Содержание к диссертации
Введение
1. Аналитический обзор патентно-информационных источников 5
1.1 Топинамбур - как биологически ценное сырье в производстве продуктов питания с комплексом требуемых свойств 5
1.1.1. Лечебные и диетические свойства топинамбура 5
1.1.2 Химический состав топинамбура 7
1.1.3 Использование топинамбура в питании населения 12
1.2 Анализ традиционного ассортимента консервированных салатов и технологических аспектов их производства 15
1.3 Особенности технологии производства консервов 21
1.4 Заключение. Задачи собственных исследований 23
2. Эксперементальная часть 24
2.1 Схема исследований 24
2.2 Объекты исследований 25
2.3 Методы исследований 27
3. Результаты изучения белкового комплексаперспективных сортов топинамбура районированных в краснодарском крае 29
4. Технологическая подготовка сырья 37
4.1 Математическое обоснование изменения белкового и углеводного комплексов топинамбура при различных способах очистки 37
4.2. Биотехнологическая подготовка сырья 54
5. Обоснование разработки технологий салатов на основе топинамбура 62
5.1 Выбор оптимальных соотношений рецептурных ингредиентов 62
5.2. Компьютерное проектирование многокомпонентных салатов с требуемым комплексом показателей пищевой ценности 68
5.3 Технологический регламент приготовления консервов « Салаты на основе топинамбура » 77
5.3.1 Обоснование режимов стерилизации консервов « Салаты на основе топинамбура » 77
5.4 Расчет экономических показателей
Выводы
Список использованных источников
Приложения 80
- Анализ традиционного ассортимента консервированных салатов и технологических аспектов их производства
- Объекты исследований
- Биотехнологическая подготовка сырья
- Компьютерное проектирование многокомпонентных салатов с требуемым комплексом показателей пищевой ценности
Введение к работе
Изыскание новых источников пищевых ресурсов и использование нетрадиционного сырья растительного происхождения для производства высококачественных продуктов питания является одной из наиболее важных проблем перерабатывающих отраслей АПК. Это отражено в Постановлении Правительства Российской Федерации № 917 от 10.08.1998 года «О концепции государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации на период до 2005 года». Для решения особенно перспективно использование местного сырья, так как это приводит к значительному повышению эффективности пищевого производства и снижению себестоимости готовой продукции.
В пищевой и плодоперерабатывающей промышленности издавна применяют консервирование, квашение, соление, маринование и замораживание при низких температурах плодов и овощей. Выпускаема продукция по своему составу и качеству наиболее полноценна и сбалансирована по химическому составу.
Консервируемое растительное сырье содержит азотистые вещества, в частности белок, пренебрегать этим источником в сбалансированном питании не следует. Необходимо иметь в виду важную роль свободных аминокислот, являющихся не только компонентом пищи, но и субстратом химических и биохимических превращений, связанных с органолептическими свойствами продукции.
В ассортименте овощезакусочных консервов большой удельный вес принадлежит консервированным салатам. Группа салатов представлена в основном традиционными видами овощей
В настоящее время в нашей стране и за рубежом ведутся исследования, направленные на изучение состава, свойств и областей использования такой уникальной растительной культуры как топинамбур или, как её еще называют, «земляной груши». Клубни топинамбура признаны ценным источником
4 пищевых нутриентов в диетическом питании человека, благодаря содержанию уникального углеводного комплекса на основе фруктозы и ее полимеров. Инулин - наиболее ценный и количественно преобладающий углеводный компонент топинамбура. Роль белка топинамбура не менее важна. Количество азотистых веществ в клубнях достаточно, и их потребление гарантирует полноценное поступление аминокислотного комплекса в организм человека.
В Краснодарском крае, на Майкопской опытной станции ВИР (МОС ВИР) собрана самая полная в мире коллекция сортообразцов топинамбура (304 вида), относящихся к диким, примитивным и культурным типам. На сегодняшний день МОС ВИР уже может предложить новые сорта топинамбура, адаптированные для консервной промышленности. Все научные исследования, направленные на изучение этого уникального генофонда могут послужить основой для более широкого освоения данного растительного сырья в пищевых целях.
Актуальна необходимость разработки наиболее оптимальных способов обработки топинамбура и изучение влияния технологических параметров производства на пищевую и биологическую ценность консервированных продуктов на его основе.
Целью настоящей работы явились создание биохимически обоснованной технологии салатов на основе топинамбура
Диссертация состоит из обзора литературы, постановки исследований, экспериментальной части, выводов и рекомендаций, списка литературы, приложений.
Анализ традиционного ассортимента консервированных салатов и технологических аспектов их производства
Значительную часть потребляемой человеком пищи составляют плоды и овощи. Они содержат много питательных, вкусовых и ароматических веществ, имеющих большое значение для правильного питания, так как при потреблении растительной пищи значительно усиливается выделение слюны и желудочного сока, что способствует улучшению переваривания и более полному усвоению пищевых нутриентов /62,67,68,126/.
Как известно, овощи являются важнейшими поставщиками витаминов С, Р, Е, группы В, провитамина А - каротина, ряда микро- и макроэлементов. Растительная часть способствует поддержанию кислотно-щелочного равновесия в крови и тканях, что имеет большое значение для правильного обмена веществ. Поэтому правильно организованное рациональное питание человека предусматривает употребление плодоовощной продукции в течение всего года. Следовательно, особенно актуален поиск способов хранения, обеспечивающих максимальную сохранность всех свойств продукции этого вида /69,81,84,85/.
Особая роль при этом отводится изучению различных способов консервирования.Изготовление овощных закусочных консервов было освоено в России еще в начале XIX в., однако промышленное значение получило только во второй половине века в богатых овощами и фруктами районах Крыма, бывших Херсонской и Таврической губерний и на Кубани.
Ассортимент овощных консервов сложился, несомненно, под влиянием кулинарных традиций и рецептов южнорусской кухни, отвечавшей вкусам и привычкам многонационального населения юга России. В связи с тем, что производство консервов велось на мелких предприятиях в кустарных условиях, все техническое оснащение которых состояло из варочных котлов (часто с огневым обогревом), огневых плит для обжарки овощей и рыбы, ручных закаток и открытых ванн для стерилизации. Получаемые консервы были представлены, в основном, целыми овощами (баклажаны, перец, томаты), фаршированные смесью обжаренных корнеплодов и лука, нарезанные кружками обжаренные кабачки или баклажаны, с фаршем из обжаренных корнеплодов и лука и так далее./4,7,8,11,1221.
Но, в тоже время, наиболее употребляемым блюдом на Руси издревле были салаты, которые представляли собой смесь свежих, квашенных, соленых овощей и фруктов, с добавлением растительного масла, уксусной кислоты, соли, сахара, зелени и пряностей. С улучшением и появлением нового технического оборудования, в частности, с появлением вертикальных стерилизаторов, появилась возможность производить салаты в консервированном виде.
Сегодня существует большое количество салатов, состоящих из разнообразных овощей и корнеплодов. Анализируя имеющийся ассортимент можно отметить наличие таких традиционно использующихся составляющих для этой группы продукции, как томаты, капуста свежая и квашеная, морковь, свекла, лук, сладкий перец, зеленый горошек, огурцы. /13,15,16/
Следует подчеркнуть, что при изготовлении консервированных продуктов высокого качества обязательно учитываются особенности строения, химический состав, степень зрелости сырья и применяются щадящие технологические режимы, позволяющие сохранить ценные пищевые, вкусовые и ароматические свойства в их нативном состоянии.
Квашение, соление и мочение - способы консервирования плодов и овощей, в основе которых лежит сбраживание (ферментация) Сахаров, входящих в состав перерабатываемого сырья, экзоферментами молочнокислых бактерий. Многочисленными исследованиями ученых показано, что направленность биотехнологического процесса и показатели готовых продуктов главным образом обусловлены составом питательной среды и свойствами микроорганизмов
При квашении важно создать благоприятные условия для молочнокислых и в меньшей мере дрожжевых организмов и неблагоприятные - для вредных и нежелательных микроорганизмов. В связи с этим, больше внимания уделяется применению заквасок чистых культур молочнокислых бактерий, поскольку при этом быстрее подавляется нежелательная микрофлора (масляно-кислые бактерии, представители группы coli и др.) интенсивнее накапливается молочная кислота. Молочнокислое брожение - это биохимический процесс превращения углеводов в молочную кислоту посредством микроорганизмов, позволяющий предохранить овощи и фрукты от порчи. /9,20,21/
При квашении овощей (огурцов, капусты) главным образом используются и развиваются гомоферментативные мезофильные молочнокислые бактерии вида Lactobact. Plantarum. В соленых огурцах размножается огуречная палочка Lactobact.cucumeris fermentati.
Ферментация квашеной капусты зависит от концентрации поваренной соли, исключения воздуха и температуры брожения. Все технические мероприятия при проведении процесса направлены на то, чтобы способствовать размножению выше указанных бактерий. Наряду с молочнокислыми бактериями в сбраживании квашеной капусты участвуют многие другие бактерии и дрожи. Различные виды микроорганизмов обычно развиваются в устойчивой временной последовательности. Каждая группа микроорганизмов вызывает определенные химические превращения, которые необходимы для получения высококачественной квашеной капусты. На первой стадии ферментации развивается богатая аэробная микрофлора. Она проявляет себя образованием веществ, изменяющих запах и вкус и благоприятно воздействующих на готовый продукт. На второй стадии ферментации развившаяся смешанная флора тормозится, не только недостатком кислорода, но и наличием поваренной соли и возрастающим образованием кислот. Молочнокислые бакте рий меньше повреждаются поваренной солью, их оптимальная область рН лежит в кислой зоне и способствует тому, чтобы имеющиеся углеводы превращались в молочную кислоту, причем концентрация этой кислоты может достигать 1 %. Обе первые стадии квашения капусты заканчиваются в течение 3 -6 дней. Третья стадия ферментации отличается интенсивным образованием молочной кислоты. Происходит массовое селективное развитие го-моферментативных молочнокислых бактерий, не образующих газов. Молочная кислота является важнейшим консервирующим веществом квашеной капусты. Продолжительность третьей стадии при этих параметрах около трех недель. На последней стадии брожения из оставшихся углеводов образуются молочная и уксусная кислоты, этиловый спирт, маннит, углекислый газ. Концентрация кислоты выше 2,5 % (в пересчете на молочную) в естественных условиях не образуется, так как чувствительные к кислоте молочнокислые бактерии в этой области угнетаются./59/
Наиболее благоприятной температурой для образования молочной кислоты посредством Lactobact. Plantarum при ферментации лежит в пределах от 18 до 20 С. Содержание кислоты повышается до 1,5-2 %. По литературным данным штаммы этих микроорганизмов продуцируют ферменты, гидролизующие фруктаны в сырье (табл. 6 )./127, 128/
Штаммы, применяемые в биотехнологии продуктов должны обладать определенным комплексом свойств. Так, лечебные и профилактические свойства кисломолочных продуктов объясняются наличием в них не только достаточного количества активных клеток бактерий, но и метаболитами их жизнедеятельности, которые образуются в результате развития микроорганизмов. Вещества синтезируемые микроорганизмами, выполняют разную роль: одни необходимы для развития самих клеток, другие выполняют функции в управлении биотехнологическим процессом, третьи важны для формирования органолептических показателей кисломолочных продуктов, четвертые обуславливают лечебные и профилактические свойства конечных продуктов, а некоторые выполняют несколько функций. Лечебное действия
Объекты исследований
Объектом для исследования служили клубни топинамбура пяти сортов (табл.7), выращенные на Майкопской опытно-селекционной станции ВИР, урожая 2000 года, образцы квашеного топинамбура, проектируемые рецептурные композиции, образцы готовых консервированных салатов.
При проведении экспериментов были использованы различные методы исследований. Каждый опыт ставился не менее чем в трех повторностях.
В работе, наряду с классическими, использовались и современные методы исследования: газожидкостная хроматография, спектрофотометрия, электрометрические /2, 47/.
Химический состав и биохимические показатели определяли, руководствуясь следующими методами: определение титруемой кислотности проводили по ГОСТ 3624-92 ; влага и сухие вещества - по ГОСТ 3626-73 ; массовую долю жира определяли по ГОСТ 5867-90; количество общего, белкового азота методом Къельдаля, находили по ГОСТ 26889-86 ; определение фракционного состава белков /109/ разделение белков на полиамилакридном геле методом электрофореза /3/ определение аминокислотного состава проводили методом обращенно-фазной высокоэффективной жидкостной хроматографии на приборе «Милихром-А02» (производства АО «Эконова», г. Новосибирск, Россия), модификация методики / /; массовую долю золы определяли путем сжигания пробы в муфельной печи /109/; массовую долю фосфора - ванадо-молибдатным методом /109/; массовые доли калия, натрия, кальция, магния, железа, цинка, марганца и меди - методом пламенной фотометрии на фотометре ЕКФ - 2А в линии автоанализатора ПГВ Мединген /42/; инулин - по Ермакову /42/, фруктозы - по методу Бертрана /42/; витамин С определяли по Ермакову /42/; витамины группы В определяли по Ермакову /42/; витамин РР в модификации Е.М. Степановой /42/ определение полифенолов метод Фолина-Дениса /42/ определение флавонолов метод Хиллиса и Суэйна /42/ определение лейкоантоцианов метод Хиллиса и Суэйна /42/ определение пектиновых веществ на основе реакции галактуроновой кислоты с карбозолом /42,109/; определение крахмала по Починку /42,109/; при разработке математической модели эксперимента использовались ротатабельные планы второго порядка Бокса - Хантера. При переводе результатов в программу «Статистика» получены мультипликативные модели поверхностей, характерно описывающие изменения биохимического состава сырья при технологической переработке /115/. Белок, как известно, имеет исключительно высокое пищевое значение, т.к. поставляет «строительные элементы», которые требуются не только для поддержания жизнедеятельности человеческого организма, но и для роста новых тканей. Он должен поступать с пищей ежедневно (рекомендуемый рацион от 45 до 70 г белка).
В связи с этим возникла необходимость изучения азотистых веществ в различных сортах топинамбура, выращенных в сельскохозяйственной зоне нашего региона, с целью определения наиболее благоприятного по своим показателям сортотипа и возможности применения его в консервной промышленности. Данные представлены в таблице 8.
Общее содержание белкового азота в клубнях колеблется в пределах от 30,9 до 48,2%. Однако, не менее значительную часть их составляют азотистые небелковые вещества -35,8%.
Фракционирование азотистых веществ проводили по общепринятым методикам. Среди белковых фракций основное место занимают альбумины: 70,9% содержится в сорте «Интерес»; 70% - «Violet de Rennes»; наименьшее содержание представлено в сорте «Интерес-21» - 61,7. Значительная доля глобулинов - 14,3% в сорте «Интерес-21»; 10,7% - «4М-4-20». Проламины составляют 16,3% в сорте «4М-4-20»; 10,1%- Violet de Rennes.
Исходя из того, что наибольшее содержание белка наблюдается в клубнях сорта «Интерес», и он наиболее технологичен при переработке, целесообразно в дальнейшем использовать его при создании сбалансированных продуктов.
При этом важно не только количество, но и качество используемого белка. Несущественно важно, является ли белок, который принимают с пищей, белком растительного или животного происхождения, если только гарантируется достаточное поступление аминокислот, особенно незаменимых, (табл. 9).
Биотехнологическая подготовка сырья
Используя в качестве прототипа известный способ квашения капусты нами была предложена технология заквашивания и сквашивания клубней топинамбура молочнокислыми бактериями.
Топинамбур, равномерно тонко нарезали не толще 3 мм соломкой или столбиками длинной не более 40мм.
Закваску для проведения процесса готовили на соке свежего топинамбура. Свежий нашинкованный топинамбур помещали в открытую бочку, заливали водой, для чего на 25 кг брали 100 л. воды. Сырье варили до размягчения, охлаждали до 30 С, отвар отфильтровывали через чистую холщовую ткань и использовали в качестве питательной среды для культивирования рабочей закваски. В него вносили 1% чистой культуры молочнокислых бактерий Lactabacterium plantarum, ставили в теплое помещение с температурой от 25 до 35 С не менее чем на трое суток. Неиспользованную рабочую закваску хранили в прохладном месте, но не более 2-3 дней.
Рабочую закваску вносили в количестве 1,25% равномерно в нашинкованное сырье, по мере загрузки его в бочки с помощью различного рода опрыскивателей, леек или других распыляющих приспособлений.
Бочки укрывали марлей в два слоя и оставляли для осадки от 12 до 24 часов. После осадки бочки дополняли свежим измельченным топинамбуром, не допуская утечки рассола через края.
Признаком начала брожения топинамбура являлось легкое помутнение сока и появление на его поверхности пузырьков, выделяемых при брожении газов. Температура окружающей среды поддерживалась в пределах от 18 до 24С для более правильного процесса брожения.
При температуре брожения 18-22 С в топинамбуре оптимальная титруемая кислотность 0,7 - 1,2 % (в пересчете на молочную кислоту) достигалось к шестому дню от начала процесса.
В дальнейшем понижали температуру до 10-15 С для торможения активности микроорганизмов и замедления процесса брожения, что позволило увеличить сроки хранения готового продукта, не снижая его качественных характеристик.
Хранение квашеного топинамбура в неохлаждаемых помещениях (при температуре 30С) приводило к росту посторонней микрофлоры, с образованием нежелательного вкуса и запаха, что в конечном итоге отрицательно сказывалось на пищевкусовых достоинствах
Химический состав готового продукта представлен в таблицах 15,16,17. Топинамбур, заквашенный чистыми культурами лактобацил, имел чистый вкус и аромат.
В сравнении со свежим сырьем наблюдается уменьшение содержания инулина на 15-20 %( прямо пропорционально увеличивается количество фруктозы), то есть при квашении топинамбура частично проходит ферментативный гидролиз инулиназой, продуцированной L.plantarum, позволяющий получить в готовом продукте более усвояемые формы Сахаров.
Пектиновые вещества, зола не подвергаются существенным изменениям.Частичное увеличение содержания общего азота является следствием незначительного гидролиза белка.
При заквашивании топинамбура чистые культуры в процессе своей жизнедеятельности микроорганизмы способны синтезировать витамины группы В. Это подтверждается увеличением содержания витаминов.
Опытные данные показывают (табл.17), что количество небелкового азота увеличивается на 0,48% от первоначального содержания в свежем сырье за счет частичного распада белкового азота, количество альбуминов уменьшается на 0,52%, глобулинов - на 5,88% (рис. 10)
Биотехнологическая обработка сырья позволяет получить продукт не менее уникальный по сравнению со свежим, его химический состав не претерпевает существенных изменений. Из этого следует, что квашеный топинамбур можно использовать как самостоятельный продукт, так и в качестве основного компонента при изготовлении консервов.
Компьютерное проектирование многокомпонентных салатов с требуемым комплексом показателей пищевой ценности
Разработка продуктов, отвечающих заданным требованиям, заключается в обеспечении сбалансированного химического состава и удовлетворительных органолептических характеристик. Оптимизация параметров разрабатываемого продукта производится путем моделирования рецептуры с использованием интегрального критерия сбалансированности по широкому кругу показателей. Моделирование рецептур сводится к нахождению некоторой области G многофакторного n-мерного пространства Rn, отвечающей ограничениям, поставленным целью проектирования:где Хк- к-критерий проектирования.
Частный критерий d; - относительный коэффициент, принимающий значения от 0 до 1 в зависимости от значения фактора (массовой доли компонента, входящего в рецептуру). Для нахождения частного критерия используется функция желательности Харрингтона //. Фактор моделирования преобразуется в безразмерную величину, которая выступает показателем соответствия его значения эталону. Значения функции Харрингтона группируются в шкалы желательности: очень плохо - de [0...0,2], плохо- de [0,2...0,37], удовлетворительно - de [0,37...0,63], хорошо - ds [0,63...0,8], отлично-de [0,8..Л], (рис.11)
Процесс моделирования на ЭВМ осуществляется циклическим алгоритмом академика Липатова Н.Н. /115/. Задается массовая доля первого ингредиента, относительно которой вычисляются коэффициенты, определяющие массовые доли других ингредиентов, участвующих в моделировании рецептуры. Методика проектирования рецептур идет поэтапно. Сначала моделируют аинокислотный состав белка проектируемого пищевого продукта.
Преимущество функции желательности Харрингтона заключаются в ее безразмерности, что позволяет производить моделирование с использованием факторов различной размерности и диапазона значений, гибкости программирования функции с учетом разброса величины фактора.
Исходными данными для выполнения первого этапа моделирования являлась совокупность ингредиентов, выбранных автором в качестве наиболее соответствующих, а также аминокислотный состав эталонного белка. В результате моделирования аминокислотного состава были получены три базовые рецептурные композиции салатов (таблица24). Выбор рецептур производился из пятидесяти вариантов, распределенных по значению обобщенного показателя функции желательности Харрингтона.
Учитывая значения частных функций желательности каждой из аминокислот, получили обобщенный критерий желательности сбалансированности аминокислотного состава (D) для всех трех рецептурных композиций, который составил: для первой - 0,871; второй - 0,844; третьей - 0,902;
Графическое отображение мультипликативной модели сбалансированности аминокислотного состава рецептурных композиций, полученных в результате моделирования представлено на рисунке 12 (а, б, в).
Компьютерная оценка витаминного и углеводного состава моделируемых рецептур показала, что все композиции в достаточном количестве содержат биологически активные вещества важные для нормального функционирования организма человекаСоответствие разработанных рецептур подтверждается высокими значениями обобщенного критерия желательности Харрингтона: для первой рецептурной композиции - D = 0,885 , для второй - D = 0,878 , для третьей - D = 0,893.
Таким образом, последовательно осуществив вышерассмотренные этапы моделирования многокомпонентных продуктов с заданным комплексом позитивных свойств, получены три рецептурные композиции.
Режим стерилизации должен удовлетворять двум требованиям. С одной стороны, продукт должен подвергаться действию высокой температуры в течение продолжительного времени для уничтожения микрофлоры. С другой стороны, термическая обработка не должна отрицательно отразиться на качестве продукта /52/.Консервы «Салаты на основе топинамбура» относятся к низко кислотным консервам (группа В рН 4,0 ± 0,2 ), поэтому, с целью предупреждения пищевых отравлений токсином ботулизма, режимы стерилизации рассчитывали исходя из параметров термоустойчивости спор CI. Sporogenes - 25, как более термоустойчивого микроорганизма по сравнению с CI. Botulinum. При рН 4,2 его термоустойчивость ( Д121с) составляет -1,6 минут.
Требуемую летальность определяли по формуле:где: Со - обсемененность продукта перед стерилизацией, по экспериментальным данным равно 10 Х=1V - объем тары, см3 Д - константа термоустойчивости
Таким образом, требуемая расчетная летальность составила: Теплофизические изменения температуры в банке в « холодной » точке в процессе стерилизации консервов в автоклаве показали, что фактическая летальность принятых режимов обеспечивается не ниже требуемой и составляет Z = 21,374 усл. мин.
Лабораторную и производственную проверки проводили в условиях ООО «Консервного комбината «Адыгейского», согласно РД 10.03.02.88 «Порядок разработки режимов стерилизации и пастеризации консервов и консервированных полуфабрикатов».
По результатам лабораторной проверки режимы стерилизации признаны достаточными и надежными.Подобраны режимы стерилизации для новых видов консервов:
Микробиологический контроль в процессе производства опытной партии показал, что санитарное состояние технологического процесса -удовлетворительное.
Опытная партия были поставлены на хранение в склад комбината, после трех месяцев хранения проведены разбраковка и микробиологический анализ образцов каждого вида салата на промышленную стерильность /110,112/.
Микробиологический брак отсутствовал, брак вследствие не герметичности не превышал 0,2%, другие виды брака не выявлены.По результатам микробиологических анализов (заключение приводится в приложении 9) консервы соответствуют требованиям
