Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Современное состояние использования дикорастущего растительного сырья в пищевых технологиях 9
1.1 Характеристика пиона уклоняющегося, химический состав и практическое применение 10
1.2 Классификация, получение и использование натуральных антиокислителей в производстве пищевых продуктов 21
1.3 Современные технологии повышения пищевой ценности мучных кондитерских изделий 35
Глава 2. Объекты и методы исследования 40
2.1. Объекты исследования 40
2.2. Методы исследования 43
Глава 3. Обоснование использования пиона уклоняющегося в пищевых технологиях 51
3.1. Изучение химического состава биомассы пиона уклоняющегося 51
3.2 Показатели безопасности биомассы пиона уклоняющегося 72
3.3 Влияние технологических факторов на извлечение экстрактивных веществ из биомассы пиона уклоняющегося 73
3.3.1 Влияние степени измельчения корней на выход эфирного масла 73
3.3.2 Влияние продолжительности отгонки на выход эфирного масла 75
3.3.3 Экстрагирование биомассы пиона уклоняющегося водой и этиловым спиртом 77
3.3.4 Оптимизация процесса экстрагирования биомассы пиона уклоняющегося.. 79
3.4 Переработка постэкстракционного остатка травы и корней пиона уклоняющегося 83
3.5 Экономическая эффективность внедрения технологии комплексной переработки биомассы пиона уклоняющегося 87
Глава 4. Исследование технологических свойств продуктов переработки пиона уклоняющегося при производстве кондитерских изделий 92
4.1 Исследование влияния шрота пиона уклоняющегося на структурно- механические и органолептические показатели качества выпеченных полуфабрикатов 92
4.2 Исследование возможности применения экстрактов пиона уклоняющегося в качестве антиокислителей 105
4. 3 Исследование антимикробных свойств пиона уклоняющегося в пищевых системах 109
Выводы 115
Библиографический список 117
Приложения 138
- Классификация, получение и использование натуральных антиокислителей в производстве пищевых продуктов
- Методы исследования
- Показатели безопасности биомассы пиона уклоняющегося
- Исследование возможности применения экстрактов пиона уклоняющегося в качестве антиокислителей
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Мучные кондитерские изделия традиционно пользуются большим спросом у населения России. Однако в связи с растущей информированностью части потребителей о принципах здорового питания к качеству кондитерских изделий начинают предъявляться повышенные требования. Продукция с пониженной калорийностью, не содержащая искусственные красители, ароматизаторы и консерванты становится востребованной для большего числа потребителей. Для улучшения качества мучных кондитерских изделий применяется местное растительное сырье и продукты его переработки.
Пион уклоняющийся (Paeonia anomala L.) – растение, широко распространенное по всей России, и его ресурсы пригодны для промышленной заготовки (Минаева В.Г., 1991). В настоящее время он используется в официальной медицине в виде настоек, бальзамов и фиточаев. Есть сведения о том, что пион уклоняющийся в старину употребляли в пищу, корни отваривали с мясом, из них варили кашу (Черепнин В. Л., 1987). Наличие бензойной и салициловой кислот, витамина С, полифенольных соединений, эфирного масла в биомассе пиона уклоняющегося, являющихся по своей природе консервантами, антоксидантами и ароматическими веществами, создает предпосылки для поиска возможных способов использования его в пищевых технологиях и представляется актуальным направлением.
Цель и задачи исследований. Целью данной работы было обоснование возможности использования пиона уклоняющегося в пищевых технологиях.
Для достижения намеченной цели поставлены следующие задачи:
- изучить количественный и качественный состав полифенольных соединений и эфирного масла пиона уклоняющегося в зависимости от почвенно-климатических условий, фазы вегетации, вегетативного органа растения;
- исследовать влияние условий экстрагирования биомассы растения на выход полифенольных соединений и эфирного масла;
- разработать технологию комплексной переработки пиона уклоняющегося для использования в пищевых технологиях;
- изучить антиокислительные свойства полифенольных экстрактов пиона уклоняющегося в пищевой системе;
- изучить антимикробные свойства пиона уклоняющегося в пищевой системе;
- изучить возможность использования шрота биомассы пиона уклоняющегося в технологиях мучных кондитерских изделий;
- разработать техническую документацию на продукты переработки пиона уклоняющегося;
- разработать технологические инструкции на отделочные и выпеченные полуфабрикаты с использованием продуктов переработки пиона уклоняющегося.
Область исследования. Содержание диссертационной работы соответствует области исследования п. 7 «Разработка прогрессивных технологий с обеспечением качества и количества товаров на разных этапах технологического цикла, путем учета формирующих и регулирования сохраняющих факторов» Паспорта номенклатуры специальностей научных работников (технические науки).
Научная новизна результатов исследования. Изучена закономерность изменения химического состава пиона уклоняющегося в различные фазы вегетации, в зависимости от почвенно-климатических условий и вегетативного органа растения.
Определен индивидуальный состав эфирного масла корней пиона уклоняющегося и влияние технологических факторов на его выход.
Установлено влияние технологических параметров процесса экстрагирования биомассы пиона уклоняющегося на выход полифенольных соединений.
Изучены антиокислительные и антимикробные свойства продуктов переработки пиона уклоняющегося и возможность их применения в производстве отделочных полуфабрикатов.
Предложен способ применения постэкстракционного остатка травы и корней пиона уклоняющегося в технологиях мучных кондитерских изделий.
Впервые разработана комплексная технология переработки биомассы пиона уклоняющегося.
Практическая значимость и реализация результатов.
Даны рекомендации по способу и срокам заготовки пиона уклоняющегося. Разработана техническая документация: на масло пиона уклоняющегося гидродистилляционное (ТУ-9151-004-05152660-2007), экстракт травы пиона уклоняющегося (ТУ 2455-005-05152660-2007), экстракт корней пиона уклоняющегося (ТУ 2455-006-05152660-2007), шрот травы пиона уклоняющегося (ТУ 9146-008-05152660-2007), шрот корней пиона уклоняющегося (ТУ 9146-007-05152660-2007). Разработана нормативная документация для сливочных кремов с использованием экстрактов травы или корней пиона, эфирного масла с пролонгированными сроками хранения за счет торможения окислительной и микробиальной порчи. Разработана нормативная документация для бисквитных полуфабрикатов, обогащенных пищевыми волокнами шрота травы и корней пиона уклоняющегося. Новые выпеченные и отделочные полуфабрикаты апробированы в кондитерских цехах ОАО «Красноярский хлеб» (акт о внедрении №75 от 02.03.07), ГОУ ВПО «КГТЭИ» (г. Красноярск) (акт о внедрении №12 от 25.02.07), ресторане «Робин Гуд» (акт о внедрении №32 от 12.02.07) и рекомендованы к внедрению на предприятиях общественного питания и пищевой промышленности.
Апробация результатов. Основные положения диссертационной работы представлены и обсуждены на международных, всероссийских, региональных конференциях: «Торгово-экономические проблемы регионального бизнес-пространства» (Челябинск, 2005); «Достижения науки и техники - Развитию Сибирских регионов» (Красноярск, 2001); «Лесной и химический комплексы - проблемы и решения (экологические аспекты)» (Красноярск, 2004); «Актуальные проблемы современной науки и пути их решения» (Красноярск, 2002); «Кухня Сибири: прошлое, настоящее, будущее» (Красноярск, 2004); «Здоровое питание - основа жизнедеятельности человека» (Красноярск, 2006).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 научных работ, из них 2 – в рецензируемых изданиях ВАК. Общий объем публикаций 2,58 п.л., в т.ч. авторских – 1,22.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, библиографического списка, включающего 219 наименований, 15 приложений. Текст работы изложен на 137 страницах основного текста.
Классификация, получение и использование натуральных антиокислителей в производстве пищевых продуктов
Пищевые жиры и продукты, их содержащие, вследствие особенностей химического состава легко подвергаются изменениям в процессе хранения и промышленной переработки, при этом в них накапливаются токсичные вещества, снижается их биологическая ценность, и ухудшаются органолептические свойства (Викторовская В. М., 1996).
В основе порчи жиров лежат химические процессы и биохимические превращения. Жиры подвергаются гидролизу, окислению, осаливанию, высыханию, полимеризации, микробиологическим и ферментативным процессам.
Свободный доступ воздуха способствует окислению жиров, которое ускоряется при повышении температуры и действии ферментов.
В процессе окисления наблюдается превращение пищевых компонентов: разрушаются витамины, окисляются и расщепляются липиды, жирные кислоты, жироподобные вещества. Глубина окислительных процессов и скорость окисления находится в прямой зависимости от количества входящих в жиры глицеридов полиненасыщенных жирных кислот и степени их ненасыщенности. Преимущественно окисляется группа - СН2 -, соседняя с двойной связью (а-положение), а с наибольшей скоростью - расположенная между двумя двойными связями. В результате воздействия кислорода воздуха на жиры происходит накопление различных продуктов распада, ухудшающих их органолептические и реологические свойства.
В настоящее время в нормативно-технической документации в качестве показателей степени окисления жиросодержащих пищевых продуктов используются перекисное и кислотное числа. Перекисное число характеризует содержание в жире первичных продуктов окисления - перекисей и гидроперекисей, которые практически не оказывают влияния на органолептические показатели качества жира. Однако по мере накопления вторичных продуктов окисления - оксисоединений, альдегидов, кетонов, кислот и др., количество которых выражается в виде кислотного числа, жир приобретает неприятные вкус и запах, характерный для этих соединений. Например, определяя перекисное число при хранении сливочного масла, можно определить его стойкость к окислению, часто задолго до изменения органолептических показателей качества.
В настоящее время большое распространение получила разработанная академиком Н. Н. Семеновым цепная теория окисления жиров, дающая объяснение механизму этого процесса. Сущность механизма цепных реакций состоит в том, что они возникают и развиваются через образование и инактивацию свободных радикалов. Свободные радикалы - это молекулы жирных кислот, один из атомов которого имеет свободную валентность, поэтому они химически активны, легко присоединяют кислород и другие молекулы.
Цепные реакции окисления имеют ряд характерных особенностей: 1. Скорость реакции значительно увеличивается в присутствии небольших количеств веществ, способных образовывать свободные радикалы (металлы переменной валентности: Со, Mn, Fe, Си и др.). 2. Скорость реакции увеличивается при повышении температуры хранения и воздействии света, особенно ультрафиолетовых лучей, способствующих возникновению свободных радикалов. 3. Скорость реакции может быть резко заторможена добавлением небольших количеств ингибиторов окисления (антиокислителей).
Ингибиторы окисления препятствуют или задерживают окисление жиров. Действие их связано с возникновением менее активного радикала, который не вступает в реакцию с молекулой исходного окисляющего вещества.
Некоторые вещества могут усиливать ингибирующее действие антиокислителей. Они получили название синергистов антиокислителей. Действие синергистов основано на способности дезактивации ионов металлов переменной валентности (РЬ, Си, Со, Mn, Fe и др.), играющих роль катализаторов окисления (Колхир В. К., 1995).
Проблема сохранения качества продуктов питания, предупреждения окислительной порчи в настоящее время актуальна. Существует несколько факторов, способствующих интенсивному окислению жиросодержащих продуктов. В общественном питании и пищевой промышленности широко используется металлическое оборудование, при производстве кондитерских изделий, масляных и сливочных кремов, десертов, различных видов теста и т.д. Длительный контакт продуктов с режущими, взбивающими деталями оборудования приводит к частичной коррозии металла, переходу его мельчайших частиц в жиросодержащий продукт, что в свою очередь способствует окислительной порче. Кроме того, процессы взбивания, перемешивания обогащают пищевую систему воздухом, что также ускоряет окислительные реакции. Необходимость длительного хранения готовых продуктов и сохранение их высокого качества актуально. Для решения данной проблемы в продукты питания вводятся антиокислители различного состава и свойств.
Существует несколько способов классификации антиокислителей: по типу их действия, происхождению, условиям применения и по растворимости в различных средах.
Наибольшее распространение среди пищевых искусственных антиокислителей получили производные фенолов: бутилгидроксианизол (БОА, Е 320), бутилгидрокситолуол (БОТ, ионол, Е 321), бутилокситолуол, бутилоксианизол, а также третбутилгидрохинон (Е 319) и эфиры галловой кислоты (Е310-Е313), пропилгаллат, ортопарадиполифенолы, додецилгаллат, и другие. Преимуществом искусственных антиокислителей является их более высокая стабильность и, как следствие, более значительное увеличение срока хранения пищевых продуктов. Эти вещества хорошо растворимы в жирах, нерастворимы в воде, и хорошо подавляют окислительную порчу жиров.
Методы исследования
Исследования химического состава пиона уклоняющегося, продуктов его переработки, кондитерских выпеченных и отделочных полуфабрикатов проводились в соответствии с табл. 2.2. - определение влажности по ГОСТ 26312.7; - определение зольности по ГОСТ 10847; - определение лигнина по ГОСТ 26177-84; - определение пектиновых веществ (Ермаков А. И., 1987); - определение общего белка по Кьельдалю ГОСТ 10846; - определение плотности эфирного масла по ГОСТ 14618.10-78; - определение показателя преломления эфирного масла по ГОСТ 14618.10-78; - определение кислотного и перекисного числа эфирного масла по ГОСТ 30143-94; - определение эфирного числа эфирного масла находили по ГОСТ 30144-94; - определение внешнего вида, цвета и запаха эфирного масла по ГОСТ 30145-94; - определение выхода эфирного масла волюмометрическим методом; - определение органолептических и физико-химических характеристик шрота пиона: цвет, запах, вкус, количество темных включений и мелочи - по ГОСТ 13979.4-68; - определение металлопримесей - по ГОСТ 13979.5-68; - массовую долю экстрактивных веществ по ГОСТ 13979.2-94; - определение кислотного числа в креме сливочном по ГОСТ 3624-92; - определение количества полифенольных соединений, в том числе дубильных веществ, фенолкарбоновых кислот и флавоноидов осуществляли по методике, разработанной Лис Е. В. (Патент на изобретение № 2174011). Все расчеты эксперимента производились в пересчете на абсолютно сухое сырье. К навеске измельченного сырья массой 2 г приливали 50 мл 70 этилового спирта, доводили до кипения в колбе с обратным холодильником, кипятили в течение двух часов и сливали экстракт. Затем к этой же навеске добавляли еще 50 мл спирта и продолжали нагрев еще в течение одного часа. Полученные экстракты объединяли, замеряли объем. Далее экстракт титровали в присутствии индигосульфоната: к 1 мл экстракта добавляли 1 мл индигосульфоната, 150 мл дистиллированной воды и титровали из микробюретки 0,1н раствором перман-ганата калия до перехода цвета из синего в желтый. Сумму полифенольных соединений (ТД\) рассчитывали по формуле: где Vi - объем 0,1н раствора перманганата калия пошедшего на титрование пробы, мл; - объем 0,1 н раствора перманганата калия пошедшего на титрование холостой пробы, мл; Уэ - объем приготовленного на пробы экстракта, мл; Уэг -1 мл (количество экстракта, взятого на титрование). Определение дубильных веществ осуществляли следующим образом: к 20 мл экстракта добавляли 10 мл 5% раствора желатина и выдерживали при температуре 4 ± 2 С 72 часа. Образовавшийся осадок отфильтровывали и титровали, как описано выше. Расчет производили по формуле: где Т - количество дубильных веществ, Пі - сумма полифенольных соединений, П2 - сумма полифенольных соединений без дубильных веществ. Для определения флавоноидов к 5 мл экстракта добавляли 10 мл 10% H2SO4 и кипятили на водяной бане 1 час. Отфильтровывали в мерную колбу на 25 мл и доводили до метки 70 этиловым спиртом. Определяли оптическую плотность раствора на ФЭК или спектрофотометре при длине волны 360 нм. Раствор сравнения - 70 спирт. Количество флавоноидов рассчитывали по формуле: где D - оптическая плотность, нм; Уэ - объем экстракта приготовленного для определения суммы полифенолов, мл; VB - объем вытяжки, 25 мл; Уэг - объем экстракта, взятого на исследование 5 мл.
Показатели безопасности биомассы пиона уклоняющегося
Для обоснования возможности использования в пищевых технологиях пиона уклоняющегося были изучены показатели безопасности согласно СанПиН 2.3.2.1078-01 (табл. 3.3.).
В надземной части растений, заготовленных в пригороде Красноярска и Богучанском районе, выявлено превышение норм гигиенических требований по содержанию свинца и кадмия. Полученные результаты согласуются с данными Герасимовой Л. А. (2006) о том, что в близи крупных мегаполисов и промышленных предприятий превышены нормы содержания тяжелых металлов, так в окрестностях Красноярска концентрация свинца в почве превышает допустимый уровень в 26 - 50 раз. Поэтому растительное сырье в указанных районах заготавливать не рекомендуется.
Степень измельчения существенным образом влияет на интенсивность процесса отгонки эфирного масла. Измельчение ускоряет этот процесс, так как нарушает структуру сырья, благодаря чему открываются эфирно-масляные каналы корней и масло непосредственно контактирует с рабочим паром. Кроме того, сокращается расстояние для диффузии летучих компонентов, находящихся в объеме частиц, к их поверхности. Увеличивается поверхность массообмена между твердой и жидкой фазой, что является важным фактором для интенсификации процесса извлечения эфирного масла. Однако, слишком сильное измельчение до муки не целесообразно, происходит прессование массы, увеличивается степень пиролиза сырья и ухудшается качество эфирного масла (Ткаченко К. Г., 1998). Размол высушенных корней осуществлялся с использованием ударно-центробежных мельниц, позволяющих дробить их до крупности частиц 1..25 мм (рис. 3.12).
Полученные результаты свидетельствуют о том, что оптимальная степень измельчения высушенных корней пиона уклоняющегося для извлечения эфирного масла составляет 5 мм, так как при этом достигается максимальный выход (1,26 ±0,03%).
Изучено влияние размера и формы нарезки свежезаготовленных корней на выход эфирного масла, отгоняемого в день заготовки сырья. Очищенные от загрязнений и промытые корни нарезали поперек волокон в форме дисков или пластинок размером 4x10x15 мм, 2x10x15 мм и кубиками 4x4x4 мм, 8x8x8 мм (рис. 3.13).
Наилучший способ измельчения свежезаготовленных корней пиона уклоняющегося для извлечения эфирного масла - это пластинки, размером 2x10x15 мм, так как при этом достигается максимальный выход эфирного масла (0,92 ±0,02%).
Измельчение свежезаготовленных корней до размеров 4x4x4 мм приводит к потере 34 % эфирного масла от общего содержания. Это вязано с разрушением эфирно-масляных канальцев в структуре корней и длительностью процесса их измельчения, что приводит к интенсивному испарению летучих компонентов с поверхности частиц в окружающую среду.
Установлено, что из свежезаготовленных корней отгоняется на 27 % меньше эфирного масла, чем из сушеных. Этот факт закономерен, и его можно объяснить процессами естественной ферментации, происходящими во время сушки растительного материала, в результате которой происходит ферментативный распад гликозидов и накопление масла.
Например, в Италии и Франции получают эфирное масло из корней ириса германского (/. germanica L.) методом гидродистилляции, которые предварительно высушивают и хранят не менее двух лет. Это способствует накоплению достаточного количества масла за счет процессов ферментативного распада иридина (глюкозид иригенина - 5,7,3 -триокси-6,4,5 -триметоксиизофлавона) (Справочник технолога эфиромасличного производства, 1981).
Таким образом, результаты исследования позволяют рекомендовать использовать высушенные и измельченные до размера частиц 5 мм корни пиона уклоняющегося для получения эфирного масла.
Исследование возможности применения экстрактов пиона уклоняющегося в качестве антиокислителей
Отделочные полуфабрикаты в силу особенностей своего химического состава являются нестойкими в хранении. Порча этого вида продукции приводит к ухудшению органолептических показателей, образованию низкомолекулярных продуктов распада, появлению токсичности, и как следствие, пищевым отравлениям. Особенно эта проблема актуальна в летний период, когда среднедневные температуры достаточно высоки. В ходе исследования изучали возможность использования водноэтанольных экстрактов пиона, как антиокислителей, в отделочных полуфабрикатах для увеличения срока их хранения и реализации. Объектами для определения антиокислителей активности служили экстракты травы и корней пиона полученные в оптимальных условиях. Исследование антиокислительного влияния экстрактов пиона на стойкость отделочных полуфабрикатов проводили на сливочном креме, с содержанием жира 39 %. Предварительно были проведены контрольные проработки рецептур кремов для определения оптимальной дозировки вводимых экстрактов, главным критерием которых являлись органолептические показатели. Наилучшими характеристиками отличались образцы с содержанием экстрактов 0,1% от массы крема, такая дозировка не влияет на консистенцию и вкус, вносит оттенок ванильного или миндального аромата. Таким образом, исследовали три партии крема: 1) контрольный (без экстракта); 2) с добавлением 0,1 % экстракта травы; 3) с добавлением 0,1 % экстракта корней. Все партии хранили при температуре 28 - 30 С для ускорения окислительных процессов и сокращения продолжительности эксперимента. В контрольном образце перекисное число жира достигает значения 10 ммоль/кг через 4,5 часа хранения при температуре 28 - 30С, в креме с экстрактом корней - через 7 часов, а с экстрактом травы - через 10,5 часов. Таким образом, порча крема замедляется в 1,6 раза при использовании экстракта корней и в 2,3 раза - экстракта травы, по сравнению с контрольной рецептурой. Это свидетельствуют о том, что полифенольные экстракты пиона уклоняющегося ингибируют свободнорадикальные реакции и уменьшают образование токсических продуктов липопероксидации (перекисей и гидроперекисей). Изменение кислотного числа молочного жира в процессе хранения является важной характеристикой качества кондитерских отделочных полуфабрикатов и сроков хранения готовой продукции. В связи с чем, была исследована зависимость накопления свободных жирных кислот в образцах сливочного крема с добавлением экстрактов в зависимости от срока хранения, Рис. 4.8. Изменение кислотного числа в образцах сливочного крема с добавлением 0,1% экстракта травы или корней пиона уклоняющегося Примечание: строчными буквами обозначены внутригрупповые различия, множественное сравнение средних, LSD-тест, р 0,05 Результаты, представленные на рисунке указывают на то, что внесение экстракта травы пиона уклоняющегося снижает количество продуктов гидролиза на 29,89 %, а экстракта корней - на 21,84 % по сравнению с контрольным образцом. Экстракт, полученный из травы пиона уклоняющегося проявил несколько больший ингибирующий эффект по сравнению с экстрактом, полученным из корней. Снижение кислотного числа к концу хранения объясняется образованием нетитруемых соединений, что свидетельствует о начавшемся процессе окисления молочного жира (Базарнова Ю.Г., 2000). Таким образом, проведенные исследования позволяют сделать вывод о возможности использования экстрактов пиона уклоняющегося в качестве антиокислителей отделочных полуфабрикатов, содержащих жир.
