Введение к работе
Актуальность работы. Современная тенденция формирования здорового рациона питания диктует необходимость создания принципиально новых кондитерских изделий с минимальным содержанием сахара и жировых компонентов, производство таких изделий позволит перевести их из группы «риска» в группу продуктов здорового питания. В связи с чем, необходимо совершенствовать существующие и создавать принципиально новые технологии переработки отечественного растительного сырья в полуфабрикаты, с максимальным сохранением исходной пищевой ценности, и конструировать на их основе кондитерские изделия с применением высокоэффективных и интенсивных технических приемов.
Как известно, желейные кондитерские изделия на основе природных полисахаридов обладают значительной сахароемкостью, низким содержанием или практически полным отсутствием таких важных функциональных компонентов как витамины, микро-, макроэлементы и присутствием искусственных вкусоароматических компонентов, что является существенным недостатком.
Актуальной задачей для кондитерской отрасли является полная замена сахара в рецептурах желейного мармелада и при этом обогащение его микро-, макроэлементами, витаминами и пищевыми волокнами. Для этого целесообразно использовать природный подсластитель - натуральный мед, а так же продукты переработки растительного сырья, в частности клубни топинамбура, биотехнологический потенциал которых обусловлен значительным содержанием инулина, пектиновых веществ, фруктозы, витаминов, микро- и макроэлементов.
Вопросами по созданию технологий рационального использования натурального меда и растительного сырья, а именно топинамбура, в производстве продуктов питания посвящен ряд работ отечественных и зарубежных ученых: Н.Г. Чепурного, Н.М. Пасько, В.Н. Зеленкова, Л.П. Пащенко, Л.В. Антиповой, С.Я. Корячкиной, Г.О. Магомедова, К.К. Полянского, S. Bogdanov, S. Hoffmann и других. Однако применительно непосредственно к технологии кондитерских изделий требуются дополнительные исследования и обобщения результатов в развитии малых производств.
Диссертационная работа выполнялась в рамках НИР кафедры «Технология хлебопекарного, макаронного и кондитерского производств» Воронежского государственного университета инженерных технологий «Разработка энерго- и ресурсосберегающих чистых технологий переработки сельхозсырья в конкурентоспособные хлебобулочные, кондитерские и макаронные функциональные продукты на основе медико-биологических воззрений» (№ г. р. 01970008815, на 2011-2015 гг.).
Цель исследований: комплексная переработка клубней топинамбура в пюре с последующей ферментной обработкой для получения концентрированной пасты; создание на основе пасты и натурального меда с использованием интенсивного способа формования «шприцеванием» в барьерную полимерную оболочку желейного мармелада повышенной пищевой, пониженной энергетической ценности и сахароемко-сти, с увеличенным сроком хранения.
В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:
- дать характеристику химического состава клубней топинамбура сорта
«Интерес» с функционально-технологической позиции для последующего
получения концентрированной пасты и кондитерских изделий на ее основе;
обосновать выбор, определить условия и создать оптимальную мультэнзимную композицию ферментных препаратов с использованием методов математического планирования для регулирования уровня вязкости пюре из топинамбура;
разработать экспериментальную установку и технологию для получения концентрированной пасты из топинамбура, исследовать ее качественные показатели и определить условия и сроки хранения;
исследовать процесс студнеобразования желейного мармелада, полученного на основе концентрированной пасты из топинамбура и натурального меда, установить технологические параметры и дозировки рецептурных компонентов, обеспечивающих заданные структурно-механические свойства;
исследовать влияние рецептурных компонентов, способа формования и упаковочных материалов на показатели качества желейного мармелада в процессе хранения, определить условия и сроки его хранения;
разработать технологию нового желейного мармелада повышенной пищевой, пониженной энергетической ценности и сахароемкости, с увеличенным сроком хранения;
провести промышленную апробацию технологии производства желейного мармелада на основе пасты из топинамбура и патоки, на основе натурального меда и на основе пасты из топинамбура и меда; разработать и утвердить проект технической документации (ТУ, ТИ, РЦ); провести расчет экономической эффективности внедрения предлагаемой технологии.
Научная новизна работы. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность проведения ферментативного гидролиза некрахмалистых полисахаридов пюре топинамбура с целью снижения его вязкости. Выявлена зависимость снижения вязкости пюре при его обработке ферментными препаратами Rohapect DA6L, Brewzyme BGX и предложена новая мультэнзимная композиция.
Научно обоснована и экспериментально подтверждена возможность
получения концентрированной пасты (Wcb=50,0-60,0 %) из ферментированного пюре топинамбура. Исследованы реологические свойства пасты, что позволило отнести ее к неньютоновским жидкостям с коагуляционнои структурой, для которых характерны свойства псевдопластичности.
Исследованы реологические свойства мармеладной массы на основе концентрированной пасты, которые можно описать степенной зависимостью. При этом отмечается, что увеличение дозировки агара и пасты приводит к повышению пластической прочности мармеладного студня, а патоки - к снижению. В результате получена математическая зависимость пластической прочности мармеладной массы от рецептурных компонентов и определен оптимальный состав рецептурной смеси (агар : концентрированная паста : патока = (1,2-1,4 %): (28-32 %): (28-32 %)).
Обоснованы технологические параметры для получения мармеладного студня на основе натурального меда без сахара с использованием методов математического планирования. Определены оптимальные условия технологического процесса: продолжительности выстойки 68 мин, дозировка меда 73,05 % к массе рецептурной смеси, при этом пластическая прочность мармеладного студня - 24,56 кПа.
Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность производства желейного мармелада с увеличенным сроком хранения, повышенной пищевой, пониженной энергетической ценности и сахароемкости на основе концентрированной пасты из топинамбура и натурального меда.
Практическая значимость исследования. Определены оптимальные параметры для проведения ферментной обработки пюре топинамбура.
Разработана технология и предложена экспериментальная установка для получения концентрированной пасты из топинамбура с максимальным сохранением исходных свойств сырья.
Разработаны рецептуры и технология производства желейного мармелада повышенной пищевой, пониженной энергетической ценности, сахароемкости и себестоимости, с увеличенным сроком хранения.
Предложен инновационный способ формования мармеладной массы с помощью вакуумного шприца в барьерную полимерную оболочку, который позволяет сократить технологический процесс за счет исключения таких технологических операций как выстойка, обсыпка сахаром, сушка, упаковка, а так же увеличить сроки хранения с 3 до 6 месяцев.
Разработанная технология производства желейного мармелада прошла промышленную апробацию на ОАО «Сагуновский мясокомбинат», где формование проводили с использованием вакуум-шприца Robot-500 «Wemag» (производительность 300-500 кг/ч) в полимерную барьерную оболочку «Амифлекс Мини» (d=16 мм).
Ожидаемый экономический эффект от реализации 1 тыс. т/год желейного мармелада на основе концентрированной пасты из топинамбура составит 7,83 млн. р., желейного мармелада на основе концентрированной пасты из топинамбура и натурального меда - 16,67 млн. р.; желейного мармелада на основе натурального меда - 31,82 млн.р.
Новизна технических решений подтверждена патентами РФ: №2467070 «Способ получения концентрированной пасты из топинамбура»; № 2486764 «Способ получения желейного мармелада с использованием пасты из топинамбура»; № 2485805 «Способ получения желейного мармелада на основе натурального меда».
Научные положения, выносимые на защиту:
научно обоснованная технология получения концентрированной пасты высокой пищевой ценности из ферментированного пюре топинамбура;
инновационный способ формования желейных мармеладных масс в барьерную полимерную оболочку с помощью вакуумного шприца с последующим герметичным термоспаиванием;
научно обоснованная технология производства желейного мармелада повышенной пищевой, пониженной энергетической ценности и сахароемкости, увеличенного срока хранения, позволяющая сократить производственный цикл, количество единиц оборудования, производственные площади и снизить себестоимость готового продукта.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертационное исследование соответствует п. 2, 3, 4 и 6, 7 паспорта специальности 05.18.01 - «Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства».
Апробация результатов исследования. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на международных научно-технических конференциях и форумах: «Производство продуктов для здоровья человека - как составная часть науки о жизни» (Воронеж, 2012); «Кондитерские изделия XXI века» (Москва, 2013); «Техника и технология пищевых производств» (Могилев, 2013); «Производство и переработка сельскохозяйственной продукции: менеджмент качества и безопасности» (Воронеж, 2013); на всероссийских научно-практических конференциях: «Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности» (Бийск, 2011); «Инновационные технологии в пищевой промышленности» (Самара, 2011); «Инновационные идеи молодых исследователей для агропромышленного комплекса России» (Пенза, 2013); на отчетных научных конференциях ВГУИТ за 2010-2013 гг. Разработки экспонировались на выставках регионального и федерального уровней.
Публикации. По материалам исследований опубликовано 19 научных работ, в том числе, 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК; 3 статьи в отраслевых журналах; 1 коллективная монография; 10 тезисов докладов в материалах конференций; 3 патента РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, пяти глав, которые посвящены экспериментальным исследованиям, выводов, списка использованных источников, приложений и представлена на 199 страницах машинописного текста, в 51 таблицах и 46 рисунках. Библиография включает 127 наименований, в том числе 9 зарубежных.
