Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Теоретические и практические аспекты создания функциональных продуктов питания 12
1.1. Концепция здорового питания 12
1.1.1. Пищевые волокна, технологические свойства и роль в физиологии питания 15
1.1.2. Физиологические функции минеральных веществ, йода и кальция 21
1.2. Концентраты пищевых волокон и комплексные добавки 22
1.2.1. Альгиновые вещества 22
1.2.2. Пектиновые вещества 26
1.2.3. Микрокристаллическая целлюлоза 29
1.2.4. Морские бурые водоросли и продукты их переработки 32
1.3. Опыт создания кондитерских изделий обогащенных пищевыми волокнами и минеральными веществами 40
1 4 Заключение по обзору литературы и задачи исследований. 47
Глава 2 Организация эксперимента и методы исследований 48
2.1 .Материалы исследований 48
2.2.Методы исследований 50
Глава 3 Исследование состава и свойств функциональных добавок 70
3.1. Обоснование выбора функциональных добавок 70
3.2. Сравнительная характеристика функциональных добавок 71
3.2.1. Изучение органолептических свойств и химического состава функциональных добавок 71
3.2.2. Изучение гранулометрического состава функциональных добавок 76
3.2.3. Изучение кинетики набухания функциональных добавок 80
Глава 4 Научные и практические основы формирования мучных кондитерских изделий функционального назначения 90
4.1. Обоснование выбора кондитерских изделий в качестве носителей функциональных свойств 90
4.2. Исследование влияния функциональных добавок на растворимость сахарозы в многокомпонентных растворителях 91
4.3. Исследование влияния функциональных добавок на плотность сахарных растворов 98
4.4. Теоретические вопросы образования эмульсий для печенья с использованием функциональных добавок 103
4.5. Определение типа эмульсий для печенья с функциональными добавками 107
4.6. Исследование влияния функциональных добавок на свойства эмульсий 113
4.7. Исследование влияния добавок на свойства кондитерского теста 121
Глава 5 Разработка эффективных технологий новых видов печенья функционального назначения 132
5.1. Разработка технологий затяжного печенья на основе функциональных добавок 132
5.2. Разработка технологий сахарного печенья на основе функциональных добавок 141
5.3. Разработка технологий сдобного печенья на основе функциональных добавок 143
5.4. Разработка комбинаций добавок для мучных кондитерских изделий 144
5.5. Особенности технологий и новый ассортимент печенья с функциональными добавками 147
5.6. Влияние функциональных добавок на показатели безопасности печенья 151
5.7. Исследование влияние добавок на содержание функциональных ингредиентов в печенье 152
5.7.1. Определение содержания пищевых волокон в печенье 152
5.7.2. Определение содержания кальция в печенье 153
5.7.3. Определение содержание йода в печенье 154
5.8. Удовлетворение потребности в функциональных ингредиентах при потреблении разработанных изделий 155
Глава 6 Исследование влияния функциональных добавок на уровень организованности технологических потоков производства печенья 158
6.1. Анализ технологий затяжного, сахарного и сдобного печенья как системы процессов 158
6.2. Диагностика функционирования традиционных технологических потоков производства печенья 165
6.3. Диагностика функционирования технологических систем производства печенья с функциональными добавками 167
Выводы 171
Библиографический список использованной 175
Литературы
Приложения 205
- Опыт создания кондитерских изделий обогащенных пищевыми волокнами и минеральными веществами
- Изучение органолептических свойств и химического состава функциональных добавок
- Исследование влияния функциональных добавок на растворимость сахарозы в многокомпонентных растворителях
- Разработка технологий сахарного печенья на основе функциональных добавок
Введение к работе
Актуальность проблемы. В соответствии с основными положениями Концепции Государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации одним из приоритетных направлений развития пищевой промышленности является создание функциональных продуктов питания, способствующих оздоровлению и повышению качества жизни людей.
Кондитерские изделия представляют собой весомую группу пищевых продуктов массового потребления, пользующихся большим спросом, что является основанием для придания им функциональных свойств путем совершенствования состава в направлении насыщения важными функциональными ингредиентами: витаминами, минеральными веществами, пищевыми волокнами.
Применение разнообразного функционального сырья для целенаправленной коррекции химического состава изделий требует новых технологических решений, обеспечивающих получение высококачественной, конкурентоспособной продукции.
В современных условиях недостатка полезных для здоровья веществ в рационе питания человека, разработка эффективных технологий, гарантирующих стабильно высокое качество, повышенную пищевую и биологическую ценность кондитерских изделий, представляется актуальной задачей.
Научной базой настоящей работы явились фундаментальные
исследования Л.М.Аксеновой, ЛЛ.Ауэрмана, В.А.Васькиной, А.В.Зубченко,
Н.П.Козьминой, Г.О.Магомедова, Г.А.Маршалкина, И.В .Матвеевой,
В.А.Панфилова, Р.Д.Поландовой, Л.И.Пучковой, А.Р.Сапронова,
Н.П.Силиной, З.Г.Скобельской, А.Л.Соколовского, В.И.Тужилкина, Т.Б.Цыгановой, Л.Н.Шатнюк и других ученых.
Цель диссертационной работы направлена на решение важной государственной проблемы — разработку и научное обоснование технологий новых видов печенья функционального назначения и их нормативное обеспечение.
Официальным подтверждением актуальности выполненного исследования является включение данной тематики в ГНТП России «Высокоэффективные процессы в перерабатывающих отраслях АПК».
Диссертационная работа согласуется с приоритетными направлениями развития науки в кондитерской отрасли, а также соответствует основным принципам государственной политики в области здорового питания.
Задачи исследования. Для реализации поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- обосновать выбор кондитерских изделий для повышения их пищевой
ценности и придания им функциональных свойств;
- выбрать пищевые добавки и научно обосновать их применение для
придания функциональных свойств новым видам продукции;
исследовать химический состав и свойства пищевых добавок с целью их применения в составе функциональных продуктов;
раскрыть механизм закономерностей, лежащих в основе физико-химических процессов, протекающих в полуфабрикатах и готовых изделиях под влиянием пищевых добавок;
разработать и научно обосновать технологии новых видов печенья функционального назначения;
разработать перспективный ассортимент сахарного, затяжного и сдобного печенья;
провести на основе операторных моделей диагностику эффективных технологий новых видов печенья с целью выявления влияния пищевых добавок на качество продукции;
оценить стабильность отдельных процессов и уровень организованности технологических потоков производства новых видов печенья, в сравнении с традиционными;
разработать нормативную документацию на новые виды изделий;
- провести промышленную апробацию разработанных технологий на
кондитерских предприятиях.
Научная концепция. В основу научного решения проблемы положен комплексный подход к формированию эффективных технологий производства разных видов печенья функционального назначения, на базе использования новых пищевых добавок. Обоснованы и предложены технологические решения стабилизации процессов, повышения эффективности технологий и качества мучных кондитерских изделий.
Научные положения:
обоснованы принципы выбора добавок для мучных кондитерских изделий, в зависимости от химического состава, обуславливающего проявление ими функциональных и технологических свойств;
раскрыты основные закономерности физико-химических и структурных преобразований в полуфабрикатах и готовых изделиях при производстве разных видов печенья, характеризующие применение добавок, содержащих пищевые волокна;
научно обоснованы технологии сахарного, затяжного и сдобного печенья модифицированного химического состава в направлении повышения полезных веществ в изделиях - пищевых волокон и минералов - йода и кальция;
предложены пути повышения и стабилизации качества печенья на основе повышения стабильности полуфабрикатов путем применения пищевых добавок проявляющих технологические свойства;
Научная новизна работы.
Обоснованы структурные и физико-химические закономерности формирования мучных кондитерских изделий с функциональными добавками: морскими, бурыми водорослями, продуктами их переработки, а также пектином и микрокристаллической целлюлозой.
Выявлены особенности химического состава и свойств ламинарии, фукуса, водорослевого порошка «Маринид», альгината кальция и обоснованы условия их применения в качестве функциональных добавок при производстве мучных кондитерских изделий; установлены диапазоны использования добавок, учитывающие их функциональное назначение.
Впервые установлено влияние функциональных добавок на плотность сахарных растворов и растворимость сахарозы в кондитерских эмульсиях и даны их математические описания.
Уточнены данные о состоянии сахарозы в многокомпонентных растворах с функциональными добавками, содержащими пищевые волокна, и на их основе расширены фазовые диаграммы состояния сахарозы в эмульсиях с целью оценки соотношения фаз в них.
Определены и научно обоснованы закономерности формирования качественных показателей мучных кондитерских изделий функционального назначения, получены уравнения регрессии, описывающие влияние доз функциональных добавок на показатели качества изделий.
Исследовано многофункциональное влияние добавок и их комбинаций на состав мучных кондитерских изделий и определены диапазоны его модификации функциональными ингредиентами.
Выявлен механизм воздействия функциональных добавок на пищевую, энергетическую ценность и обосновано его влияние на безопасность разработанных продуктов.
Установлены и обоснованы новые технологические параметры, их пределы и условия для насыщения изделий пищевыми волокнами, йодом и кальцием.
Определены технологические условия для стабилизации качества полуфабрикатов и в повышения уровня организованности технологий печенья.
Сформулирован системный подход к технологическим потокам производства печенья и на его основе определены основные технологические параметры эффективных технологий мучных кондитерских изделий с функциональными добавками.
Практическая значимость результатов исследований.
Полученные результаты исследований позволили решить важную государственную проблему повышения конкурентоспособности мучных кондитерских изделий на основе роста их пищевой ценности и стабилизации качества продукции.
Даны научно разработанные рекомендации практического применения морских, бурых водорослей и продуктов их переработки в производстве печенья, в качестве пищевых добавок - носителей функциональных и технологических свойств.
Обоснованы и рекомендованы способы предварительной подготовки к производству и диапазоны использования функциональных добавок, обеспечивающие получение продукции стабильно высокого качества.
Предложены прогрессивные технологии и перспективный ассортимент затяжного, сахарного и сдобного печенья улучшенного химического состава, функционального назначения с использованием ламинарии, фукуса, водорослевого порошка «Маринид», альгината кальция, пектина, микрокристаллической целлюлозы и их комбинаций.
Разработана нормативная документация на 12 новых видов печенья.
Нормативная документация на печенье «Вита» (ТУ 9131-002-18767587-99), печенье «Флирт» (ТУ 9131-001-45163981-99) и печенье «Вита Люкс» (ТУ 9131-006-18767587-03) утверждена в установленном порядке.
Разработаны способы производства мучных кондитерских изделий с использованием: морских, бурых водорослей и продуктов их переработки (Патент РФ № 2164751), альгината кальция (Патент РФ № 2160006), комбинации добавок «Пектин: микрокристаллическая целлюлоза» (Патент РФ №2161885).
Показана возможность использования диаграмм состояния сахарозы в многокомпонентных дисперсных системах, для оценки изменений соотношения фаз в них под влиянием нетрадиционного сырья.
Показана модификация химического состава печенья, при использовании бурых водорослей и продуктов их переработки, в направлении повышения пищевых волокон и минеральных веществ.
Создана «Программа обобщенной потребительской оценки качества печенья и способности производства обеспечить его стабильный уровень», применяемая при экспертизе состояния производства в разных регионах России.
Сравнительная диагностика функционирования существующих и предлагаемых технологических потоков позволила объективно оценить разработанные технологии как прогрессивные, по возросшему уровню целостности отдельных подсистем и всей системы в целом.
Достоверность полученных экспериментальных данных обусловлена статистической обработкой результатов, разработанными математическими описаниями, оптимизацией технологических процессов, апробацией разработок
Материалы научных исследований включены в учебные программы по дисциплине «Технология кондитерских изделий», элективному курсу «Инновационные технологии в кондитерском производстве», а также в программы профессиональной переподготовки и повышения квалификации МГУПП для специалистов кондитерской промышленности.
Апробация работы. Основные положения работы были доложены на -VI11 конференции молодых ученых и специалистов, посвященной 60-летию образования МТИПП (М., 1991); - научно-технической конференции «Молодые ученые пищевой и перерабатывающей отраслям АПК» (М., 1997); Всероссийской научно-практической конференции «Кондитерская промышленность XXI век» (М., 1998); - Международной научно-технической конференции «Техника и технология пищевых производств» (Могилев, 1998); - Международной научно-технической конференции «Хлеб 99» (М., 1999); -
Международной конференции «Сырье для кондитерской промышленности 2000» (М., 2000); - научно-техническом семинаре «Новое в технике и технологии пищевой и перерабатывающей промышленности» (Улан-Уде, 2000); - научно-практической конференции «Московское качество» в рамках 6-й ежегодной Московской промышленной выставки - ярмарки «Регионы России» (М., 2000); - научно-практическом семинаре «Сырье 2001» (М., 2001); - Техническом совете Сормовской кондитерской фабрики (Нижний Новгород, 2001); - юбилейной Международной научно-практической конференции «Пищевые продукты XXI века» (М., 2001); - научно-практических семинарах для специалистов кондитерской отрасли России (М., 2001,2002,2003,2004,2005).
Разработанные виды продукции экспонировались на следующих
выставках: - «Продэкспо —2000» (Москва, Экспоцентр, 2000); Международной
выставке «Технологии и продукты здорового питания 2003» (Москва, ВВЦ,
2003), Всероссийской научно-технической конференции-выставке с
международным участием «Высокоэффективные пищевые технологии и методы и средства для их реализации» (Москва, МГУПП, 2003,2004), второй Международной выставке-конкурсе «Медицина: диагностика, профилактика, лечение, здоровье нации» (Москва, ВВЦ, 2003), международной специализированной выставке «Индустрия детского и школьного питания» (Москва, Экспоцентр, 2005), третьей юбилейной международной выставке «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации (Москва, МГУПП, 2005).
Полученные разработки были награждены дипломами: - на всероссийской конференции-выставке «Высокоэффективные пищевые технологии и методы и средства для их реализации» (М.,2004г.), «За разработку мучных кондитерских изделий с использованием морских водорослей», на международной специализированной выставке «Индустрия детского и школьного питания» (М.,2005г.), «За разработку и внедрение новых технологий в производство», на третьей юбилейной международной выставке-конференции «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для реализации» (М.,2005г.), «За разработку печенья с морскими водорослями» и «За разработку печенья с пектином и микрокристаллической целлюлозой».
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 62 работы, в том числе в центральных журналах: «Кондитерское производство», «Известия ВУЗов», «Пищевые ингредиенты», «Хлебопродукты», получено 4 патента Российской Федерации на изобретения.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа изложена на 380 страницах машинописного текста, состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы (351 источник отечественных и зарубежных авторов) и приложений.
Опыт создания кондитерских изделий обогащенных пищевыми волокнами и минеральными веществами
В нашей стране и за рубежом разработан широкий ассортимент продуктов диетического и лечебно-профилактического назначения с использованием пищевых волокон, употребление которых повышает иммуннобиологическую реактивность организма [29,154,276].
Для повышения пищевой ценности продуктов используют: цельное зерно, побочные продукты переработки мукомольной, пивоваренной промышленности - пшеничные и ржаные отруби, пшеничные зародыши и жмых пшеничных зародышевых хлопьев [128,171,192,194]; экструдированные продукты [171]; фруктовые, ягодные и овощные порошки из картофеля, моркови, капусты, свеклы, топинамбура, тыквы, репы, турнепса, томатов, лука, чеснока [10,63,87,116,137,231,275], яблок и яблочных выжимок [57,117,148,172,183], цитрусовых, гранатов, рябины, облепихи, винограда [64,65,118,141]; пивная и квасная дробина, квасное сусло [171].
Использование пищевых волокон в производстве кондитерских изделий весьма распространено в России, странах СНГ и развитых странах мира. Увеличивается потребление продуктов из цельносмолотого зерна [275]. В Германии разработана рецептура печенья с повышенной долей муки из цельносмолотого зерна, что позволило увеличить содержание пищевых волокон в нем до 4-5% [70]. Во Франции показана целесообразность введения до 5... 10% пшеничных отрубей в тесто песочного и бисквитного полуфабрикатов [152,224]. В странах СНГ широко известны работы по использованию пшеничных отрубей в качестве пищевых волокон в хлебопекарной и кондитерской промышленности [69,148,171]. Разработана технология получения изделий из бисквитного теста с добавлением пшеничных отрубей. Выпеченный бисквит с оптимальной дозировкой пшеничных отрубей имел плотность 0,34 г/см3 , пышную, пористую и эластичную структуру мякиша [152].
Однако, некоторыми авторами была доказана нецелесообразность обогащения продуктов питания пищевыми волокнами, входящими в состав пшеничных отрубей. Исследования показали, что при постоянном употреблении пшеничных отрубей в пищу происходит уменьшение в организме микроэлементов, что обусловлено присутствием фитиновой кислоты и лигнина. Оказалось, что фитиновая кислота в условиях желудочно-кишечного тракта связывает катионы Са, Zn и Fe в стабильные комплексы, что способствует их выведению из организма [312,333].
Пряники с использованием яблочное пюре и порошка, полученного из яблочных выжимок, внедрены на хлебозаводе в г. Могилеве. Введение добавок из яблочных выжимок и яблочного порошка позволило уменьшить сахароемкость пряников на 5.. .9% [30].
Проведены исследования по использованию овощного пюре в полуфабрикатах кондитерского производства - бисквитном и песочном тесте. Результаты исследований показали, что внесение овощного пюре в количестве 20% к массе муки и замена 30% пшеничной муки овсяной оказало положительное влияние на качество бисквитного и песочного теста, в результате чего увеличилась намокаемость на 5...30% [152].
Источником балластных веществ являются пивная и квасная дробина [171]. В пивной дробине содержится 20...25% растительных волокон и 4,5% минеральных веществ. За рубежом пивную дробину используют для производства диетических изделий в количестве 25% взамен пшеничной муки. Сотрудниками АООТ «Большевик» была разработана и запатентована рецептура затяжного печенья «Алфавит», в состав которой дополнительно включена пахта, а в качестве фруктового компонента используется яблочный порошок из целых яблок с содержанием пектина - 7... 12%, белка - 5...6% , Сахаров - 65...70%. Готовые изделия имеют слоисто-пористую структуру, красивый золотистый цвет, приятны на вкус [33,73].
Перспективным направлением повышения пищевой ценности кондитерских изделий является применение морских водорослей и продуктов их переработки. В Японии, США, Австралии и других странах водоросли используются в качестве добавки, повышающей пищевую ценность мучных изделий [21].
Наиболее широкое применение находят морские, бурые водоросли -ламинарии (морская капуста) и фукусы.
В Норвегии [Цит. по 17] получают муку из морских водорослей Laminaria digitata и выпускают ее под названием «Vitalia». В Германии производят ржаной хлеб «A-Brot» с добавлением муки из ламинарии в количестве 2%. В ГосНИИХП разработан разнообразный ассортимент хлебобулочных изделий с использованием бурых водорослей. Водоросли ламинарий являются ценным сырьем для производства йодосодержащих продуктов: ламинарии сушеной пищевой, препаратов «Модифилан», «Маринид», альгинатов натрия и кальция [17,111,251]. В МГУПП разработаны различные сорта хлебобулочных изделий с использованием морских водорослей (ламинарий) и продуктами их переработки: пищевой добавки из морской капусты «Модифилан» и водорослевым порошком «Маринид»: хлеб ржаной и пшеничный с морской капустой, хлеб «Соловецкий», батоны «Поморский» и «Приморский» [130]. «Модифилан» и «Маринид» являются сбалансированным комплексом биологически активных компонентов бурых водорослей: полисахаридов, и минеральных веществ [189]. В последние годы наиболее пристальное внимание ученых направлено не на использование нетрадиционного сырья содержащего пищевые волокна, а в большей степени на применение концентратов пищевых волокон, выделенных из растительного сырья [120,154,157]. К их числу относятся пектины, альгинаты и препараты целлюлозы. Их основное преимущество заключается в чистоте, стерильности продуктов, высоких технологических свойствах, значительном профилактическом и лечебном эффекте, который приобретает изделия с их использованием [122]., Альгинаты широко используются в качестве загустителя, стабилизатора эмульсий, осветлителя, желирующего вещества в производстве консервов, маргарина, масла, сыра, майонеза, молочных продуктов, вин, соков, мороженого, пудингов, для уплотнения рыбных и мясных желе [17,122,251]. Альгинаты успешно применяются при получении варенья, джемов, кондитерских изделий для предупреждения их осахаривания. Введение альгината в состав агарового или пектинового мармелада, фруктового желе позволяет сократить расход студнеобразующего вещества и получить более нежные и эластичные студни [88].
Изучение органолептических свойств и химического состава функциональных добавок
Органолептические свойства функциональных добавок представлены в табл. 3.1. Как видно из таблицы, добавки представляют собой порошки («Маринид», альгинат кальция, пектин, микрокристаллическая целлюлоза) и крупки - измельченные кусочки слоевищ (бурые водоросли), отличающиеся по цвету, вкусу и запаху, содержанию сухих веществ (от 95 % в микрокристаллической целлюлозе до 92,7% в водорослевом порошке «Маринид» и 90% в бурых водорослях, пектине и альгинате кальция). Установлено что ламинария, фукус, «Маринид» и пектин имеют кислую реакцию среды приготовленных растворов (рН соответственно 5,9; 5,4; 6,0; 3,1) что обусловлено присутствием в них кислотосодержащих соединений (альгиновые, полигалактуроновые кислоты, их соли). Наиболее кислым является пектин рН - 3,1. У альгината кальция и микрокристаллической целлюлозы реакция среды близка к нейтральной. Проведенный анализ показал, что наиболее сложный химический состав имеют бурые водоросли - ламинарии и фукусы (табл. 3.2). В них содержатся, в пересчете на 100 г сухого продукта, соответственно: белки (7,9%; 5,1%), жиры (1,8%; 1,5%), углеводы (30,8%; 36,0%), клетчатка -альвулеза (5,7%; 7,2%). В водорослевом порошке «Маринид» отмечено высокое содержание клетчатки и альгиновых веществ -30,4 % и 36,6 % соответственно. Чистота препаратов альгината кальция и пектина в одноименных добавках достаточно велика - 81 % и 78,4 % соответственно.
Наиболее чистым препаратом является микрокристаллическая целлюлоза, ее содержание в одноименной добавке достигает 95 %. Общим для всех выбранных функциональных добавок является то, что они содержат растворимые и нерастворимые пищевые волокна. Следует отметить, что ламинарии, фукусы, «Маринид», альгинат кальция содержат необходимые человеку дефицитные минеральные вещества. Исследован минеральный и витаминный состав функциональных добавок представленный в табл. 3.3. Бурые водоросли - ламинарии и фукусы имеют наиболее богатый минеральный состав, он представлен калием, магнием, кальцием, фосфором, железом, селеном, йодом. Особенно велико в ламинарии содержание йода (мг/100 г продукта) - 180 мг, кальция 2664 мг и калия 6248 мг. В порошке «Маринид» содержание йода составляет 90... 110 мг/100 г продукта. Состав водорослевого порошка «Маринид» свидетельствует о наличие двух центров биологической активности, которые обусловлены большим содержанием полисахаридов (альвулезы и альгиновых веществ) и йода. Основная доза йода находится в водорослях в виде органических соединений, что исключает риск передозировки. В альгинате кальция, кроме альгиновых веществ - пищевых волокон (81%), велико содержание кальция, которое составляет в среднем 10... 13 г /100 г продукта. В каждой функциональной добавке можно выделить наиболее значимые вещества, представленные в табл. 3.4. Практический интерес представляют сведения о гранулометрическом составе и водопоглотительной способности добавок.
Усредненные результаты гранулометрического состава, полученные для одноименных образцов различных партий функциональных добавок, представлены нарис. 11,12 и в прил. 1. Добавка из ламинарии (рис.11,а) имеет неоднородный гранулометрический состав. Частицы добавки распределены в широком диапазоне, размером 160... 1000 мкм. Причем частицы размером более 1000 мкм составляют около 25% от общего числа частиц, а частицы размером менее 160 мкм составляют 7,8%. Наиболее представительной является фракция с размером частиц от 500 до 710 мкм, доля которой, составляет около 46% от общего количества частиц. В составе добавки из бурых водорослей - фукусов (рис. 11, б) также присутствуют частицы размером более 1000 мкм, они составляют 32%, что несколько больше чем у ламинарии, при этом частицы размером менее 160 мкм практически отсутствуют, их доля не превышает 0,1 %. Наиболее представительной является фракция размером частиц 500...710 мкм, доля которых несколько больше, чем у ламинарий (около 52 %). Водорослевый порошок «Маринид» (рис.11, в) достаточно однороден, по сравнению с водорослями, 87,5% приходится на долю частиц двух фракций размером З15...500мкм и 500...710 мкм, при этом фракция размером 160 мкм составляет только 4%, а крупная фракция более 1000 мкм незначительна - 0,3%. Альгинат кальция (рис. 12, а) имеет достаточно высокую степень измельчения, наиболее весомой (42,2%) является фракция с размером частиц 160мкм. Частицы размером 315...500 мкм также присутствуют и составляют около 23% от общего количества частиц. Образец пектина (рис. 12, б) практически состоит из частиц с размером не более 315 мкм и имеет наиболее представительную мелкую фракцию менее 160 мкм, из всех рассмотренных добавок она составляет 47...48%. Фракция с размером частиц 160.. .315 мкм составляет 51.. .52%. Наиболее весомой, в образце микрокристаллической целлюлозы (рис.12, в) является фракция, с размером частиц 160...315 мкм, она составляет около 79% от общего количества частиц. В составе микрокристаллической целлюлозы отсутствуют частицы размером 500 мкм. Частицы размером 315...500 мкм и менее 160 мкм составляют соответственно 9,6% и 11,8%. Следует отметить, что гранулометрический состав образцов одноименных функциональных добавок разных партий отличается, незначительно ( рис. 13), при этом общая тенденция распределения частиц сохраняется (прил. 1, табл. 1.2). Исследование геометрической формы частиц проводили с помощью компьютеризированной установки (АРМ), в отраженном свете (рис. 14,15). Из рис.14 видно, что частицы всех фракций ламинарии имеют неправильную форму, на которой ясно выражены углубления. Форма частиц водорослевого порошка «Маринид» более правильная по сравнению с ламинариями. Частицы альгината кальция, пектина, микрокристаллической целлюлозы (рис.15) имеют разнообразную форму.
Исследование влияния функциональных добавок на растворимость сахарозы в многокомпонентных растворителях
Получение эмульсии связано, в первую очередь, с растворением сахара в водном растворе в присутствии различных рецептурных компонентов. В связи с этим изучали влияния функциональных добавок на растворение сахарозы в воде и в более сложных системах -многокомпонентных растворителях. Большое число работ посвящено изучению растворимости сахарозы в присутствии различных веществ. В работах С.Силсби, Р.Джексона, Н.Сидней, А.Л.Соколовского, Н.П.Силиной, В.И.Тужилкина, Д.Е.Синат-Радченко, А.Р.Сапронова, А.В.Зубченко, В.Н.Никифоровой, З.Г.Скобельской, В.А.Васькиной имеются сведения о влиянии на растворимость сахарозы моносахаридов - глюкозы, фруктозы [54, 79, 101, 221, 211,273], дисахаридов - мальтозы, лактозы [80,81], декстринов[220], солей - бикарбоната натрия, углеаммонийного аммония [31, 80, 81,160], белков [81,210]. Впервые С.Силсби, Р.Джексон, Н.Сидней, а затем А.Л.Соколовский показали, что инвертный сахар и патока заметно понижают растворимость сахарозы [221]. Методом ЯМР изучена структура водных растворов сахарозы и показан механизм повышения растворимости сахарозы под действием электролитов [273]. Экспериментальный материал систематизирован и частично обобщен в работах А.В.Зубченко [80,81]. Однако в этих источниках отсутствуют сведения о влиянии на растворимость сахарозы функциональных добавок содержащих высокомолекулярные вещества небелковой природы. Нам удалось расширить область этих компонентов и провести исследования по изучению влияния ламинарий, фукусов, порошка «Маринид», альгината кальция, микрокристаллической целлюлозы на растворимость сахарозы в воде и многокомпонентных растворителях, имеющих место в кондитерских эмульсиях. Влияние функциональных добавок на растворимость сахарозы в водных растворах проводили по методике, указанной в гл.2 [24]. Сахарный раствор, в котором концентрация сахара в насыщенном сахаро-водном растворе составляет - 70%, т.е. соотношение сахара и воды в нем составляло 70:30, принимали за 100 %. Согласно планированию эксперимента, добавки вводили в раствор в долях, относительно общей массы раствора. Долю добавки (XI) варьировали от 1% до 5% к массе раствора, с шагом варьирования 1 %. Также изучали влияние пектина и порошка «Маринид» на растворимость сахарозы, варьируя фактор XI от 0,2% до 1,0% к массе раствора, с шагом варьирования 0,2%. В исследованиях все функциональные добавки вводили в раствор в пересчете на сухое вещество.
Влияние добавок на концентрацию сахарозы в насыщенном растворе при температуре 40С представлено на рис. 19 и в прил. 2. Предварительно проведенный анализ экспериментальных данных, полученных как автором, так и имеющихся в литературе, позволил определить характер изменения растворимости сахарозы в бинарных растворителях, и утвердиться в выборе вида корреляционного уравнения. Растворимость сахарозы в бинарных растворителях (вода с добавками) описывается линейной зависимостью типа: Основываясь на значениях коэффициентов в уравнениях изотерм растворимости сахарозы в воде с функциональными добавками определили, что наибольшее влияние на уменьшение растворимости сахарозы в растворителе -вода : добавка при одинаковых дозировках оказывает пектин, несколько меньшее «Маринид», затем - ламинария, фукус, альгинат кальция, и наименьшее - микрокристаллическая целлюлоза. Так, введение 1% ламинарии в водный раствор приводит, при прочих неизменных условиях, к уменьшению концентрации сахара в растворе в среднем на 1,22%, фукусов на 0,82 %, порошка «Маринид» на 1,41%, альгината кальция на 0,45 %, пектина на 10,21 %, микрокристаллической целлюлозы на 0,20%. Отклонения рассчитанных значений растворимости сахарозы в бинарных растворителях от экспериментальных для большинства опытных точек не выходит за пределы 0,05.. .0,25%. Для получения математической зависимости растворимости сахарозы в многокомпонентном растворителе использованы экспериментальные данные (прил.2, табл. 2.1, 2.2), полученные как автором, так и приведенные в работах [31,54,81,101,160,221,232]. Для определения характера изменения растворимости сахара в многокомпонентном растворителе, усовершенствовали уравнение, предложенное В.А.Васькиной [31]. Аналитическая зависимость Cx=f(Xi) имеет вид множественной линейной регрессии: где Сх - концентрация сахарозы в растворе, %; Ао... Aj - коэффициенты множественной регрессии; X; - доля і-го компонента в растворе, %; X 1...Х 5 - концентрация в растворе соли, соды, аммония, инвертного сиропа, лактозы ... X 6 концентрация функциональной добавки соответственно мас.%.
Коэффициенты аппроксимации Ао и А; в выражении (15) для различных, функциональных добавок вычислены методом наименьших квадратов и представлены в табл. 4.2. Значения отклонений представлены прил. 2, табл. 2.3. Таким образом, в соответствии со значениями коэффициентов апроксимации Ао и Aj возрастание содержания соли (Хі) в водном растворе на 1% приводит, при прочих неизменных условиях, к уменьшению концентрации сахара в растворе на 0,73...0,75 %, соды - на 0,95...0,97 %, аммония - на 0,62...0,64 %, инвертного сиропа - на 0,38%, лактозы - на 0,35 %, ламинарии -на 1,1%, фукуса- на0,71%, водорослевого порошка«Маринид»-на 1,26%, альгината кальция - на 0,4%, пектина - на 9,73%, микрокристаллической целлюлозы - на 0,16 %. Ограничения числа членов уравнения (15) проводились с использованием критерия Фишера при уровне достоверности 0,95. Квадрат эмпирического коэффициента корреляции показывает процент рассеяния расчетной величины Сх и составляет для ламинарии R = 0,9873, фукусов R = 0,9872, порошка «Маринид» R = 0,9870, альгината кальция R = 0,9874, пектина R2 = 0,9907, микрокристаллической целлюлозы R2 = 0,9877 При расчетах растворимости сахара в многокомпонентных растворителях погрешность результатов не превышала 0,1.. .0,4%. Полученные данные показали, что наибольшее влияние не растворимость сахарозы в водных и многокомпонентных растворителях оказывает пектин, несколько меньшее «Маринид», ламинария, фукусы, альгинат кальция и наименьшее микрокристаллическая целлюлоза.
Разработка технологий сахарного печенья на основе функциональных добавок
Серии экспериментов, проведенные аналогично п. 5.1., показали, что в производстве сахарного печенья использование функциональных добавок приводит в целом к повышению потребительских достоинств изделий (рис.41) Начиная с наибольшего, положительное влияние на намокаемость печенья оказывали - пектин, несколько меньшее «Маринид», затем микрокристаллическая целлюлоза, альгинат кальция, ламинария и фукус. При внесении добавок, в дозировках от 0,5% до 2,5%, намокаемость сахарного печенья повышалась с пектином - на 4,1... 16,2 %, с порошком «Маринид» - на 4,0 ...14,4%, с микрокристаллической целлюлозой - на 4,8 ... 14,1 %, с альгинатом кальция - на 3,5... 12,9 %, с ламинариями и фукусами -на 3,0... 10,0%. Необходимо отметить, что по эффективности влияния на критерий оптимизации, в случае производства сахарного печенья, все большее значение приобретают добавки с более мелким размером частиц. Органолептические и физико-химические показатели сдобного печенья приготовленного с ламинарией, фукусом, порошком «Маринид», альгинатом кальция, пектином, с дозами функциональных добавок в диапазоне 0,5...2,5% и микрокристаллической целлюлозы в диапазоне 0,5...6% соответствовали требованиям ГОСТ 24901-89, а изделия отличалось высокими потребительскими свойствами. Хрупкость изделий повышается по сравнению с контролем на 9... 15 %. При дозе добавок 2,5% к массе муки (для микрокристаллической целлюлозы при дозе 8... 10% к массе муки) отмечали увеличение хрупкости изделий, в среднем на 15...32 %, в зависимости от добавки, что ограничивает возможный диапазон их применения. Исследования, проведенные аналогично п. 5.1 показали, что применение функциональных добавок в сдобном печенье приводит, так же как и в сахарном печенье, к росту намокаемости изделий, а следовательно к повышению их качества. Начиная с наибольшего, положительное влияние на намокаемость печенья оказывали - пектин, несколько меньшее «Маринид», затем микрокристаллическая целлюлоза, альгинат кальция, ламинария и фукус (рис. 42) При внесении добавок, в дозировках от 0,5% до 2,5%, намокаемость сахарного печенья повышалась с пектином - на 3,8... 15,4 %, с порошком «Маринид» - на 3,5... 14,0%, с микрокристаллической целлюлозой - на 2,8 ... 12,5 %, с альгинатом кальция - на 2,5... 11,3 %, с ламинариями и фукусами -на 3,0... 10,0%. Диапазон возможного использования добавок при производстве сдобного печенья уточняли на основании изучения их влияния на весь спектр качественных характеристик изделий в соответствии с ГОСТ 24901-89. Органолептические и физико-химические показатели сдобного печенья приготовленного с ламинарией, фукусом, порошком «Маринид», альгинатом кальция, пектином, с дозами функциональных добавок в диапазоне 0,5...2,5% и микрокристаллической целлюлозы в диапазоне 0,5...6% соответствовали требованиям ГОСТ 24901-89, а изделия имели хороший вкус, аромат внешний вид и хорошо развитую пористую структуру.
При дозе добавок 2,5% к массе муки (для микрокристаллической целлюлозы при дозе 8... 10% к массе муки), также как и в случае с сахарным печеньем, отмечали увеличение хрупкости изделий, в среднем на 11 ...40 %, в зависимости от добавки. Сравнительный анализ диапазонов возможного использования функциональных добавок в рецептурах разных видах печенья, логически подвел к созданию их комбинаций, с целью более полного насыщения изделий полезными веществами. Разработаны комбинации добавок: «Пектин : микрокристаллическая целлюлоза», «Пектин:«Маринид», «Микрокристаллическая целлюлоза: «Маринид». Проводили сравнительный анализ изделий приготовленных с комбинацией добавок «Пектин : микрокристаллическая целлюлоза» в соотношении 1:2; 1:3; 1:4, результаты исследований представлены в табл.5.5. Сахарное печенье содержащее комбинацию добавок «Пектин : микрокристаллическая целлюлоза» при рассматриваемых соотношениях (общее содержание добавки - 3%, 4% и 5% к массе муки на сухое вещество) удовлетворяет требованиям ГОСТ 24901-89. Применение комбинации «Пектин: микрокристаллическая целлюлоза» в соотношении 1:4 отмечено появлением надрывов на поверхности изделий. Затяжное печенье, обогащенное функциональными добавками «Пектин : «Маринид», в соотношении 1 : 0,5 соответствует требованиям ГОСТ 24901-89 по содержанию влаги - 6,8%, щелочности -1,3 град, намокаемости - 148 % и имеет высокие потребительские достоинства. Высокое качество изделий отмечено при использовании комплексной добавки «Микрокристаллическая целлюлоза : «Маринид» в соотношении 3:1 (4 % к массе муки на сухое вещество). Анализ совокупности экспериментальных данных о влиянии функциональных добавок на органолептические и физико-химические свойства затяжного, сахарного и сдобного печенья, позволил разработать способы внесения добавок в систему (рис. 43), установить возможные диапазоны использования добавок и их оптимальные значения (табл.5.6), а также уточнить технологические режимы производства разработанных изделий (табл.5.7).
