Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Литературный обзор 8
1.1. Современное состояние и перспективы создания кондитерских изделий лечебного и функционального назначения 8
1.2. Состояние проблемы увеличения сроков годности кондитерских изделий. Использование антиоксидантов 21
1.3. Лекарственные растения - носители функциональных ингредиентов 29
1.4. Существующие способы получения полуфабрикатов лекарственных растений ...34
1.5. Анализ обзора литературы 42 CLASS
ГЛАВА 2. Объекты и методы исследования 44 CLASS
2.1. Сырье и его характеристика 44
2.2. Методы определения физико-химических показателей сырья 44
2.3. Методы определения красящих веществ в полуфабрикатах лекарственных растений 46
2.4. Методы определения витаминов-антиоксидантов 47
2.5. Методика определения эффективности действия полуфабрикатов лекарственных растений в качестве антиокислителей 48
2.6. Методы исследования структурно-механических свойств пралиновых и помадных конфетных масс 51
2.7. Экспериментальные установки 52
2.7.1. Установка для получения паст лекарственных растений . 52
з 2.7,2. Установка для приготовления и исследования конфетных масс 54
ГЛАВА 3. Разработка технологии паст лекарственных растений 58
3.1. Выбор оборудования и способа получения паст лекарственных растений 58
3.2. Исследование процесса экстрагирования биологически активных веществ (БАВ) при получении паст из лекарственной травы крапивы 62
3.3. Оптимизация процесса получения крапивных паст 71
3.4. Особенности получения паст шиповника 74
3.5. Предлагаемая технологическая и структурная схема получения паст лекарственных растений .78
ГЛАВА 4. Исследование влияния компонентов лекарственных растений на прогоркание жиров 82
4.1. Характеристика некоторых жиров, используемых в кондитерской промышленности 82
4.2. Исследование влияния различных полуфабрикатов шиповника на скорость окисления кондитерских жиров 86
4.3. Оптимизация антиокислительной композиции из полуфабрикатов шиповника 93
4.4. Расчет сроков годности жиров с полуфабрикатом шиповника 96
ГЛАВА 5. Изучение кондитерских изделий с применением полуфабрикатов шиповника 102
5.1. Исследование реологических характеристик пралиновых масс с использованием полуфабрикатов шиповника 102
5.2. Влияние полуфабрикатов шиповника и различных видов упаковки на скорость окисления жиров в кондитерских изделиях 112
5.3. Состав кондитерских изделий с полуфабрикатом шиповника 118
5.4. Использование паст шиповника в производстве помадных конфет «холодным способом... 122
ГЛАВА 6. Разработка биологически активной добавки (бад) для кондитерских изделий на основе комнозиции полуфабрикатов лекарственных растений ...126
6.1. Научное обоснование выбора полуфабрикатов лекарственных растений для получения (БАД).. 126
6.2. Оптимизация состава БАД для кондитерских изделий на основе композиции лекарственных растений 129
Выводы 136
Список использованных источников 138
Приложения 149
- Состояние проблемы увеличения сроков годности кондитерских изделий. Использование антиоксидантов
- Исследование процесса экстрагирования биологически активных веществ (БАВ) при получении паст из лекарственной травы крапивы
- Исследование влияния различных полуфабрикатов шиповника на скорость окисления кондитерских жиров
- Влияние полуфабрикатов шиповника и различных видов упаковки на скорость окисления жиров в кондитерских изделиях
Состояние проблемы увеличения сроков годности кондитерских изделий. Использование антиоксидантов
Одним из существенных показателей качества кондитерских изделий, определяющих их конкурентоспособность на мировом и отечественном рынке, является срок хранения. Сроки хранения (годности) многих вырабатываемых в России кондитерских изделий необоснованно малы и определяются органолентически, т. е. посредством сенсорной оценки членами дегустационной комиссии.
Кондитерские изделия в зависимости от влажности и содержания жира могут быть подвержены микробиологической, окислительной порче и черствению. Развитие всех этих видов порчи можно замедлить или предотвратить.
Решение проблемы увеличения сроков годности пищевых продуктов требует комплексного подхода. Оно включает строгое соблюдение технологической дисциплины, применение качественной упаковки, новых технологических приемов производства, использование особых пищевых добавок.
В настоящее время при оценке качества и сроков годности изделий одним из определяющих физико-химических показателей является их влажность. Данный показатель свидетельствует о количественном содержании воды в изделии. Однако, скорость изменения микробиологических и ряда физико-химических показателей качества изделий в процессе длительного хранения зависит не только от количественного содержания влаги, но и от ее состояния - доступности для развития микроорганизмов, протекания окислительных, ферментативных и других процессов. Степень этого состояния воды оценивается по показателю "активности воды" a w.
По значению активности воды все кондитерские изделия разделяются натри группы:
1) изделия с низкой влажностью менее 10-13% (aw не более 0,6): шоколад, конфеты с пралиновыми начинками, печенье, вафли и т. д.;
2) изделия с промежуточной влажностью 13-35% (aw от 0,6 до 0,9): пряники, кексы, коврижки, торты и пирожные, конфеты со сбивными, желейными, желейно-фруктовыми корпусами и т.д.;
3) изделия с высокой влажностью более 35% (aw более 0,9): отдельные группы бисквитов и бисквитных тортов.
При увеличении сроков хранения изделий со средней и высокой активностью воды используют консерванты. Наиболее эффективные из них в отношении микроорганизмов - сорбиновая, бензойная кислоты и их соли.
Замедлить черствение можно с помощью влагоудерживающих компонентов. Благодаря своей гигроскопичности влагоудерживающий агент связывает имеющуюся в свежеприготовленном продукте воду, тем самым предотвращает или существенно замедляет ее испарение в атмосферу и снижает активность воды. Вследствие этого сохраняется консистенция исходного продукта и продлевается его свежесть. Важнейшими влагоудержи-вающими агентами являются глицерин, сорбит, гидроколлоиды, например: агар, пектины, особенно низкометилированные; овощные порошки, растительные белковые концентраты [69].
Изделия с низкой влажностью с высоким содержанием жира (более 10 %) подвержены прогорканию. Различают два основных пути прогорклости жиров: химический и биохимический. На практике чаще всего происходит химическое прогоркание жиров под действием молекулярного кислорода (аутоокисление).
Задача стабильности кондитерских изделий по отношению к окислению актуальна не только для удлинения сроков хранения, но и для снижения содержания в них токсичных продуктов окисления.
Стабильность окисления жиров определяется внутренними и внешними факторами. Среди внутренних факторов, вызывающих окисление, наи 23
более важным является состав природных жирных кислот и содержание природных антиоксидантов. Кроме того, чем больше количество двойных связей в структуре жирной кислоты, тем быстрее происходит абсорбция кислорода. Скорость окисления олеиновой, линолевой и линоленовой кислот составляет приблизительно 1:10:25. К внешним факторам, увеличивающим риск окисления жиров, относятся: тепло, повышение температуры на каждые 10 С вдвое увеличивает скорость окисления, и свет.
Окисляются в первую очередь липиды и их соединения, затем витамины, другие биологически важные нутриенты, что снижает пищевую ценность продукта. Конечные продукты окисления отрицательно влияют на ор-ганолептические свойства и могут быть токсичны для организма человека. Так, например, окисление липидных компонентов приводит к образованию гидроперекисей, которые, окисляясь, дают такие токсические соединения, как альдегиды, кетоны, низкие жирные кислоты и многочисленные продукты их полимеризации.
Под влиянием окисления жира и его порчи отмечается увеличение КИСЛОТНОГО и перекисного чисел. При окислении жиров действие кислорода воздуха направлено в первую очередь на непредельные, двойные связи жирных кислот, в связи с чем отмечается изменение такого показателя качества жира как йодное число. Качество продукта лимитируется содержанием свободных жирных кислот, наличие которых свидетельствует об использовании недоброкачественного исходного сырья, поскольку их накопление происходит при превышении концентрации гидроперекисей.Содержание гидроперекисей определяют, как правило, йодометриче-ским метолом и выражают в перекисных числах (ПЧ). Для ряда жиров и жирсодержащих продуктов установлены допустимые уровни гидроперекисей, при превышении которых продукт считается непригодным к применению. Однако, следует отметить, что для отечественных жиров такие важные характеристики как перекисное и йодные числа не гостируются.
Окислению подвержены все виды жиров, однако, в большей степени это проявляется у различных видов растительных масел. Растительные масла изначально содержат определенное количество природных антиокислителей, среди которых наибольшее значение имеют токоферолы (витамин Е), которыми особенно они богаты. Однако при рафинации и дезодорации растительные масла лишаются своих природных защитных свойств [70, 72, 94].
Действие антиоксидантов тесно связано с механизмом окислительных реакций. Главную роль в этих реакциях играет перекисный радикал. Молекулы антиоксидантов, реагируя с перекисными радикалами, превращают активный радикал в малоактивный, не способный энергично продолжать цепь. Поэтому реакция окисления в присутствии антиоксиданта замедляется или приостанавливается.
Реагируя со свободными радикалами, антиоксидант неизбежно расходуется и торможение наблюдается до тех пор, пока не израсходуется весь антиоксидант. Продолжение его действия зависит от концентрации и скорости инициирования цепей, которая в свою очередь зависит от температуры и глубины окисления. Тормозящее действие зависит и от момента введения антиоксиданта в систему. Если ввести антиоксидант в исходный продукт, когда процесс окисления еще не начался, то наблюдается сильное торможение реакции. При введении его в развившийся процесс - торможение более слабое и непродолжительное.
Антиоксиданты пищевых продуктов могут быть природного и синтетического происхождения. По природе действия они разделяются на первичные антиоксиданти и синергисты. Первичные антиоксиданти, являясь ингибиторами цепного процесса автоокисления ацилглицеринов, прямым путем задерживают окислительную порчу жиров. Синергисты, например лимонная и аскорбиновая кислоты, усиливают эффективность первичных антиоксидантов.
Исследование процесса экстрагирования биологически активных веществ (БАВ) при получении паст из лекарственной травы крапивы
Главной особенностью растительного сырья с точки зрения экстрагирования является малый коэффициент диффузии извлекаемых компонентов.
Основными величинами, влияющими на коэффициент диффузии являются температура системы, вязкость дисперсионной среды, размер частиц дисперсной фазы. В соответствии с теорией Эйнштейна-Смолуковского уравнение [92], связывающее коэффициент диффузии с указанными величинами имеет вид:
Для определения коэффициента диффузии первоначально были определены вязкости крапивных паст с различными экстрагентами (спиртом, маслом и смеси спирта и масла) при разных температурах (рис.4). Для их приготовления использовали крапивный порошок размером частиц ЗОмкм (R=30xl0"6 м), полученный радиационно-конвективной сушкой.
Научная значимость и практическая новизна производства которого подтверждены патентом РФ №2154957 «Способ производства крапивного порошкообразного полуфабриката» [109].
Из которой видно, что все прямые имеют один угол наклона, т.е. коэффициент диффузии одинаково изменяется от размера частиц при использовании различных экстрагентов.
При рассмотрении двух указанных зависимостей наблюдается резкое различие значений коэффициента диффузии от вида экстрагента. Так при экстрагировании спиртом коэффициент возрастает в 5-Ю раз по сравнению с маслом и смесью спирта и масла, что можно объяснить малой вязкостью спирта (120Па#с) и легкостью его проникновения в поры порошка.
Большое влияние на протекание процесса экстракции оказывает соотношение между порошком крапивы и экстрагентом (спиртом) рис.7. Увеличение массы экстрагента по отношению к массе частиц (гидромодуль) способствует увеличению движущей силы процесса экстрагирования и соответственно ускоряет этот процесс, однако, чем больше соотношение q (гидромодуль) масс жидкости Мж и твердых частиц Мт, т.е. #= M /Mmi тем ниже концентрация экстрагируемых веществ в пасте, что приводит к удорожанию полуфабриката, так как требуются дополнительные энергетические затраты на выделение целевого компонента.
Для оценки отдельного влияния рассмотренных факторов и их совокупности действия в целом на процесс экстракции в работе в дальнейшем была применена математическая обработка.
Об эффективности использования механохимической активатора для получения паст судили по сравнению выхода хлорофилла из порошка крапивы при обработке методами мацерации и механохимической активации.
При загрузке в МХА использовали сырье размером частиц 150-200 мкм. Выбор такой дисперсности сырья обусловлен тем, что увеличение размера частиц более 200 мкм не обеспечивало устойчивость системы (твердое тело (порошок) - жидкость (экстрагент)) и приводило к ее расслоению, что затрудняло дозирование в механохимический активатор, уменьшение размера частиц менее 150 мкм приводило к повышению удельной поверхности сырья, увеличению количества экстрагента, необходимого для смачивания частиц порошка и получения текучей массы, и снижению концентрации экстрагируемых веществ. Кроме того, это требовало дополнительных затрат, что не целесообразно, так как при обработке на МХА происходит не только экстракция, но и измельчение [110].
Использование при получении паст метода механохимической активации позволяет увеличить выход хлорофилла по сравнению с методом мацерации в спиртовой пасте на 11 %, масляной пасте 31%, спиртово-масляной на 14 % и сократить время приготовления паст до 20-30 мин вместо 4-6 часов (рис.8), так как перемешивание в слое взаимодействующих масс существенно ускоряет конвективный перенос вещества
Исследование влияния различных полуфабрикатов шиповника на скорость окисления кондитерских жиров
Окисление жиров замедляется при добавлении к ним антиоксидано-тов. Антиокислители вступают в реакции со свободными радикалами, ведущими цепной процесс окисления жира, и обрывают его, образуя неактивный продукт. Свободные жирнокислотные радикалы при этом выключаются из цепной реакции и окислительный процесс приостанавливается.
Для предотвращения прогоркания кондитерских изделий наиболее целесообразно вводить естественные антиокислители, содержащиеся в сырье, применяемом для их изготовления или специально добавляемом. С этой целью используют фосфатиды, токоферолы и их производные, каротины, кунжутное масло, тахинную массу, какаопродукты, пряности, кофе, молочную кислоту и ее эфиры, обезжиренное молоко, соевую и овсяную муку, муку зародышей кукурузы и др. Антиокислительные свойства указанного сырья в основном объясняются значительным содержанием токоферолов и аскорбиновой кислоты. Поэтому нами так же при рассмотрении возможности использования полуфабрикатов шиповника в качестве антиоксиданта было определено содержание витаминов-антиоксидантов Е и С в различных частях шиповника (табл.8).
Исследование содержания антиоксидантов в различных частях ши повника показало, что витамин С больше всего содержится в мякоти, а витамин Е в косточке шиповника. По количеству этих двух витаминов шиповник превосходит все виды сырья, вводимые в кондитерские изделия для предохранения их от окисления. Необходимо отметить наличие в шиповнике именно двух витаминов антиоксидантов, имеющих совершенно разные механизмы действия. Поэтому исследовали влияние различных составных частей шиповника (семян и мякоти) на скорость окисления кондитерского и фритюрного жира. Эксперименты проводили при t=90 С в течение 10,5 ч для кондитерского жира (рис.15) и более мягких режимах t=80 С в течение 6ч для фритюрного жира (табл. 10 ), что объясняется его меньшей стабильностью к окислению. Части шиповника и какао порошок (для сравнения) в различных дозировках от 10 до 40 % вводили в жиры, выдерживали при указанных температурах и определяли перекисное число.
В дальнейшем в работе решался вопрос выбора оптимальной дозировки и соотношения между полуфабрикатами (семенами и мякотью).
Анализ экспериментальных данных позволил установить, что окисление жиров происходит с различной скоростью в зависимости от вида полуфабриката. Меньше всего окисляется жир с семенами (кривая 5), затем по возрастающей идет какао порошок, целый плод, мякоть. Такая зависимость по-видимому, определяется содержанием токоферолов и аскорбиновой кислоты, а также их соотношением. Повышение концентрации семян (токоферолов) пропорционально повышает стабильность кондитерского жира. За 10,5 ч перекисное число в нем с дозировкой семян шиповника 40% увеличилось до 0,06% йода, без добавки антиокислителя перекисное число жира к этому времени увеличилось до 0,3% йода. Все кривые имеют одинаковый характер: вначале при введении полуфабрикатов в исследуемый жир наблюдается резкое уменьшение перекис-ного числа, что объясняется взаимодействием токоферола в начальный момент с перекисными радикалами; затем идет его возрастание до определенного предела и вновь уменьшение по-видимому - распад перекисных радикалов на вторичные продукты окисления. Для кондитерского жира (кривая 1 рис. 15) по истечению 7,5ч наблюдается резкий скачек перекисного числа, это можно объяснить активизацией кислорода и готовностью системы (двойных связей ненасыщенных жирных кислот) к его принятию. В жире с добавлениями активный кислород берет на себя токоферол.
Влияние полуфабрикатов шиповника и различных видов упаковки на скорость окисления жиров в кондитерских изделиях
Кондитерские изделия являются многокомпонентной системой, что обуславливает весьма сложный характер процессов окисления жиров в них. Отдельные компоненты, входящие в состав изделия, могут оказывать то или иное влияние на процессы окисления жиров, ускоряя или задерживая их, и создавать особые условия для действия антиокислителей.
Поэтому нами было проведено исследование влияния замены различного сырья (какао порошка, сухого обезжиренного молока, сухого цельного молока, сахарной пудры и жира во всех случаях) жировой пастой семян шиповника на динамику окисления жиров батончиков типа пралине и вафель. Во всех вариантах содержание косточки шиповника составило 10%. В первом случае (батончики (рис. 26 а)) использовали для приготовления контрольного образца кондитерский жир, перекисное число которого (0,08% 12 ) соответствует допустимому уровню не более 0,1%. Во втором (вафли (рис. 26 б))-фритюрный жир с начавшимся процессом окисления (перекисное число 0,13%). Этим и объясняется различный характер кривых: кривая la-стабильность перекисного числа в течение 2 недель, а затем возрастание; кривая 1б-уменыдение перекисного числа в начальный момент, за счет действия антиоксидантов содержащихся в сырье на перекисные радикалы (так в рецептуру вафель «Артек», на основе которых проводилась замена, вводится около 12% какао порошка от массовой доли жира).
Все кривые носят один и тот же характер: резкое уменьшение перекисного числа в момент приготовления и хранения изделий в течение 1 недели, в результате взаимодействия с перекисными соединениями антиоксидантов и возрастание перекисного числа после расхода последних. Наилучшие результаты достигаются при замене сухого цельного молока, содержащего до 25% молочного жира, подверженного прогорканию.
Жир сухого цельного молока имеет следующий жирнокислотный состав: 63%-насыщенные, 32% мононенасыщенные, из них 24%-олеиновая кислота, 5%-полиненасыщенные.
Поэтому замена сухого цельного молока семенами шиповника в виде жировой пасты приводит к значительному уменьшению перекисного числа, так как ликвидирует часть нестабильных к окислению жиров (молочный жир) и кроме того, дополнительно вводит в систему антиоксиданты.
По возрастанию перекисного числа замены можно расположить следующим образом: Сухое цельное Сахарная Сухое обезжиренное Какао молоко пудра молоко порошок Исследование перекисного числа жиров батончиков в течение установленного срока годности (2 месяцев согласно
ГОСТ4570-93) показало, что перекисное число только в изделии, приготовленном по традиционной рецептуре, достигает за указанный промежуток допустимого значения 0,1% J2, что говорит об увеличении сроков годности рассмотренных изделий при использовании полуфабрикатов шиповника.
Важным моментом, влияющим на сроки годности изделий, является выбор упаковки. Известно, что на хранение жироемких кондитерских изделий решающее значение оказывает состав газовой среды, окружающий продукт. Поэтому для сохранения качества изделия и продления срока годности требуется максимально возможное удаление кислорода из зоны хранения (обычно из тары или упаковки).
Поступление новых прогрессивных упаковочных материалов способствует развитию новых упаковочных технологий: вакуумная упаковка, асептическая упаковка, упаковка в среде инертного газа, в регулируемой газовой среде, модифицированной газовой среде.
Наиболее популярным способом вмешательства в состав газовой среды внутри упаковки пищевых продуктов является вакуумирование, которое позволяет резко снизить содержание кислорода, паров воды и других газообразных веществ, в том числе и ароматических. Данный способ применяют до сих пор при упаковке пищевых продуктов, получая положительный эффект при хранении.
Однако в последние годы внимание исследователей и производственников привлекают более эффективные методы - упаковка в среде инертного газа (азота, диоксида углерода, аргона), в модифицированной и регулируемой (контролируемой) газовых средах. Эти процессы манипулируются не только уменьшением в той или иной степени содержания кислорода, но и с введением в упаковку необходимого количества азота (инертный газ, исключающий развитие аэробов, но не задерживающий развитие анаэробов) и диоксида углерода, который задерживает развитие аэробов, особенно плесневых грибков, бактериостатичен при повышенной влажности.
Важным моментом при упаковке продуктов в среде инертного газа является также выбор упаковочного материала, так как срок хранения изделий во многом зависит от его «барьерности», т.е. кислородо-влаго-светонепроницаемости.
Из приведенных данных (табл.15) следует, что металлизированный ПЭТ имеет барьерные свойства не хуже, чем самые лучшие барьерные полимерные материалы. А ламинаты, содержащие алюминиевую фольгу, практически непроницаемы для газов.
В отечественном производстве ламинатов нет таких известных барьеров, как EVOH, ПВДХ, модифицированные полиамиды, композиции, включающие слюду, оксид кремния и др. Зато имеется алюминиевая фольга и освоена металлизация полимерных пленок. При этом алюминиевая фольга имеет почти полную газо-влагонепроницаемость, а металлизированный лав 116 сан немного уступает ей, превосходя по барьерности, ряд других барьеров чисто полимерного типа (EVOH, полиамиды, и др.) [123,124].
Были проведены исследования динамики изменения перекисного числа жира вафель в процессе хранения в различных видах упаковки (рис. 27): в металлизированной пленке, в полипропиленовой пленке и весовых.
Установлено преимущество использования металлизированной пленки для упаковки изделий. Так перекисное число жира весовых вафель достигает допустимого значения через 1,5 месяца хранения.. Вафли, упакованные в металлизированную и полипропиленновую пленки, хранятся без следов про-горкания в течение 3 месяцев и более.
