Совершенствование технологии получения пищевых волокон из вторичных ресурсов переработки плодов манго и банан ов в республик е вьетнам

На правах рукописи

ФАМ Тхи Ми

Совершенствование ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ

ПИЩЕВЫХ ВОЛОКОН ИЗ вторичных ресурсов

переработки плодов манго и бананов

в Республике вьетнам

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 – 2013 г.

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном

образовательном учреждении высшего профессионального образования

«Астраханский государственный технический университет»

(ФГБОУ ВПО «АГТУ»)

Научный руководитель:		кандидат технических наук, доцент, Цибизова Мария Евгеньевна
Официальные оппоненты:		Касьянов Геннадий Иванович, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет», заведующий кафедрой технологии мясных и рыбных продуктов Самофалова Лариса Александровна, доктор технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Государственный университет – учебно-научно-производственный комплекс» (г. Орел) профессор кафедры химии и биотехнологии
Ведущая организация:		ГНУ «Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции» Россельхозакадемии

Защита диссертации состоится 26 декабря 2013 г. в 11.00 часов на

заседании диссертационного совета Д 212.100.05 в ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет» по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, ауд. Г-248.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет».

Автореферат разослан 25 ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, канд. техн. наук, доцент

В.В. Гончар

1. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1.1 Актуальность работы. Развитие плодоперерабатывающей промышленности в Республике Вьетнам направлено на увеличение производства из тропических плодов консервированной и сушеной пищевой продукции (соков, джемов, пюре, конфитюров, чипсов, сухофруктов и т.п.), что приводит к образованию вторичных продуктов, объемы которых ежегодно составляют более 800,0 тыс. т. Из них наиболее значительны вторичные продукты переработки плодов манго (более 190,0 тыс. т.) и плодов бананов (более 330,0 тыс. т.).

В настоящее время в Республике Вьетнам вторичные продукты переработки тропических плодов утилизируются на производство органических удобрений и кормовых добавок, что, на наш взгляд, не является ресурсосберегающим решением, так как они не рассматриваются в качестве источника пищевых волокон (ПВ), технологические аспекты применения которых как функционально-значимого компонента пищевых продуктов достаточно широки.

Вопросы комплексного и рационального использования растительного сырья, в том числе вторичных продуктов их переработки изучались учеными как в России, так и за рубежом – С.Н. Бутова, О.А. Варфоломеева, Л.В. Донченко, И.А. Ильина, О.В. Кислухина, Е.Н. Лебедев, В.А. Лосева, В.В. Матреничева, Ю.И. Молотилин, В.В. Нелина, Г.Н. Румянцева, Р.И. Шаззо, I. Fuijo, F. Guillon, H. Hennik, W.D. Holloway, A. M. Jones, J. Malone, R. B. Toma, Ho Thi Vinh Nghi, Nguyen Van Binh и др., которыми доказана целесообразность производства из вторичных продуктов растительного сырья пищевых волокон. Но ими не рассматривались в качестве источника пищевых волокон вторичные продукты переработки плодов манго и бананов, в то время как они содержат ценные питательные компоненты – целлюлозу, гемицеллюлозу, пектиновые вещества, относящиеся к группе физиологически функциональных пищевых ингредиентов (ГОСТ Р 52349 – 2005). В связи с этим проведение исследований по совершенствованию технологии получения пищевых волокон из вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов актуально.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с Программой развития плодоперерабатывающей отрасли в Республике Вьетнам на период до 2020 года (2349/VPCP-NN), НИР кафедры ФГБОУ ВПО «АГТУ» по теме «Исследование и практическое применение биопотенциала сырья растительного, животного происхождения и гидробионтов» (№ 01201274997 с 2011 по 2013 годы).

1.2 Цель и задачи исследований. Цель исследований – совершенствование технологии получения пищевых волокон из вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов в Республике Вьетнам. Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:

- исследование возможности и целесообразности использования вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов для получения пищевых волокон известными способами на основании данных их массового, химического и углеводного составов;

- разработка режимов предварительной сушки кожуры бананов, кожуры, выжимок плодов манго перед получением из них пищевых волокон для уменьшения их объемов и снижения микробиальной обсемененности, исследование показателей качества сушеных вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов;

- теоретическое обоснование и разработка технологических режимов процесса набухания предварительно сушеных и измельченных вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов с целью сокращения продолжительности набухания и снижения их микробиальной обсемененности;

- теоретическое обоснование и совершенствование технологии получения пищевых волокон из вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов в Республике Вьетнам с применением ферментативного гидролиза;

- оптимизация технологических режимов процесса ферментативного гидролиза вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов с использованием ЭХА-растворов с целью повышения выхода пищевых волокон и улучшения их функционально-технологических свойств;

- разработка рациональных режимов сушки полученных пищевых волокон конвективным способом, исследование их качественных характеристик и показателей микробиологической и токсикологической безопасности;

- проведение опытно-промышленной апробации использования полученных из вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов пищевых волокон в производстве конфитюров;

- расчет ожидаемого экономического эффекта от производства и реализации пищевых волокон, полученных из вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов, и разработка проекта технической документации на их производство.

1.3 Научная новизна работы. Впервые научно обоснована возможность рационального использования вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов в Республике Вьетнам для получения пищевых волокон.

Впервые исследована динамика процесса набухания сушеных и измельченных кожуры и выжимок плодов манго и кожуры бананов в анолите ЭХА-раствора рН 5,75±0,25.

Теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены технологические режимы двухэтапного ферментативного гидролиза кожуры и выжимок плодов манго и кожуры бананов ферментными препаратами амилолитического и протеолитического действия при получении из них пищевых волокон.

Научно обоснована и экспериментально подтверждена эффективность использования в качестве оптимизирующего фактора процесса двухэтапного ферментативного гидролиза вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов католита и анолита ЭХА-растворов, применение которых повышает выход пищевых волокон и улучшает их функционально-технологические свойства.

Впервые исследован комплекс органолептических, физико-химических показателей и фракционный состав углеводов пищевых волокон, полученных из вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов, и проведена оценка их безопасности.

1.4 Практическая ценность работы. Усовершенствована технология получения пищевых волокон из вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов в Республике Вьетнам, основанная на процессах двухэтапного ферментативного гидролиза ферментными препаратами -амилазой и трипсином, в присутствии ЭХА-растворов, реализация которой повышает выход пищевых волокон и улучшает их функционально-технологические свойства.

Апробирована возможность использования пищевых волокон из кожуры и выжимок плодов манго и кожуры бананов в производстве конфитюров в условиях предприятия ООО «Астраханский консервный комбинат».

Разработаны проекты технической документации (ТУ и ТИ) на сушеные вторичные ресурсы переработки плодов манго и бананов» и пищевые волокна из вторичных ресурсов переработки плодов манго и бананов.

Ожидаемый экономический эффект от производства и реализации пищевых волокон из вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов составил 115 руб. за кг пищевых волокон.

1.5 Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертационное исследование соответствует пп. 2 и 8 паспорта специальности 05.18.01 – Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства.

1.6 Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на международных и всероссийских конференциях: «Технологии и оборудование химический биотехнологической и пищевой промышленности» (г. Бийск, 2011 г.); «Современные достижения биотехнологии» (г. Ставрополь, 2011 г.); «Современное состояние естественных и технических наук» (г. Москва, 2012 г.); «Наука, образование, инновации: пути развития» (г. Петропавловск-Камчатский, 2013 г.); «Наука и образование – 2013» (г. Мурманск, 2013 г.); «Производство и переработка сельскохозяйственной продукции: менеджмент качества и безопасности» (г. Воронеж, 2013 г.); «Техника и технологии: роль в развитии современного общества» (г. Краснодар, 2013 г.).

1.7 Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 научных работ, в том числе 3 статьи в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК при Минобрнауки России.

1.8 Объём и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора научно-технической и патентной литературы, методической части, экспериментальной части, выводов, списка использованной литературы и приложения. Основная часть работы изложена на 156 страницах компьютерного текста, включает 41 таблицу и 28 рисунков. Список литературных источников включает 236 наименований, в том числе 44 – зарубежных авторов.

2. объекты и методы исследований

Исследования проводили в научно-исследовательских лабораториях Института рыбного хозяйства, биологии и природопользования ФГБОУ ВПО «Астраханский государственный технический университет» и в ООО НИиАЦРП «Каспрыбтестцентр» (г. Астрахань).

2.1 Объекты исследований. В соответствии с поставленной целью и решаемыми задачами в качестве объектов исследований использовали кожуру и выжимки плодов манго и кожуру бананов, плоды которых выращены в 2010 – 2012 гг. в условиях тропического климата на юге Республики Вьетнам, ПВ, полученные ферментативным гидролизом с использованием химических веществ и ЭХА-растворов, яблочная клетчатка (производство Германии), конфитюры с добавлением полученных ПВ.

2.2 Методы исследований. В работе использовали общепринятые и специальные физические, химические, микробиологические, токсикологические и органолептические методы исследований. Химический состав вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов, пищевых волокон и конфитюров определяли традиционными методами, с помощью атомно-абсорбционного спектрометра МГА-915, влагомера «NВ43-S», рефрактометра «ИРФ-454Б2М», адсорбционную емкость пищевых волокон – с помощью спектрофотометра «ПЭ-5300ВИ», активность применяемых ферментных препаратов – стандартными методами.

Фракционный состав углеводов вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов, пищевых волокон и их водоудерживающую способность определяли по методикам, изложенным в «Методы биохимического исследований растений» (Ермаков, 1972), «Практикум по технологии хранения и переработки плодов и овощей» (Широков, 1985). Изучение поведения компонентов полученных ПВ, способных к окислению в органической среде, проводили по методу циклической вольтамперометрии на приборе IPC-Pro-MF.

Для определения среднестатистических результатов органолептических показателей конфитюров использовали средний балл экспертных оценок с учетом коэффициента значимости. Оценку результатов экспериментов и их статистической достоверности проводили с использованием современных методов расчета статистической достоверности результатов измерений с помощью пакетов прикладных программ Microsoft Office Excel 2010 и Statistica v.10.0.

Структурная схема исследований приведена на рисунке 1.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Исследование массового, химического и углеводного составов вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов. Для подтверждения возможности и целесообразности использования вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов для получения пищевых волокон известными способами нами изучено массовое содержание съедобной и несъедобной частей плодов манго и бананов, которое показало значительное количество образуемых вторичных продуктов (кожура и выжимки плодов манго составляют 47 % и кожура бананов – 35 % от массы плода). Изученные химический и углеводный составы вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов подтвердили целесообразность получения из них пищевых волокон.

Рисунок 1 – Структурная схема исследований

3.2 Разработка режимов предварительной сушки вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов перед получением из них ПВ и исследование их показателей качества. На основании экспериментальных исследований установлены режимы сушки вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов до равновесной влажности 8 – 10 % при температуре воздуха 62,5±2,5 °С. Установленные экспериментально продолжительность сушки кожуры плодов манго составляла 6,75±0,25 ч, выжимок плодов манго – 7,25±0,25 ч, кожуры бананов – 6,25±0,25 ч (Фам, 2012).

Предварительная сушка кожуры и выжимок плодов манго и кожуры бананов перед получением из них ПВ сокращает их объемы в 3 – 4 раза, снижает микробиологическую обсемененность в 9 – 10 раз и замедляет ферментативные процессы, протекающие в сырых вторичных продуктах переработки плодов манго и бананов при хранении. Химический состав измельченных до размера частиц 1,5±0,5 мм сухих вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов представлен в таблице 1.

Таблица 1 – Химический состав сушеных вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов

Объекты исследований	Содержание, %
	воды	белка	жира	углеводов	золы
Кожура бананов	10,5±0,2	5,9±0,2	0,1±0,01	80,0±1,5	3,5±0,1
Кожура плодов манго	9,5±0,2	2,8±0,1	0,1±0,01	85,5±1,5	2,1±0,15
Выжимки плодов манго	10,9±0,2	2,8±0,1	0,1±0,01	83,7±1,2	2,5±0,2

Согласно полученным данным (таблица 1) после сушки содержание сухих веществ во вторичных продуктах переработки плодов манго и бананов значительно повысилось. Фракционный состав углеводов сушеных вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов представлен на рисунке 2.

Рисунок 2 – Фракционный состав углеводов сушеных вторичных

продуктов переработки плодов манго и бананов (Фам, 2012)

Изучение фракционного состава полисахаридов сушеных кожуры плодов манго, выжимок плодов манго и кожуры бананов (рисунок 2) показало достаточно высокое содержание в них ПВ, составляющих в кожуре бананов 16,0 %, в кожуре и выжимках плодов манго – соответственно 11,9 % и 10,9 %, что подтверждает возможность рассмотрения их как источника ПВ.

Анализ химического и углеводного составов сушеных кожуры и выжимок плодов манго (таблица 1, рисунок 2) показал незначительные различия в них, что рекомендует перерабатывать их после сушки без фракционирования по виду вторичных продуктов переработки плодов манго. Поэтому в дальнейших исследованиях нами рассматривалась смесь предварительно сушеных кожуры и выжимок плодов манго, прошедших после сушки измельчение до размера частиц 1,5±0,5 мм и взятых в естественном соотношении 1:5 (по данным массового состава).

Установленный минеральный состав сушеных вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов показал, что кожура бананов отличается высоким содержанием калия (до 4079,5 мг/100 г с.в), смесь кожуры и выжимок плодов манго – высоким содержанием магния (до 69,9 мг/100 г с.в) и кальция (до 23,3 мг/100 г с.в). Определение микробиологических и токсикологических показателей сушеных вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов показало их соответствие требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01 (п.1.6.2), что подтвердило возможность использования их на получение из них пищевых волокон (Фам, 2011).

3.3 Теоретическое обоснование и разработка технологических режимов процесса набухания предварительно сушеных и измельченных вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов. Для набухания сушеных и измельченных кожуры бананов, кожуры и выжимок плодов манго обосновано использование раствора анолита ЭХА-раствора с рН 5,75±0,25, температурой 20±1,0 °С при гидромодуле (ГМ) 1:10, при котором минимален переход нерастворимых пектиновых веществ в растворимое состояние, но возрастает интенсивность набухания сушеных вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов (рисунок 3).

Установлено (рисунок 3), что продолжительность процесса набухания сушеных вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов в анолите ЭХА-раствора сокращена в 1,8 раза по сравнению с набуханием в водной среде.

Кроме того, изучение содержания КМАФАнМ в сушеных вторичных продуктах переработки плодов манго и бананов после набухания показало снижение микробиальной обсемененности в них в 3,5 раза.

а) водная среда	б) анолит ЭХА-раствора

Рисунок 3 – Динамика набухания сушеных вторичных продуктов

переработки плодов манго и бананов в воде и в анолите ЭХА-раствора

Таким образом, рациональная продолжительность процесса набухания сушеных вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов в растворе анолита ЭХА-раствора рН 5,75±0,25 составила 2,8 ± 0,2 ч.

3.4 Теоретическое обоснование и совершенствование технологии получения пищевых волокон из вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов в Республике Вьетнам с применением ферментативного гидролиза. Проведено обоснование возможности использования ферментных препаратов -амилазы и трипсина, стадийности и этапности ферментативного гидролиза вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов при получении из них ПВ и разработаны рациональные режимы его осуществления (Фам, 2013).

Анализ химического состава сушеных продуктов переработки плодов манго и бананов (таблица 1, рисунок 2) подтвердил необходимость применения двухэтапного ферментативного гидролиза, обеспечивающего щадящие режимы гидролиза и сохранение нативных свойств выделяемых пищевых волокон.

Изучение динамики изменения активности применяемых ферментных препаратов (ФП) при варьировании температуры от 30 °С до 70 °С и рН среды в диапазоне от 6,0 до 9,5 – для трипсина с установленной активностью 16,5 ± 0,2 ед/мг и рН от 2,0 до 7,0 – для -амилазы с установленной активностью 28,4 ± 0,2 ед/мг, установило каталитические параметры их действия: для -амилазы – температура 50 ± 2 °С и рН 5,0 ± 0,2; для трипсина – температура 50 ± 2 °С и рН 8,0 ± 0,2.

На основании анализа химического и углеводного составов вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов (таблица 1, рисунок 2) для ферментативного гидролиза кожуры бананов, отличающейся от смеси кожуры и выжимок плодов манго более высоким содержанием белка, предложено на I этапе использовать трипсин, на II этапе – -амилазу осахаривающего типа. Ферментативный гидролиз смеси кожуры и выжимок плодов манго, для которых характерно более высокое содержание крахмала и олигосахаридов, на I этапе проводить -амилазой, на II – трипсином.

Для определения основных параметров ферментативного гидролиза вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов апробированы дозы вносимых -амилазы и трипсина в количестве 0,01 % и 0,02 % к сухой массе сырья соответственно (Фам, 2013). Варьирование температуры ферментации составляло от 40 °С до 60 °С, рН реакционной среды от 3,0 до 6,0 для -амилазы и от 7,0 до 9,0 для трипсина при гидромодуле 1:10 в течение 2 часов на каждом этапе (рисунок 4).

а) I этап – трипсин		б) II этап – -амилаза

Рисунок 4 – Влияние температуры и рН ферментативного гидролиза на выход пищевых волокон из кожуры бананов

В результате обработки данных получены уравнения регрессии выхода ПВ из кожуры бананов на І и ІІ этапах:

Z1= -368,0933+26,38x+13,2901y – 1,58x2– 0,034xy – 0,1284y2 (1)

Z2=-62,653+9,004x+4,8171y – 0,83x2– 0,0242xy – 0,0474y2 (2)

Где Z1, Z2 – выход ПВ, % к исходному содержанию в кожуре бананов, после обработки трипсином и -амилазой соответственно; x – рН среды; y – температура, °С.

Согласно представленным данным (рисунок 4) максимальный выход ПВ из кожуры бананов достигнут при температуре 50 °С на I и II этапах и составил 73,1 % после обработки трипсином на I этапе при рН 8,0±0,2 и 81,1 после обработки -амилазой на II этапе рН 5,0±0,2.

Влияние температуры и рН ферментативного гидролиза на выход ПВ из смеси кожуры и выжимок плодов манго представлено на рисунке 5.

а) I этап – -амилаза		б) II этап – трипсин

Рисунок 5 – Влияние температуры и рН ферментативного гидролиза на выход пищевых волокон из смеси кожуры и выжимок плодов манго

В результате обработки данных получены уравнения регрессии выхода ПВ из смеси кожуры и выжимок плодов манго на І и ІІ этапах гидролиза:

Z1= -237,43+6,315x+11,4238y – 0,695x2+ 0,0138xy – 0,1122y2 (3)

Z2= -166,96+27,11x+5,478y – 1,62x2– 0,023xy – 0,0527y2 (4)

Где Z1, Z2 – выход ПВ, % к исходному содержанию в смеси кожуры и выжимок плодов манго, после обработки -амилазой и трипсином соответственно; x – рН среды; y – температура, °С.

Максимальный выход ПВ из смеси кожуры и выжимок плодов манго (рисунок 5) достигнут при температуре 50 °С на I и II этапах и составил 72,1 % при рН реакционной среды 5,0±0,2 на I этапе обработки -амилазой, и 80,1 % – на II этапе обработки трипсином при рН реакционной среды 8,0±0,2.

Для установления рационального гидромодуля (ГМ) и дозы вносимых ФП при проведении ферментативного гидролиза кожуры бананов, смеси кожуры и выжимок плодов манго (рисунки 6 и 7) варьирование ГМ составляло от 1:6 до 1:12, дозы ФП -амилазы – от 0,005 до 0,02 % к сухой массе сырья, трипсина – от 0,01 до 0,04 % к сухой массе сырья при рациональных параметрах их действия: рН реакционной среды 8,0±0,2 для трипсина и рН 5,0±0,2 для -амилазы при температуре 50 °С.

В результате обработки данных получены уравнения регрессии выхода ПВ из кожуры бананов на І и ІІ этапах (рисунок 6):

Z1= -53,942+688,8214x+23,525y–3821,4286x2–43,6071xy –1,1545y2 (5)

Z2=24,7616+403,6071x+10,7179y – 6750x2– 5,6786xy – 0,5723y2 (6)

Где Z1, Z2 – выход ПВ, % к исходному содержанию в кожуре бананов, после обработки трипсином и -амилазой соответственно; x – доза фермента, % к сухой массе сырья; y – гидромодуль.

а) I этап – трипсин		б) II этап – -амилаза

Рисунок 6 – Влияние ГМ и дозы ферментов на выход ПВ из кожуры бананов

Как видно из рисунка 6 а и б и найденных уравнений 5 и 6, максимальный выход ПВ достигнут после обработки кожуры бананов на I и II этапах при гидромодуле 1:9 и дозы трипсина 0,03 % к сухой массе сырья на I этапе, и дозы -амилазы 0,01 % к сухой массе сырья на ІІ этапе.

а) I этап – -амилаза		б) II этап – трипсин

Рисунок 7 – Влияние ГМ и дозы ферментов на выход ПВ из смеси кожуры и выжимок плодов манго

В результате обработки данных получены уравнения регрессии выхода ПВ из смеси кожуры и выжимок плодов манго на І и ІІ этапах (рисунок 7):

Z1=-54,5908+864,7857x+24,2214y–31142,8571x2+13,2143xy–1,2485y2 (7)

Z2=32,9199+429,6786x+8,8y–6142,8571x2–10,821xy – 0,4664y2 (8)

Где Z1, Z2 – выход ПВ, % к исходному содержанию в смеси кожуры и выжимок плодов манго, после обработки -амилазой и трипсином соответственно; x – доза фермента, % к сухой массе сырья; y – гидромодуль.

Максимальный выход ПВ (рисунок 7, уравнения 7 и 8) достигнут после обработки смеси кожуры и выжимок плодов манго на I и II этапах при гидромодуле 1:9 и дозы -амилазы 0,015 % к сухой массе сырья на I этапе, и дозы трипсина 0,02 % к сухой массе сырья на ІІ этапе.

Влияние продолжительности двухэтапного ферментативного гидролиза кожуры бананов, кожуры и выжимок плодов манго на выход ПВ из них, представленное на рисунке 8, показало, что при обработке кожуры бананов трипсином на I этапе рациональная продолжительность процесса составила 2,5 часа и -амилазой на II этапе – 2,0 ч, при обработке кожуры и выжимок плодов манго -амилазой на I этапе – 2,5 ч и трипсином на II этапе – 2,0 ч.

а) Кожура бананов	б) Смесь кожуры и выжимок плодов манго

Рисунок 8 – Влияние продолжительности двухэтапного ферментативного гидролиза кожуры бананов и смеси кожуры и выжимок плодов манго на выход ПВ

Показатели качества и функционально-технологические свойства ПВ из кожуры бананов (ПВ-Б-Х) и смеси кожуры и выжимок плодов манго (ПВ-М-Х), полученных с использованием химических веществ для создания оптимального значения рН действия ферментов (0,5 % р-р соляной кислотой и 0,1 Н р-р натрия гидроксида), представлены в таблице 3.

Таблица 3 – Показатели качества и функционально-технологические свойства ПВ, полученных из кожуры бананов и смеси кожуры и выжимок плодов манго

Наименование показателей	Показатели качества опытных образцов ПВ
	Яблочная клетчатка *	ПВ-Б-Х	ПВ-М-Х
Внешний вид	Порошок, легко рассыпающийся при механическом воздействии
Цвет	Бледно-бежевый	Коричнево-желтый	Светло-желтый
Вкус	Нейтральный
Запах	Нейтральный без посторонних запахов
рН	-	7,0±0,1	6,9±0,1
ВУС, г воды/г ПВ	5,7	7,9±0,3	9,1±0,3
АЕ, мг-экв/г ПВ	17,0	15,4±0,5	16,6±0,5

Примечение.* – контрольный образец («J.RETTENMAIER & SOHNE GMBH», Германия).

Согласно полученным данным (таблица 3) ПВ из вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов отличаются только цветом. ПВ, полученные из кожуры бананов (ПВ-Б-Х), имеют более темный цвет (коричнево-желтый) в отличие от ПВ из кожуры и выжимок плодов манго, имеющих более светлый цвет (светло-желтый).

Сравнение ФТС опытных образцов ПВ с контрольным образцом (яблочная клетчатка) показало, что водоудерживающая способность (ВУС) у ПВ, полученных из кожуры бананов и смеси кожуры и выжимок плодов манго, выше соответственно в 1,4 раза и в 1,6 раза ВУС клетчатки. Адсорбционная ёмкость (АЕ) ПВ из кожуры бананов ниже АЕ яблочной клетчатки на 10 % и ПВ из кожуры и выжимок плодов манго – на 2,4 %, что требует проведение дополнительных исследований по повышению функционально-технологических свойств полученных пищевых волокон.

3.5 Оптимизация технологических режимов процесса ферментативного гидролиза вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов с использованием ЭХА-растворов. Для улучшения ФТС полученных ПВ и повышения их выхода проведена оптимизация технологических режимов процесса ферментативного гидролиза сушеных вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов анолитом и католитом ЭХА-растворов (рисунок 9), способных оказывать специфическое действие на биохимические объекты и которые можно получать с различным значением рН, варьирующим от 2,0 до 12,0.

В качестве варьируемых частных факторов, подлежащих оптимизации, приняты продолжительность ферментативного гидролиза (, ч) и доза фермента (% к сухой массе сырья). Параметром оптимизации математической модели выбран выход ПВ, в % к исходному содержанию в сырье (ИСС).

Уравнения регрессии для поверхности, изображенной на рисунке 9 а и б, на I и II этапах получения ПВ из кожуры бананов и смеси кожуры и выжимок плодов манго имеют вид:

Z1= 36,44+1447x+26,04y – 25700x2+14,4xy– 6,5y2 (9)

Z2= 56,96+1144,2x+24,3771y – 49400x2+26xy– 6,3643y2 (10)

Z3= 38,715+1598,8x+30,82y – 38000x2 – 157,2xy– 6,65y2 (11)

Z4= 64,39+609,5x+16,8y – 11650x2 – 27xy– 4,55y2 (12)

где Z1, Z2 – выход ПВ, % к исходному содержанию в кожуре бананов, после обработки трипсином и -амилазой соответственно; Z3, Z4 – выход ПВ, % к исходному содержанию в смеси кожуры и выжимок плодов манго, после обработки трипсином и -амилазой соответственно; x – доза фермента, % к сухой массе сырья; y – продолжительность процесса ферментативного гидролиза, ч.

а) I этап - трипсин		б) II этап – -амилаза
Кожура бананов
а) I этап – -амилаза		б) II этап – трипсин
Смесь кожуры и выжимок плодов манго

Рисунок 9 – Влияние дозы ФП и продолжительности ферментативного гидролиза на выход ПВ из вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов

Оптимизация процесса ферментативного гидролиза кожуры бананов и смеси кожуры и выжимок плодов манго (рисунок 9) при использовании в качестве реакционной среды ЭХА-растворов установленных ранее значений рН сокращает продолжительность процесса ферментативного гидролиза с 2,5 до 2,0 ч. на I этапе при обработке кожуры бананов трипсином и смеси кожуры и выжимок плодов манго -амилазой, на II этапе с 2,0 до 1,5 ч. - при обработке кожуры бананов -амилазой и смеси кожуры и выжимок плодов манго трипсином.

3.6 Разработка рациональных режимов сушки полученных пищевых волокон конвективным способом, исследование их качественных характеристик и показателей микробиологической и токсикологической безопасности. Установлены рациональные режимы сушки полученных ПВ конвективным способом и изучены их показатели качества (таблица 4). Рекомендовано сушку ПВ из кожуры бананов и смеси кожуры и выжимок плодов манго до равновесной влажности 8 – 10 % проводить в течение 5,5±0,25 ч. и 6,0±0,25 ч соответственно при температуре воздуха в сушильной камере 60 °С.

Таблица 4 – Показатели качества и функционально-технологические свойства ПВ, полученных из вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов с использованием ЭХА-растворов

Наименование показателей	Показатели качества опытных образцов ПВ
	Яблочная клетчатка *	ПВ-Б-Э	ПВ-М-Э
Внешний вид	Порошок, легко рассыпающийся при механическом воздействии
Цвет	Бледно-бежевый	Светло-коричневый	Темно-бежевый
Вкус	Нейтральный
Запах	Нейтральный без посторонних запахов
рН	-	6,9±0,1	6,7±0,1
ВУС, г воды/г ПВ	5,7	9,0±0,3	10,5±0,3
АЕ, мг-экв/г ПВ	17,0	17,2±0,5	18,5±0,5

Примечание* – контрольный образец («J.RETTENMAIER & SOHNE GMBH», Германия).

Изучение показателей качества и функционально-технологических свойств ПВ из кожуры бананов (ПВ-Б-Э) и из смеси кожуры и выжимок плодов манго (ПВ-М-Э), полученных с использованием ЭХА-растворов, показало (таблица 4), что они отличаются более светлым цветом, на который повлияло применение ЭХА-растворов. Использование ЭХА-растворов оказывает влияние на функционально-технологические свойства ПВ, приводя к увеличению ВУС в среднем на 13 % и АЕ – на 10 %.

Таким образом, нами разработаны рациональные режимы ферментативного гидролиза при получении ПВ из вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов с использованием ЭХА-растворов (таблица 5).

Таблица 5 – Рациональные режимы получения ПВ из вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов с использованием ЭХА-растворов

Наименование сырья	Этап	ФП	Режимы ферментативного гидролиза					Выход ПВ, % к ИСС
			t, °C	рН	ГМ	Доза ФП, %	, ч.
Кожура бананов	I	Трипсин	50±2,0	5,0±0,2	1:9	0,03	2,0	84,7
	II	-амилаза	50±2,0	8,0±0,2	1:9	0,01	1,5	93,7
Смесь кожуры и выжимок плодов манго	I	-амилаза	50±2,0	5,0±0,2	1:9	0,015	2,0	86,7
	II	Трипсин	50±2,0	8,0±0,2	1:9	0,02	1,5	91,6

Сравнительный анализ химического состава и фракционного состава углевод ПВ из вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов (рисунок 10), полученных с использованием в качестве реакционной среды растворов химических веществ (ПВ-Б-Х, ПВ-М-Х) и ЭХА-растворов (ПВ-Б-Э, ПВ-М-Э), показал, что ПВ-Б-Э и ПВ-М-Э, отличаются более высоким содержанием целлюлозы и гемицеллюлозы, пектиновых веществ и пониженным содержанием крахмала, но близким химическим составом.

ПВ из кожуры бананов	ПВ из смеси кожуры и выжимок плодов манго

Рисунок 10 – Фракционный состав углеводов полученных пищевых волокон

Эффективность применения ЭХА-растворов для удаления низкомолекулярных сопутствующих органических соединений при получении ПВ подтверждена методом циклической вольтамперометрии. Безопасность потребления полученных ПВ установлена проведенными микробиологическими и токсикологическими исследованиями, что позволило рекомендовать их для производства продуктов питания.

Изучение минерального состава полученных ПВ показало, что в них по сравнению с исходным содержанием в сушеных вторичных продуктах переработки плодов манго и бананов, содержание калия ниже в ПВ из кожуры бананов и из смеси кожуры и выжимок плодов манго соответственно в 5,3 раза и в 10,1 раза, содержание натрия – в 1,2 раза и 1,8 раза, но повышено содержание кальция в ПВ из кожуры бананов и смеси кожуры и выжимок плодов манго соответственно в 16,8 раза и в 3,9 раза, железа – в 1,9 раза и в 1,5 раза, магния – в 1,3 раза независимо от вида ПВ.

Установлены допустимые сроки хранения полученных ПВ по показателям безопасности, для чего проведено определение количества МАФАнМ, БГКП, наличие дрожжей и плесневых грибов и патогенных микроорганизмов с периодичностью 1 раз в 3 месяца в течение 12 мес. при температуре хранения ПВ 25 ± 1 °С, относительной влажности воздуха 72,5 ± 2,5 %. Установлено, что показатели безопасности полученных ПВ находятся в пределах допустимых СанПиН 2.3.2.1078-01 (индекс 1.10.4.1) и рекомендуемый срок хранения ПВ из вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов составляет 12 месяцев при указанных режимах.

Усовершенствованная технологическая схема получения ПВ из кожуры бананов представлена на рисунке 11.

Рисунок 11 – Усовершенствованная технологическая схема получения пищевых волокон из кожуры бананов

Принципиальным отличием технологии получения ПВ из смеси кожуры и выжимок плодов манго от технологии ПВ из кожуры бананов являются режимы сушки кожуры и выжимок плодов манго и этапность ферментативного гидролиза, при реализации которого на I этапе осуществляется обработка -амилазой, вносимой в количестве 0,015 % к сухой массе сырья в течение 2,0 ч., на II этапе – трипсином, вносимом в количестве 0,02 % в течение 1,5 ч.

3.7 Опытно-промышленная апробация использования полученных из вторичных продуктов переработки манго и бананов пищевых волокон в производстве конфитюров. Установлена возможность использования полученных ПВ-Б-Э и ПВ-М-Э в качестве пищевых добавок в производстве конфитюров «Банан-джем» и «Манго-джем» соответственно. Доза внесения ПВ составляла от 1 % до 2,5 % к массе смеси и обоснована, исходя из среднесуточной потребности человека в пищевых волокнах. После изучения органолептических и физико-химических показателей опытных образцов конфитюров «Банан-джем» и «Манго-джем» установлена рациональная доза их внесения, которая составляет 2 % к массе смеси.

Ожидаемый экономический эффект от производства и реализации пищевых волокон, полученных из вторичных продуктов переработки манго и бананов, составил 115,0 руб. за 1 кг. полученных пищевых волокон.

ВЫВОДЫ

Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено совершенствование технологии получения пищевых волокон из вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов, основанное на процессах двухэтапного ферментативного гидролиза ферментными препаратами амилолитического и протеолитического действия в присутствии ЭХА-растворов.

1. Исследована возможность и целесообразность использования вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов для получения пищевых волокон известными способами на основании результатов их массового, химического и углеводного составов.
2. Разработаны режимы предварительной сушки кожуры бананов, кожуры, выжимок плодов манго до содержания влаги 8 – 10 % перед получением из них пищевых волокон при температуре 62,5±2,5 °С: продолжительность сушки кожуры бананов составляет 6,75 ±0,25 ч, кожуры плодов манго – 6,25±0,25 ч, выжимок плодов манго – 7,25 ±0,25 ч, позволившая сократить их объемы в 3 – 4 раза и снизить микробиальную обсемененность в 9 – 10 раз, исследованы их показатели качества.
3. Теоретически обоснованы и разработаны технологические режимы процесса набухания предварительно сушеных и измельченных вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов в анолите ЭХА-раствора рН 5,75±0,25, температурой 20±1,0 °С при гидромодуле 1:10 в течение 2,8 ±0,2 ч, приводящее к сокращению продолжительности набухания в 1,8 раза и снижению микробиальной обсемененности в 3,5 раза.
4. Теоретически обоснована и усовершенствована технология получения пищевых волокон из вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов в Республике Вьетнам, основанная на ферментативном гидролизе с применением ферментных препаратов -амилазы и трипсина и щадящих технологических режимов: рН 5,0±0,2 или 8,0±0,2, температура 50,0±0,2 оС в течение 1,5 или 2 часов в зависимости от этапа обработки.
5. Оптимизированы технологические режимы процесса ферментативного гидролиза вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов с использованием ЭХА-растворов, применение которых сокращает продолжительность ферментативного гидролиза на 20 – 25 %, увеличивает выход пищевых волокон на 12 % и улучшает их функционально-технологические свойства: водоудерживающую способность – на 13 %, адсорбционную ёмкость – на 10 %.
6. Разработаны рациональные режимы сушки полученных пищевых волокон конвективным способом: температура воздуха 60 ± 0,5 °С, продолжительность 5,75±0,25 ч. Исследованы показатели качества полученных пищевых волокон, их функционально-технологические свойства, химический состав и доказана их микробиологическая и токсикологическая безопасность.
7. Проведена опытно-промышленная апробация использования полученных пищевых волокон в производстве конфитюров из плодов манго и бананов. Показано, что введение 2 % пищевых волокон к массе смеси улучшает органолептические и физико-химические показатели конфитюров из плодов манго и бананов, снижая их расстекаемость в 2,4 раза и увеличивая содержание сухих веществ – на 7,4 %.
8. Ожидаемый экономический эффект от производства и реализации пищевых волокон, полученных из вторичных продуктов переработки плодов манго и бананов составил 115 руб. за 1 кг полученных пищевых волокон. Разработаны проекты технической документации на их производство.

Список работ, опубликованных по теме диссертации

1. Фам, Т.М. Химико-технологические свойства вторичных продуктов переработки плодового сырья Вьетнама / Т.М. Фам, М.Е. Цибизова // Известия вузов. Пищевая технология. – 2012. – № 1(325). – С. 19 - 21.
2. Фам, Т.М. Исследование процесса предварительного консервирования отходов плодового сырья Вьетнама / Т.М. Фам, М.Е. Цибизова // Журнал «Естественные и технические науки» и издательство «Спутник +» г. Москва. – 2012. – С. 169 - 175.
3. Фам, Т.М. Разработка технологии получения пищевых волокон из вторичных ресурсов переработки плодов манго и бананов / Т.М. Фам, М.Е. Цибизова // Известия вузов. Пищевая технология. – 2013. – № 5 – 6 (336 - 337). – С. 61 - 63.
4. Фам, Т.М. Отходы плодоперерабатывающей промышленности как перспективные источники пищевых волокон / Т.М. Фам, М.Е. Цибизова // Матер. 4-й всеросс. науч.-практич. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием «Технологии и оборудование химический биотехнологической и пищевой промышленности», г. Бийск. – 2011. – С. 388 - 390.
5. Фам, Т.М. Влияние способов получения пищевых волокон на их технологические свойства / Т. М. Фам, М. Е. Цибизова // Матер. межд. науч.-технич. конф «Современные достижения биотехнологии», г. Ставрополь. – 2011. – С. 464 - 466.
6. Фам, Т.М. Изучение технологических свойств вторичных ресурсов плодового сырья Вьетнама / Т. М. Фам, М. Е. Цибизова // Вестник АГТУ сер.: Общенаучный. – 2011. – № 2. – С. 39 - 43.
7. Фам, Т.М. Некоторые аспекты получения пектина с помощью специфических гидролизующих агентов – ферментов / Т.М. Фам, М.Е. Цибизова // Матер. 4-ой всеросс. науч.-практич. конф. «Наука, образование, инновации: пути развития», г. Петропавловск - Камчатский. – 2013. – С. 149 - 154.
8. Фам, Т.М. Ферментативный способ получения пектина из отходов плодового сырья Вьетнама / Т.М. Фам, М.Е. Цибизова // Матер. межд. науч.-технич. конф. «Наука и образование – 2013», г. Мурманск. – 2013. – С. 1240 - 1244.
9. Фам, Т.М. Предварительная подготовка отходов плодового сырья при получении пищевых волокон / Т.М. Фам // Матер. II межд. науч.-практич. конф. «Производство и переработка сельскохозяйственной продукции: менеджмент качества и безопасности», г. Воронеж. – 2013. – С. 175 - 180.
10. Фам, Т.М. Обоснование технологических параметров ферментативной обработки отходов плодового сырья Вьетнама / Т.М. Фам, М.Е. Цибизова // Матер. межд. науч.-практич. конф. «Техника и технологии: роль в развитии современного общества», г. Краснодар. – 2013. – С. 172 - 176.