Совершенствование технологии переработки плодов облепихи, произрастающей в республике дагестан, с использованием инновационных технологических приемов
На правах рукописи
МУСТАФАЕВА Каният Камаловна
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПЕРЕРАБОТКИ
ПЛОДОВ ОБЛЕПИХИ, ПРОИЗРАСТАЮЩЕЙ В РЕСПУБЛИКЕ ДАГЕСТАН, С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРИЕМОВ
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
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном
образовательном учреждении высшего профессионального образования
«Дагестанский государственный технический университет»
(ФГБОУ ВПО «ДГТУ»)
Научный консультант: | доктор технических наук, профессор, |
Официальные оппоненты: | Зайко Галина Михайловна, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет», профессор кафедры технологии и организации питания Ахмедов Магомед Эминович, доктор технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Дагестанский государственный технический университет», заведующий кафедрой товароведения и экспертизы |
Ведущая организация: | ФГБОУ ВПО «Дагестанская государственная сельскохозяйственная академия» (г. Махачкала) |
Защита состоится 26 декабря 2013 года в 13.00 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 темы. Одной из актуальных задач перерабатывающей промышленности Республики Дагестан на современном этапе является рациональное использование дикорастущей и культивируемой облепихи с максимальным сохранением в нем биологически активных веществ.
Выращиваемые в Республике Дагестан плоды облепихи являются уникальным видом плодового сырья из-за содержания в них целебного облепихового масла, легкоусвояемых углеводов, пищевых волокон, водо- и жирорастворимых витаминов, макро- и микроэлементов, ароматических веществ. Существующие традиционные способы переработки плодов облепихи основаны на извлечении масла из мякоти плодов и семян с помощью подсолнечного масла, в то время как, ценные выжимки отправляются в отходы или на корм скоту. Это происходит из-за несовершенного технического обеспечения, ограниченной научной базы и отсутствия эффективных технологий переработки плодов облепихи.
Эти проблемы можно было бы решить путем применения инновационных технологических приемов и аппаратурно-технологических решений, позволяющих организовать щадящую переработку плодов облепихи, не допуская при этом потерь ценных компонентов, содержащихся в исходном сырье. Поэтому совершенствование технологии переработки плодов облепихи с использованием инновационных технологических приемов актуально.
Работа выполнялась в рамках Программы развития сельского хозяйства Республики Дагестан на 2008-2013 годы (24.12.2007 № 74), и рекомендаций, заложенных в проекте Республиканской программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013-2020 годы, предусматривающих увеличение производства конкурентоспособной консервированной продукции и свежевыжатых соков.
*Автор выражает благодарность за консультационную помощь доктору химических наук Абакарову Гасану Магомедовичу
1.2 Цель и задачи исследований. Целью исследований явилось совершенствование технологии переработки плодов дикорастущей и культивируемой облепихи в Республике Дагестан с использованием инновационных технологических приемов.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
– обосновать выбор и исследовать химический состав свежих плодов облепихи, произрастающей на территории Республики Дагестан и в Краснодарском крае;
– теоретически обосновать и усовершенствовать технологию комплексной переработки плодов облепихи с использованием инновационных технологических приемов;
– разработать способ удаления кутикулярных восков с поверхности плодов облепихи с помощью сверхкритического флюидного диоксида углерода;
– разработать способ предварительной обработки плодов облепихи импульсным электромагнитным полем сверхвысокой частоты (ИЭМП СВЧ) с целью повышения выхода облепихового сока;
– усовершенствовать способ сушки выжимок плодов облепихи, с использованием ИЭМП СВЧ;
– разработать способ получения СО2-экстракта из сухих выжимок облепихи субкритическим жидким диоксидом углерода;
– разработать способ получения и исследовать химический состав белково-липидной пищевой добавки, получаемой из СО2-шрота плодов облепихи;
–разработать технологии обогащения хлебобулочных изделий белково-липидной пищевой добавкой, получаемой из СО2-шрота плодов облепихи;
– разработать проект технической документации на способ получения облепихового сока, белково-липидной пищевой добавки и хлебобулочных изделий с использованием полученной пищевой добавки;
– рассчитать ожидаемый экономический эффект от внедрения усовершенствованной технологии получения облепихового сока и выпуска национальных хлебобулочных изделий с белково-липидной облепиховой добавкой.
1.3 Научная новизна. Научно обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность и высокая эффективность использования инновационных технологических приемов переработки плодов дикорастущей и культивируемой облепихи, произрастающей на территории Республики Дагестан.
Теоретически обоснован и экспериментально подтвержден способ удаления кутикулярного воскового слоя с поверхности плодов облепихи сверхкритическим флюидным диоксидом углерода.
Впервые разработан способ предварительной обработки плодов облепихи импульсным электромагнитным полем сверхвысокой частоты (ИЭМП СВЧ) в диапазоне 2700±50 МГц с целью увеличения выхода сока.
Разработан способ получения СО2-экстракта из сухих выжимок плодов облепихи с помощью субкритического жидкого диоксида углерода, которая дает возможность получения пищевой белково-липидной добавки за счет резкого сброса давления в газожидкостном гомогенизаторе.
Новизна предлагаемых технологических и технических решений подтверждена патентами РФ на изобретение и полезную модель.
1.4 Практическая значимость работы. Усовершенствована технология переработки плодов облепихи, позволяющие получить высококачественные пищевые продукты. Сконструирована и апробирована технологическая линия для удаления кутикулярных восков с поверхности плодов с помощью сверхкритического флюидного диоксида углерода, получения облепихового сока, СО2-экстракта и белково-липидной пищевой добавки, с использованием ИЭМП СВЧ, субкритического диоксида углерода. Разработан проект технической документации на способ получения сока из плодов облепихи (ТУ 9160-173-04801346-2011), пищевой добавки из высушенных выжимок (ТУ 9160-174-04801346-2011). Разработаны проекты ТУ на хлебобулочные изделия с пищевой добавкой, получаемой из СО2-шрота плодов облепихи – хлеб «Чурек Дагестанский» (ТУ 9160-175-04801346-2012) и булочка «Шуре» (ТУ 9160-176-04801346-2012).
Апробация усовершенствованной технологии проведена на Касумкентском консервном заводе. Расчетный ожидаемый экономический эффект от реализации усовершенствованной технологии получения облепихового сока составляет 678 тыс. руб. на 1муб, использование белково-липидной пищевой добавки полученный из СО2-шрота плодов облепихи для изготовления хлеба «Чурек Дагестанский» составляет 862 руб. на 1 т, а использование при производстве булочки «Шуре» составляет 902 руб. на 1 т.
1.5 Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были доложены, обсуждены и одобрены на научно-методических семинарах НТС Горного ботанического сада Дагестанского научного центра РАН и отдела газожидкостных технологий КНИИХП Россельхозакадемии (2008-2013 гг.), на ХХIХ итоговой научно-технической конференции преподавателей, сотрудников, аспирантов и студентов (г. Махачкала, 2008 г.), на Всероссийской научно-практической конференции «Современные проблемы химии и нефтехимии: наука, образование, производство, экология», (г. Махачкала, 2008 г.), II Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы теории и практики повышения эффективности функционирования первичных структурных звеньев отраслей народно хозяйственного комплекса региона», (г. Махачкала, 2008 г.), ХХХ итоговой научно- технической конференции преподавателей, сотрудников, аспирантов и студентов ДГТУ (г. Махачкала, 2009 г.), международной научно-практической конференции «Теоретическое и экспериментальное обоснование суб -и сверхкритической СО2- обработки сельскозсырья», (г. Краснодар, 2010 г.), международной научно-технической интернет-конференции «Инновационные технологии в пищевой промышленности» (г. Краснодар, 2011 г.), международной научно-технической интернет-конференции «Инновационные технологии в пищевой промышленности» (г. Краснодар, 2012г.), международной научно-практической конференции «Хлебобулочные, кондитерские и макаронные изделия ХХI века» (г. Краснодар, 2013 г.).
1.6 Публикации. Основные результаты выполненных исследований опубликованы в 19 научных работах, в числе которых монография, 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ, получены патенты РФ на изобретение и полезную модель.
1.7 Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, аналитического обзора отечественной и зарубежной научно-технической и патентно-информационной литературы, методического раздела, экспериментальной части, выводов, списка использованной литературы, и приложения.
Основная часть работы изложена на 137 страницах компьютерного текста, включает 18 таблиц и 46 рисунков. Список литературных источников состоит из 109 наименований, в том числе 20 – иностранных авторов.
2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Объекты исследования. В качестве объектов исследований использовали плоды дикорастущих растений облепихи из предгорных районов Республики Дагестан (Буйнакского, Тляратинского и Хунзахского), а также плоды культивированных растений облепихи, выращиваемой в долине реки Самур. К другим объектам исследований относились продукты переработки плодов облепихи – облепиховый сок, выжимки облепихи (после отделения сока на ленточном прессе), сухие выжимки облепихи (высушенные вакуумным импульсным полем сверхвысокой частоты), СО2-экстракт, получаемый из выжимок плодов облепихи (извлеченный с помощью субкритического жидкого диоксида углерода) и тонкоизмельченной пищевой добавки из CO2-шрота в виде белково-липидного комплекса. Данную пищевую добавку использовали при производстве хлебобулочных изделий хлеб «Чурек Дагестанский» и булочка «Шуре».
Анализируемое сырье отвечало требованиям к его качеству по критериям повышенной питательности, безопасности, эффективности и полезности.
2.2 Методы исследования. При проведении экспериментальных исследований использовали стандартные методики по оценке качественного состава плодового сырья, СО2-экстрактов и готовой продукции, современные методы физико-химического анализа, рекомендуемые НИИ питания АМН РФ, ВНИИКОП и КНИИХП.
В работе использовали современные физико-химические методы исследования состава пищевых продуктов, включающие методы капиллярного электрофореза на приборе «Капель-105 М» и методы газожидкостной хроматографии, в лаборатории ФГУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в РД». Сверхтонкое измельчение выжимок плодов облепихи осуществляли путем резкого сброса давления в экстракционном аппарате по методу профессора Касьянова Г.И.
Исследования по контролю качества сырья проводились в лабораториях биохимии и химико-технического контроля Дагестанского государственного технического университета и Горного ботанического сада Дагестанского научного центра РАН.
Содержание витаминов В1 и В2, витамина С и минеральных элементов методом капиллярного электрофореза. Оценку качественного состава жирных кислот, входящих в состав облепихового масла, определяли методом газожидкостной хроматографии. С этой целью готовили пробу жиросодежащего сырья следующим способом. Липидную часть продукта извлекали из сырья способом экстракции органическим растворителем, метилировали образец и подавали на вход хроматографа. Органолептические показатели – по ГОСТ 9959-91. Токсичные элементы – методом инверсионной вольтамперометрии по ГОСТ Р 51301-99.
Статистическую обработку экспериментальных данных проводили методом регрессионного анализа с использованием программы «STATISTIСA 8» фирмы Microsoft.
На рисунке 1 представлена структурная схема научных исследований.
Рисунок 1 – Структурная схема научных исследований
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
3.1 Обоснования выбора и исследования химического состава свежих плодов облепихи, произрастающей на территории Республики Дагестан и в Краснодарском крае. Были обследованы районы Дагестана, где обнаружены восемь популяций облепихи на площади более 100 га. Другие экотипы облепихи были выявлены в предгорном Буйнакском районе, а также в высокогорных Тляратинском и Хунзахском районах. Отдельные заросли облепихи имеются в окрестностях села Рутул Рутульского района.
В таблице 1 приведены результаты определения химического состава свежих плодов облепихи, заготовленных с дикорастущих и культивируемых в Дагестане растений.
Таблица 1 – Химический состав свежих плодов облепихи
Показатели | Облепиха | ||
армавирская | Дагестанская | ||
дикорастущая | культивируемая | ||
Сухие вещества, % | 13,3 | 13,8 | 13,6 |
Белки, г | 1,1 | 1,2 | 1,1 |
Незаменимые аминокислоты, г | 0,35 | 0,4 | 0,37 |
Липиды, г | 4,8 | 5,4 | 4,9 |
Незаменимые жирные кислоты, г | 3,8 | 4,1 | 3,8 |
Углеводы, г | 5,1, | 5,7 | 6,8 |
-каротин, мг | 2,3 | 2,6 | 2,4 |
Витамин С, мг | 150 | 190 | 170 |
Витамин В6, мг | 0,10 | 0,12 | 0,10 |
Биотин, мг | 3,2 | 3,1 | 3,0 |
Пантотеновая кислота, мг | 0,15 | 0,16 | 0,13 |
Рибофлавин, мг | 0,03 | 0,05 | 0,04 |
Тиамин, мг | 0,02 | 0,03 | 0,04 |
Фолиевая кислота, мкг | 4 | 8 | 5,5 |
Витамин Е, мг | 5,4 | 6,7 | 6,1 |
Из приведенных в таблице 1 данных видно, что выращиваемая в Дагестане облепиха имеет высокий уровень содержания ценных компонентов, которые необходимы в ежедневном рационе питания человека. В условиях южного Дагестана в дельте реки Самур (ОПХ «Гоганское») проводились исследования по испытанию трех интродуцированных сортов облепихи (Зафарани, Шафа,Толоран). Облепиха введена в культуру на площади 10 га. Установлено, что произрастающие на территории Дагестана плоды облепихи содержат -каротин, витамин С, витамин В6, биотин, пантотеновая кислота, рибофлавин, тиамин, фолиевая кислота, витамин Е.
3.2 Теоретическое обоснование и усовершенствование технологии комплексной переработки плодов облепихи с использованием инновационных технологических приемов. Плоды облепихи являются, лидером по содержанию природных биологически активных веществ (аскорбиновая кислота, каротиноиды, витамины В1, В2, К, Р, Е, флавоноиды, углеводы, пектиновые и дубильные вещества, органические кислоты и стерины). Однако технология переработки плодов облепихи, не отвечает современным требованиям ресурсо-и энергосбережения, экологической безопасности и рыночной экономики.
В работе дан анализ современного состояния переработки плодов облепихи на промышленных предприятиях. Показано, что существующая технология переработки плодов облепихи характеризуется низким коэффициентом использования исходного сырья, высокими энергетическими затратами и наличием большого количества неутилизируемых отходов.
Для практической реализации задач исследования предложена усовершенствованная технологическая схема комплексной переработки плодов облепихи, приведенная на рисунке 2.
Рисунок 2 – Усовершенствованная технологическая схема переработки плодов облепихи
Получены новые и подтвержденные данные о химическом составе плодов облепихи, произрастающей в предгорной и горной части Республики Дагестан. Научно обоснована и разработана технология комплексного использования плодов облепихи для получения облепихового сока, жирного масла, белково-липидной добавки, национальных хлебобулочных изделий, обогащённых продуктами переработки плодов облепихи. Научно обоснована и экспериментально подтверждена эффективность разработанной автором технологии обработки облепихового сырья и полуфабрикатов газожидкостными и электрофизическими способами. Впервые разработан проект технических условий на национальные хлебобулочные изделия.
3.3 Разработка способа удаления кутикулярного воска с поверхности плодов облепихи с помощью сверхкритического флюидного диоксида углерода. Выполнены исследования по удалению воскоподобных веществ с поверхности плодов облепихи с целью ускорения процесса их дальнейшего обезвоживания. Способ основан на возможности диоксида углерода при температуре выше критической точки (31,1°С) растворять кутикулярные воски, смеси жирных гидрокислот, моноеновые, ди- и тригидроксиненасыщенные кислоты, эфиры жирных кислот, высокомолекулярные спирты и другие соединения.
На рисунке 3 показана схема установки для удаления восков с поверхности плодов облепихи.
Сверхкритический диоксид углерода снижает микробиологическую обсемененность сырья и способен сорбировать влагу, что ведет к частичному снижению влагосодержания сырья в процессе обработки.
Для удаления восков с поверхности плодов облепихи использовали сжатый диоксид углерода давлением 11,2 МПа и температурой 45°С, продолжительность обработки 6 мин. Выход восков и воскоподобных веществ с поверхности плодов облепихи составил 0,04 %. На рисунке 4 показана динамика выхода кутикулярного воска с поверхности ягод облепихи с помощью сверхкритического диоксида углерода.
Рисунок 4 – Выход кутикулярного воска с поверхности ягод облепихи при
сверхкритической флюидной СО2-экстракции.
3.4 Разработка способа предварительной обработки плодов облепихи ИЭМП СВЧ с целью повышения выхода облепихового сока. На рисунке 5 показана усовершенствованная технологическая схема переработки плодов облепихи с использованием инновационных технологических приемов. Поступающие на переработку плоды облепихи моются сатурированной водой и подсушиваются теплым воздухом. После удаления кутикулярного воска целые ягоды облепихи предварительно обрабатывают ИЭМП СВЧ.
Для исследования кинетики выхода сока был предложен способ обработки ягод облепихи, где с помощью магнетрона возбуждается ИЭМП СВЧ частотой 2700± 50 МГц, мощностью от 400-500 Вт и продолжительностью 1,0-2,0 мин. Установлено, что более высокий выход облепихового сока из облепихи достигается при мощности СВЧ-потока 450 Вт в течение 1,5 мин. При последующем извлечении на ленточном прессе выход сока из плодов облепихи составляет 64-70 % с содержанием сухих веществ 12-14 %.
ПЛОДЫ ОБЛЕПИХИ
Доставка, приемка, хранение
Инспекция
Мойка сатурированной водой
Подсушка
Удаление кутикулярного воска СК СО2 при тем-ре 45 оС
и давлении 11,2 МПа
Подготовка перед извлечением сока
Обработка ИЭМП СВЧ с частотой ЭМП СВЧ 2700±50 МГц
мощн.450 Вт, 1,0-1,5 мин
Извлечение сока на ленточном прессе
Фильтрация
СВЧ пастеризация сока до 95 оС
с частотой ЭМП СВЧ 2400±50 МГц, мощность 450Вт,в течение 6 мин
Горячий розлив в асептических условиях
Укупорка
Складские операции
Рисунок 5 – Усовершенствованная технологическая схема для получения облепихового сока с использованием инновационных технологических приемов
После получения сока в него добавляют сироп фруктозы с содержанием сухих веществ 20-24 %. В результате получают облепиховый сок с содержанием сухих веществ 14-16 %.
Сок пастеризуется в СВЧ-камере, в которой с помощью магнетрона возбуждается ЭМП СВЧ частотой 2400±50 МГц и используется многоэтажная кювета.
Сок поступает в кювету сверху вниз, протекает с одного уровня на другой зигзагообразно, обрабатывается СВЧ-энергией 6 минут в потоке. Температура выходящего из СВЧ-устройства сока составляет 95-98 0С, которая соответствует требованиям инструкции для горячего разлива сока в банки или бутылки.
Пастеризованный сок, способом горячего разлива (в асептических условиях) расфасовывают в тару, подготовленную в соответствии с действующей технологической инструкцией. Часть облепихового масла получают из облепихового сока, а остальную часть из выжимок плодов.
В таблице 2 представлен химический состав облепихового сока, из культивированных и дикорастущих плодов облепихи.
Таблица 2 – Химический состав облепихового сока
Показатели | Облепиха | |||||
армавирская | Дагестанская | |||||
дикорастущая | культивируемая | |||||
традиц. | предлаг. способ | традиц. | предлаг. спсоб | традиц. | предлаг. способ | |
Вода, г | 82,6 | 82,6 | 80,9 | 80,9 | 84,3 | 84,3 |
Белки, г | 0,6 | 0,6 | 0,4 | 0,4 | 0,5 | 0,5 |
Жиры, г | 3,1 | 3,4 | 3,1 | 3,3 | 3,4 | 3,6 |
Углеводы, г | 4,2 | 4,3 | 4,1 | 4,2 | 4,3 | 4,6 |
Зола, г | 0,3 | 0,3 | 0,4 | 0,4 | 0,4 | 0,4 |
Витамин С, мг | 190 | 210 | 198 | 230 | 234 | 280 |
-каротин, мг | 3,8 | 4,3 | 3,9 | 4,4 | 4,1 | 4,8 |
Фруктоза, г | 6,8 | 6,9 | 6,9 | 1.2 | 7,1 | 7,2 |
Глюкоза, г | 5,5 | 5.6 | 3,2 | 3.6 | 6,7 | 6,9 |
Сахароза г | 0,3 | 0,3 | 0,2 | 0,2 | 0,3 | 0,3 |
Пектин, г | 0,2 | 0.2 | 0,3 | 0.3 | 0,4 | 0.4 |
Полифенольные соединения, мг | 356,4 | 378,3 | 366,5 | 377,0 | 386,4 | 388,3 |
Флавоны и флавонолы (в пересчете на рутин), мг | 187,7 | 195,3 | 190,7 | 199,8 | 203,7 | 210,0 |
Винная кислота, г | 0,40 | 0.41 | 0,03 | 0.03 | 0,5 | 0,6 |
Лимонная кислота, г | 0.01 | 0.01 | следы | следы | 0.01 | 0.01 |
Щавелевая кислота, г | 0.01 | 0.01 | следы | следы | 0.01 | 0.01 |
Яблочная кислота, мкг | 0,2 | 0.3 | 0,5 | 1.5 | 0,7 | 1.4 |
В таблице 3 приведены микробиологические показатели облепихового сока, из плодов облепихи дагестанской.
Таблица 3 – Микробиологические показатели облепихового сока
Определяемые показатели | Фактическое содер жание на 90 сутки | Допустимые уровни |
КМАФАнМ, в 1,0 г не более | Нет роста | Доп. Bac. Subtilis. |
Мезоф. анаэробные м/о, в 5 г | Нет роста | Не допускается |
Термоф. аэробные и фак. анаэробные м/о в 1 г | Нет роста | Не допускается |
Термоф. анаэробные м/ов, 1 г | Нет роста | Не допускается |
На рисунке 6 показана кинетика выхода облепихового сока на ленточном прессе. Установлена зависимость выхода сока (W) от времени прессования (t) и давления прессования (P). Получено следующее уравнение регрессии: . Регрессионный анализ производили с помощью программы STATISTICA 8.0.
Рисунок 6 - Кинетика выхода облепихового сока на ленточном прессе
Часть облепихового масла получают из облепихового сока, а остальную часть из выжимок плодов.
В таблице 4 приведен жирнокислотный состав масла, полученного из мякоти плодов облепихи, произрастающих в горных и предгорных районах Республики Дагестан.
Таблица 4–Жирнокислотный состав масла, полученного из мякоти плодов
облепихи, %
№ | Район сбора | Линоле-вая | Линоле-новая | Олеино-вая | Стеари-новая | Пальмити-новая |
1 | Буйнакский район | 39,4 | 9,62 | 14,6 | 4,78 | 37,50 |
2 | Тляратинский район | 38,12 | 8,35 | 13,51 | 4,71 | 36,41 |
3 | Хунзахский район | 38,37 | 8,74 | 12,35 | 4,74 | 35,8 |
Масло, полученное из мякоти плодов облепихи имеет йодное число от 69 до 79 и показатель преломления 1.4583-1.4699.
3.5 Усовершенствование способа сушки выжимок плодов облепихи, с использованием ИЭМП СВЧ. Для сушки выжимок плодов облепихи использовали вакуумную импульсную СВЧ-установку, работающую на частоте 2700±50 МГц. Объект исследований помещался в трубу из СВЧ-прозрачного материала. Обработка образцов производилась при работающем СВЧ-генераторе в течение 10-15 мин при выходной мощности до 1,5 кВт, который был спроектирован для работы по непрерывной или импульсной схеме.
В таблице 5 приведен химический состав высушенных выжимок плодов облепихи, полученных различными технологическими способами.
Таблица 5– Химический состав сухих выжимок плодов облепихи, %.
Показатели | Облепиха | |||||
Армавирская | дикорастущая дагестанская | культивированная дагестанская | ||||
конт- роль | усоверш. технология | конт- роль | усоверш. технология | конт- роль | усоверш. технология | |
Вода | 10,4 | 9,0 | 8,5 | 8,4 | 8,9 | 9,0 |
Белок | 12,5 | 13,8 | 15,3 | 15,4 | 14,9 | 15,2 |
Липиды | 21,3 | 22,3 | 24,1 | 24,5 | 24,6 | 25,3 |
Водораст.вещ-ва | 24,0 | 24,6 | 22,6 | 22,4 | 22,3 | 22,0 |
Пищ. волокна | 18,6 | 18,9 | 18,7 | 18,6 | 18,8 | 18,7 |
Минер. вещ-ва | 8,7 | 8,5 | 8,6 | 8,7 | 8,2 | 8,3 |
Наиболее распространенным способом сушки растительного плодового сырья является конвективная сушка (контроль), но как видно из таблицы 5 содержание биологически активных веществ в сухих выжимках облепихи, полученных по этой технологии, значительно ниже, чем в исходном сырье. Высушивание растительного плодового сырья ИЭМП СВЧ-способом позволяет сохранить биологически активные вещества практически полностью. Усовершенствованная нами технология позволяет получить высококачественные сухие выжимки, пригодные для получения СО2-экстрактов. Необходимые энергетические затраты, для реализации разработанной нами технологии, существенно снижаются относительно высушивания электровакуумной сушкой.
На рисунке 7 представлена схема получения пищевой добавки.
Рисунок 7 – Технологическая схема получения пищевой добавки
с использованием инновационных технологических приемов
3.6 Разработка способа получения СО2-экстракта из сухих выжимок плодов облепихи субкритическим жидким диоксидом углерода. Получение субкритического СО2-экстракта из сухих выжимок плодов облепихи было проведено по нашей технологии в цехе экстракции ООО «Компания Караван» г. Краснодара. Процесс экстрагирования осуществлялся при давлении 6,4 МПа и температуре 25 оС.
Выполненные исследования по извлечению ценных компонентов из плодов облепихи показали возможность получения высокоценных СО2-экстрактов с уникальным жирнокислотным составом. В таблице 6 приведено содержание ценных компонентов в СО2-экстрактах облепихи.
Полученные СО2 – экстракты представляют собой маслянистые жидкости с содержанием воды до 3 %, при соотношении 1:1 экстракты полностью растворяются в 96° этиловом спирте и органических растворителях.
Таблица 6 – Содержание ценных компонентов в СО2-экстрактах облепихи, %
Химический состав СО2-экстрактов | Облепиха | ||
армавирская | дикорастущ. дагестанская | культивир. дагестанская | |
1 | 2 | 3 | 4 |
Каротиноиды | 5,0 | 8,0 | 6,0 |
Диглицериды | 3,2 | 6,3 | 3,3 |
Моноглицериды | 14,0 | 16,0 | 8,0 |
Фитостерины | 4,0 | 5,0 | 4,0 |
Токоферолы | 1,3 | 1,6 | 1,2 |
Терпеноиды | 8,0 | 12,0 | 9,0 |
Органические кислоты | 6,0 | 8,0 | 6,0 |
Дубильные вещества | 8,0 | 12,0 | 7,0 |
Флавоноиды | 8,0 | 9,5 | 9,0 |
Сумма ПНЖК | 8,0 | 12,0 | 9,0 |
3.7 Разработка способа получения и исследования химического состава белково-липидной пищевой добавки, получаемой из СО2-шрота плодов облепихи. Пищевую добавку с размером частиц 50-60 мкм из высушенных выжимок плодов облепихи получали путем резкого сброса давления (взрыва) от 6,4 до 0,1 МПа в газожидкостном гомогенизаторе. Микробиологические и физико-химические исследования подтвердили возможность увеличения сроков хранения пищевой добавки, полученной из обезвоженных плодов до трех лет.
При одинаково высоком качестве получаемого продукта, в котором сохранены полезные свойства биологически активных веществ, содержащихся в исходном сырье, себестоимость пищевой добавки, полученных из обезвоженных и обезжиренных выжимок облепихи в 3,7 раз ниже себестоимости пищевых добавок, получаемых путем сублимационной сушки. Такой эффект достигается, в основном, за счет снижения затрат на топливо и энергию, расходуемых в технологических целях, на тару и тароупаковочные материалы и затрат на оплату труда и содержание оборудования. В таблице 7 приведен химический состав белково-липидной пищевой добавки.
Таблица 7 – Химический состав белково-липидной пищевой добавки, %
Наименование Показателей | Армавирская контроль | Дагестанская | |
дикорастущая | культивированная | ||
Вода | 8,5 | 7,6 | 8,1 |
Жир | 17,2 | 17,6 | 17,2 |
Белок | 17,0 | 17,1 | 17,1 |
Углеводы | 22,3 | 21,8 | 20,2 |
Зола | 9,0 | 8,9 | 8,4 |
Пищевые волокна | 26 | 27 | 29 |
3.8 Разработка технологии обогащения хлебобулочных изделий белково-липидной пищевой добавкой. Пищевая добавка из сухих обезжиренных выжимок плодов облепихи в виде порошка применялись в хлебобулочных изделиях чурек «Дагестанский» и булочка «Шуре» с начинкой, с целью обогащения витаминно-минеральным комплексом и улучшения органолептических показателей.
Предложена следующая последовательность технологических операций при приготовлении хлеба «Чурек Дагестанский» из муки ржаной и пшеничной 1-го сорта с пищевой добавкой в виде белково-липидного комплекса:
Ржаная закваскаТесто Разделка Формовка Расстойка Выпечка.
Производственная рецептура чурек «Дагестанский»: мука ржаная или пшеничная 1 сорта – 84,0 кг, дрожжи прессованные хлебопекарные – 0, 5 кг, соль поваренная пищевая – 1,5 кг, сахар-песок – 3 кг, сухая пищевая добавка из выжимок облепихи – 6,0 кг, сыворотка – 5 кг.
Пищевую добавку вносили на стадии замеса теста, предварительно смешивая их с мукой. Установлено, что продолжительность брожения теста с добавками сокращается на 20-30 минут, тесто (в отличие от контрольного образца без добавок) более эластичное, сухое на ощупь.
Предложена следующая технология приготовления булочки «Шуре» с начинкой: Тесто Разделка Расстойка Выпечка.
В дежу загружают муку и пищевую добавку, перемешивают до получения однородной смеси, затем добавляют по рецептуре дополнительное сырье. Тесто замешивается в течение 15-20 минут, температура теста 28-30 0С, продолжительность брожения 90-120 минут.
Рецептура теста булочки «Шуре» с начинкой на 100 кг муки: мука пшеничная высшего сорта – 100 кг; дрожжи хлебопекарные прессованные – 3,0 кг; соль – 1,3 кг; сахар-песок – 13,0 кг; маргарин – 6,0 кг; яйцо куриное (на смазку поверхности изделия) – 4,0 кг; белково-липидная пищевая добавка из выжимок плодов облепихи – 3,0 кг.
Рецептура начинки (халва мучная – исита) для булочки «Шуре»: 1 кг пшеничной муки высшего сорта, 350 г топленого масла, 600 г сахара или сахарной пудры, 200 г пищевой добавки из выжимок плодов облепихи. Применение пищевой добавки из выжимок облепихи позволяет обогатить хлебобулочные изделия биологически активными веществами, комплексом жирорастворимых витаминов. В тесте с белково-липидной добавкой по сравнению с контрольным образцом (без добавки) кислотонакопление проходит быстрее, поэтому продолжительность его брожения сокращается на 30 минут.
В таблице 8 представлены физико-химические показатели булочки «Шуре», с использованием пищевой белково-липидной добавки, полученной из выжимок облепихи.
Таблица 8 – Физико-химические показатели булочки «Шуре» с использова-
нием пищевой белково-липидной добавки из выжимок облепихи
Показатели | Изделия с плодовой добавкой | Контрольный образец (без добавки) |
Влажность мякиша, % | 34,5 | 34,0 |
Кислотность мякиша, % | 2,2 | 2,5 |
Содержание сахара в пересчете на сухое вещество, % | 12,0 | 12,0 |
Содержание жира в пересчете на сухое вещество, % | 5,0 | 5,2 |
По органолептическим показателям булочка с добавлением белково-липидной добавки имеет тонкую хрустящую корочку с более интенсивной окраской, приятный фруктовый вкус и аромат.
Апробация усовершенствованной технологии проведена на Касумкентском консервном заводе. Расчетный ожидаемый экономический эффект от реализации усовершенствованной технологии получения облепихового сока составляет 678 тыс. руб. на 1муб, использование белково-липидной пищевой добавки полученный из СО2-шрота плодов облепихи для изготовления хлеба «Чурек Дагестанский» составляет 862 руб. на 1 т, а использование при производстве булочки «Шуре» составляет 902 руб. на 1 т.
ВЫВОДЫ
1. Исследованы ареалы распространения дикорастущей и культивируемой облепихи крушиновидной, произрастающих на территории более 110 га в Республике Дагестан и химический состав плодов дикорастущих и культивируемых облепихи произрастающих на территории Республики Дагестан. Установлено содержание белков 1,1-1,2 %, липидов 4,5-4,7 %, витаминов, незаменимых жирных кислот и микроэлементов.
2. Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено создание усовершенствованной технологии комплексной переработки плодов облепихи.
3. Разработан способ удаления кутикулярных восков с поверхности плодов облепихи с помощью сверхкритического диоксида углерода при давлении 11,2 МПа, температуре 45 0С и продолжительности процесса 5-8 мин.
4. Разработан и апробирован способ предварительной обработки плодов облепихи импульсным электромагнитным полем сверхвысокой частоты в интервале 2700± 50 МГц, мощностью 400-500 Вт, позволяющий увеличить выход сока до 64-70 %, т.е. в 1,3 раза.
5. Усовершенствована технология сушки выжимок облепихи с использованием импульсного ЭМП СВЧ в диапазоне 2700± 50 МГц.
6. Разработан способ получения СО2 экстракта из сухих выжимок облепихи субкритическим жидким диоксидом углерода при давлении 6,4 МПа, температуре 25 0С и продолжительности процесса 65 мин, позволяющий получить облепиховое масло в форме СО2-экстракта и белково-липидную пищевую добавку.
7. Разработан способ получения и исследован химический состав белково-липидной пищевой добавки, полученной из СО2-шрота плодов облепихи, с содержанием белка 17,1 %, липидов 17,6 %, пищевых волокон 27 %.
8. Разработаны технологические приемы по применению белково-липидной пищевой добавки для обогащения хлебобулочных изделий.
9. Разработан проект технических условий на способ получения сока из плодов облепихи ТУ (9160-173-04801346-2011), пищевой добавки из высушенных выжимок (ТУ 9160-174-04801346-2011) и хлебобулочных изделий с пищевой белково-липидной добавкой: хлеб «Чурек Дагестанский» (ТУ 9160-175-04801346-2012), булочка «Шуре» (ТУ 9160-176-04801346-2012).
10. Расчетный экономический эффект от реализации усовершенствованной технологии получения облепихового сока на Касумкентском консервном заводе составляет 678 тыс. руб. на 1муб, применение белково-липидной добавки в виде СО2-шрота облепихи хлеба «Чурек Дагестанский» составляет 862 руб. на 1 т, а применение такой добавки из выжимок плодов облепихи при производстве булочки «Шуре» составляет 902 руб. на 1 т.
Список научных работ, опубликованных по теме диссертации
- Мустафаева К.К., Касьянов Г. И., Джаруллаев Д.С. Технология переработки плодов облепихи с использованием ЭМП СВЧ и СО2-экстракции: монография / ДГТУ. – Махачкала: Изд. ФГБОУ ВПО «ДГТУ», 2011. – 100с.
- Джаруллаев Д.С. Способ увеличения выхода сока из ягод облепихи /Д.С.Джаруллаев, К.К Мустафаева // Пиво и напитки. – 2008. – №3. – С.28.
- Джаруллаев Д.С. Устройство для увеличения проницаемости клеток плодово-ягодного сырья / Д.С. Джаруллаев, К.К. Мустафаева, Р.М. Гаджимурадова, Н.Р. Цмиева // Пищевая промышленность. – 2009. – №8. – С.21.
- Джаруллаев Д.С. Способы предварительной обработки ягод облепихи перед прессованием / Д.С. Джаруллаев, К.К. Мустафаева // Известия вузов. Пищевая технология. – 2010. – №3. – С.65-66.
- Джаруллаев Д.С. Теоретические и экспериментальные основы создания продуктов из ягод облепихи / Д.С. Джаруллаев, К.К. Мустафаева // Сб. тез. докл ХХIХ итоговой науч – технич. конф. преподавателей, сотрудников, аспирантов и студентов ДГТУ. – Махачкала: ДГТУ, 2008. – С. 179-180.
- Джаруллаев Д.С. Разработка интенсивной технологии производства облепихового сока / Д.С. Джаруллаев, К.К. Мустафаева, Р.М. Гаджимурадова //Современные проблемы химии и нефтехимии: наука, образование, производство, экология: матер. Всерос. науч. – практич. конф. 2008г. – Махачкала: ДГТУ, 2008. – С. 174-176.
- Джаруллаев Д.С. Сравнительное исследование способов предварительной обработки ягод облепихи перед прессованием / Д.С Джаруллаев., К.К Мустафаева // Вестник Дагестанского государственного университета. Технические науки. – 2008. – №10.– С.112-113
- Джаруллаев Д.С. Устройство, способствующее увеличению выхода сока из ягод облепихи / Д.С. Джаруллаев, К.К. Мустафаева // Проблемы теории и практики повышения эффективности функционирования первичных структурных звеньев отраслей народно хозяйственного комплекса региона: матер. II Всерос. науч. – практич. конф. – Махачкала: ДГТУ. – 2008. – С. 328-330.
- Мустафаева К.К. Метод, способствующий увеличению клеточной проницаемости ягод облепихи / К.К. Мустафаева, Д.С Джаруллаев // Сб. тез. докл. ХХХ итоговой науч. – технич. конф. преподавателей, сотрудников, аспирантов и студентов ДГТУ. – Махачкала: ДГТУ. – 2009. –Ч.1. – С. 194-195.
- Мустафаева К.К. Применение СВЧ - энергии при переработке плодого-ягодного сырья / К.К. Мустафаева, Д.С. Джаруллаев // Пищевые технологии и биотехнологии: сб. тез. докл. XI межд. конф. молодых ученых – Казань: Отечество, 2010. – Ч. 2. – С.27.
- Мустафаева К.К. Новый способ получения облепихового сока / К.К. Мустафаева, Д.С. Джаруллаев // Современные проблемы и перспективы развития аграрной науки: сб. ст. межд. науч.- практич. конф., посвященной 65 –летию Победы в ВОВ. – Махачкала: ДГСХА. – 2010 – Ч. 2. – С. 39-41.
- Бирбасов В.А. Экстракция компонентов сырья сжиженными газами /В.А. Бирбасов, М.В. Карпенко, К.К. Мустафаева // Сб. матер. межд. науч.-практич. конф. «Теоретическое и экспериментальное обоснование суб -и сверхкритической СО2- обработки сельскохозяйственного сырья» – Краснодар: Изд. КубГТУ, 2010. – С. 21–23.
- Патент РФ № 102808 Устройство для определения электропро-водности плодового и овощного сырья / Д.С Джаруллаев, С.С. Шихалиев, М.М. Дибирова, К.К. Мустафаева, А.М. Ахмедова; Заявка № 2010105028/28. от 12.02.2010. Опубл. 10.03.2011. Бюл. 7. –2с.
- Патент РФ № 2449602 Способ производства облепихового сока на основе фруктозы./ Д.С. Джаруллаев, К.К. Мустафаева М.М. Дибирова; Заявка № 2010111501/13; Заявлено 03.2010., Опубликовано 10.05.2012., Бюл.№13. –4с.
- Мустафаева К.К. Рациональная обработка плодов облепихи Сб. матер. межд. науч.-практич. интернет-конф. «Инновационные технологии в пищевой промышленности» – Краснодар: КубГТУ, 2011. – С.68-72.
- Мустафаева К.К. Рациональная переработка и использование экстрактов из плодов облепихи в хлебобулочных изделиях./ К.К. Мустафаева, Д.С. Джаруллаев // Современные проблемы техники и технологии пищевых производств. Пятая всерос. науч.- практич. конф. – Барнаул, 2011. – Ч.-2. – С.3-9.
- Джаруллаев Д.С., Способ получения диетического облепихового сока на основе фруктозы. / Д.С. Джаруллаев, К.К. Мустафаева // Сб. матер. респуб. науч. – технич. семин, посвященного 80-летию со дня рождения заслуж. деятель. науки РФ д.т.н., проф. Аминова М.С. – Махачкала: ДГТУ, 2012. – С 53- 56.
- Мустафаева К.К. Разработка интенсивной технологии производства облепихового сока и экстракта с использованием ЭМП СВЧ и СО2- экстракта /К.К. Мустафаева, Д.С. Джаруллаев /Повышение качества и безопасности пищевых продуктов: Сб. ст. II Всерос. науч.-технич. конф. – Махачкала: ДГТУ, 2012. – С.104-107
- Мустафаева К.К. Использование сушеных выжимок из плодов облепихи для обогащения хлебобулочных изделий / К.К. Мустафаева, Д.С. Джаруллаев //Хлебобулочные кондитерские и макаронные изделия ХХI века. Матер. III межд. науч. – практич. конф. – Краснодар:Изд. ФГБОУ ВПО «КубГТУ», 2013. – С.180-183.