Совершенствование технологии и рецептур сокосодержащих напитков с использованием растительных пищевых волокон
На правах рукописи
ТРЕТЬЯКОВА Наталья Романовна
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И РЕЦЕПТУР
СОКОСОДЕРЖАЩИХ НАПИТКОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
РАСТИТЕЛЬНЫХ ПИЩЕВЫХ ВОЛОКОН
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 - 2014
Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный
технологический университет» (ФГБОУ ВПО «КубГТУ»)
Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент
Барашкина Елена Владимировна,
Официальные оппоненты: Касьянов Геннадий Иванович,
доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой технологии мясных и рыбных продуктов ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет»
Соболь Ирина Валерьевна,
кандидат технических наук, доцент, доцент кафедры технологии хранения и переработки растениеводческой продукции ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет»
Ведущая организация: ГНУ Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции Россельхозакадемии
Защита состоится 27 февраля 2014 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 27 января 2014 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
канд. техн. наук, доцент В.В. Гончар
1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
1.1 Актуальность работы. Согласно Доктрине продовольственной безопасности РФ на период до 2020 г. охрана здоровья и повышение качества жизни населения являются приоритетными задачами государственной политики России. Недостаток в рационе растительных пищевых волокон может являться одной из причин ухудшения состояния здоровья. Обогащение продуктов питания растительными пищевыми волокнами позволит не только предотвратить ряд заболеваний, связанных с неправильным питанием, но и будет способствовать детоксикации организма.
Сегодня производство безалкогольных напитков является одним из активно развивающихся сегментов рынка. Сокосодержащие напитки пользуются стабильным и постоянно растущим массовым спросом, в связи с чем, являются перспективными объектами для обогащения растительными пищевыми волокнами с целью устранения их дефицита в рационах питания населения РФ.
Обогащение сокосодержащих напитков растительными пищевыми волокнами наиболее рационально осуществлять за счет использования пектиновых экстрактов, получаемых из вторичных продуктов переработки плодов и овощей. Содержание пектина в таких экстрактах составляет от 0,3 % до 0,5 %, в связи чем, проведение исследований, направленных на увеличение содержания в экстрактах пектина и обогащения ими сокосодержащих напитков, является актуальным.
Актуальность данной темы подтверждена финансовой поддержкой Министерства образования и науки РФ, проект № 4.1897.2011 «Разработка инновационной технологии продуктов питания функционального назначения на основе глубокой и комплексной переработки растительного сырья» (№ госрегистрации 01201274289), выполняемый в рамках госзадания и соответствием плану НИР кафедры технологии и организации питания КубГТУ «Совершенствование технологии пищевых продуктов функционального, специализированного назначения и общественного питания (№ госрегистрации 01201152072).
1.2 Цель и задачи исследований. Цель исследований – совершенствование технологии и рецептур сокосодержащих напитков путем их обогащения пектиновыми веществами, получаемыми из вторичных продуктов переработки плодоовощного сырья.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- систематизация, изучение и анализ отечественной и зарубежной научно-технической литературы и патентной информации по теме исследований;
- обоснование выбора растительного сырья – плодов сливы и яблок сортов районированных в Краснодарском крае и Республике Адыгея для получения соков;
- обоснование выбора вторичных продуктов переработки плодоовощного сырья – яблочных выжимок, жома сахарной свеклы и жома клубней топинамбура для получения пектиновых экстрактов;
- исследование возможности увеличения содержания пектиновых веществ в пектиновых экстрактах, получаемых из вторичных продуктов переработки плодоовощного сырья, за счет воздействия электромагнитного поля крайне низкочастотного диапазона (ЭМП КНЧ);
- исследование возможности использования молочной сыворотки в качестве экстрагента пектиновых веществ из вторичных продуктов переработки плодоовощного сырья для получения пектиновых экстрактов;
- оптимизация процесса получения пектиновых экстрактов с целью прогнозирования содержания пектиновых веществ и их связывающей способности по отношению к ионам Pb2+;
- получение сухих пектинов и исследование их основных характеристик, наличия функциональных групп в молекулах методами ИК-спектроскопии;
- совершенствование технологии и рецептур сокосодержащих напитков с использованием пектиновых экстрактов, получаемых из вторичных продуктов переработки плодоовощного сырья;
- исследование показателей качества и безопасности, установление сроков хранения сокосодержащих напитков, полученных по усовершенствованной технологии;
- промышленная апробация усовершенствованной технологии и рецептур сокосодержащих напитков;
- разработка проектов технической документации пектиновых экстрактов и сокосодержащих напитков, полученных по усовершенствованной технологии;
- расчет ожидаемого экономического эффекта от внедрения усовершенствованной технологии.
1.3 Научная новизна. Научная новизна работы заключается в теоретическом обосновании совершенствования технологии получения растительных пищевых волокон и обогащения ими сокосодержащих напитков.
Установлено, что воздействие ЭМП КНЧ позволяет интенсифицировать процесс экстрагирования и увеличить содержание пектиновых веществ в пектиновых экстрактах на 15 – 20 %.
Исследована возможность использования молочной сыворотки в качестве экстрагента пектиновых веществ для получения пектиновых экстрактов.
Получены новые данные, свидетельствующие об увеличении содержания пектиновых веществ в пектиновых экстрактах, получаемых из вторичных продуктов переработки плодоовощного сырья, при воздействии ЭМП КНЧ и использовании молочной сыворотки в качестве экстрагента.
Выявлена возможность использования жома клубней топинамбура, образующегося после экстракции инулина, для получения пектиновых экстрактов.
Количественно оценено влияние технологических параметров гидролиза-экстрагирования пектиновых веществ, позволяющих прогнозировать содержание пектиновых веществ в пектиновых экстрактах и их связывающую способность по отношению к ионам Pb2+.
Впервые с применением метода ИК-спектроскопии получены данные о функциональных группах молекул пектиновых веществ, экстрагированных из вторичных продуктов переработки плодоовощного сырья по усовершенствованной технологии.
Усовершенствована технология и рецептуры сокосодержащих напитков обогащенных растительными пищевыми волокнами – пектиновыми веществами, полученными из вторичных продуктов переработки плодоовощного сырья.
Научная новизна технологических и технических решений подтверждена патентом РФ на изобретение «Способ получения пектина» № 2495051 от 10.10.2013 г. и двумя патентами РФ на полезные модели «Технологическая линия для производства функциональных сокосодержащих напитков из косточковых плодов с добавлением молочной сыворотки» № 84679 от 20.09.2009 г. и «Технологическая линия для получения сухого порошка пектина» № 119342 от 04.05.2012 г
1.4 Практическая значимость. Усовершенствована технология и рецептуры сокосодержащих напитков путем их обогащения растворимыми пищевыми волокнами – пектиновыми веществами, полученными из вторичных продуктов переработки плодоовощного сырья.
Определены показатели безопасности и сроки хранения сокосодержащих напитков, обогащенных растворимыми пищевыми волокнами.
Разработаны проекты технических условий на производство пектиновых экстрактов ТУ 9168-365-02067862-2013 и сокосодержащих напитков ТУ 9168-366-02067862-2013, ТУ 9168-367-02067862-2013 и ТУ 9168-368-02067862-2013.
Проведена производственная апробация усовершенствованной технологии и рецептур, выработаны опытные партии сокосодержащих напитков в условиях ООО «Медведовский завод плодопереработки» (ст. Медведовская, Краснодарский край).
Ожидаемый экономический эффект от внедрения усовершенствованной технологии составляет от 6064 руб. до 6857 руб. на 1 т сокосодержащих напитков, в зависимости от вида сырья.
1.5 Апробация работы. Основные положения диссертационной работы и результаты исследований доложены, обсуждены и одобрены на российских и международных конференциях: IX Международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии» (г. Казань, 2008 г.); Одиннадцатой международной научно-практической конференции «Современные проблемы техники и технологии пищевых производств» (г. Барнаул, 2008 г.); Международной научно-практической конференции «Олимпиада 2014: Технологические и экологические аспекты производства продуктов здорового питания» (г. Краснодар, 2009 г.); XI Международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии» (г. Казань, 2010 г.); 61-я Международной научно-практическая конференции Астраханского государственного технического университета (г. Астрахань, 2011 г.); V Международной научно-практическая конференции «Инновационные направления в пищевых технологиях» (г. Пятигорск, 2012 г.); VIII Международной научной конференции «Техника и технология пищевых производств» (г. Могилев, 2012 г.); XI Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в пищевой промышленности» (г. Минск, 2012 г.); I Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в пищевой и перерабатывающей промышленности» (г. Краснодар, 2012 г.); VI Международной научно-практической конференции «Наука, образование и инновации для АПК: состояние и перспективы» (г. Майкоп, 2012 г.).
Научные разработки отмечены бронзовой медалью XVI Московского международного Салона изобретений и инновационных технологий «Архимед-2013», Дипломом II степени Министерства образования и науки Краснодарского края по итогам краевого конкурса «Лучшая научная и творческая работа преподавателей, аспирантов, соискателей, студентов высших учебных заведений Краснодарского края за 2012 год», Дипломом Министерства образования и науки РФ по итогам «Открытого конкурса на лучшую работу студентов по естественным, техническим и гуманитарным наукам в вузах Российской Федерации» (2010 г.).
1.6 Публикации. По материалам исследований опубликовано 20 научных работ, в том числе три статьи в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ, получены: патент РФ на изобретение, два патента РФ на полезные модели и свидетельство о государственной регистрации базы данных.
1.7 Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора отечественной и зарубежной научно-технической литературы и патентной информации, методической части, экспериментальной части, технологической части, выводов, списка использованных литературных источников. Основная часть работы изложена на 116 страницах компьютерного текста, включает 17 таблиц и 23 рисунка. Список литературных источников включает 199 наименований, в том числе 21 – зарубежных авторов.
2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
2.1 Объекты исследований. В качестве объектов исследований использовали плодовое и овощное сырье, возделываемое в Краснодарском крае и Республике Адыгея: яблоки сортов Голден Делишес, Ренет Симиренко; сливу сортов Болховчанка, Волжская ранняя, Золотистая ранняя, Стартовая; свеклу сахарную сорта Первомайская; клубни топинамбура сортов Егерский, Скороспелка, Интерес; вторичное сырье плодоовощного производства: яблочные выжимки, жом сахарной свеклы, жом клубней топинамбура; молочную сыворотку по ГОСТ 53438-2009; кислоту лимонную по ГОСТ 908-2004; сахар-песок по ГОСТ 21-94; пектиновые экстракты; сухой пектин; сокосодержащие напитки, обогащенные растительными пищевыми волокнами.
2.2 Методы исследований. В работе использовали как общепринятые, так и специальные методы исследований исходного сырья и готовой продукции. Массовую долю сухих веществ определяли по общепринятой методике. Активную кислотность (рН) определяли на приборе «HANNA Instruments HI2210, HI2211». Содержание пектиновых веществ определяли Са-пектатным методом. Влажность определяли с помощью анализатора влажности «Элвиз-2C». Связывающую способность пектиновых веществ определяли титриметрически. Качественные и количественные характеристики пектиновых веществ определяли методами, описанными В.В. Арасимович. Изучение содержания функциональных групп молекул пектина проводили методом ИК-спектроскопии на приборе «PerkinElmer FT-IR». Органолептические показатели пектина определяли по ГОСТ 29186-91, сокосодержащих напитков – дегустационной оценкой.
Воздействие ЭМП КНЧ на исследуемые объекты осуществляли с помощью установки, разработанной на кафедре радиофизики и радиоэлектроники «КубГУ», состоящей из генератора электромагнитных колебаний, частометра, емкости для загрузки образцов, излучателя, осциллографа, экранированной камеры.
Статистическую достоверность результатов исследований оценивали по известным методикам с использованием пакетов прикладных программ Statistica 8.0 и MathCad 14.0. Структурная схема исследований представлена на рисунке 1.
3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
3.1 Обоснование выбора растительного сырья – плодов сливы и яблок сортов районированных в Краснодарском крае и Республике Адыгея для получения соков. Для обоснования выбора растительного сырья для получения соков и их использования в производстве сокосодержащих напитков был исследован химический состав и выход сока плодов сливы и яблок сортов районированных в Краснодарском крае и Республике Адыгея. Определение химического состава исследуемых сортов плодов сливы и яблок проводили по следующим показателям: массовая доля сухих веществ, массовая доля пектиновых веществ и сахаров, титруемая кислотность, содержание витамина С.
В таблице 1 приведены средние данные по изучению химического состава плодов сливы и яблок за 2011-2013 годы наблюдений.
Установлен наибольший выход сока, а также высокое содержание пектиновых веществ для яблок сорта Ренет Симиренко и Голден Делишес, плодов сливы сортов Волховчанка и Волжская ранняя, в связи с чем, целесообразно использовать данные сорта для получения соков – рецептурных компонентов сокосодержащих напитков.
Рисунок 1 – Структурная схема исследований
Таблица 1 – Химический состав плодов сливы и яблок исследуемых сортов
| Наименование сырья, сорт | Показатели | ||||
| сухие вещества, % | пектиновые вещества, % | общие сахара, % | титруемая кислотность % | витамин С, мг% | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 |
| Яблоки | |||||
| Голден делишес | 15,06 | 0,65 | 11,64 | 0,40 | 7,36 |
| Память есаулу | 16,78 | 0,61 | 10,57 | 0,51 | 7,83 |
| Ренет Симиренко | 16,14 | 0,70 | 10,32 | 0,60 | 8,00 |
| Айдаред | 15,45 | 0,63 | 11,05 | 0,50 | 7,42 |
| Плоды сливы | |||||
| Волховчанка | 12,80 | 0,90 | 7,40 | 1,83 | 5,71 |
| Золотистая ранняя | 16,00 | 1,00 | 9,70 | 1,70 | 6,14 |
| Волжская ранняя | 13,90 | 1,12 | 9,50 | 1,63 | 5,53 |
| Стартовая | 16,23 | 0,80 | 8,52 | 2,45 | 6,32 |
3.2 Исследование содержания пектиновых веществ во вторичных продуктах переработки плодоовощного сырья. Поскольку для получения пищевых волокон традиционно используют вторичные продукты переработки плодов и овощей, следующим этапом исследований являлось определение содержания пектиновых веществ в яблочных выжимках, жоме сахарной свеклы и жоме клубней топинамбура (рисунок 2). Яблочные выжимки были получены после извлечения сока из яблок исследуемых сортов, жом сахарной свеклы после извлечения сахарозы, жом клубней топинамбура после экстракции инулина.
Как видно из данных рисунка 2, вторичные продукты содержат достаточное количество пектиновых веществ, что позволяет использовать их в качестве сырья для получения пектиновых экстрактов и расширения ассортимента сокосодержащих напитков.
3.3 Исследование воздействия ЭМП КНЧ на содержание пектиновых веществ в пектиновых экстрактах. С целью установления возможности увеличения содержания пектиновых веществ в пектиновых экстрактах, исследовали воздействие ЭМП КНЧ на вторичные продукты переработки плодоовощного сырья (рисунок 3).
Яблочные выжимки, жом сахарной свеклы и жом клубней топинамбура заливали гидролизующей средой – раствором лимонной кислоты с рН 2 и помещали в установку, где подвергали воздействию ЭМП КНЧ (в=0,9 мТл) в диапазоне частот от 6 до 29 Гц в течение 60 минут – для яблочных выжимок, 120 минут – для жома сахарной свеклы, 90 – минут для жома клубней топинамбура.
Анализ полученных данных показывает, что воздействие ЭМП КНЧ позволяет увеличить содержание пектиновых веществ в экстрактах на 15 – 20 %. Установлены оптимальные режимы обработки ЭМП КНЧ образцов, содержащих яблочные выжимки – =25 Гц, время воздействия 40 минут; жом сахарной свеклы –=29 Гц, 90 минут; жом клубней топинамбура – =29 Гц, 60 минут.
3.4 Исследование возможности использования молочной сыворотки в качестве экстрагента пектиновых веществ из вторичного сырья плодоовощного производства для получения пектиновых экстрактов. Применение молочной сыворотки в качестве экстрагента при выделении пектиновых веществ является перспективным направлением производства сокосодержащих напитков. В связи с этим, следующим этапом исследований являлось исследование содержания пектиновых веществ в пектиновых экстрактах при экстрагировании вторичных продуктов переработки плодоовощного сырья молочной сывороткой по сравнению с контролем – водой (рисунок 4).
Методика выявления данной зависимости состоит в следующем. Выжимки и жом заливали раствором лимонной кислоты (вода + ЛК), раствором молочной сыворотки и лимонной кислоты (сыворотка + ЛК) и раствором (вода+сыворотка+ЛК) при рН 3. Процесс гидролиза-экстрагирования проводили при температуре 90 С в течение 90 минут. Содержание пектиновых веществ определяли через каждые 10 минут, контролируя его выход.
Полученные данные свидетельствуют об увеличении содержания пектиновых веществ, при использовании сыворотки в качестве экстрагента, на 29 % для яблочных выжимок, 28 % – свекловичного жома, 34 % – жома клубней топинамбура. Это объясняется образованием комплексов белков сыворотки с пектинами, что способствует экстрагированию пектиновых веществ в большей степени. Кроме того, молочная кислота является слабокислой (степень диссоциации 3,7 %), что позволяет проводить более избирательный гидролиз и создавать щадящие условия для метоксильных и карбоксильных групп молекул пектина.
3.5 Оптимизация процесса получения пектиновых экстрактов c целью прогнозирования содержания пектиновых веществ и их связывающей способности по отношению к ионам Pb2+. Для оптимизации параметров экстрагирования пектиновых веществ разработана математическая модель четырехфакторного эксперимента. С учетом полученных ранее результатов варьировали факторы, оказывающие наибольшее влияние при гидролизе-экстрагировании пектиновых веществ на содержание пектина (У1, %) и его связывающую способность по отношению к ионам Pb2+ (У2,%): Х1 – температура (от 70 С до 90 С); Х2 – рН среды (от 2 до 4); Х3 – продолжительность гидролиза-экстрагирования (от 0 до 120 минут); X4 - продолжительность обработки гидролизуемой смеси ЭМП КНЧ (от 0 до 60 минут). Гидролизуемую смесь получали добавлением к исследуемому сырью смеси лимонной кислоты и молочной сыворотки при гидромодуле 1:6. После проведения регрессионно-корреляционного анализа экспериментальных данных, получены уравнения регрессии (R=0,98), адекватно описывающие изменения основных показателей У1 и У2. Графически полученные частные зависимости представлены на рисунках 5 и 6. Установлено, что совместное использование ЭМП КНЧ и молочной сыворотки при гидролизе-экстрагировании обуславливает увеличение выхода и связывающей способности пектиновых веществ. Определены (с помощью программы MathCad 14.0) оптимальные режимы процесса гидролиза-экстрагирования (таблица 2), которые могут быть использованы при производстве сокосодержащих напитков обогащенных пектиновыми веществами.
 |
Таблица 2 – Оптимальные режимы процесса гидролиза-экстрагирования пектиновых
веществ из вторичных продуктов переработки плодоовощного сырья
| Объект исследования | Параметры процесса гидролиза-экстрагирования | Выход пектиновых веществ из вторичного плодоовощного сырья, % | Связывающая способность пектиновых веществ по отношению к ионам Pb2+, % | |||
| Температура, С | рН среды | Продолжительность гидролиза-экстрагирования, минут | Продолжительность обработки ЭМП КНЧ, минут | |||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| Яблочные выжимки | 70–75 | 2,5–3,0 | 30–40 | 20–30 | 0,65–0,80 | 90–92 |
| Жом сахарной свеклы | 75–80 | 2,0–2,5 | 60–80 | 40–60 | 0,88–1,00 | 92–94 |
| Жом клубней топинамбура | 70–75 | 2,5–3,0 | 40–60 | 35–50 | 0,75–0,90 | 90–92 |
3.6 Исследование основных характеристик сухих образцов пектиновых веществ. Следующим этапом исследований являлось изучение состава, структуры и наличия функциональных групп – свободных и замещенных карбоксильных групп, которые во многом определяют свойства полученных образцов пектиновых веществ. С этой целью из пектиновых экстрактов методом спиртового осаждения и высушивания получены образцы пектина.
Так как жом клубней топинамбура является нетрадиционным сырьем для получения пектиновых веществ, образцы пектина, полученные из него в лабораторных условиях, анализировали методом инфракрасной (ИК) спектроскопии. Результаты исследований представлены на рисунке 7.
1 – сорт Егерский 2 – сорт Скороспелка 3 – сорт Интерес
Рисунок 7 –ИК-спектры пектиновых веществ, полученных из жома клубней
топинамбура при воздействии ЭМП КНЧ и использовании молочной
сыворотки в качестве экстрагента
ИК-спектроскопия образцов пектина показала, что данные спектры содержат характерные для пектиновых веществ полосы поглощения. В области 3500-3000 см-1 наблюдаются полосы поглощения, обусловленные валентными колебаниями гидроксильных групп, в области 2920 см-1 – полоса, соответствующая колебаниям метоксильных групп, область 1740-1700 см-1 характерна для свободных карбоксильных групп, а полосы поглощения при 1650-1550 см-1 – для ионизированных карбоксильных групп. Полосы колебаний эфирных связей при 1236-1200 см-1 могут свидетельствовать о наличии в образцах ацетильных групп, а в области 1200-1000 см-1 – связей пиранозных циклов.
Результаты исследований основных характеристик образцов пектиновых веществ, полученных по оптимальным режимам гидролиза-экстрагирования при воздействии ЭМП КНЧ и использовании молочной сыворотки в качестве экстрагента с применением методов титриметрического анализа представлены в таблице 3.
Таблица 3 – Основные характеристики пектиновых веществ, полученных из
вторичных продуктов переработки плодоовощного сырья, при воз-
действии ЭМП КНЧ и использовании молочной сыворотки в каче-
стве экстрагента
| Показатель | Образцы пектина из вторичного сырья | |||||
| выжимки яблок | жом сахарной свеклы | жом клубней топинамбура | ||||
| сорта | ||||||
| Голден Делишес | Ренет Симиренко | Первомайская | Егерский | Скороспелка | Интерес | |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 |
| Содержание свободных карбоксильных групп, % | 3,80 | 3,74 | 8,55 | 7,50 | 7,87 | 8,10 |
| Содержание метоксилированных карбоксильных групп, % | 14,78 | 14,64 | 6,29 | 11,03 | 11,03 | 11,13 |
| Содержание метоксильных групп, % | 10,18 | 10,08 | 4,33 | 7,54 | 7,56 | 7,67 |
| Степень этерифи-кации, % | 79,55 | 79,67 | 45,01 | 59,35 | 58,18 | 58,57 |
| Содержание пектина в промытом образце, % | 78,84 | 78,71 | 76,32 | 76,40 | 76,30 | 77,91 |
| Молекулярная масса | 32200 | 33600 | 25400 | 27000 | 27200 | 27100 |
Таким образом, подтверждено, что полученные пектиновые экстракты содержат в своем составе пектиновые вещества и могут быть использованы в качестве рецептурного компонента для обогащения сокосодержащих напитков.
3.7 Совершенствование технологии и рецептур сокосодержащих напитков с использованием растительных пищевых волокон. На основании проведенных исследований оптимизированы параметры получения пектиновых экстрактов из вторичных продуктов переработки плодоовощного сырья. Пектиновые экстракты характеризуются высокой связывающей способностью по отношению к ионам Pb2+ и являются ценным компонентом для производства сокосодержащих напитков.
Физико-химические показатели полученных пектиновых экстрактов приведены в таблице 4.
Следующим этапом исследований явилось моделирование рецептур и химического состава сокосодержащих напитков с использованием пектиновых экстрактов (рисунок 8).
Таблица 4 – Физико-химические показатели пектиновых экстрактов, получен-
ных из вторичных продуктов переработки плодоовощного сырья
| Наименование показателя | Характеристика экстрактов | ||
| из яблочных выжимок | из жома сахар-ной свеклы | из жома клубней топинамбура | |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| Содержание белков, % | 0,84 | 0,79 | 0,86 |
| Общая кислотность, % | 0,47 | 0,51 | 0,48 |
| Активная кислотность (рН) | 3,0 | 3,1 | 3,0 |
| Массовая доля пектиновых веществ, % | 0,65 | 0,88 | 0,75 |
| Массовая доля сухих веществ, % | 11 | 14 | 12 |
При моделировании руководствовались средней суточной потребностью организма человека в таких физиологически функциональных ингредиентах, как органические кислоты, пектиновые вещества, витамин С, витамин РР, -каротин, а также минеральных элементах – натрий, калий, кальций и магний.
На основании органолептических характеристик и расчетов при моделировании была установлена оптимальная доля фруктовых соков и пектиновых экстрактов в рецептурах сокосодержащих напитков: 60 % сока, 40 % – пектинового экстракта. На основании этого были усовершенствованы рецептуры сокосодержащих напитков с использованием пектиновых экстрактов, полученных из вторичных продуктов переработки плодоовощного сырья (таблица 5).
Таблица 5 – Рецептуры сокосодержащих напитков с использованием пектиновых
экстрактов, полученных из вторичных продуктов переработки плодо-
овощного сырья
| Наименование компонента рецептуры | Рецептура, кг на 1000 кг готового продукта | Норма расхода сырья, кг на 1000 кг готового продукта |
| 1 | 2 | 3 |
| «Сливовый обогащенный» | ||
| Слива свежая, | - | 873,6 |
| в том числе сок сливовый | 560 | - |
| Пектиновый экстракт из жома сахарной свеклы | 380 | 391,75 |
| Сахар-песок | 60 | 61,22 |
| «Яблочный обогащенный» | ||
| Яблоки свежие, | - | 860,0 |
| в том числе сок яблочный | 550 | - |
| Пектиновый экстракт из яблочных выжимок | 370 | 381,1 |
| Сахар-песок | 80 | 82,4 |
| «Топ-Яблоко» | ||
| Яблоки свежие, | - | 904,0 |
| в том числе сок яблочный | 580 | - |
| Пектиновый экстракт из жома клубней топинамбура | 370 | 381,1 |
| Сахар-песок | 50 | 51,5 |
На основании проведенных исследований была усовершенствована технологическая схема производства сокосодержащего напитка «Яблочный обогащенный» с использованием растительных пищевых волокон (рисунок 9). Согласно разработанной схеме плодовое сырье поступает в бункер, а затем по шнековому транспортеру в дробилку для измельчения. Измельченное сырье подогревается и направляется в гидравлический пресс для извлечения сока. На данной стадии технологического процесса происходит сбор выделенного сока и вторичных продуктов переработки яблок – выжимок. Собранные выжимки поступают в экстрактор, где подвергаются воздействию ЭМП КНЧ и гидролизу-экстрагированию молочной сывороткой с добавлением лимонной кислоты, с целью получения пектинового экстракта. Пектиновый экстракт направляют в пак-пресс для отделения его от выжимок, фильтр-пресс для фильтрации экстракта, а затем в смеситель, где происходит смешивание экстракта, сока и сахара.
Физико-химические показатели сокосодержащих напитков приведены в таблице 6.
Таблица 6 – Физико-химические показатели сокосодержащих напитков
с использованием пектиновых экстрактов
| Наименование показателя | Характеристика напитка | ||
| «Сливовый обогащенный» | «Яблочный обогащенный» | «Топ-Яблоко» | |
| 1 | 2 | 3 | 4 |
| Массовая доля сухих веществ, % | 14,0 | 14,0 | 12,0 |
| Титруемая кислотность (в пересчете на яблочную кислоту), % | 1,2 | 1,3 | 1,2 |
| Активная кислотность (рН) | 3,1 | 3,0 | 3,0 |
| Массовая доля пектиновых веществ, % | 0,6 | 0,55 | 0,58 |
| Содержание углеводов, % | 16 | 11,0 | 12,0 |
| Массовая доля осадка, % не более | 0,9 | 0,5 | 0,5 |
Следует отметить, что физико-химические показатели сокосодержащих напитков оставались стабильными при хранении в течение 12 месяцев.
Определены пищевая ценность и удовлетворение суточной физиологической потребности человека в функциональных пищевых ингредиентах при потреблении 200 г сокосодержащих напитков (таблица 7).
Усовершенствованная технология и рецептуры сокосодержащих напитков прошли промышленную апробацию в условиях ООО «Медведовский завод плодопереработки» (ст. Медведовская, Краснодарский край).
1 – бункер для сырья, 2 – шнековый транспортер, 3 –дробилка, 4 – гидравлический пресс, 5 – сборник сока, 6 – сборник отходов, 7 – экстракционный аппарат, оборудованный генератором и излучателем электромагнитных колебаний, 8 – танк для хранения молочной сыворотки, 9 – пак-пресс, 10 – фильтр-пресс, 11 – смеситель
Рисунок 9 – Технологическая схема производства сокосодержащего напитка «Яблочный обогащенный»
с использованием пектинового экстракта, полученного из вторичных продуктов переработки яблок
Таблица 7 – Пищевая ценность сокосодержащих напитков, полученных из
вторичных продуктов переработки плодоовощного сырья, и удов-
летворение суточной потребности человека в функциональных
пищевых ингредиентах
| Наименование ингредиентов | Адекватный уровень потребления по МР 2.3.1. 19150-04 | «Сливовый обогащенный» | «Яблочный обогащенный» | «Топ-Яблоко» | |||
| содержание | удовлетворение суточной потребности, % | содержание | удовлетворение суточной потребности, % | содержание | удовлетворение суточной потребности, % | ||
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 |
| Пектиновые вещества, г | 2,00 | 1,20 | 60,0 | 1,05 | 52,50 | 1,15 | 57,50 |
| Органические кислоты, г | 1,50 | 0,70 | 46,67 | 0,70 | 46,67 | 0,80 | 53,33 |
| Витамин С, мг | 70,00 | 1,70 | 2,43 | 2,10 | 3,00 | 2,10 | 3,00 |
| Витамин РР, мг | 20,00 | 0,39 | 1,95 | 0,39 | 1,95 | 0,40 | 2,00 |
| -каротин | 5,00 | 0,15 | 3,00 | 0,15 | 3,00 | 0,11 | 2,20 |
| Натрий, мг | 1300 | 35,30 | 2,72 | 42,60 | 3,28 | 32,6 | 2,51 |
| Калий, мг | 2500 | 230,00 | 9,2 | 194,00 | 7,76 | 184,00 | 7,36 |
| Кальций, мг | 1250 | 51,00 | 4,08 | 49,00 | 3,92 | 45,00 | 3,60 |
| Магний, мг | 400 | 16,00 | 4,00 | 14,00 | 3,50 | 15,00 | 3,75 |
Разработаны и утверждены проекты технических условий на пектиновые экстракты и сокосодержащие напитки. Ожидаемый экономический эффект на 1 т напитка «Сливовый обогащенный» составит 6857 руб., «Яблочный обогащенный» - 6064 руб., напитка «ТопЯблоко» - 6280 руб.
ВЫВОДЫ
1. Исследован химический состав и выход сока из плодов сливы и яблок сортов районированных в Краснодарском крае и Республике Адыгея. Установлен наибольший выход сока, а также высокое содержание пектиновых веществ для яблок сорта Ренет Симиренко и Голден Делишес, плодов сливы сортов Болховчанка и Волжская ранняя, в связи с чем, целесообразно использовать данные сорта для получения соков.
2. Определено содержание пектиновых веществ во вторичных продуктах переработки плодоовощного сырья (на с.в.): яблочные выжимки – 0,86 %, жом сахарной свеклы – 1,95 %, жом клубней топинамбура – 1,57 %. Обоснована перспективность использования вторичных продуктов переработки плодоовощного сырья для получения пектиновых экстрактов.
3. Исследована целесообразность использования ЭМП КНЧ в технологии получения пектиновых экстрактов. Установлено увеличение содержания пектиновых веществ в пектиновых экстрактах на 15 – 20 %.
4. Исследована возможность использования молочной сыворотки в качестве экстрагента пектиновых веществ из вторичных продуктов переработки плодоовощного сырья с целью получения пектиновых экстрактов. Установлено, что использование молочной сыворотки в качестве экстрагента позволит увеличить содержание пектиновых веществ в пектиновых экстрактах в среднем на 20 – 25 %.
5. Впервые получены данные, свидетельствующие об увеличении содержания пектиновых веществ в пектиновых экстрактах при воздействии ЭМП КНЧ и использовании молочной сыворотки в качестве экстрагента. Количественно оценено влияние технологических параметров гидролиза-экстрагирования пектиновых веществ, позволяющих прогнозировать содержание пектиновых веществ в пектиновых экстрактах и их связывающую способность по отношению к ионам Pb2+.
6. Получены образцы сухого пектина, исследованы основные характеристики, структурные особенности и наличие функциональных групп в молекулах пектиновых веществ, полученных при воздействии ЭМП КНЧ и использовании молочной сыворотки в качестве экстрагента. Показано, что ИК-спектры исследуемых образцов содержат характерные для пектиновых веществ полосы поглощения.
7. Усовершенствована технология и рецептуры сокосодержащих напитков с использованием растительных пищевых волокон: «Сливовый обогащенный», «Яблочный обогащенный» и «Топ-Яблоко» и проведена их апробация в промышленных условиях. Разработаны и утверждены проекты технических условий на производство пектиновых экстрактов «Экстракт пектиновый с использованием молочной сыворотки» – ТУ 9168-365-02067862-2013 и сокосодержащих напитков «Яблочный обогащенный» – ТУ 9168-366-02067862-2013, «Топ-Яблоко» – ТУ 9168-367-02067862-2013, «Сливовый обогащенный» – ТУ 9168-368-02067862-2013.
8. Исследованы показатели качества и безопасности сокосодержащих напитков с использованием пектиновых экстрактов, полученных из вторичных продуктов переработки плодоовощного сырья, установлены сроки хранения сокосодержащих напитков – 12 месяцев.
9. Ожидаемый экономический эффект от внедрения усовершенствованной технологии сокосодержащих напитков составит на 1 т от 6064 до 6857 рублей в зависимости от вида сырья.
Список публикаций по теме диссертации
1 Третьякова, Н.Р. Совершенствование технологии сливового сока функционального назначения [Текст] / Е.В. Барашкина, Н.Р. Третьякова // Сб. тез. докл. IX Межд. конф. молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии». – Казань: Изд-во «Отечество», 2008. – С. 273.
2. Третьякова, Н.Р. Применение молочной сыворотки в технологии пектиновых экстрактов [Текст] / Н.Р. Третьякова, Е.В. Барашкина, Е.В. Стрельникова // Матер. Одиннадцатой междунар. науч.-практич. конф. «Современные проблемы техники и технологии пищевых производств». – Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2008. – С.286-288.
3. Третьякова, Н.Р. Совершенствование технологии получения пектиновых экстрактов [Текст] / Н.Р. Третьякова, Л.В. Голяева, Е.В. Барашкина // Матер. Междунар. науч.-практич. конф. «Олимпиада 2014:Технологические и экологические аспекты производства продуктов здорового питания». – Краснодар: КНИИХП, КубГТУ, 2009. – С. 304-306.
4. Третьякова, Н.Р. Изучение влияния электромагнитного поля крайне низкочастотного диапазона на выход пектиновых веществ [Текст] / А.Г. Тетенева, Н.Р. Третьякова, Е.В. Барашкина, Л.Н. Седенко // Сб. тез. докл. XI Междунар. конф. молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии», Часть 2. – Казань: Изд-во «Отечество», 2010. – С. 144.
5. Третьякова, Н.Р. Разработка технологии напитков функционального назначения [Текст] / Н.Р. Третьякова, Е.В. Барашкина // Сб. студ. науч. работ, отмеченных наградами на конкурсах, Выпуск 11, Часть 1. – Краснодар: КубГТУ, 2010. – С. 22-23.
6. Третьякова, Н.Р. Разработка технологии фруктовых напитков функционального назначения [Текст] // Тез. докл. 61-ой Междунар. науч.-практич. конф. Астрахан. государ. техн. ун-та. – Астрахань: Изд-во АГТУ, 2011. – С. 503-506.
7. Третьякова, Н.Р Оптимизация технологических условий выделения пектина из растительного сырья [Текст] / Н.Р. Третьякова, А.Г. Тетенева, Г.М. Зайко, Е.В. Барашкина // Изв. вузов. Пищевая технология, № 2-3. – Краснодар, 2011. – С. 49-51.
8. Третьякова, Н.Р. Применение электромагнитной обработки растительного сырья в технологии выделения пектина [Текст] / Н.Р. Третьякова, А.Г. Тетенева, Е.В. Барашкина, Г.М. Зайко // Новые технологии, № 3. – Майкоп, 2011. – С. 63-67.
9. Третьякова, Н.Р. Использование молочной сыворотки в технологии получения физиологически функциональных ингредиентов [Текст] / Н.Р. Третьякова, Е.В., Барашкина, Е.С. Франченко // Изв. вузов. Пищевая технология, № 2-3. – Краснодар, 2012. – С. 123-124.
10. Третьякова, Н.Р. Получение пектиновых веществ из плодового сырья с применением электромагнитного воздействия [Текст] / Н.Р. Третьякова, Е.В. Барашкина, Ю.В. Заремба, А.А. Макеенко // Матер. V междунар. науч.-практич. конф. «Инновационные направления в пищевых технологиях». – Пятигорск: РИА-КМВ, 2012. – С. 329-332.
11. Третьякова, Н.Р. Применение электромагнитного воздействия в технологии получения пектиновых экстрактов [Текст] / Н.Р. Третьякова, Е.В. Барашкина // Тез. докл. VIII Междунар. науч. конф. студентов и аспирантов «Техника и технология пищевых производств», Часть 1. – Могилев, 2012. – С. 88.
12. Третьякова, Н.Р. Обоснование глубокой переработки клубней топинамбура с целью получения пищевых волокон [Текст] / Е.В Барашкина, Н.Р. Третьякова, И.А. Роговенко // Матер. XI Междунар. науч.-практич. конф. «Инновационные технологии в пищевой промышленности». – Минск: РУП «Научно-практический центр Национальной академии наук Беларуси по продовольствию», 2012. – С. 138-140.
13. Третьякова, Н.Р. Теоретические основы технологии получения и применения физиологически функциональных ингредиентов из топинамбура [Текст] / Н.Р. Третьякова, Е.В. Барашкина; Ред журн. «Изв. вузов. Пищ. технолог.» - Краснодар, 2012. – 34 с.: ил. – Библиогр. 67 назв. – Рус. – Деп. в ВИНИТИ.
14. Третьякова, Н.Р. Технологическая линия для производства сухого порошка пектина [Текст] / Е.В Барашкина, Н.Р. Третьякова, И.А. Роговенко // Сб. матер. I междунар. науч.-практич. конф. «Инновационные технологии в пищевой и перерабатывающей промышленности». – Краснодар: КубГТУ, 2012. – С. 410-412.
15. Третьякова, Н.Р. Обоснование переработки вторичных сырьевых ресурсов с целью получения пищевых волокон [Текст] / Е.В Барашкина, Н.Р. Третьякова, И.А. Роговенко // Сб. матер.в I междунар. науч.-практич. конф. «Инновационные технологии в пищевой и перерабатывающей промышленности». – Краснодар: КубГТУ, 2012. – С. 303-305.
16. Третьякова, Н.Р. Совершенствование технологии получения пищевых волокон из клубней топинамбура [Текст] / Е.В Барашкина, М.Ю. Тамова, Н.Р. Третьякова // Матер. IV междунар. науч.-практич. конф. «Наука, образование и инновации для АПК: состояние и перспективы. – Майкоп: «Графика», 2012. – С. 57-59.
17. Патент на изобретение РФ № 2495051 от 10.10.2013 г. МПК С08В37/06 Способ получения пектина [Текст] / Е.В. Барашкина, Н.Р. Третьякова, А.Г. Тетенева, А.В. Рудько, Н.Г. Саркисян.
18. Патент на полезную модель РФ № 84679 от 20.07.2009 г. МПК А23L2/02. Технологическая линия для производства функциональных сокосодержащих напитков из косточковых плодов с добавлением молочной сыворотки [Текст] / Е.В. Барашкина, Д.А. Барашкин, Н.А. Северина, Е.В. Стрельникова, А.В. Батогов, Н.Р. Третьякова.
19. Патент на полезную модель РФ № 119342 от 04.05.2012 г. МПК С08В37/00, А23L1/00. Технологическая линия для получения сухого порошка пектина [Текст] / Е.В. Барашкина, Н.Р. Третьякова, А.Г. Тетенева, А.В. Рудько, Н.Г. Саркисян.
20. Свидетельство о государственной регистрации базы данных № 2012620939 от 20.08.2012 г. База данных по терминологии пищевых волокон / Е.В. Барашкина, Н.Р. Третьякова, А.Г. Тетенева.
