 кг (для сиропу) і 122,45 кг (для інулінової суспензії); решта молока в основному потоці - 484,69 кг. Масиви сиропу/суспензії мають маси: сироп = 382,65 кг (225 кг цукру + 153,06 кг молока), суспензія = 153,06 кг (30,61 кг інуліну + 122,45 кг молока). 1.1. Нагрів молока, відведеного для приготування сиропу: Маса молока для сиропу: 153,06 кг; ΔT = (від 20 → 65) = 45 K Q₁ = m·c·ΔT = 153,06·3,9·45 = 26 862 кДж 1.2. Нагрів твердого цукру для сиропу: Маса цукру: 229,59 кг, cр 1,25 кДж/(кг·K), ΔT = 45 K (20→65 °C) Q₂ = 229,59·1,25·45 = 12 914 кДж 1.3. Нагрів молока для інулінової суспензії: Маса молока для інулінової суспензії: 122,45 кг; ΔT = (20 → 45) = 25 K Q₃ = 122,45·3,9·25 = 11 938,9 кДж 64 1.4. Нагрів інуліну (порошок) від 20 → 45 °C (cp = 1,5 кДж/кг*K): Маса інуліну: 30,61 кг; Q₄ = 30,61·1,5·25 = 1 147,9 кДж; 1.5. Нагрів решти молока (основна маса) до робочої температури змішування (55- 60 °C) Маса решти молока: 484,69 кг, ΔT = (20 → 60) = 40 K; Q₅ = 484,69·3,9·40 = 75 611,6 кДж; Підсумкова теплота, витрачена на приготування сиропу, суспензії та попередній нагрів молока: 26 862 + 12 914 + 11 938,9 + 1 147,9 + 75 611,6 = 128 474,4 кДж 2) Додаткова теплота на підняття всієї суміші до пастеризаційної температури Після підготовки сиропу і суспензії та змішування їх з рештою молока середня температура партії становить 53 °C. ΔT_pasteur = 85 − 53 = 32 K Маса суміші: 1000 кг, cp = 3,9 кДж/(кг·K). 1000·3,9·32 = 124 800 кДж Загальна теплота для всього нагріву: 128 474 + 124 800 = 253 274 кДж Переведемо в кВт·год: 1 кВт·год = 3 600 кДж → Q_gross_ кВт·год = 253 274 / 3600 ≈ 70,35 кВт·год (теплові кВт·год) 3) Теплота, що повинна бути відведена при охолодженні (потенціал рекуперації) Після пастеризації продукт охолоджують від 85 °C до 25 °C (цільова температура фасування) - 60 K. 65 1000·3,9·60 = 234 000 кДж = 65,0 кВт·год (холодильна енергія, у вигляді тепла, що має бути відведено). Якщо встановлено систему рекуперації тепла (теплообмінник між гарячим продуктом на виході й холодним потоком на вході), частину цієї теплоти можна передати назад і зменшити потребу генерації тепла. Кількість тепла, що можна рекуперувати - 60 %(0,60): 0,60 · 234 000 = 140 400 кДж = 39,0 кВт·год Цю кількість теплоти можна використати для підігріву вхідного молока/підготовчих потоків; отже теплопротреба: 253 274 − 140 400 = 112 874 кДж = 31,35 кВт·год 4) Теплова енергія, яку має забезпечити котельня Котельня/теплогенератор має компенсувати теплопотребу з урахуванням ККД котла (85%=0,85): 112 874 / 0,85 = 132 792 кДж У кВт·год: 132 792 / 3600 = 36,89 кВт·год 5) Холодильна енергія Щоб відвести 234 000 кДж (65,0 кВт·год) холоду, компресорно-холодильна установка витрачає електроенергію залежно від COP (3,0), отже потрібна електроенергія: 65,0 / 3,0 = 21,67 кВт·год електроенергії (на партію 1 т). Це лише електроенергія компресора; частина енергії теплообміном повертається у процес, що вже враховано рекуперацією у тепловому балансі. 66 6) Електроенергія на допоміжну механіку (насоси, мішалки, гомогенізатор, вакуум, фасування, освітлення тощо) Насоси подачі й циркуляції (пастеризація, подача сиропу, перекачка): сумарна номінальна потужність = 3,0 кВт, робочий час = 2,0 год → 6,0 кВт·год Мішалки/змішувачі (приготування сиропу, суспензії, основний мікс): сумарно = 2,0 кВт, робочий час = 3,0 год → 6,0 кВт·год Гомогенізатор: номінальна потужність = 15,0 кВт, робочий час = 0,5 год = 7,5 кВт·год. Вакуумне обладнання (якщо застосовується при уварюванні): = 3,0 кВт, робочий час = 1,0 год = 3,0 кВт·год Фасувальна лінія (дозатори, закупорка, етикетування): = 3,0 кВт, робочий час = 2,0 год = 6,0 кВт·год Система CIP (електронасоси, нагнітання): = 2,0 кВт, робочий час = 1,0 год = 2,0 кВт·год Освітлення/управління: = 1,0 кВт, робочий час = 8,0 год (робоча зміна) = 8,0 кВт·год Сумарна електроенергія на допоміжні механізми (без холодильника): 6 + 6 + 7.5 + 3 + 6 + 2 + 8 = 38,5 кВт·год Додаємо електроенергію холодильного компресора = 21,67 кВт·год = загальна електроенергія = 60,17 кВт·год на партію 1 т. 7) Підсумкові показники енерговитрат на 1 т продукції: Теплова енергія: Теплова потреба при нагріві (без рекуперації): = 70,35 кВт·год Потім, з урахуванням рекуперації тепла (60 %), потреба в теплі = 31,35 кВт·год Необхідна теплова енергія з палива з урахуванням ККД котла ( 85 %) = 36,89 кВт·год 67 Електроенергія (електрична): Холодильні компресори: ≈ 21,7 кВт·год Допоміжні двигуни (насоси, мішалки, гомогенізатор, фасування, CIP, освітлення): = 38,5 кВт·год Разом електроенергія = 60,2 кВт·год / 1 т готової продукції. Отже, загальні енергетичні витрати на 1 т/добу: Теплова : 36,9 кВт·год Електрична: 60,2 кВт·год Якщо потрібно представити енергобаланс сумарно в кВт·год, можна взяти сумарну первинну енергію (електрична + теплова): 36,9 + 60,2 = 97,1 кВт·год / т (еквівалентна первинна енергія на 1 тонну згущеного молока у цій технології зі 60 % рекуперацією). Без рекуперації тепла первинна теплова частка була б = 70,35 кВт·год → первинна сума = 70,35 + 60,2 = 130,6 кВт·год / т Таблиця 5.2 - Показники енерговитрат для виробництва 1т продукту Значення, Значення, № Операція кДж кВт·год 1.1 Нагрів для приготування сиропу 26 862 кДж 7.46 кВт·год 1.2 Нагрів і розчинення цукру 12 914 кДж 3.59 кВт·год 1.3 Нагрів молока для інулінової суспензії 11 939 кДж 3.32 кВт·год 1.4 Нагрів інуліну 1 148 кДж 0.32 кВт·год 1.5 Нагрів решти молока 75 612 кДж 21.00 кВт·год 128 474 35.69 1 Всього: початковий нагрів (сума 1.1-1.5) кДж кВт·год 124 800 2 Додатковий нагрів всієї суміші до пастеризації 34.67 кВт·год кДж 68 Значення, Значення, № Операція кДж кВт·год 253 274 70.35 3 Груба теплова потреба (1+2) кДж кВт·год 234 000 4 Теплота, відводиться при охолодженні 65.00 кВт·год кДж 140 400 5 Теплота, що може бути рекуперована 39.00 кВт·год кДж 112 874 31.35 6 Теплова потреба після рекуперації (3-5) кДж кВт·год 132 792 7 Необхідне паливне тепло з урах. ККД котла 36.89 кВт·год кДж 234 000 8 Холодильне навантаження 65.00 кВт·год кДж 9 Електроенергія компресора 78 012 кДж 21.67 кВт·год Електроенергія на допоміжні машини (насоси, 138 600 10 мішалки, гомогенізатор, фасування, CIP, 38.50 кВт·год кДж освітлення) 216 612 60.17 11 Загальна електроенергія (9+10) кДж кВт·год 349 404 97.06 12 Сумарна первинна енергія кДж кВт·год 69 6 РОЗРАХУНОК СОЦІАЛЬНО-ЕКОНОМІЧНОЇ ЕФЕКТИВНОСТІ ВИРОБНИЦТВА 6.1 Економічна оцінка собівартості інноваційного продукту Собівартість продукції є одним із ключових економічних показників, що характеризує ефективність введення інновації для виробництва та конкурентоспроможність продукту на ринку. В умовах впровадження інноваційних харчових продуктів, зокрема згущеного молока з додаванням функціональної добавки інуліну, особливо важливо оцінити зміну структури собівартості порівняно з традиційною технологією. Інноваційність продукту полягає у використанні інуліну - пребіотичної функціональної добавки, яка підвищує біологічну цінність продукту, дозволяє частково знизити масову частку цукру та формує додаткові споживчі переваги. Разом з тим застосування інуліну впливає на матеріальні витрати, енергоспоживання та загальні виробничі витрати, що потребує детального економічного аналізу. Метою даного підрозділу є визначення повної виробничої собівартості згущеного молока з інуліном, виготовленого за вдосконаленою технологією, а також оцінка економічної доцільності його виробництва в умовах малої виробничої потужності (1 т готового продукту на добу). Вихідні дані для економічного розрахунку: потужність виробництва - 1 т/добу (1000 кг) готового продукту. Технологічні втрати - 2 %. Режим роботи - 1 зміна, 300 робочих днів на рік. Рецептура інноваційного згущеного молока: молоко коров’яче незбиране - 74,5 %; цукор-пісок - 22,5 %; інулін - 3,0 %; 70 Для розрахунків та приведення їх до проєктних умов використано середні ринкові ціни на сировину та енергоносії. 1) Розрахунок матеріальних витрат Матеріальні витрати є основною складовою собівартості харчових продуктів і включають вартість основної сировини, допоміжних матеріалів та функціональних добавок. А) Витрати на молоко коров’яче незбиране З урахуванням технологічних втрат (2 %) добова потреба в молоці становить: Молоко (брутто) - 760,2 кг Закупівельна ціна молока коров’ячого незбираного: 14,0 грн/кг Вартість молока: Cмол = 760,2 ⋅ 14,0 = 10 642,8 грн Б) Витрати на цукор-пісок Потреба в цукрі з урахуванням втрат: Цукор - 229,6 кг Оптова ціна цукру-піску: 20,0 грн/кг Вартість цукру: Сцук = 229,6 ⋅ 20,0 = 4 592,0 грн В) Витрати на інулін як функціональну добавку Інулін є основним інноваційним компонентом рецептури та визначає функціональну спрямованість продукту. Потреба в інуліні з урахуванням втрат: Інулін - 30,6 кг 71 Ціна харчового інуліну (цикорієвого, харчового класу): 180,0 грн/кг (ціна відповідає сертифікованому інуліну для харчової промисловості) Вартість інуліну: Cін = 30,6 ⋅ 180,0 = 5 508,0 грн Г) Сумарні матеріальні витрати на основну сировину Загальні матеріальні витрати на 1 т інноваційного продукту: Cмат = Cмол + Cцук + Cін Cмат = 10 642,8 + 4 592,0 + 5 508,0 = 20 742,8 грн 2) Аналіз структури матеріальних витрат Аналіз показує, що найбільшу частку у матеріальній собівартості займає молоко коров’яче незбиране — близько 51 %, що є характерним для молочних продуктів. Частка цукру становить приблизно 22 %, а інуліну — 27 %. Хоча інулін є відносно дорогим компонентом, його введення у рецептуру дозволяє: зменшити частку цукру у продукті; підвищити функціональну цінність; сформувати вищу споживчу та ринкову ціну продукту; позиціонувати продукт у сегменті функціональних і дієтичних харчових виробів. Таким чином, збільшення матеріальних витрат за рахунок інуліну є економічно обґрунтованим з точки зору створення доданої вартості. 3) Розрахунок витрат на енергоносії Енергетичні витрати є важливою складовою собівартості інноваційного продукту, оскільки технологія виробництва згущеного молока з інуліном 72 передбачає термічну обробку сировини, приготування цукрового сиропу та інулінової суспензії, пастеризацію, охолодження і фасування продукту. Розрахунок енерговитрат здійснено на основі енергетичного балансу, наведеного у розділі 5.3, для партії 1 т готової продукції. А) Витрати теплової енергії З урахуванням рекуперації тепла (60 %) та коефіцієнта корисної дії котла (85 %), потреба в тепловій енергії з палива становить: 36,9 кВт·год теплової енергії на 1 т продукту При використанні природного газу з питомою теплотою згоряння приблизно 9,5 кВт·год/м³ витрата газу складає: Vгаз = 36,9 ∶ 9,5 = 3,9 м³ Середня ціна природного газу для харчових підприємств: 20,0 грн/м³ Вартість теплової енергії: Cтепло = 3,9 ⋅ 20,0 = 78,0 грн Б) Витрати електричної енергії Сумарні витрати електроенергії на технологічні та допоміжні операції (насоси, мішалки, холодильне обладнання, гомогенізація, фасування, освітлення) становлять: 60,2 кВт·год на 1 т продукції Середній тариф на електроенергію для промислових споживачів: 6,0 грн/кВт·год Вартість електроенергії: Cел = 60,2 ⋅ 6,0 = 361,2 грн 73 В) Загальні витрати на енергоносії Cен = Cтепло + Cел Cен = 78,0 + 361,2 = 439,2 грн Таким чином, енергетична складова у собівартості 1 т інноваційного продукту становить 439,2 грн, що є відносно невеликою часткою порівняно з матеріальними витратами. 4) Розрахунок витрат на оплату праці Для забезпечення виробництва згущеного молока з інуліном потужністю 1 т/добу приймається робота в одну зміну із мінімально необхідним складом персоналу. Прийнятий склад змінного персоналу: оператор лінії (1 особа); апаратник теплових процесів (1 особа); пакувальник (1 особа). Загальна кількість працівників - 3 особи. Середня місячна заробітна плата одного працівника: 15 000 грн Місячний фонд оплати праці: Fміс = 3 ⋅ 15 000 = 45 000 грн Кількість робочих днів на місяць - 25. Отже, фонд оплати праці на 1 добу: Fдоба = 45 000 ∶ 25 = 1 800 грн Витрати на оплату праці на 1 т продукції: 74 CЗП = 1 800 грн Нарахування на заробітну плату Відповідно до чинного законодавства України, нарахування на заробітну плату (єдиний соціальний внесок) становлять 22 %. CЄСВ = 1 800 ⋅ 0,22 = 396 грн 5) Амортизаційні відрахування Для виробництва інноваційного продукту використовується стандартне молокопереробне обладнання (пастеризатор, змішувачі, вакуум-апарат, холодильна установка, фасувальна лінія). Приймаємо: вартість комплекту обладнання - 2 000 000 грн; нормативний строк служби - 10 років; кількість робочих днів на рік - 300. Річна амортизація: Aрік = 2 000 000 ∶ 10 = 200 000 грн Амортизація на 1 робочий день: Aдоба = 200 000 ∶ 300 ≈ 667 грн 6) Загальновиробничі та інші накладні витрати До загальновиробничих витрат належать витрати на ремонт обладнання, санітарну обробку, лабораторний контроль, адміністративні витрати, воду для CIP-миття, витратні матеріали та інші потреби. У розрахунках загальновиробничі витрати приймають у розмірі 10-15 % від суми основних витрат. Приймаємо 10 % від суми матеріальних витрат і фонду оплати праці. 75 Cнакл = 0,10 ⋅ (20 742,8 + 1 800) = 2 254,3 грн 7) Формування повної виробничої собівартості Таблиця 6.1 - Складові собівартості 1 т згущеного молока з інуліном Стаття витрат Вартість, грн Матеріальні витрати 20 742,8 Енергоносії 439,2 Заробітна плата 1 800,0 Нарахування на ЗП (ЄСВ) 396,0 Амортизація 667,0 Загальновиробничі витрати 2 254,3 Разом собівартість 1 т 26 299,3 Висновки щодо економічної ефективності: Отримані розрахунки показують, що повна виробнича собівартість інноваційного згущеного молока з інуліном при потужності 1 т/добу становить близько 26,3 тис. грн за 1 т продукції, або = 26,3 грн за 1 кг. Незважаючи на зростання матеріальних витрат, зумовлених введенням інуліну, інноваційний продукт має підвищену біологічну та функціональну цінність, що дозволяє реалізовувати його за вищою ціною порівняно з традиційним згущеним молоком. Це створює передумови для підвищення рентабельності виробництва та економічної доцільності впровадження вдосконаленої технології. 6.2 Розрахунок рентабельності впровадження інуліну у виробничий процес 76 Порівняння рівня рентабельності: Рівень рентабельності визначали за формулою: R = (П ∶ С) ⋅ 100% де П - прибуток, С - собівартість. рентабельність традиційної технології: Rтр = (5 200 ∶ 24 800) ⋅ 100 ≈ 21,0% рентабельність вдосконаленої технології: Rін = (9700 ∶ 26 300) ⋅ 100 ≈ 36,9% Таким чином, рентабельність виробництва згущеного молока з інуліном є на 15-16% вищою, ніж у традиційного продукту. 6.3 Порівняння економічної ефективності традиційної та вдосконаленої технологій Порівняння економічної ефективності традиційної технології виробництва згущеного молока з цукром та вдосконаленої технології з додаванням інуліну є необхідним для обґрунтування доцільності впровадження інноваційного продукту у промислове виробництво. Основною метою такого порівняння є оцінка впливу функціональної добавки на собівартість, відпускну ціну, прибутковість і рентабельність виробництва. Традиційна технологія передбачає використання коров’ячого незбираного молока та цукру-піску без застосування функціональних інгредієнтів. Продукт характеризується стабільним попитом, однак не має додаткових оздоровчих властивостей і реалізується у середньому ціновому сегменті. Вдосконалена технологія включає введення інуліну у кількості 3 % із частковою заміною цукру. Такий підхід дозволяє знизити вміст сахарози, 77 підвищити харчову та біологічну цінність продукту, надати йому функціональних властивостей (пребіотичний ефект), що створює можливість позиціонування продукції у сегменті функціональних харчових продуктів. Порівняння собівартості продукції: Згідно з розрахунками повна виробнича собівартість 1 т згущеного молока з інуліном становить 26,3 тис. грн. Для традиційного продукту, за рахунок відсутності інуліну та меншої вартості сировини, собівартість становить 24,8 тис. грн/т. Таким чином, впровадження інуліну призводить до зростання собівартості приблизно на 1,5 тис. грн/т, або близько 6 %. Основною причиною цього є вища вартість функціональної добавки порівняно з цукром. Порівняння відпускних цін: З урахуванням ринкових умов та споживчої цінності продукції приймаємо такі орієнтовні відпускні ціни: традиційне згущене молоко - 30,0 грн/кг (30 000 грн/т); згущене молоко з інуліном - 36,0 грн/кг (36 000 грн/т). Підвищена ціна інноваційного продукту є економічно обґрунтованою, оскільки він має функціональні властивості, знижену кількість цукру та відповідає сучасним тенденціям здорового харчування. Порівняння прибутку: Розрахуємо прибуток від реалізації 1 т продукції: традиційна технологія: П = 30000– 24800 = 5200 грн/т вдосконалена технологія: 78 П = 36000– 26300 = 9700 грн/т Отже, прибуток від виробництва згущеного молока з інуліном є майже в 1,9 раза вищим, ніж у традиційного продукту. Втім, окрім прямих економічних показників, впровадження інуліну забезпечує низку непрямих переваг: розширення асортименту підприємства без значних капітальних вкладень; можливість виходу на ринок функціональних харчових продуктів; підвищення конкурентоспроможності бренду; відповідність сучасним тенденціям зниження споживання цукру; формування позитивного іміджу виробника інноваційної продукції. Також важливо зазначити, що вдосконалена технологія не потребує суттєвої модернізації обладнання, а її впровадження можливе на базі існуючих молокопереробних підприємств. Отже, порівняльний економічний аналіз показав, що, незважаючи на незначне зростання собівартості, вдосконалена технологія виробництва згущеного молока з інуліном є економічно доцільною та більш ефективною, ніж традиційна. Вищий рівень прибутку та рентабельності, а також додаткові маркетингові переваги свідчать про доцільність її впровадження у промислове виробництво. 79 ВИСНОВКИ ТА РЕКОМЕНДАЦІЇ У магістерській магістерській роботі вирішено актуальну науково- практичну задачу, що полягає у розробці вдосконаленої технології виробництва згущеного молока з додаванням функціональної добавки — інуліну, спрямованої на підвищення харчової та біологічної цінності продукту, зниження вмісту цукру та розширення асортименту молочної продукції функціонального призначення. У ході виконання роботи здійснено аналітичний огляд науково-технічної літератури щодо сучасного стану та перспектив розвитку виробництва згущеного молока, а також застосування функціональних інгредієнтів у молочній промисловості. Обґрунтовано доцільність використання інуліну як пребіотичної добавки, що володіє технологічними та оздоровчими властивостями. На основі проведених досліджень розроблено рецептури згущеного молока з різною концентрацією інуліну та експериментально встановлено, що оптимальною є концентрація інуліну 3 %, яка забезпечує покращення фізико- хімічних і органолептичних показників продукту без погіршення його споживчих властивостей. Доведено, що введення інуліну дозволяє частково замінити цукор, зменшуючи масову частку сахарози у готовому продукті. Експериментально досліджено вплив інуліну на фізико-хімічні показники згущеного молока, зокрема масову частку сухих речовин, в’язкість, стабільність консистенції та поведінку продукту під час зберігання. Встановлено, що інулін сприяє підвищенню в’язкості, стабілізації структури та зменшенню ризику розшарування продукту. Органолептична оцінка показала, що згущене молоко з інуліном у концентрації 3 % характеризується приємним смаком, однорідною консистенцією та високими споживчими властивостями, що дозволяє рекомендувати його для промислового виробництва. Розроблено принципово-технологічну та апаратурно-технологічну схеми виробництва згущеного молока з інуліном, які можуть бути реалізовані на 81 існуючих молокопереробних підприємствах без суттєвої модернізації обладнання. Виконано технологічні та енергетичні розрахунки для виробництва продукції потужністю 1 т/добу. Економічна оцінка показала, що, незважаючи на незначне зростання собівартості за рахунок використання інуліну, вдосконалена технологія є економічно ефективнішою, ніж традиційна. Рентабельність виробництва згущеного молока з інуліном перевищує аналогічний показник традиційного продукту, що підтверджує доцільність впровадження інноваційної технології у виробництво. У розділі з охорони праці проведено аналіз небезпечних і шкідливих факторів у лабораторних та виробничих умовах, розроблено комплекс заходів з охорони праці, техніки безпеки та пожежної безпеки, спрямованих на забезпечення безпечних умов праці персоналу. Загалом результати виконаної магістерської кваліфікаційної роботи підтверджують наукову новизну, практичну цінність та економічну доцільність розробленої технології виробництва згущеного молока з інуліном. Отримані результати можуть бути використані у виробничій практиці молокопереробних підприємств, а також у подальших наукових дослідженнях, спрямованих на створення функціональних молочних продуктів. 82 СПИСОК ВИКОРИСТАНОЇ ЛІТЕРАТУРИ 1. Методичні рекомендації до підготовки магістерської роботи для здобувачів освітнього ступеня «магістр» зі спеціальності 181 «Харчові технології» усіх форм навчання / уклад. Чепурна О.Л., ст.викладач; Нагурна Н.А., к.т.н., доцент; Осипенкова І.І., к.т.н., доцент; Батраченко О.В., д.т.н., професор; Андронович Г.М., доктор філософії. Черкаси: ЧДТУ, 2024. .\- 49с. 2. Машкін М. І., Париш Н. М. Технологія молока і молочних продуктів: Навчальне видання. - К.: Вища освіта, 2006. - 351с. 3. Голубєва Л.В. [та ін.] Проектування підприємств молочної галузі з основами САПР: Навчальний посібник. - 2010. - 288с. 4. Методичні вказівки по розрахункам харчової галузі з дисципліни «Технологія молока та молочних продуктів» для студентів за напрямом підготовки 6.051701 «Харчові технології та інженерія»/ уклад.: Семко Т.В., Коляновська Л.М. - Вінниця, 2014. - 68с. 5. Методичні рекомендації для проведення лабораторних занять для здобувачів освітнього ступеня «бакалавр» зі спеціальності 181 «Харчові технології» денної форми навчання/ уклад.: Крамаренко О.С. - Миколаїв, 2020. - 55с. 6. Методичні вказівки до виконання курсового і дипломного проектів студентами напряму підготовки 6.051701 «Харчові технології та інженерія» із спеціалізації «Зберігання, консервування та переробки молока» усіх форми навчання/ уклад.: Рибак О.М., Сторож Л.А. - Тернопіль, 2015. - 61с. 7. Консерви молочні. Молоко незбиране згущене з цукром. Технічні умови: ДСТУ 4274:2019./ -2019. 8. Молоко-сировина коров’яче. Технічні умови: ДСТУ 3662:2018./ -2018 9. Цукор молочний. Технічні умови: ДСТУ 4873:2007./ -2007. 10. Цукор білий. Технічні умови: ДСТУ 4623:2006./ -2006. 11. Банки металеві для консервів. Технічні умови: ДСТУ 7771:2015./ -2015. 83 12. Вода питна. Вимоги та методи контролювання якості: ДСТУ 7525:2014./ -2014. 13. http://www.tsatu.edu.ua/ophv/wp-content/uploads/sites/13/metodyka-rozrahunku- osnovnyh-vyrobnychyh-ploshch-cehu-pererobky-s.h.-produkciyi-ploshchi-skladiv-ta- holodylnyh-kamer.pdf 14. https://kmbp.com.ua/produktsiya/rishennia-dlia-molochnoi- promyslovosti/kompleksni-rishennya/virobnitstvo-zgushchenikh-molochnikh- produktiv/297-moloko-nezbirane-zgushchene-z-tsukrom 15. https://kmbp.com.ua/produktsiya/rishennia-dlia-molochnoi- promyslovosti/vakuum-viparni-ustanovki/vakuum-vyparna-ustanovka 16. Розрахунок витрати енергоресурсів, допоміжних матеріалів і тари. Розрахунок потреб у трудових ресурсах. Методичні вказівки до виконання лабораторної роботи з дисципліни «Проектування переробних підприємств з основами промислового будівництва» для здобувачів освітнього ступеня «бакалавр» зі спеціальності 181 «Харчові технології»/ розр.: Ломейко О.П., Олексієнко В.О. [та ін.]/ - Мелітополь: ТДАУ, 2018./ - 54с. 17. Методичні рекомендації до виконання курсового проекту з дисципліни «Проектування харчових виробництв» для здобувачів освітнього ступеня «бакалавр» зі спеціальності 181 «Харчові технології»/ уклад.: Дубова Галина/ - Полтава: ПДАА, 2020./ -58с. 18. http://galpast-mash.com.ua/shop/product/prosiiuvach-tsukru-pb-1600-bunker-na- 50kg 19. http://www.attis.com.ua/site/equipment/DUET_SOLO.html 20. Методичні вказівки до виконання практичних і самостійних робіт із дисципліни «Проектування підприємств м’ясної та молочної галузі» для підготовки бакалаврів спеціальності 181 Харчові технології. /розр. Поліщук Т.В. [та ін.]/ - Вінниця РВВ ВНАУ, 2019./ - 136 с. 84 21. Стратегії і практики ресурсоефективного та більш чистого виробництва в молочній промисловості./ - Київ, «Центр ресурсоефективного та чистого виробництва», 2017. / - 92 с. 22. Codex Alimentarius Commission. Guidelines on Nutrition Labelling (CAC/GL 2– 1985). - FAO/WHO. 23. Codex Alimentarius Commission. Guidelines for Use of Nutrition and Health Claims (CAC/GL 23–1997). - FAO/WHO. 24. Закон України «Про основні принципи та вимоги до безпечності та якості харчових продуктів»./ - Київ, чинна редакція. 25. Effect of inulin-type fructans on the functional and sensory properties of yogurt. J. R. B. Vandeputte, D. G. Simpson, et al. International Dairy Journal. / - 2011. 26. Technological aspects of inulin and oligofructose as functional food ingredients. M. Meyer, S. Hammes. Food Science & Technology Bulletin: Functional Foods./ - 2005. 27. Inulin and oligofructose as prebiotics in food applications. R. R. Ritta, A. A. Hugenholtz. Food Research International./ - 2002. 85