Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние исследований компонентов рас тительного сырья для приготовления пастило мармеладных изделий 10
1.1. Источники пектиновых веществ 10
1.2. Способы получения пектиновых веществ 14
1.3. Студнеобразователи, применяемые в производстве кондитерских изделий 16
1.4. Обоснование использования местного растительного сырья для производства пектина 18
1.5. Пищевые красители из растительного сырья 20
1.6. Способы получения красителей 21
Глава 2. Теоретические модели повышения эффективности тех нологических процессов получения пастило мармеладных изделий с компонентами местного растительного сырья 24
2.1. Общая характеристика сырья красной смородины для получения желирующих веществ в пастило – мармеладной группе изделий 26
2.2. Объекты и методы исследований 29
2.3. Моделирование технологического процесса производства пектина из выжимок красной смородины 34
Глава 3. Результаты исследования кинетики и обоснование тех нологических параметров процессов извлечения пекти новых веществ 45
3.1. Сравнительных химический состав изучаемых сортов красной смородины 45
3.2. Влияние режимных параметров на выход пектина из выжимок красной смородины 52
3.3. Экстрагирование пектиновых веществ при различных технологических параметрах 56
Глава 4. Результаты исследования комплекса технологических процессов переработки растительного сырья и их применение в производстве пастило-мармеладных групп изделий 65
4.1. Технология получения пектина из выжимок красной смородины 65
4.2. Технология получения пищевого красителя из выжимок красной смородины 69
4.3. Рецептуры пастило-мармеладных продуктов с использованием полученного пектина из красной смородины и натурального пищевого красителя 70
Глава 5. Экономическая эффективность предложенной технологии желейного мармелада 89
5.1. Определение себестоимости производства желейного мармелада 89
5.2. Определение рентабельности производства желейного мармелада 92
Общие выводы 94
Практические рекомендации 95
Список литературы
- Студнеобразователи, применяемые в производстве кондитерских изделий
- Моделирование технологического процесса производства пектина из выжимок красной смородины
- Влияние режимных параметров на выход пектина из выжимок красной смородины
- Рецептуры пастило-мармеладных продуктов с использованием полученного пектина из красной смородины и натурального пищевого красителя
Студнеобразователи, применяемые в производстве кондитерских изделий
Изучению пектиновых веществ, а также их строению, свойствам посвящено значительное количество работ [1, 2, 6, 8, 9, 25, 45, 56, 61, 139, 142]. Среди ягод высоким содержанием пектиновых веществ обладают плоды смородины, исследованы пектиновые вещества виноградной лозы [10, 29].
Пектиновые вещества – соединения углеродной природы с молекулярной массой от 10 до 200000, обладающие свойствами лиофильных коллоидов [1, 5, 55].
Во многих растениях присутствуют пектиновые вещества [1, 2, 3, 13, 60]. Основным местом их содержания являются клетки растений, в виде протопектина.
Пектины как биологически активные вещества обладают способностью образовываться в нерастворимые комплексы с железом, кобальтом, цинком, и другими поливалентными металлами, а также выводить их из организма.
Пектиновые вещества обладают профилактическим действием: антивоспалительным, антибактериальным, кровоостанавливающим, противосклеротиче-ским, антиаллергентным. Подавляют рост и размножение микроорганизмов. Обладают свойством коррекции липидного (холестеринового и углеводного обменов [53, 66].
Высоким содержанием пектина характеризуются: картофель (0,58 - 5,4 %), морковь (6,4 – 8,0%), баклажаны (6,4 - 11,0%), но их переработка на пектин нецелесообразна трудоемкостью процесса и низким качеством получаемых продуктов [3, 4, 21, 22, 23, 48, 51, 86, 100, 117].
Много работ посвящено изучению пектиновых веществ яблок [30, 43, 52, 54, 83, 84, 97, 101], исследован способ получения пектина из свекловичного жома [77], но сведения о содержании в красной смородине пектиновых веществ ограничены. Изучение пектинов из различных растений и их сравнение дало понять, что их химическая природа едина. В растительных тканях пектиновые вещества находятся в основном в виде протопектина. Необходимым компонентом пектинового студня является органическая кислота. Кислота является электролитом, под действием которого происходит образование пектинового каркаса – необходимого компонента пектинового студня, характеризующегося показателем рН. Желирование достигается при титруемой кислотности не менее 1% и кислотности не менее pH 3.
Из практики хорошо известно, что прочные студни получаются в присутствии слабых кислот, (лимонная, винная), при рН в пределах 3.0 – 3.2. Содержание сухих веществ влияет на желирование. Чем выше содержание сухих веществ, тем выше температура студнеобразования и прочность.
Существуют различные механизмы желирования в зависимости от количества замещаемых карбоксильных групп, и как следствие дифференцированных по степени этерификации.
Основным агентом извлечения является метиловый спирт. Содержание ме-токсильных групп в пектиновых веществах меняется в широких пределах и зависит от способа извлечения [39, 40, 42, 58, 59, 78].
Пектины подразделяют на высоко - и низкометоксилированные: соответственно со степенями метоксилирования выше и ниже 50%. Степень метокси-лирования влияет на устойчивость к гидролизу, растворимость, студнеобразо-вание и другие физико-химические свойства студня [65, 70].
Степенью полимеризации также определяет студнеобразовательную способность пектиновых веществ. Если молекулярная масса пектинов, ограничено пределами от 50000 до 200000, то они не обладают эффективным желировани-ем. Если молекулярная масса ограничена интервалом от 150000 до 200000 то получается высокая желирующая способность [64, 65, 47].
Кроме того, на способность пектинов образовывать студни, влияет содержание метоксильных групп [3, 23, 24, 131]. Высокой студнеобразующей способности пектина соответствуют пектины, имеющие высокую степень этери-фикации [69, 135,137].
Вязкость водных растворов пектинов зависит от молекулярной массы пектинов, концентрации сахара и кислоты [129, 138].
При наличии сахара и кислоты пектин образует студни, применяемые в производстве пастило-мармеладных изделий.
Сахар имеет водоотнимающее действие и является пластификатором студня, поэтому содержание сахара в смеси определяется свойствами применяемого пектина: качество студня повышается за счт увеличения количества вносимого сахара в рецептуру.
Свойства студнеобразования являются объективной физико-химической характеристикой пектинов из разного вида сырья. Для характеристики также используются показатели средней молекулярной массы, метоксильные и ацетильные числа, вязкость [58, 60, 106, 141].
При средней студнеобразующей способности пектина содержание сахара примерно 65%, что соответствует насыщенному раствору сахара при 25С.
При переработке растительного сырья с целью получения пектиновых веществ, следует учитывать гидролиз протопектина на процесс которого оказывают влияние температура и продолжительность экстракции, а также рН среды.
Технологический процесс переработки сырья с целью получения пектиновых веществ необходимо вести при параметрах, обеспечивающих значительный выход с высокими свойствами студнеобразования [57, 67, 71].
Было отмечено, что нагревание пектиновых растворов приводит к падению вязкости, увеличению титруемой и активной кислотности и сопровождается деметоксилированием пектиновых веществ. Установлено, что при температуре 85 С степень гидролиза протопектина увеличивается но, при дальнем повышении температуры происходит деструкция протопектина [81].
Моделирование технологического процесса производства пектина из выжимок красной смородины
Для студнеобразования в технологии получения пастило-мармеладных изделий в основном применяют такие вещества как агар, агароид, фурцелларан, альгинат и др.
Например, агар применяют при производстве продуктов с высокой желейной структурой [27, 32]. По сравнению с пектинами агар биологически не активен и образует специфические структуры – колющиеся студни [32, 37].
Ограниченность применения агароида в кондитерской промышленности связана с низкой студнеобразующей способностью, при высокой температуре застывания [46, 49].
В производстве пастило-мармеладных групп изделий наибольшее применение в качестве желирующих веществ нашли пектин и агар. Свыше 85 % пектина используется для производства мармелада, зефира, желе и других изделий [73, 75, 112, 116, 120].
Пектины занимают особое место среди желирующих веществ, поскольку обладают высокой биологической активностью и, как следствие, применяются в химической, фармацевтической, консервной промышленности, в сельском хозяйстве и других высокотехнологичных отраслях [119, 143, 148].
Пектин является лучшим студнеобразователем [19, 20, 41], так как он обладает высокой биологической активностью при возможности формировать желейную структуру, прочные гели с сахаром в силу его устойчивости к воздействию кислой среды, при желировании через 20–45 минут после варки.
При массовом производстве пектина в пищевой промышленности в качестве основного сырья используются отходы ягод, получаемые при производстве соков и вин [69, 87]. Широко распространено использование отходов цитрусовых плодов – корок [119, 145].
Способность пектина к желированию определяется величиной частиц из которых он состоит: чем больше частицы пектина, тем сильнее вязкость. Сред ний диаметр частиц должен быть не менее 0,2 мкм. Прочность студня обеспечивается содержанием не менее 1 % пектина в сырье.
Пектин связывает и выводит ионы тяжелых металлов из организма за счт образования макромолекул, препятствующих перевариванием желудка человека, и поэтому используется в рецептурах продуктов для профилактического питания.
Пектин в виде порошка имеет преимущества перед жидким пектином по концентрации, занимаемому объему, стоимости транспортировки, желирующей способности на 1 кг. [72, 74, 75]
Пектин из ягодных выжимок имеет натуральный вкус и запах ягод, содержит сахара, органические кислоты, соли и сбалансированы по минеральным веществам. Его добавляют во фруктовые изделия для придания студнеобра-зующих свойств продукту. 1.4. Обоснование использования местного растительного сырья красной смородины для производства пектина
Нарушение питания у населения Восточной Сибири обусловлено недостаточным потреблением биологически – активных пищевых веществ природного происхождения и нерациональным их соотношением. В северных районах Красноярского края огромное значение имеет составление рациона питания населения, направленного на поддержания их здоровья. Важным условием улучшения качества пищевых продуктов в регионе является разработка новых технологий, использующих местные источники растительного сырья.
Биологическая ценность плодов и ягод определяется содержанием питательных веществ, регулирующие обменные процессы: витаминов, минеральных веществ и др., которые играют важную роль в здоровом питании человека.
При организации рационального питания значение имеет разнообразие потребляемой пищи. В рацион питания должны входить плоды и ягоды, так как они повышают усвояемость и биологическую ценность большинства продуктов, получаемых человеком, являются богатыми источниками биологически активных веществ, минеральных соединений, улучшают вкус и аромат пищи, имеют диетическое назначение [35].
В питании населения плоды красной смородины могут быть использованы в свежем и переработанном видах. Используемые плоды и ягоды являются прекрасным сырьм для производства соков, экстрактов, после чего остатся большое количество выжимок. В литературных данных приведены показатели качества сухих плодово-ягодных выжимок (табл. 1) [74, 33, 44].
Влияние режимных параметров на выход пектина из выжимок красной смородины
Уменьшение коэффициента массотдачи при увеличении продолжительности экстракции от 10 до 100 минут можно объяснить потерей упругости и ростом концентрации пектиновых веществ и, как следствие, увеличением вязкости экстракта.
Снижение скорости циркуляции жидкости-экстрагента приводит к снижению коэффициента массоотдачи пектиновых веществ.
В качестве результатного физического показателя для пастило-мармеладной группы изделий логично взять студнеобразующую способность, а в качестве факторных показателей использовать время нагрева до температур 80С, 85С, 90 С. Экспериментальная оценка влияния температуры на студне-60 образование выполнена для лидирующего сорта Мармеладница (рис. 3.4).
Из приведенных данных видно, что наибольшая студнеобразующая способность пектина достигается при температуре процесса 85 С, а далее при увеличении температуры студнеобразующая способность падает до 148 SAG, что отрицательно влияет на качество пектина. Оптимальность выбора температуры 85 С также соответствует опытам по оценке величины диффузии и мас-сотдачи.
Оптимальная продолжительность технологического процесса эктрагиро-вания определена для лидирующего сорта Мармеладница при средней температуре 85 С, при этом продолжительность экспозиции менялось во временном интервале от 60 до 240 мин. Анализ динамики студнеобразования показывает, что максимум достигается при 120 мин (рис. 3.5). Влияние продолжительности экстрагирования на студнеоб-разующую способность пектина из выжимок красной смородины
Дальнейшее увеличение продолжительности экстракции, свыше 120 мин., отрицательно влияет на процесс студнеобразования. Таким образом, проведенные исследования по оценке технологической эффективности кинетики процесса экстрагирования посредством оценки технологических параметров (коэффициент диффузии, коэффициент массоотдачи пектиновых веществ, студнеобразующая способность пектина) показали, что оптимальными являются следующие условия процесса экстракции: концентрация лимонной кислоты – 0,1 %; температура – 85 С, экспозиция – 120 мин. Влияние технологических параметров на извлечения красящих веществ из выжимок красной смородины
Опыты по извлечению антоцианового пигмента методом экстрагирования проведены при температуре 55–65 С в течение 5 часов, поскольку за пределами этого температурного интервал происходит либо значительное увеличения времени экстракции, либо уменьшается выход красящих веществ [81].
Влияние концентрации этанола и продолжительности процесса на выход красящих веществ Визуальный анализ показал, что в начальный отрезок экстрагирования (до 2 часов) наблюдался высокий выход красящих веществ вне зависимости от концентрации этилового спирта, однако максимальный при 96 % об.
Через 3 часа экстрагирования выход антоцианов уменьшился.Таким образом, для эффективного извлечения красящих веществ этиловым спиртом достаточно 2 часа.
Для более полного извлечения красителя из сырья проведено многократное экстрагирование. При однократном экстрагировании извлечено 60-70%. При 3–х кратном более 95 % об. Выводы
В результате проведенного химического анализа установлено, что все выбранные сорта красной смородины обладают высокой пищевой ценностью. Самые высокие значения пектиновых веществ отмечены у всех сортов, однако сорт Мармеладница (10,11 %) , который лидирует по его содержанию, что свидетельствует о перспективе этого сорта для производства желейных продуктов.
Выход чистого пектина в % к массе сырья из выжимок красной смородины при выборе лидирующего сорта Мармеладница, при использовании лимонной кислоты выше в среднем в 1,62 раз, чем у азотной.
Анализ процесса гидролиза-экстрагирования пектиновых веществ из выжимок красной смородины показал, что при оптимальных значениях техно логических параметров (концентрация лимонной кислоты – 0,1 %; температура – 85 С, продолжительность – 120 мин.) обеспечен максимальный выход спир тоосаждаемых пектиновых веществ %.
Результаты исследований процесса экстрагирования антоциановых кра сителей из выжимок красной смородины показывают, что наиболее оптималь ным экстрагентом является этиловый спирт с долей этанола 96 %, при темпера туре процесса 50 – 60 С и продолжительсности извлечения 2 часа. Глава 4. Результаты исследования комплекса технологических процессов переработки растительного сырья и их применение в производстве пастило-мармеладных групп изделий
В полученный отфильтрованный кислый экстракт добавляют углекислый натрий, для снижения кислотности до pH 4–5 и дальнейшего проведения ферментного гидролиза при температуре 40–50 С в течение 30–60 мин.
В экстракт добавляют кизельгур с концентрацией 0,02%. Полученную массу подвергают фильтрации под давлением 2–5 атм., используя фильтр–ткань (бельтинг). Отфильтрованную массу при рабочей температуре 55–60 С обрабатывают вакуум–аппаратом с выпариванием жидкости до уровня 15 % сухих веществ в растворе, с доведением содержания пектина до 5 %.
Полученный концентрированный раствор поступает в коагулятор с этиловым спиртом 96 %, соляная кислота 0,3 % для обеззараживания, а затем в течение 15 минут перемешивается. Обработанная водно-спиртовая масса проходит фильтр – пресс под давлением 1–1,5 атм., и от не отделяют пектин. Пектин в виде густой пасты (60–70 % от веса пектина) получают в следствии промывки осадка этиловым спиртом. Спиртовой раствор после регенерации можно использовать многократно.
Рецептуры пастило-мармеладных продуктов с использованием полученного пектина из красной смородины и натурального пищевого красителя
При использовании красителя из выжимок красной смородины в производстве желейного мармелада, в интервале оптической плотности 0,152 -0,168 ед. прибора, (дозировка красителя 30–50 г/кг) удается воссоздать ярко красные тона в изделии.
При внесении красителя в количестве менее 30 г/кг не наблюдается необходимая интенсивность окраски, внесение красителя в количестве более 50 г/кг нецелесообразно, так как приводит к получению продукта с чрезмерно темной окраской и повышению себестоимости готового изделия.
Таким образом, получен безвредный натуральный красящий концентрат (красный) природного происхождения из отходов местного растительного сырья, удовлетворяющий всем требованиям, предъявляемым к данному виду продукции.
Эссенция V Пищевойкрасящийконцентрат Приготовление мармеладной массы (СВ=74 %); t=(52±2,5)C V Формирование и студнеобразование мармеладной массы V Выборка мармелада из форм и обсыпка сахаром-песком V Сушка и охлаждение V Упаковка, маркировка, транспортирование и хранение мармелада Рисунок 4.3 – Принципиальная схема получения желейного мармелада
Рецептурное количество пектина из красной смородины смешивают с сахаром - песком в соотношении 1:2, Основываясь на литературные данные [121] добавляют двадцатикратное количество воды по отношению к массе пектина. Смесь оставляют для набухания на 2,5 часа. Набухший студнеобразователь растворяют при нагревании и добавляют рецептурное количество лактата натрия и сахара (за вычетом количества, пошедшего на смешивание с пектином). При достижении смесью температуры 90 С вводят рецептурное количество патоки и продолжают нагревание и уваривание , соответствующее достижению массовой доли сухих веществ смеси 75-77 %. Уваренную массу охлаждают и темперируют. При перемешивании добавляют лимонную кислоту, пищевой краси тель. Готовую жидкость разливают в сухие чистые металлические формы, выстаивают в течение 40 минут, после чего застывший мармелад вынимают из форм и обсыпают сахаром - песком. Сушку мармелада производят в естественных условиях.
Способ I. Приготовление пектино-сахаро-паточного сиропа осуществляется в закрытом варочном котле. В котел наливают 25 литров воды. Из дозатора сливают подготовленную водно-пектиновую смесь, вручную добавляют буферную соль – лактат натрия, вносят необходимое по рецептуре количество сахара. Полученную смесь уваривают под давлением горячего пара 1 атм., до содержания сухих веществ 71 %. Затем добавляют необходимое количество патоки и уваривают до массовой доли сухих веществ 70 % в течение 7 минут.
Затем в темперирующую машину под давлением поступает пектино-сахаро-паточный сироп, вместе с пищевыми ароматизаторы и водным раствор лимонной кислоты, а также добавляют красящий концентрат в количестве 30 г/кг. После этого массу перемешивают в течение 30 секунд и формуют.
Полученную мармеладную массу с температурой 80 С за Приемный бункер мармеладоотливочной машины заполняют жидкой мармеладной массой. Эту массу с температурой 80 С отливают в заранее приготовленные металлические формы и далее охлаждают. После охлаждения готовый мармелад выбирают из форм и раскладывают на лотки. В качестве агента против слипаемости выступает сахар-песок.
Органолептическая оценка Вкус, запах и цвет – ясно выраженные, характерные для данного сорта мармелада, без постороннего привкуса и запаха. желеобразная консистенция, не тягучая. Вид в изломе – чистый однородной, допускаются единичные, мелкие не жесткие вкрапления. Форма - ровная с чтки-ми контурами. Корочка – мелкокристаллическая, эластичная, не липкая, с блеском.
Вкус, запах и цвет – ясно выраженные, характерные для данного сорта мармелада, без постороннего привкуса и запаха. Имеет слабо выраженный ягодный вкус. Без посторонних включений и хруста. Консистенция – желеобразная поддающаяся резке ножом, не затяжистая. Вид в изломе – чистый однородный, без вкраплений. Форма -правильная с ясным рисунком и четкими контурами. Корочка – мелкокристаллическая, эластичная, не липкая, с блеском. Цвет – светло розовый.
Вкус, запах и цвет – ясно выраженные, характерные для данного сорта мармелада, без постороннего привкуса и запаха. Имеет ягодный вкус. Без посторонних включений и хруста. Консистенция – желеобразная поддающаяся резке ножом, не затяжистая. Вид в изломе – чистый однородный, без вкраплений. Форма - правильная с ясным рисунком и четкими контурами. Корочка – мелкокристаллическая, эластичная, не липкая, с блеском. Цвет – темно розовый. продолжение таблицы 4. с добавлением пектина 1,8% Вкус, запах и цвет – ясно выраженные, характерные для данного сорта мармелада, без постороннего привкуса и запаха. Имеет выраженный ягодный вкус. Без посторонних включений и хруста. Консистенция – желеобразная поддающаяся резке ножом, не затяжистая. Вид в изломе – чистый однородный, без вкраплений. Форма - правильная с ясным рисунком и четкими контурами. Корочка – мелкокристаллическая, эластичная, не липкая, с блеском. Цвет – красный. с добавлением пектина 2,0 % Вкус, запах и цвет – ясно выраженные, характерные для данного сорта мармелада, без постороннего привкуса и запаха. Имеет четко выраженный ягодный вкус. Без посторонних включений и хруста. Консистенция – желеобразная поддающаяся резке ножом, не затяжистая. Вид в изломе – чистый однородный, без вкраплений. Форма -правильная с ясным рисунком и четкими контурами. Корочка – мелкокристаллическая, эластичная, не липкая, с блеском. Цвет – светло розовый с добавлением пектина 2,5 % Вкус, запах и цвет – ясно выраженные, характерные для данного сорта мармелада, без постороннего привкуса и запаха. Имеет четко выраженный ягодный вкус. Без посторонних включений и хруста. Консистенция – желеобразная поддающаяся резке ножом, не затяжистая. Вид в изломе – чистый однородный, без вкраплений. Форма -правильная с ясным рисунком и четкими контурами. Корочка – мелкокристаллическая, эластичная, не липкая, с блеском. Цвет – светло розовый
Проанализировав образцы мармелада с различной дозировкой вносимого пектина по органолептическим показателям можно сделать вывод, 1,8 % в рецептуру изделий наиболее положительно сказывается на вкусе и аромате, цвете и виде в изломе.
Из физико-химических показателей была определена титруемая кислотность, влажность и прочность мармеладного студня (табл. 4.10). Таблица 4.10 – Физико-химические показатели мармелада
По результатам дегустационной оценки можно сделать вывод, что образец желейного мармелада с добавлением 1,8 % пектина из красной смородины имеет в совокупности показателей наилучшие характеристики. Данный образец набрал наибольшее количество баллов – 27. При внесении красителя в количестве менее 30 г/кг не наблюдается необходимая интенсивность окраски, внесение красителя в количестве более 50 г/кг нецелесообразно, так как приводит к получению продукта с чрезмерно темной окраской и повышению себестоимости готового изделия. Наилучшему образцу присвоено название «Красная смородина». Выводы
