Содержание к диссертации
Введение
1 Аналитический обзор патентно-информационной литературы
7
1.1 Морфологическая и биохимическая характеристики топинамбура
1.2 Инулин, химическая структура и применение 12
1.3 Анализ существующих способов получения инулина 24
1.4 Использование топинамбура при производстве продуктов питания 26
1.5 Виды пищевых волокон 29
1.6 Свойства пищевых волокон 34
1.7 Использование пищевых волокон в производстве продуктов питания функционального назначения 36
2 Объекты и методы исследований 38
2.1 Объекты исследований 38
2.2 Методы исследований 40
2.2.1 Методы определения химического состава топинамбура 40
2.2.2 Методы определения химического состава продуктов: инулина, пищевых волокон и инулинсодержащего концентрата
2.3 Математическое планирование эксперимента и статистическая обработка полученных данных
3 Экспериментальная часть 52
3.1. Обоснование выбора сорта топинамбура в качестве перспективного сырья для получения физиологически ценных продуктов
3.2 Выбор и обоснование способа хранения и разработка реко мендаций по рациональной переработке клубней топинамбура в зависимости от срока хранения
3.3 Выбор и обоснование экстрагента 59
3.4 Оптимизация технологических режимов процесса экстрагирования инулина из клубней
3.4 Оптимизация технологических режимов процесса экстрагирования инулина из клубней топинамбура
3.5 Разработка технологии получения инулина и пищевых волокон из клубней топинамбура
3.5.1 Общие требования к разработке технологии получения инулина и пищевых волокон из клубней топинамбура
3.5.2 Разработка технологии получения концентрированного инулинсодержащего экстракта
3.5.3 Получение инулина из концентрированного инулинсодержащего экстракта
3.5.4 Разработка технологии получения пищевых волокон из жома топинамбура 107
3.6 Исследование качества и безопасности разработанных пищевых продуктов
3.6.1 Органолептическая оценка 107
3.6.2 Изучение химического состава разработанных продуктов на основе топинамбура
3.7 Определение допустимых сроков хранения концентрированного инулинсодержащего экстракта и пищевых волокон из клубней топинамбура 112
4 Экономическое обоснование и промышленная апробация
4.1 Расчет экономической эффективности от внедрения разработанной технологии
4.2 Промышленная апробация разработанной технологии получения инулина и пищевых волокон из клубней топинамбура
Выводы 124
Список использованной литературы 125
Приложение 143
- Использование топинамбура при производстве продуктов питания
- Методы определения химического состава продуктов: инулина, пищевых волокон и инулинсодержащего концентрата
- Оптимизация технологических режимов процесса экстрагирования инулина из клубней топинамбура
- Промышленная апробация разработанной технологии получения инулина и пищевых волокон из клубней топинамбура
Введение к работе
1.1 Актуальность темы. Изменение образа жизни и факторов среды обитания современного человека определили новые требования к формированию макро- и микронутриентного состава его рациона питания. В этой связи особо важной становится реализация государственной утвержденной программы здорового питания, предусматривающей создание продуктов с нормированным составом и свойствами, что зачастую обусловлено использованием нетрадиционных видов сырья, среди которых следует особенно выделить клубни многолетнего клубненосного растения семейства сложноцветных – топинамбура (Heliantus tuberosus L.), отличительными особенностями которого являются: высокая урожайность клубней, неприхотливость к условиям возделывания, стойкость к болезням и вредителям
Пищевая ценность клубней топинамбура обусловлена высоким содержанием функциональных макро- и микронутриентов, таких как инулин, пектиновые вещества, пищевые волокна, минеральные элементы и др. Это определяет перспективность использования клубней топинамбура в качестве сырья для производства физиологически ценной продукции: инулина и пищевых волокон.
Таким образом, исследования, направленные на создание инновационной технологии переработки клубней топинамбура с получением продукции с выраженными функционально-физиологическими свойствами актуальны и представляют научный и практический интерес.
Диссертационная работа выполнена в рамках тематики НИР Российской академии сельскохозяйственных наук этап 10.02.01.01 «Разработать комплексную ресурсосберегающую экологически безопасную технологию переработки топинамбура».
1.2 Цель работы. Целью работы является разработка технологии получения инулина и пищевых волокон из клубней топинамбура.
1.3 Основные задачи исследования:
- обоснование выбора сорта топинамбура в качестве перспективного сырья для получения физиологически ценных продуктов;
- выбор и обоснование способа хранения и разработка рекомендаций по рациональной переработке клубней топинамбура в зависимости от срока хранения;
- выбор экстрагента и обоснование способа экстрагирования;
- разработка технологии получения инулина и пищевых волокон из клубней топинамбура;
- оптимизация технологических режимов процесса экстрагирования инулина из клубней топинамбура;
- разработка математической модели прогнозирования выхода инулина при различных условиях проведения процесса экстрагирования из клубней топинамбура;
- комплексная оценка безопасности и качества инулина и пищевых волокон полученных по разработанной технологии;
- изучение влияния условий и сроков хранения инулина и пищевых волокон на их потребительские свойства;
- разработка комплектов технической документации на производство инулина, инулин содержащих продуктов и пищевых волокон из клубней топинамбура.
- опытно-промышленная апробация разработанной технологии получения инулина и пищевых волокон из клубней топинамбура и оценка экономической эффективности предлагаемых технологических решений.
1.4 Научная новизна. Изучена динамика некоторых компонентов химического состава при грунтовом хранении в условиях Краснодарского края.
Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена эффективность использования воды с нейтральным рН при экстрагировании инулина из клубней топинамбура, для увеличения выхода и повышение качества конечного продукта. Выявлены и обоснованны особенности химического состава инулина из клубней топинамбура, оказывающие влияние на его функциональную активность
Впервые применена СВЧ обработка для инактивации полифенолаксидазы клубней топинамбура, так же ведущая к увеличению выхода целевого компонента – инулина, определены её параметры.
Определена оптимальная степень измельчения клубней, гидромодуль, температура и продолжительность экстрагирования для обеспечения максимального выхода и качества целевых продуктов.
Для определения углеводного состава клубней была адаптирована и впервые применена методика определения углеводов с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии. Данная методика легла в основу разработанного ГОСТ «Метод определения растворимых сахаров с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии».
Новизна технического решения подтверждена решениями о выдаче патентов Российской Федерации № 2009112304/13 «Комплексная переработка топинамбура», № 2009112302/12 «Получение инулинсодержащего раствора». № 2202231 «Получение инулинсодержащего концентрата».
1.5 Практическая значимость. Адаптирована и впервые применена методика определения углеводного состава корне- и клубнеплодов с использованием высокоэффективной жидкостной хроматографии, на основе которой разработан проект ГОСТ. Разработана технология переработки клубней топинамбура, обеспечивающая получение инулина и пищевых волокон заданного уровня безопасности и качества.
Разработана и утверждена документация на сырье: ТУ 9741-298-04801346-09 «Топинамбур свежий (клубни)». Разработаны комплекты технической документация на производство экстракта и пищевых волокон, включающие технологические инструкции и технические условия (ТУ 9162-297-04801346-09 «Полуфабрикат. Экстракт из топинамбура», ТУ 9163-431-04801346-10 «Пищевая добавка. Пищевые волокна топинамбура измельченные»).
1.6 Реализация результатов исследования. Разработанная технология апробирована в условиях фирмы «Эспланада Южная» (ст. Староминская Краснодарского края). Технология принята к внедрению на производстве фирмы «Эспланада Южная» в IV квартале 2010 года.
Ожидаемый экономический эффект от внедрения разработанной технологии составляет: 229 940,00 рублей на 1 тонну инулина и 7 788,00 рублей на 1 тонну пищевых волокон
1.7 Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на Всероссийской конференции «Научно-практичские аспекты экологизации продуктов питания» (Углич, 2008г.), Международной научно-практической конференции «Олимпиада - 2014:Технологические аспекты производства продуктов здорового питания». (Краснодар, 2009г.), на 2 Международной научно-практической конференции «Пищевые продукты и технологии» (г. Москва, 2009г.).
1.8 Публикации: По материалам выполненных исследований опубликовано 13 работ, в том числе 3 научные статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ, получено два решения о выдаче патента РФ на изобретения.
1.9 Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора, методической части, экспериментальной части, выводов, списка литературных источников и приложения. Основная часть работы изложена на 153 страницах компьютерного текста, включает 42 таблицы и 20 рисунков. Список литературных источников включает 166 наименований, в том числе 20 иностранных авторов.
Использование топинамбура при производстве продуктов питания
Для приготовления продуктов питания рекомендуется использовать свежие клубни. Употреблять топинамбур можно, как очищенным, так и вместе с кожицей. Клубни и масса из них после очистки будут иметь, светлую окраску, однако потери кремния и железа, содержащиеся в кожице и непосредственно под её поверхностью, будут велики [33]. Чистить клубни рекомендуется ножом из нержавеющей стали, и следует держать их в холодной воде до употребления. Подготовленную из протертого топинамбура массу необходимо обработать подкисленной столовым уксусом или лимонной кислотой водой. Готовят из топинамбура салаты, запеканки, соусы, гарниры, мармелад, супы, квас,кофейные напитки, желе. Высокие диетические качества этих изделий сочетаются с их низкой калорийностью [74].
Клубни топинамбура используют так же для получения муки с пониженным содержанием жира (низкокалорийной), используемой при получения хлебобулочных изделий. Содержание муки из топинамбура в кондитерских изделиях и хлебных может достигать 10 %, При этом необходимо выдерживать строгое соотношение содержания влаги, дрожжей и сахара в муке. Кроме муки из топинамбура при выпечке хлеба, печенья, сдобных пряников используют для улучшения их качества пасты, сиропы, пюре в количестве 10 — 20% [108].
Добавление в тесто продуктов из топинамбура способствует повышению воздушности, быстрому его подъему и удержанию формы, придает готовому продукту приятный вкус и ведет к снижению калорийности. Одновременно уменьшается гликемиический индекс готового хлеба, что важно для больных сахарным диабетом и ожирением [109].
На сегодняшний день разработано множество технологий изготовления хлебобулочных, макаронных, и мучных кондитерских изделий, содержащих инулин и пищевые волокна из топинамбура, основанных на использовании в качестве источника этих физиологически ценных компонентов сушенного порошка топинамбура. Полученное с такими добавками тесто может быть переработано в хлеб, пиццу, мелкие хлебобулочные изделия, макаронные изделия, бисквиты и т.д традиционными способами,. Пекарские свойства такого теста, не уступают, а за частую и превосходят аналогические свойства теста, без добавления топинамбура [135].
Известен способ получения низкокалорийной лапши с добавками топинамбура. Муку из твердой пшеницы и топинамбура смешивали в разных соотношениях, при 25 %-ном содержании в муке порошка топинамбура по 28 лучали хорошего качества лапшу, по качеству не уступающую лапше, полученной из муки твердых сортов пшеницы. Добовляя альгината натрия в муку, содержащюю 30 % порошка топинамбура, получали лапшу с повышенной легкостью и ярко выраженными кулинарными свойствами, не отличимую по свойствам от лапши муки твердых сортов пшеницы [141].
Лапшевое тесто, приготовляемое с добавлением муки из клубней топинамбура приобретает более высокие связывающие и эластичные свойства и пониженную твердость и клейкость по сравнению с тестом из муки твердых сортов пшеницы.
Не наблюдалось значительных различий во вкусе, запахе, цвете, и текстуре готовой лапши, изготовленной из муки с топинамбуром [154].
Клубни топинамбура также могут быть использованы с успехом в консервной промышленности.
Для беспрерывной работы консервных заводов по переработке плодоовощного сырья, большое значение имеет рациональный подбор отдельных сортов фруктов и овощей, имеющих различные сроки. Немаловажное значение, в частности имеет введение в производство новых сортов фруктов и овощей, с наступающей ранней весной ил поздней осенью технической спелостью, то есть в период когда консервные предприятия наименее загружены сырьем [146; 122].
Как известно, клубни топинамбура достигают зрелости поздней осенью, так, например, в центрально-черноземных областях, как и в ряде областей нечерноземной северной зоны — 1-5 октября, на Украине и на Северном Кавказе- 15-20 октября [21]. Но фактический прирост продолжается и в ноябре и даже позднее. Такое разнообразие сроков созревания клубней топинамбура и других овощей, используемых для переработки на консервных предприятиях, обеспечивает удлинение производственного сезона осенью на 1,7-2,5 месяца и способствует дополнительной загрузке плодовоовощных консервных предприятий[67]. В случае использования клубне топинамбура, перезимовавших в поле, в качестве сырья консервной промышленности, предприятия могут увеличить производственный сезон ранней весной на 1 - 1,5 месяца, не возводя для хранения сырья до весны никаких специальных сооружений [71].
Морозоустойчивость клубней топинамбура является еще одним ценным качеством, имеющим огромное значение в консервной промышленности. Клубни, промерзшие в поле во время зимовки весной, после оттаивания, не теряют основных своих пищевых качеств и так же могут использоваться в консервной и пищевой промышленности [79].
На консервных заводах для массового производства консервов из клубней топинамбура чаще рекомендуются следующие виды готовой продукции: икра из топинамбура, повидло из топинамбура и яблок, пюре из топинамбура с добавлением фруктовых композиций. Повышенное содержание в этих продуктах фруктозы и инулина, которые не требуют для расщепления инсулин, обуславливает пригодность этих изделий для питания людей с сахарным диабетом [99;9].
В последние несколько лет вевдется активный поиски новых способов получения продуктов с выраженными функциональными на основе клубней топинамбура и несмотря на затруднения с финансированием, работы по Разработке новых технологий по глубокой переработки клубней и зеленной массы топинамбура ведутся все более и более активно [152].
Методы определения химического состава продуктов: инулина, пищевых волокон и инулинсодержащего концентрата
Детальное изучение результатов исследований физико-химических свойств ряда концентратов пищевых волокон проведенных в Государственной академии пищевых технологий г.Одессы [166].
при исследовании насыпной плотности и скважистости Пищевых волоки, выделяемых из отрубей пшеницы и тритикале, выявлено что они характеризуются скважистостью (больше половины объема) и низкой насыпной плотностью продукта. При этом установлено что при размере частиц порядка 0,45 - 0,60 мм по массе продукта около 75 %. Для добавления пищевых волокон в другие продукты целесообразно их сильное измельчение, либо при приеме в чистом виде необходимо их гранулировать, инкапсулировать или таблетировать. но кроме низкой насыпной плотности у таких пищевых волокон сушествует значительное положительное отличие, а именно более высокая сорбционная способность, что позволяет использовать их в качестве экологически чистых безвредных энтеросорбентов [164].
Пищевые волокна после выделения их из любого растительного сырья приобретают видоизмененные свойства, а именно из за увеличения поверности и возрастания пористости в процессе извлечения, они обладают значительно более высокими сорбционными свойствами, а следовательно их использование в качестве сорбентов гораздо более целесообразно.
Такой важный показатель для технологического процесса как влаго-удерживающая способность связана не только со строением биополимеров и осубенностями микронутриентного состава пищевых волокон, но и с таими физическими параметрами, как развитость поверхности и пористость самих волокон. По своей гигроскопичности различные компоненты пищевых волокон проявляют различную активность. Наиболее выраженными влагоудержи-вающими свойствами при этом обладают полисахариды гемицеллюлоз и пектиновые вещества [165]. Гораздо меньшую влагоудерживающую и влагосвя-зывающую способность в силу значительной межмолекулярной упаковки проявляют такие соединения как лигнин, и напротив наличие в целлюллозе системы мельчайших каппиляров ведет к увеличению у нее указанных характеристик [160].
под действием осмотических сил, влага, первоночально накопленная на развитой поверхности пищевых волокон постепенно диффундирует во внутренние их слои, соответственно конечная влажность пищевых волокон косвенно зависить от размеров их частиц [153].
В настоящее время Наиболее широкое распространение пищевые волокна получили в производстве хлебобулочных и кондитерских изделий. Так, для понижения калорийности сливочных кремов предусмотрено введение некоторого количества комплекса микрокристаллической целлюлозы и растворимых пищевых волокон (с использованием молока) в количестве 2 % к массе крема, что в свою очередь позволяет получать крема хорошего качества, не имеющие выраженного постороннего привкуса, и снижать количество расходуемого сливочного масла на 5%.
Для разработки рецептуры вафельного теста пониженной калорийности так же использовалась микрокристаллическая целлюлоза вводимая в тесто. Замена высококалорийного сырья на компонент, повышающий содержание пищевых волокон, не только снижает энергетическую емкость готового продукта, но и препятствует отсыреванию, сохраняя хрустящие свойства. Внесение микрокристаллической целлюлозы влияет на влажность теста и готового полуфабриката, поэтому вносить ее рекомендуется в количестве, не превышающем 8 % к массе муки [14].
Внесение микрокристаллической целлюлозы в рецептуру бисквитного теста в количестве 5 % взамен муки по его физико-химическим и органолепти-ческим показателям получается хорошо сбитым, пышным, равномерно перемешанным. При замене сахара микрокристаллической целлюлозой до 10 %, тесто также получается хорошо сбитым, пышным, равномерно перемешанным, продолжительность сбивания теста сокращается на 10 минут [147]. При одновременной замене 5 % муки и 10 % сахара микрокристаллической целлюлозой, готовая масса увеличивается в объеме в 2,5-3,0 раза и приобретает пышную консистенцию и золотисто-желтый цвет. Выпеченный бисквит получается пышный, мелкопористый, без посторонних привкусов, с запахом, свойственным данному виду изделий; мякиш имеет пористую, эластичную структуру, тонкую гладкую корочку. Калорийность бисквита понижается наккал по сравнению с контролем. Применение микрокристаллической целлюлозы позволяет дольше сохранять свежесть бисквита: набухаемость бисквита через 72 часа на 12 % выше в сравнением с бисквитом без добавления микрокристаллической целлюлозы [159].
Внесение микрокристаллической целлюлозы в рецептуру сбивной массы типа «Суфле» взамен 10 % агара, 20 % сливочного масла, 5 % сахара не ухудшает показатели качества сбивной массы, уменьшает влажность сбивной массы на 0,6 %, сокращая процесс структурообразования. Калорийность сбивной массы снижается на 32 ккал по сравнению со сбивной массой без ее добавления [160].
В Европейских странах разработаны сорта хлеба с введением в рецептуры яичного порошка, рисовой и гречневой муки в количестве 10 %. В целях совершенствования рецептур Для повышения потребительских свойств конечной продукции могут быть дополнительно введены хлебопекарные улуч-шители. Так получаемые с применением пищевых волокон и улучшителей новые сорта хлеба отличаются повышенной пищевой ценность и профилактическими свойствами. Так, применение микрокристаллической целлюлозы в комплексе с другими пищевыми волокнами позволяет увеличить радиопротекторные свойства продуктов и решить проблему сбалансированности хлебных изделий по содержанию растворимых и нерастворимых пищевых волокон. Широкое применение при производстве хлебобулочных изделий находит пектин, не только повышающий профилактические свойства хлеба, но и улучшающий реологические характеристики теста и качество готовых изделий [164]. Хлеб с добавлением пектина имеет удлиненный срок сохранения, сохраняет долго свежесть, при этом наблюдается осветление мякиша [165].
Оптимизация технологических режимов процесса экстрагирования инулина из клубней топинамбура
Биомасса клубней топинамбура, как и любая биомасса растительного происхождения, представляет собой неоднородную систему, состоящую из клеток различной структуры и биохимического состава, межклетников и сосудистой ткани. Данная биомасса представляет собой субстанцию с крайне ограниченной диффузионной проницаемостью в отношении растворенных в её протоплазме веществ, в частности, полисахаридов. В этой связи для интенсификации процессов извлечения целевого компонента (инулина) из внутриклеточного пространства, необходимо обеспечить следующие условия [41]: 1) максимально возможное нарушение целостности клеточной оболочки каждой клетки; 2) максимальная гомогенизация внутреннего содержимого протоплазмы клеток (органеллы, вакуолей, эндоплазматического ретикулюма и др.); 3) снижение вязкости образовавшейся при разрушении и гомогенизации биомассы жидкообразной неоднородной системы, с целью увеличения подвижности молекул инулина в образовавшемся растворе; 4) создание достаточного градиента концентрации для максимального увеличения движущей силы для максимального переноса молекул инулина из сырья в экстракт. Наиболее существенными факторами оказывающими влияние на диффузионную проницаемость измельченной биомассы, вязкость дисперсионной среды образовавшейся в результате измельчения неоднородной системы и движущую силу диффузионного процесса, являются температура экстрагирования, его продолжительность и соотношение «экстрагент — биомасса» (гидромодуль) [40]. Из этих факторов наиболее активное влияние оказывает температура, в соответствии с принципом Вант-Гоффа, а так же в связи с влиянием её на вязкость жидкой фазы (с увеличением температуры вязкость жидкости снижается).
Достижение максимальной степени деструктуризации растительной ткани возможно лишь при максимальном разрушении клеточных стенок, для чего в свою очередь необходимо приложить достаточную энергию активации гидролитического расщепления гликозидных связей базовых компонентов матрикса (пектина, целлюлозы и гемицеллюлоз) [41]. Обеспечение данной энергии возможно либо химическим путем, - за счет использования узкоспецифичных катализаторов (ферменты) или катализаторов сплошного действия (катионы водорода), - либо физическим - путем использования высоких температур. Однако оба эти пути (кроме ферментативной деградаций компонентов матрикса клеточных стенок) являются неприемлемыми в силу того, что достигаемая при их использовании энергия активации, обеспечивающей гидролитическое расщепление гликозидных связей элементов матрикса, превышает энергию активации гидролитического расщепления гликозидных связей между остатками фруктозы в полимерной цепи инулина. Ферментативный же путь эффективен с точки зрения деструкции клеточных стенок, однако для полноценной его реализации необходима многоэтапная обработка, в результате чего будет происходить неизбежное повышение себестоимости конечного продукта - инулина.
В этой связи основную функцию частичной деструкции клеточных стенок и увеличения выхода инулина в экстракт является совокупность «температура-продолжительность», результирующее воздействие которой на молекулы инулина не должно приводить к деструкции гликозидных связей, следствием которой является деполимеризация (молекулярно-массовая деградация) инулина, что неизбежно ухудшает его качество как целевого компонента.
Эффективность процесса экстрагирования инулина из биомассы клубней топинамбура в зависимости от указанных факторов может быть проверенна экспериментально дробным способом, чередуя воздействия различных факторов в логическом порядке «температура — продолжительность - гидромодуль». Для исследования воздействия температурного фактора на степень извлечения инулина, предварительно измельченное сырьё подвергали процессу экстрагирования, взяв остальные параметр согласно традиционной технологии (гидромодуль 2,2; продолжительность экстаригования 80 мин). При этом область определения температурного фактора выбирали таким образом, что бы в нижней её границе значение температуры соответствовало уровню начала денатурации транспортных и рецепторных белков эндоплаз-матической мембраны и клеточной стенки, а так же структурного белка экс-тенсина. Верхнюю границу выбирали с учетом вхождения в область начала гидролитического расщепления гликозидных связей олигогалактуронопира-нозильных последовательностей в составе клеточной стенки. В области определения контрольные точки температурного фактора варьировали с интервалом в 5С. Область определения t є [40;80]. Численные значения выхода инулина в каждой контрольной точке представлены в таблице 6.
Результат анализа экспериментальных данных показал, что влияние температурного фактора на процесс экстрагирования инулина представляет 64 собой нелинейную зависимость, выраженную в возрастании зависимого показателя до максимального значения в точке с температурой 60С, после чего происходит убывание содержания инулина с увеличивающейся скоростью. Скорость убывания концентрации становится существенной при температуре выше 70С, что вероятно обусловлено термическим гидролизом гликозидных связей между фруктозилфуранозными остатками молекулы инулина, приводящим к его термической деградации.
Для выявления математического выражения влияния температурного фактора на выход инулина, было выполнено математическое моделирование процесса на основании принципа суперпозиции, т.е. когда каждая пара зависимостей «независимый фактор — функция отклика» определяется как изолированная, без принудительной привязки к остальным парам. Поскольку распределение зависимого показателя в каждой контрольной точке зависимого фактора в повторностях было близко к нормальному при практическом отсутствии ассиметрии распределения, следовательно, для нахождения математической зависимости может быть применен принцип нелинейного регрессионного анализа, основанный на поиске функции отклика, адекватно аппроксимирующей результаты экспериментальных данных с высокими значениями квадрата коэффициента корреляции (не ниже 0,8), при условии адекватности константы и коэффициентов результирующего уравнения по критерию Стьюдента и всего уравнения - по критерию Фишера.
Промышленная апробация разработанной технологии получения инулина и пищевых волокон из клубней топинамбура
В данном случае в точке экстремума кривой при температуре, приблизительно равной 58С, выход инулина составляет приблизительно 9,1%. Этому значению температуры на кривой, отображающей зависимость гидромодуля от температуры (на рисунке - кривая «q от t»), соответствует значение гидромодуля, приблизительно равное 2. Данному значению гидромодуля в соответствии с кривой, отображающей зависимость последнего от продолжительности (на рисунке - кривая «q от Т»), соответствует значение продолжительности процесса равное приблизительно 44 минутам.
Т.е. из измельченной биомассы топинамбура возможно выделить инулин в количестве приблизительно 9,1% (от массы исходного сыря), при следующих оптимальных условиях: температура 58С, продолжительность -45 мин., гидромодуль -2,0.
При втором, аналитическом, способе определения оптимальных условий численными методами из зависимости y f(xi), определяется значение температуры, при которому — max. Для найденного значения хь на основании зависимости х3 = F(x}), определяется оптимальное значение гидромодуля, на основании которого, используя зависимость x3=F(x2), численными методами определяется оптимальное значение продолжительности процесса (мин.). При использовании аналитического способа, численные методы могут быть заменены стандартным инструментом «Подбор параметра» или «Поиск решения» табличного процессора MS Excel. В соответствии с аналитическим способом нами получены следующие значения оптимумов параметров технологического процесса: еумпература - 58,5С, продолжительность - 45,1 мин., гидромодуль - 2,00. Данные условия должны обеспечить выход инулина в количестве 81,25%. от исходного содержания. Как сравнивая результаты графического и аналитического определений можно заметить незначительные отличия в численных значениях обусловленные приблизительностью графического метода [136]. Для проверки адекватности найденных оптимумов технологических параметров процесса экстрагирования нами был проведен контрольный эксперимент со значениями технологических параметров, найденными аналитически. Эксперимент проводили в пятикратной повторности с определением выхода инулина. В результате было получено значение выхода целевого продукта равное 81±0,9%, что указывает на адекватность всей модели в целом. Кроме выхода инлуина для финальной контрольной точки было расчитано значение средневзвешенной влажности системы «биомасса -экстрагент», которая составила 90,78%. Так же была определена средняя молекулярная масса выделенного инулина, которая составила 4 330 Да, что позволяет отнести такой инулин к категории высокомолекулярных олигофруктозанов. Современные принципы создания физиологически ценных высококачественных пищевых продуктов основываются на выборе определенных видов сырья а так же поиску таких их соотношениях, которые обеспечивают достижение прогнозируемых показателей качества готовой продукции, наличие высоких потребительских качеств и органолептических показателей, а так же определенных технологических характеристик. [52]. Продукты питания функционального назначения на основе топинамбура рекомендуются к использованию в диетическом и лечебно-профилактическом питании для больных сахарным диабетом, дисбактерио-зами и заболеваниями ЖКТ [2]. Нами разработаны технологии концентрированного инулинсодержащего экстракта, инулина и пищевых волокон из клубней топинамбура. При разработке технологий получения концентрированного инулинсодержащего экстракта, инулина и пищевых волокон из клубней топинамбура в качестве основного сырья использованы топинамбур сорта Интерес (в соответствии с п. 3.1), произрастающий на территории краснодарского края [109]. К сырью и материалам, используемым в производстве высокоценных пищевых компонентов на основе топинамбура, предъявляются повышенные требования. Одним из главных условий выработки высококачественной продукции рекомендуемой как для пищевой, так и для медицинской и фармакологической промышленности, является высокое качество сырья как в отношении физико-химического состава и органолептических свойств, так и по показателям безопасности. Все используемое овощное сырье должно соответствовать критериям безопасности, которые установлены «Медико-биологическими требованиями и санитарными нормами качества продовольственного сырья и пищевых продуктов» (СанПиН 2.3.2.1078-01) [133].При разработке комплексной технологии получения инулина и пищевых волокон 80 из клубней топинамбура, было принято решение условно разбить её на три взаимосвязанных технологических блока (рисунок 11):
