Разработка технологии функциональных продуктов питания из плодов косточковых культур
На правах рукописи
АРУТЮНОВА Гаяна Юрьевна
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ ИЗ ПЛОДОВ КОСТОЧКОВЫХ КУЛЬТУР
05.18.01 – Технология обработки, хранения и переработки
злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов,
плодоовощной продукции и виноградарства
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Краснодар – 2011
Работа выполнена в ФГОУ ВПО «Кубанский государственный
аграрный университет» и ГОУ ВПО «Майкопский государственный
технологический университет»
| Научный руководитель: | доктор технических наук Родионова Людмила Яковлевна |
| Официальные оппоненты: | доктор технических наук Тамова Майя Юрьевна |
| кандидат технических наук Лимарева Наталья Сергеевна | |
| Ведущая организация | ФГОУ ВПО «Дагестанская государственная сельскохозяйственная академия» |
Защита состоится «29» сентября 2011 года в 13.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.100.05 в Кубанском государственном технологическом университете по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, ауд. Г-251
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного технологического университета, а с авторефератом на сайте http://kubstu.ru
Автореферат разослан: « 29 »августа 2011 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
канд. техн. наук В. В. Гончар
1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
1.1 Актуальность темы. В последние десятилетия наблюдается ухудшение экологической обстановки во многих регионах России, что в свою очередь, негативно сказывается на здоровье населения страны. Для улучшения состояния здоровья и снижения риска возникновения различных заболеваний важное влияние уделяется разработке новых продуктов питания, содержащих физиологически активные ингредиенты. Доктрина продовольственной безопасности Российской Федерации в области здорового питания предусматривает разработку технологий качественно новых продуктов питания функционального назначения.
Одним из вариантов решения данной проблемы является производство пектиносодержащих функциональных продуктов питания, основным функциональным ингредиентом которых являются пектиновые вещества. Способность пектинов как природных полимеров связывать и выводить из организма тяжелые металлы, радиоактивные вещества, снижать накопление в организме холестерина подтверждена в работах Н.П. Шелухиной, И.А. Карповича, Л.В. Донченко, Г.М. Зайко, И.А. Ильиной, Л.Я. Родионовой, И.В. Соболь и других.
Несмотря на различные разработанные технологии и рецептуры пектиносодержащих продуктов питания функциронального назначения. В составе таких продуктов плоды косточковых культур до настоящего времени не использовались, в то время, как пищевая ценность их достаточно высока.
В связи с этим разработка технологии функциональных пектиносодержащих продуктов питания с использованием плодов косточковых культур является актуальной.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с тематикой НИР кафедры технологии хранения и переработки растениеводческой продукции КубГАУ (№ 01.2.006.06834) и явилась составной частью НИР КубГАУ выполняемых в рамках инновационной образовательной программы «Производство, переработка и сертификация растениеводческой продукции» (при-
каз Министерства образования и науки РФ № 118 то 19.05.2006 г.)
1.2 Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы явилось теоретическое обоснование и разработка технологии получения функциональных продуктов питания из плодов косточковых культур.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи исследований:
- исследовать биохимическую характеристику плодов косточковых культур (алычи садовой, сливы и абрикоса) и определить фракционный состав содержащихся в них пектиновых веществ;
- исследовать влияние технологических параметров процесса гидролиза-экстрагирования плодов косточковых культур на выход и качественные характеристики пектиновых веществ и подтвердить достоверность исследований математическим анализом;
- разработать технологию получения пектинового экстракта и пектина из плодов косточковых культур;
- определить аналитические характеристики пектиновых веществ выделяемых из плодов косточковых культур;
- разработать технологии и рецептуры получения продуктов функционального назначения, в том числе низкокалорийных, из плодов косточковых культур (напитки, соусы, приправа);
провести сравнительную оценку различных средств упаковки для разработанных продуктов и определить ее влияние на качественные показатели продуктов в процессе хранения;
разработать комплекты технической документации на производство новых видов пищевых продуктов функционального назначения;
провести промышленную апробацию технологии и рецептур производства разработанных функциональных продуктов питания;
– рассчитать экономическую эффективность и конкурентоспособность разработанных продуктов питания.
1.3 Научная новизна. На основе теоретических и экспериментальных исследований установлено влияние сортовых особенностей косточковых
культур на содержание пектиновых веществ в плодах.
Впервые определены фракционный состав и аналитические характеристики пектиновых веществ плодов косточковых культур, выращиваемых в Краснодарском крае, что явилось основанием для разработки технологии новых пищевых пектиносодержащих функциональных продуктов питания из данного сырья.
Исследовано влияние технологических параметров процесса гидролиза-экстрагирования исследуемого пектиносодержащего сырья – плодов косточковых культур (алычи садовой, сливы и абрикоса) на выход и качественные показатели выделяемых из него пектиновых веществ. На основе теоретических и экспериментальных исследований разработана технология получения пектинового экстракта и пектина из плодов косточковых культур.
На основании комплексных исследований физико-химических и аналитических характеристик пектиновых веществ плодов косточковых культур дано теоретическое и экспериментальное обоснование их применения в производстве пищевых продуктов функционального назначения без выделения из плодов пектиновых веществ в чистом виде.
Новизна технологических решений подтверждена патентом РФ на изобретение.
1.4 Практическая значимость. На основании результатов исследований и новых технологических решений разработаны технологии получения пектинового экстракта и пектиновых веществ из плодов косточковых культур. Разработаны научно обоснованные технологии и рецептуры пектиносодержащих продуктов питания функционального назначения из плодов косточковых культур. Разработана и утверждена техническая документация на низкокалорийный «Десертный соус из алычи функционального назначения» ТУ 916323-129-0493202-09, приправу «Алычовую острую» ТУ 916323-047-0493202-06, «Напиток абрикосовый функционального назначения» ТУ 9169-130-0493202-09 и «Напиток сливовый функционального назначения» ТУ 9169-131-0493202-09. Результаты исследований используются в учебном процессе при чтении лекций и проведении лабораторных работ по дисциплине «Технология функциональных продуктов питания» и при выполнении научно-исследовательских выпускных квалификационных работ.
Результаты исследований были использованы при выработке опытно-промышленных партий пектиносодержащих продуктов питания функционального назначения в учебно-научно-инновационном комплексе «Технолог» КубГАУ и на предприятии ЧП «Беречетов», что подтвердило возможность производства таких продуктов в промышленных условиях.
1.5 Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены, обсуждены и одобрены на XV Неделе науки МГТУ «Экологические проблемы современности» (г. Майкоп, 2007 г); I и III всероссийских научно-практических конференциях молодых ученых КубГАУ «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (г. Краснодар, 2007 и 2009 г.г.); XVI Неделе науки МГТУ «Образование-наука-технологии» (г. Майкоп, 2008 г.); международной научно-практической конференции КубГТУ «Хлебобулочные, кондитерские и макаронные изделия ХXI века» (г. Краснодар, 2009 г.); международной научно-практической конференции «Функциональные продукты питания» КубГАУ (г. Краснодар, 2009г.); научно-практических семинарах кафедры технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции Майкопского государственного технологического университета (2006–2011 гг.).
1.6 Публикации. По материалам диссертации опубликовано 14 научных работ, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ, монография, получен патент РФ на изобретение № 2342855.
1.7 Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, аналитического обзора научно-технической и патентной литературы, экспериментальной части, выводов, списка использованной литературы и приложения. Основная часть работы изложена на 155 страницах компьютерного текста, содержит 27 рисунков и 33 таблицы. Список использованных источников включает 193 наименования, в том числе 23 – иностранных авторов.
2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Объекты исследований. Объектами исследований были плоды косточковых культур – алычи садовой (13 сортов), сливы (2 сорта), абрикоса (2 сорта), выращенные в 2004–2006 г. на Крымской опытной станции Краснодарского края, пектиновый экстракт и пектин, выделенные из плодов косточковых культур, а также полуфабрикаты и готовые функциональные продукты питания, полученные по разработанным технологиям и рецептурам.
2.2 Методы исследований. В ходе выполнения диссертационной работы были использованы современные стандартные методы исследований, принятые в пищевой промышленности. Содержание пектиновых веществ определяли кальций-пектатным методом и спиртовым осаждением, комплексообразующую способность – трилонометрически. Аналитические характеристики пектиновых веществ (ПВ) – кондуктометрическим методом с использованием для расчетов ПК. Активную кислотность определяли потенциометрическим методом, массовую долю сухих веществ – рефрактометрическим методом, содержание редуцирующих веществ и общего сахара – по ГОСТ 12575-2001. Органолептическую оценку исследуемых образцов проводили экспертным методом в соответствии с рекомендациями ФАО/ВОЗ. Для определения качественного состава органических кислот использовали систему капиллярного электрофореза на приборе Капель-103 РТ. Оценку биологической активности функциональныпродуктов питания проводили по приведенному коэффициенту комплексообразования. Для математического анализа полученных результатов исследований использовали пакет программ MathCad. Структурная схема проведения научных исследований представлена на рисунке 1.
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
3.1 Биохимическая характеристика плодов косточковых культур и фракционного состава содержащихся в них пектиновых веществ. На основе результатов исследования определена биохимическая характеристика плодов косточковых культур, таблица 1.
Таблица 1 – Биохимическая оценка плодов косточковых культур, выращенных на Крымской опытной станции
Краснодарского края
| № п/п | Наименование сорта | Показатели качества | |||||||
| РСВ, % | Сахар, % | Кислот- ность, % | Витамин С, мг/% | Антоцианы, мг/% | Сумма ПВ, % (на а.с.м.) | РП, % (на а.с.м.) | ПП, % (на а.с.м.) | ||
| АЛЫЧА | |||||||||
| Кремень | 11,00 | 9,70 | 2,17 | 6,52 | 784 | 5,55 | 3,70 | 1,85 | |
| Кубанская комета | 10,20 | 6,70 | 1,60 | 9,52 | 378 | 12,28 | 6,98 | 5,30 | |
| Гек | 13,10 | 8,10 | 2,27 | 6,22 | - | 7,49 | 4,89 | 2,60 | |
| Обильная | 13,20 | 7,90 | 2,59 | 9,22 | 339 | 7,24 | 4,01 | 3,23 | |
| Путешествиница | 12,10 | 6,90 | 2,31 | 7,22 | 477 | 6,81 | 3,54 | 3,27 | |
| Глобус | 14,60 | 8,90 | 1,96 | 4,94 | 448 | 5,60 | 2,80 | 2,80 | |
| Дынная | 11,70 | 10,00 | 1,09 | 5,29 | 348 | 6,22 | 3,76 | 2,26 | |
| Подарок Сад-Гиганту | 14,80 | 8,50 | 1,35 | 5,28 | 679 | 5,58 | 3,31 | 2,27 | |
| Жемчужина | 13,20 | 8,40 | 1,99 | 6,11 | 784 | 6,83 | 3,64 | 3,19 | |
| Десертная | 13,50 | 6,50 | 1,44 | 14,30 | 497 | 10,91 | 5,75 | 5,16 | |
| Аштаракская №2 | 13,10 | 8,20 | 1,39 | 8,85 | 430 | 9,69 | 5,72 | 3,97 | |
| Неберджайская ранняя | 11,40 | 6,70 | 2,00 | 8,60 | 323 | 6,07 | 3,34 | 2,73 | |
| Риони | 13,80 | 7,20 | 2,91 | 9,95 | 192 | 5,65 | 3,40 | 2,51 | |
| АБРИКОС | |||||||||
| Краснощекий | 14,60 | 8,60 | 0,98 | 1,80 | - | 5,60 | 3,42 | 2,19 | |
| Россиянин | 15,00 | 9,60 | 1,09 | 1,60 | - | 7,87 | 4,67 | 3,20 | |
| СЛИВА | |||||||||
| Венгерка итальянская | 12,40 | 9,40 | 0,69 | 4,80 | 115 | 6,04 | 4,19 | 1,85 | |
| Венгерка домашняя | 12,05 | 8,20 | 0,59 | 4,00 | 98 | 5,89 | 3,73 | 2,16 | |
РСВ – растворимые сухие вещества; ПВ – пектиновые вещества; РП – растворимый пектин; ПП – протопектин
Установлено, что у плодов косточковых культур содержание растворимых сухих веществ колеблется от 10,0 до 14,8 %, сахаров – от 6,7 до 10,0 %; титруемая кислотность изменяется в широком диапазоне от 1,69 до 2,91 %. Наиболее высокая кислотность отмечена у плодов алычи садовой. Плоды алычи садовой содержат от 5 до 14 мг в 100 г аскорбиновой кислоты, сливы ~ 5 мг в 100 г, абрикос – 2 мг в 100 г. Количество антоцианов у алычи садовой составляет 192–784 мг в 100 г, у слив количество антоцианов отлично – до 115 мг в 100 г., у абрикос антоцианы отсутствуют.
Высокая титруемая кислотность плодов алычи садовой явилась поводом для определения качественного состава органических кислот Установлено, что в плодах алычи в основном преобладает яблочная кислота (свыше 80 % от общего количества титруемых кислот), небольшое количество лимонной, а также микроколичества уксусной и молочной кислот.
Определение фракционного состава пектиновых веществ (ПВ) содержащихся в плодах косточковых культур показало, что на процессы биосинтеза ПВ существенное влияние оказывает сортовая принадлежность. У всех исследуемых плодов содержание растворимого пектина преобладало над протопектином и составляло от 53 до 69 % от суммы ПВ. По сумме ПВ выделялись плоды алычи садовой: от 5,55 до 12,28 %, у плодов абрикос и слив этот показатель ниже: от 5,60 до 7,87 %.
Условное разделение, принятое в производстве исследуемых плодов алычи садовой по срокам созревания показало, что в плодах раннего срока созревания среднее содержание суммы ПВ составляет 5,03 %; среднего срока созревания – 7,64 %, у позднего срока созревания – 7,91 %.
3.2 Исследование влияния технологических параметров процесса гидролиза-экстрагирования плодов косточковых культур на выход и качественные характеристики пектиновых веществ. Для определения параметров гидролиза-экстрагирования пектина из плодов косточковых культур вначале была проведена сравнительная оценка выхода ПВ при использовании различных гидролизующих агентов.
В качестве гидролизующего агента исследовали влияние соляной и лимонной кислот и, учитывая высокую титруемую кислотность плодов алычи садовой, питьевой воды (автогидролиз) при следующих параметрах: температура 70 °С, 80 °С и 90 °С, продолжительность 2 часа, гидромодуль – 1 : 3. При этом получали пектиновых экстракт из которого выделяли пектин.
Выход пектина из плодов косточковых культур (в расчете на а.с.м.) при использовании разных гидролизующих агентов представлен в таблицах 2, 3, 4.
Таблица 2 – Выход ПВ из плодов разных косточковых культур при
использовании в качестве гидролизующего агента соляной кислоты
| Наименование | Выход пектина, % | ||
| температура гидролиза, °С | |||
| 70 | 80 | 90 | |
| АЛЫЧА | |||
| Аштаракская №2 | 7,57 | 10,19 | 10,19 |
| Подарок Сад-Гиганту | 4,72 | 4,72 | 5,35 |
| Кубанская комета | 10,80 | 12,28 | 12,77 |
| Обильная | 4,67 | 6,03 | 6,78 |
| Риони | 3,99 | 4,98 | 5,41 |
| Неберджайская ранняя | 4,39 | 4,39 | 6,15 |
| СЛИВА | |||
| Венгерка домашняя | 4,76 | 4,94 | 5,09 |
| АБРИКОС | |||
| Краснощекий | 4,45 | 4,89 | 5,40 |
Таблица 3 – Выход ПВ из плодов разных косточковых культур при
использовании в качестве гидролизующего агента лимонной
кислоты
| Наименование | Выход пектина, % | ||
| температура гидролиза, °С | |||
| 70 | 80 | 90 | |
| АЛЫЧА | |||
| Аштаракская №2 | 6,48 | 7,47 | 8,39 |
| Подарок Сад-Гиганту | 4,18 | 4,72 | 5,35 |
| Кубанская комета | 7,66 | 11,78 | 12,77 |
| Обильная | 5,35 | 6,71 | 6,78 |
| Риони | 3,56 | 4,91 | 4,98 |
| Неберджайская ранняя | 4,39 | 4,37 | 6,15 |
| СЛИВА | |||
| Венгерка домашняя | 4,35 | 4,76 | 5,00 |
| АБРИКОС | |||
| Краснощекий | 4,24 | 4,62 | 5,10 |
Анализ полученных данных говорит о том, что при использовании соляной кислоты извлечение ПВ составляет 80–90 % от его общего количества.
Таблица 4 – Выход ПВ из плодов разных косточковых культур при
автогидролизе
| Наименование | Выход пектина, % | |||
| температура гидролиза, °С | ||||
| 70 | 80 | 90 | ||
| АЛЫЧА Аштаракская №2 Подарок Сад-Гиганту Кубанская комета Обильная Риони Неберджайская ранняя СЛИВА Венгерка домашняя АБРИКОС Краснощекий | 6,59 3,26 7,96 5,05 3,06 4,13 4,01 3,81 | 6,59 4,19 8,05 6,93 3,49 4,04 4,28 4,04 | 7,78 5,43 9,90 6,63 4,98 5,45 4,42 4,25 | |
Влияние температуры на выход ПВ значительно различается на уровне 70 °С и 80 °С, а при температуре 80 °С и 90 °С разница по выходу ПВ выражена меньше. Динамика извлечения ПВ с использованием лимонной кислоты аналогична гидролизу с соляной кислотой (наибольший выход наблюдается при температуре 90 °С по всем сортам). Однако, в целом, выход ПВ на 8–11 % ниже, чем при использовании соляной кислоты.
Использование автогидролиза показало хорошие результаты на алыче садовой. Степень экстрагирования ПВ составила 56–80 % от общего количества. Можно предположить, что в плодах алычи протопектин легко переходит в растворимую форму под влиянием высокой температуры. Вероятно, это связано с повышенной кислотностью этих плодов.
По сливе и абрикосам выход ПВ значительно ниже.
Исследования по изучению влияния вида гидролизирующего агента на выход ПВ показали, что по алыче садовой возможно применение автогидролиза. Для плодов абрикоса и сливы предпочтительнее применение кислотного гидролиза с использованием лимонной кислоты.
С целью оптимизации процесса гидролиза изменяли гидромодуль: 1 : 3, 1 : 5, 1 : 7. Опыты проводили при следующих параметрах гидролиза: продолжительность – 2 ч, температура – 90 °С, гидролизующий агент вода (таблица 5).
Таблица 5 – Влияние гидромодуля на количество ПВ, выделяемых в
процессе гидролиза-экстрагирования
| Сорта алычи | Гидромодуль | Концентрация ПВ, % | Количество выделенного пектина, г |
| Аштаракская №2 | 1 : 3 1 : 5 1 : 7 | 0,98 0,41 0,30 | 1,25 0,86 0,98 |
| Кубанская Комета | 1 : 3 1 : 5 1 : 7 | 0,94 0,48 0,34 | 1,26 0,98 1,05 |
Исследованиями установлено, что наибольший выход ПВ отмечен при гидромодуле 1 : 3.
Дальнейшие исследования по извлечению пектиновых веществ из плодов алычи и оптимизации этого процесса были направлены на изменение продолжительности гидролиза (1,0; 1,5; 2,0 и 2,5 ч). Исследования проводили на сортах алычи: Кубанская комета и Обильная (рисунок 2).
Рисунок 2 – Выход ПВ из плодов алычи разных сортов
Установлено: что оптимальной продолжительностью гидролиза является 2 ч. Выход ПВ при этой продолжительности наибольший.
Таким образом, на основании проведенных исследований установлено: что получение пектинового экстракта и выделение пектиновых веществ возможно при следующих режимах: гидролиз-экстрагирование с использованием 0,5 % лимонной кислоты, длительность 2 часа, гидромодуль 1 : 3.
Для подтверждения достоверности проведенных опытов по установлению оптимальных режимов выделения пектиновых веществ из плодов алычи была проведена математическая обработка полученных данных и получено множественное регрессионное уравнение, которое имеет вид:
| 7.83 % | + | 17.65 % | + | 12.12 % | – | 6.98 % | – | 12.09 % | – | |
| y= | 1.20 | 0.14x1 | 0.03x2 | 0.10x3 | 0.03x12 |
| – | 10.78 % | + | 8.61 % | + | 2.49 % | + | 8.40 % |
| 0.0001x22 | 0.01x32 | 0.0005x1x2 | 0.0009x2x3 |
где у – выход пектиновых веществ, %;
х1 – гидролизующий агент;
х2 – температура гидролиза;
х3 – сорт алычи.
Из данного уравнения при коэффициенте детерминации R2=87 % видно, что наибольшую долю влияния имеет гидролизующий агент (доля влияния 17,65 %), на втором месте температура (доля влияния 12,12 %) и лишь третье место занимают сорта алычи (доля влияния 6,98 %). Эта зависимость отмечена как в линейной, так и в нелинейной части модели.
Таким образом, при гидролизе протопектина плодов алычи с целью дальнейшего использования в продуктах питания без удаления гидролизной массы (безотходная технология), эффективен автогидролиз при температуре 90 °С, длительности – 2 часа, и гидромодуле 1 : 3.
3.3 Исследование аналитических характеристик пектиновых веществ, выделенных из плодов косточковых культур. После определения оптимального режима гидролиза-экстрагирования ПВ из алычи садовой был выделен сухой пектин, полученный в результате спиртового осаждения из пектинового экстракта. В полученном пектине определили количественные характеристики аналитических групп, характеризующие качество пектина (уронидная составляющая, степень этерификации, количество свободных и этерифицированных карбоксильных групп, ацетильная и метоксильная составляющая, комплексообразующая способность).
Определение содержания уронидной составляющей в образцах пектина исследуемых сортов алычи представлено на рисунке 3.
1. Жемчужина, 2. Риони, 3. Десертная, 4. Подарок Сад Гиганту, 5. Кубанская комета, 6. Гек, 7. Обильная, 8. Путешественница, 9. Глобус, 10. Дынная, 11. Кремень, 12. Аштаракская № 2, 13. Неберджайская ранняя
Рисунок 3 – Содержание уронидной составляющей в плодах разных
сортов алычи
Установлено, что содержание чистой полигалактуроновой кислоты в исследованных сортах колеблется в основном в пределах 23–53 %. Среди исследованных выделяются сорта Десертная и Аштаракская № 2. Это показывает, что различия по сортам имеют существенное значение.
Такие свойства ПВ, как растворимость, студнеобразующая способность, комплексообразование в значительной степени определяются, соотношением в их молекулах свободных и этерифицированных карбоксильных групп, т. е. степенью этерификации. Эти данные представлены на рисунке 4.
Исследованиями установлено, что степень этерификации пектина полученного из плодов алычи колеблется от 88,4 до 94,2 %, что может определить механизм студнеобразования. Это говорит о том, что пектин, имеющий такую степень этерификации выделенный из плодов алычи, обладает повышенными студнеобразующими свойствами, и подтверждается невысоким содержанием ацетильных групп, которые по сортам алычи изменяются в пре-
Рисунок 4 – Степень этерификации ПВ плодов алычи разных сортов
делах 0,27–0,44 % (рисунок 5). В молекуле пектина не менее существенное
Рисунок 5 – Содержание ацетильной составляющей ПВ в плодах алычи
разных сортов
влияние на студнеобразование оказывает наличие и величина метоксильных групп. Известно, что чем выше содержание химически активных метоксильных групп, тем лучше идет процесс студнеобразования. В данном случае величина метоксильной составляющей колеблется от 7,34 (сорт Кубанская комета) до 13,24 % (сорт Дынная) (рисунок 6). Следовательно, при невысоких
Рисунок 6 – Содержание метоксильной составляющей ПВ в плодах
алычиразных сортов
показателях ацетильной составляющей и высокой метоксильной, пектин из плодов алычи должен обладать хорошей студнеобразующей способностью.
Одним из важнейших свойств ПВ является комплексообразующая способность, основанная на взаимодействии молекулы пектина с ионами тяжелых и радиоактивных металлов (рисунок 7).
Рисунок 7 – Комплексообразующая способность ПВ плодов алычи
разных сортов мг Рв2+/г пектина
Комплексообразующая способность ПВ плодов алычи различается посрокам созревания. Самой высокой комплексообразующей способностью обладают ПВ плодов алычи позднего срока созревания – 106,33 мг Рв2+/г пектина; самой низкой – сорта алычи раннего срока созревания – 72,16 мг Рв2+/г пектина. Сорта алычи промежуточного срока созревания по этому показателю занимают среднее положение – 93,75 мг Рв2+/г пектина.
Известно, что комплексообразующая способность зависит от количества свободных карбоксильных групп, количество которых у плодов алычи колеблется от 3,0 до 5,8 % что подтверждается экспериментальными данными.
Таким образом, исследованиями установлено, что качественные характеристики ПВ культур косточковых плодов различаются в зависимости от сорта и обладают средней компелксообразующей способностью.
Данные полученные при определении аналитических характеристик ПВ были подвергнуты математической обработке, для уточнения их влияния на комплексообразующие способности пектина.
Статистическая обработка полученных данных показала, что на величину комплексообразования в основном влияет степень этерификации и количество свободных карбоксильных групп в молекуле пектина.
При увеличении степени этерификации ПВ снижается величина комплексообразования. Количество свободных карбоксильных групп выше 5,0 % значительно увеличивает комплексообразующую способность ПВ получаемых из исследуемых плодов алычи.
Для формализации зависимости комплексообразования от исследуемых показателей рассмотрено несколько вариантов их сочетания. Из всех рассмотренных вариантов была выбрана адекватная модель зависимости комплексообразования (y) от исследуемых показателей (Xi) с коэффициентом множественной детерминации R2=(0,88).
Множественное регрессивное уравнение имеет вид:
| y= | –23.9 | – | 31 % | + | 31 % | + | 6 % | + | 18 % | + | 2 % |
| 7.1x1 | 8.2x2 | 8.7x3 | 104.4x4 | 1.3x5 |
где х1 – общее количество карбоксильных групп
х2 – количество свободных карбоксильных групп
х3 – количество метоксильных групп
х4 – количество этерифицированных карбоксильных групп
х5 – количество ацетильных групп
В модели комплексообразующего фактора отмечено наибольшее влияние на него количества общих карбоксильных групп (они оказывают косвенное влияние на что указывает знак минус), и количество свободных карбоксильных групп. Влияние количества ацетильных групп и метоксильных групп невелико, они не дают возможность условно характеризовать величину комплексообразования.
Таким образом, результаты исследований показывают, что сортовые особенности плодов алычи оказывают влияние не только на аналитические характеристики ПВ, но и на их комплексообразующие свойства. Однако эти колебания не превышают определенных пределов, поэтому, на наш взгляд, возможно использование в переработке сортосмеси алычи. Протопектин в процессе проведения автогидролиза легко переходит в растворимый пектин, тем самым повышая функциональность получаемых продуктов.
3.4 Разработка технологий и рецептур продуктов функционального назначения, в том числе низкокалорийных из плодов косточковых культур. На основе абрикосов и слив разработаны напитки функционального назначения и фруктовые десертные соусы на основе алычи садовой, представляющие низкокалорийные продукты этого направления.
Основным критерием разрабатываемых напитков являлось содержание в них ПВ не менее 20 % от суточной дозы (согласно требованиям, предъявляемым к функциональным продуктам) и снижение калорийности, за счет введения сахарозаменителей. С учетом этого, по каждому продукту проводили расчет рецептур (таблица 6).
Таблица 6 – Рецептура функциональных напитков из плодов сливы и абрикоса
| Наименование напитков | Рецептура на 1 т готового продукта, кг | Содержание в пюре, % | |||
| пюре после гидролиза | сахар | ксилит | РСВ | ПВ | |
| Абрикосовый | 500 | 45 | 50 | 12 | 0,5 |
| Сливовый | 560 | 46 | 51 | 12 | 0,5 |
В состав рецептур входило пюре из плодов косточковых культур, сахарный сироп, и при недостатке ПВ пектиновый экстракт из косточковых пло-
дов. Для получения напитков из исследованных сортов абрикоса и сливы было получено пюре по традиционной технологии с дополнительным проведением гидролиза-экстрагирования в течение 2 часов и использованием в качестве гидролизующего агента лимонной кислоты с целью повышения содержания ПВ в готовом продукте. Были определены его показатели качества.
На основе полученного пюре были приготовлены напитки функционального назначения. В напитках определяли показатели качества.
Напитки имели гармоничный вкус, ярко выраженный аромат используемых плодов однородную, нерасслаивающуюся консистенцию, характерную для соков с мякотью. Напитки предназначены для широкого круга населения. Снижение калорийности составляет 18 ккал на 100 г напитка.
Для получения десертных низкокалорийных пектиносодержащих соусов функционального назначения предназначенных для людей больных сахарным диабетом использовали алычовое и яблочное пюре.
В рецептуру входили: алычовое и яблочное пюре, заменители сахара и ароматизаторы, таблица 7. При выработке пюре из алычи садовой критериями оценки служили выход, органолептическая оценка, повышенное содержание ПВ в продукте, которое увеличивали, применяя автогидролиз (2 часа, t 90 °С) и снижение калорийности.
Таблица 7 – Рецептуры десертных низкокалорийных пектиносодержащих фруктовых соусов
| Компоненты соуса | Сорта алычи | ||
| Кремень | Глобус | Жемчужина | |
| I Вариант: | |||
| Яблочное пюре (ПВ не менее 0,6 %) | 64,96 | 62,96 | 61,96 |
| Алычовое пюре (ПВ не менее 0,6 %) | 24,00 | 23,00 | 23,00 |
| Сорбит | 11,00 | 14,00 | 15,00 |
| Аскорбиновая кислота, мг в 100 г | 0,04 | 0,04 | 0,04 |
| II Вариант: | |||
| Яблочное пюре (ПВ не менее 0,6 %) | 69,00 | 69,00 | 69,00 |
| Алычовое пюре (ПВ не менее 0,6 %) | 23,98 | 23,00 | 23,00 |
| Ксилит | 6,98 | 7,96 | 7,96 |
| Аскорбиновая кислота, мг в 100 г | 0,04 | 0,04 | 0,04 |
| III Вариант: | |||
| Яблочное пюре (ПВ не менее 0,6 %) | 69,00 | 69,00 | 69,00 |
| Алычовое пюре (ПВ не менее 0,6 %) | 26,56 | 26,06 | 26,06 |
| Аспартам | 4,40 | 4,90 | 4,90 |
| Аскорбиновая кислота, мг в 100 г | 0,04 | 0,04 | 0,04 |
Особенностью полученных соусов является повышенная комплексообразующая способность. Количество алычи, вводимой в разработанные соусы в виде алычового пюре, колебалось от 20 до 25 %. Десертные соусы предназначенны для больных сахарным диабетом и людям, заботящимся о своем здоровье. Снижение калорийности по сравнению с применение сахара составляет от 30 до 50 ккал.
На основании выполненных исследований была разработана рецептура приправы «Алычовая острая», которая включает: пюре алычовое, сухой красный горький перец, соль, сахар, чеснок, кориандр и лесные орехи. На данную приправу получен патент РФ на изобретение № 2342855.
Рецептура приправы представлена в таблице 8.
Таблица 8 – Рецептура приправы «Алычовая острая» (на 1000 кг)
| Сырье | Норма закладки, % | Нормы отходов и потерь, % | Расход сырья, кг |
| Алыча свежая | – | 22,00 | 1101,00 |
| Пюре их плодов алычи | 86,50 | 3,50 | 900,00 |
| Чеснок | 0,50 | 28,00 | 7,00 |
| Кинза или кориандр (зелень) | 7,00 | 50,00 | 150,00 |
| Соль | 1,30 | 2,00 | 13,25 |
| Сахар | 3,90 | 2,00 | 39,80 |
| Перец красный горький (сухой) | 0,20 | 7,00 | 2,40 |
| Орехи лесные, грецкие или фундук | |||
| очищенные | 0,60 | 1,50 | 0,62 |
| неочищенные | 1,25 | 51,00 | 0,62 |
| Аскорбиновая кислота, мг в 100 г | 0,04 | 1,00 | 0,04 |
Приправа «Алычовая острая» при дегустационной оценке получила высокую оценку. Она имеет приятный кисло-сладкий острый вкус алычи, с легким ароматом кориандра и рекомендуется для широких слоев населения. На приправу разработана техническая документация и выработана промышленная партия.
3.5 Сравнительная оценка различных средств упаковки для разработанных функциональных продуктов. Для определения срока хранения полученную приправу заложили на хранение в различной таре: стеклотара, пластиковая свежевыдутая тара, пластиковая тара, хранившаяся на складе и предварительно обработанная умягченной водой и перекисью водорода (6 %). Хранили в течении года на складе, при темппературе +10 °С – +20 °С., через каждые 3 месяца определяли показатели качества: органолептическую оценку, массовую долю растворимых сухих веществ, титруемых кислот, углеводов, пектиновых веществ, аскорбиновой кислоты, комплексообразующую способность. На хранение закладывались образцы, выработанные на предприятии ЧП «Беречетов»
Качество всех образцов приправы «Алычовая острая», упакованных в разную тару практически не изменилось, как по органолептическим, так и по физико-химическим показателям. После года хранения сохраняемость показателей колебалась от 93 до 98 %. Следовательно, для расфасовки приправы «Алычовая острая» возможно применение любой из видов исследуемой тары.
3.6 Разработка технической документации на производство новых видов пищевых продуктов функционального назначения. Проведенные исследования показали возможность использования плодов косточковых культур при разработке новых продуктов функционального назначения и при производстве в промышленных масштабах. На новые продукты функционального назначения из плодов косточковых культур (напитки, соусы, приправа) разработаны комплекты технической документации. Рассчитана конкурентоспособность разработанных функциональных продуктов питания, которая доказала целесообразность их производстваи ожидаемый экономический эффект.
ВЫВОДЫ
1. Определен биохимический состав плодов косточковых культур (алычи садовой, слив и абрикоса) и фракционный состав извлеченных из них ПВ. Установлено, что характер изменения общего содержания ПВ в плодах косточковых культур зависит от вида культуры и сортовой принадлежности. Определено, что сумма ПВ содержащихся в плодах косточковых культур колеблется в пределах от 5,55 до 12,28 %. Выявлено, что в плодах косточковых культур наблюдается преобладание растворимого пектина над протопектином от 8 до 50 %, в среднем на 28,50 %.
2. В процессе исследований разработаны технологические параметры гидролиза-экстрагирования плодов косточковых культур при получении пектинового экстракта и чистого пектина для определения его качественных показателей путем аналитических исследований. Установлено, что эффективным гидролизующим агентом для получения пектинопродуктов из плодов алычи садовой является питьевая вода, а из плодов сливы и абрикоса – лимонная кислота. Разработана технология получения пектинового экстракта и пектина из плодов косточковых культур. Доказано, что для получения функциональных продуктов питания из плодов алычи нецелесообразно выделение чистого пектина или пектинового экстракта. эффективнее использование технологических приемов для повышения ПВ в продукте перерработки.
3. Впервые определены аналитические характеристики ПВ, выделенных из плодов алычи различных сортов и установлены их особенности, а также влияние аналитических характеристик на комплексообразующую способность пектинов.
4. На основании теоретических и экспериментальных исследований разработаны технологии и рецептуры получения пектинопродуктов из плодов косточковых культур: напитков из плодов сливы и абрикоса функционального назначения, фруктовые низкокалорийные десертные соусы из плодов алычи и острая приправа из плодов алычи садовой. На приправу «Алычовая острая» получен патент РФ на изобретение № 2342855.
5. Проведена сравнительная оценка разных средств упаковки для приправы «Алычовая острая». Установлено, что существенных отклонений по основным показателям качества (массовой доле сухих веществ, титруемых кислот, углеводов, пектиновых веществ, аскорбиновой кислоты, комплексообразующей способности) в течение одного года хранения не обнаружено, следовательно, данный продукт рекомендуется хранить в стеклянной и пластиковой таре, разрешенной для применения в пищевой промышленности в течение года.
6. Расширена область использования плодов косточковых культур (сливы, абрикоса и алычи садовой) в технологии функциональных продуктов питания. На продукты, полученные из плодов косточковых культур разработана техническая документация: «Напиток абрикосовый функционального назначения» ТУ 9169-130-0493202-09, «Напиток сливовый функционального назначения» ТУ 9169-131-0493202-09, «Десертный соус на основе алычи функционального назначения» ТУ 916323-129-0493202-09, приправа «Алычевая острая» ТУ 916323-047-0493202-06. Новые продукты питания, полученные из плодов косточковых культур, рекомендованы для расширения ассортимента продуктов функционального назначения, для массового потребления и для больных сахарным диабетом.
7. Результаты исследований по разработке технологий и рецептур функциональных продуктов питания из плодов косточковых культур апробированы при выработке опытно-промышленных партий пектиносодержащих продуктов питания функционального назначения в учебно-инновационном комплексе «Технолог» КубГАУ и ЧП «Беречетов».
8. Рассчитанная конкурентоспособность показала значительное преимущество разработанной продукции. Ожидаемый экономический эффект от реализации приправы «Алычовая острая» составляет порядка 976 руб. на 1 т готовой продукции, от реализации напитков и соусов – 1200 руб. и 1143 руб. соответственно.
Список работ, опубликованных по теме диссертации
- Пектиновые вещества косточковых плодов / Арутюнова Г.Ю., Соболь И.В., Родионова Л.Я. // Монография. Майкоп, 2006. – 136 с.
- Арутюнова Г.Ю. Влияние параметров гидролиза на выход пектиновых веществ из плодов алычи / Г.Ю. Арутюнова // Матер. I Всерос. науч.-практич. конф. молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса». Краснодар, КубГАУ, 2007. – С. 145–146.
- Арутюнова Г.Ю. Влияние сорта алычи на ее химический состав/ Н.А. Панченко, Г.Ю. Арутюнова, Л.Я. Родионова // Матер. I Всерос. науч.-практич. конф. молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса», Краснодар, КубГАУ, 2007. – С. 202–203.
- Арутюнова Г.Ю. Кинетика пектиновых веществ в плодах алычи садовой / Г.Ю. Арутюнова // Матер. ХI Всерос. науч.-практич. конф. «Образование–наука–технологии», Майкоп, МГТУ, 2007. – С. 14–15.
- Арутюнова Г.Ю. Влияние времени гидролиза на выход пектиновых веществ / Г.Ю. Арутюнова // Матер. ХI Всерос. науч.-практич. конф. «Образование–наука–технологии», Майкоп, МГТУ, 2007. – С. 15.
- Арутюнова Г.Ю. Биохимическая оценка плодов алычи / Арутюнова Г.Ю., Л.Я. Родионова, И.В. Соболь // Новые технологии. Майкоп, 2007. – С. 44–49.
- Арутюнова Г.Ю. Функциональные пищевые изделия на основе косточковых плодов / Г.Ю. Арутюнова Г.Ю., Л.Я. Родионова // Известия вузов. Пищевая технология, Краснодар, 2008. – С. 39–41.
- Арутюнова Г.Ю. Фракционный состав пектиновых веществ айвы и дикорастущего сырья / Г.Ю. Арутюнова, Л.В. Донченко, С.Н. Едыгова, Т.Б. Колотий // Известия вузов. Пищевая технология, Краснодар, 2008. – С. 118–119.
- Арутюнова Г.Ю. Функциональные напитки на основе дикорастущего сырья, алычи и айвы. / Г.Ю. Арутюнова, Л.В. Донченко, С.Н. Едыгова, Т.Б. Колотий // Известия вузов. Пищевая технология, Краснодар, 2008. – С. 119.
- Арутюнова Г.Ю. Спиртоосождаемые пектиновые вещества и их степень этерификации в плодах алычи садовой / Г.Ю. Арутюнова, Л.Я Родионова // Матер. XI Всерос. науч. - практич. конф. «Агропромышленный комплекс и актуальные проблемы экономики регионов», Майкоп, МГТУ, 2008. – С. 138–139.
- Арутюнова Г.Ю. Аналитические характеристики пектиновых веществ, выделенных из плодов алычи/ Г.Ю. Арутюнова, Л.Я. Родионова, И.В. Соболь // Матер. международной науч.-практич. конф. «Функциональные продукты питания» Краснодар, КубГАУ, 2009. – С. 247–251.
- Арутюнова Г.Ю. Студнеобразующие и комплексообразующие свойства пектинов алычи/ Г.Ю. Арутюнова, Л.Я. Родионова, М.И. Стальная // Новые технологии. Майкоп, 2009. – С. 11–13.
13. Арутюнова Г.Ю. Пищевые гидратопектины как функциональный ингредиент продуктов нового поколения / Г.Ю. Арутюнова, И.В. Соболь, А.В.Степовой, А.А. Шморгун // Матер. III Всерос. науч.-практич. конф. молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса», Краснодар, КубГАУ, 2009. – С. 249–250.
14. Пат. Российская Федерция, RU 2342855 С2 №2342855. Приправа «Алычевая острая» / Арутюнова Г.Ю., Донченко Л.В., Родионова Л.Я., Соболь И.В. - №2006134418/13; заявл. 10.04.2008; опубл. 10.01.2009 Бюл. №13 – 9 с.
