Содержание к диссертации
Введение
1. Аналитический обзор патентно-информационной литературы 6
1.1 Анализ состояния рынка замороженных десертов и перспективы его развития 6
1.2 Основные направления снижения калорийности мороженого 9
1.3 Современные тенденции производства комбинированных видов мороженого с целью повышения их пищевой ценности 13
1.4 Строение и физико-химические свойства натрий карбоксиметилцеллюлозы 20
1.5 Строение и физико-химические свойства пектина 27
1.6 Заключение. Задачи собственных исследований 33
2 Объекты и методы исследований 35
2.1 Объекты исследований 35
2.2 Методы исследований 35
2.3 Статистическая обработка полученных данных 47
2.4 Математическое планирование эксперимента 48
3 Результаты исследований 51
3.1 Исследование свойств структурообразователей 51
3.1.1 Изучение физико-химических свойств натрий карбоксиметилцеллюлозы 51
3.1.2 Изучение физико-химических свойств пектинов 58
3.2 Изучение реологических характеристик модельных пищевых систем 61
3.3 Изучение влияния пищевых компонентов на связывание ионов токсичных металлов 69
4 Разработка научно обоснованных рецептур и технологий мороженого функционального назначения на основе плодового, ягодного и овощного сырья 77
4.1 Обоснование выбора основного и вспомогательного сырья 77
4.2 Разработка рецептурных композиций мороженого функционального назначения на основе плодового, ягодного и овощного сырья 80
4.3 Разработка технологии производства мороженого функционального назначения на основе плодового, ягодного и овощного сырья 85
4.4 Технологическая линия производства мороженого на основе плодоовощного сырья 94
5 Изучение показателей качества готового мороженого 100
5.1 Изучение устойчивости мороженого к таянию 100
5.2 Изучение состояния воздушной фазы в мороженом 103
5.3 Определение химического состава разработанных видов мороженого 104
5.4 Изучение показателей безопасности 105
5.5 Органолептическая оценка разработанных видов мороженого 110
6 Разработка нормативной документации и промышленная апробация разработанных технологий 112
6.1 Промышленная апробация разработанных технологий мороженого функционального назначения на основе плодового, ягодного и овощного сырья 112
6.2 Оценка экономической целесообразности разработок 112
Выводы 115
Список использованных источников 117
Приложения
- Основные направления снижения калорийности мороженого
- Статистическая обработка полученных данных
- Изучение реологических характеристик модельных пищевых систем
- Разработка рецептурных композиций мороженого функционального назначения на основе плодового, ягодного и овощного сырья
Введение к работе
1.1 Актуальность работы. Разработка и производство функциональных продуктов питания являются одним из приоритетных направлений пищевой промышленности в нашей стране. На сегодняшний день ассортимент замороженной продукции, в том числе мороженого на основе плодового, ягодного и овощного сырья, весьма ограничен и не способен в полной мере удовлетворить современного потребителя. Традиционные виды мороженого пользуется большим спросом у различных возрастных категорий. За счет высокого содержания в рецептуре продуктов переработки фруктов, ягод и овощей такие виды мороженого богаты витаминами, минеральными веществами, органическими кислотами, моно- и дисахаридами, полисахаридами, в том числе клетчаткой и пектинами. Однако они обладают пониженным содержанием белковых веществ, характеризуются повышенной калорийностью, обусловленной высоким содержанием сахара, что снижает физиологическую ценность мороженого и увеличивает его стоимость.
В связи с этим актуальным является производство функциональных видов мороженого на основе плодового, ягодного и овощного сырья с высокими потребительскими свойствами за счет комбинирования сырья животного и растительного происхождения с добавлением физиологически функциональных пищевых ингредиентов.
Диссертационная работа выполнена в рамках тематического плана НИР кафедры технологии и организации питания КубГТУ «Совершенствование технологии продуктов детского, функционального и общественного питания» (№ госрегистрации 01.200.700872).
1.2 Цель работы. Целью настоящей работы является разработка технологии и оценка потребительских свойств мороженого функционального назначения на основе плодового, ягодного и овощного сырья.
1.3 Основные задачи исследования:
изучение, анализ и систематизация патентной информации и научно-технической литературы по теме исследований;
экспериментальное обоснование выбора структурообразователей в качестве композиционного стабилизатора для мороженого на основе плодового, ягодного и овощного сырья;
изучение физико-химических, реологических свойств водных растворов выбранного образца натриевой соли карбоксиметилцеллюлозы (Na-КМЦ), а также изучение связывающей способности водных растворов Na-КМЦ по отношению к ионам Pb2+ и Ni2+ в зависимости от различных условий среды;
изучение показателей качества, физико-химических свойств выбранного образца яблочного пектина, а также его связывающей способности по отношению к ионам Pb2+ и Ni2+;
разработка технологии композиционного стабилизатора мороженого – пектин:Na-КМЦ;
изучение физико-химических и реологических свойств модельных систем, содержащих композиционный стабилизатор при введении в них молочной сыворотки и яичного белка;
исследование связывающей способности модельных систем, содержащих композиционный стабилизатор, молочную сыворотку и яичный белок по отношению к ионам Pb2+ и Ni2;
разработка научно-обоснованных рецептур и технологических решений производства мороженого функционального назначения на основе плодового, ягодного и овощного сырья;
изучение показателей качества готового мороженого: устойчивости к таянию, состояния воздушной фазы, показателей безопасности, органолептической оценки и исследование химического состава;
разработка комплекта технической документации на производство разработанных видов мороженого;
оценка экономической эффективности от внедрения разработанных технологических решений.
1.4 Научная новизна. Экспериментально обоснован выбор компонентов композиционного стабилизатора для производства мороженого на основе плодового, ягодного и овощного сырья – яблочного пектина и Na-КМЦ, определено их оптимальное соотношение.
Впервые установлено, что растворы Na-КМЦ являются псевдопластичными жидкостями, обладающими тиксотропными свойствами и связывающей способностью по отношению к ионам Pb2+ и Ni2+. Определено, что связывающая способность водных растворов Na-КМЦ по отношению к ионам Pb2+ и Ni2+ увеличивалась при повышении концентрации Na-КМЦ в растворе и увеличении рН среды.
Впервые установлено, что разработанный композиционный стабилизатор, состоящий из низкоэтерифицированного пектина и Na-КМЦ, в сочетании с молочной сывороткой и яичным белком значительно повышает вязкость смеси мороженого и ее устойчивость к физическому воздействию за счет образования комплексных соединений структурообразователей с белками и ионами Са+2 молочной сыворотки и яичного белка.
Установлено, что добавление молочной сыворотки и яичного белка в модельные растворы на основе композиционного стабилизатора увеличивает его связывающую способность по отношению к ионам Pb2+ и Ni2+.
Впервые установлено, что разработанный композиционный стабилизатор в сочетании с молочной сывороткой и яичным белком способствует увеличению взбитости мороженого на основе плодового, ягодного и овощного сырья.
Выявлено положительное влияние разработанной технологии на потребительские свойства, в том числе пищевую ценность готового продукта.
Новизна технических решений подтверждена патентом РФ на полезную модель и решением о выдаче патента РФ на изобретение.
1.5 Практическая значимость. Разработаны рецептуры и технологические режимы производства мороженого функционального назначения на основе плодового, ягодного и овощного сырья. Разработан комплект технической документации, включающий технические условия и технологическую инструкцию.
Технологические решения апробированы в опытно-промышленных условиях.
Теоретические положения работы использованы в учебном процессе при проведении лабораторных работ по дисциплинам: «Технология продуктов функционального питания» по специальности 260505 – Технология детского и функционального питания, «Товароведение и экспертиза однородных групп товаров» по специальности 080401 – Товароведение и экспертиза товаров.
1.6 Реализация результатов исследования. Выработаны опытные партии мороженого на основе плодового, ягодного и овощного сырья в условиях ЗАО «Авис», г. Краснодар.
Ожидаемый экономический эффект от реализации одной тонны разработанного мороженого составит 2,2 тыс. руб.
1.7 Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены и обсуждены на: Пятой международной научно-практической конференции «Торгово-экономические проблемы регионального бизнес-пространства», март 2007 г., г.Челябинск, Всероссийской научно-практической конференции «Наука – производство – технологии – экология», 2007 г., г.Киров; Международной научно-практической конференции «Перспективные нано- и биотехнологии в производстве продуктов функционального назначения», октябрь 2007 г., г.Краснодар, Всероссийской научно-практической конференции «Здоровое питание – основа жизнедеятельности человека», март 2008 г., г.Красноярск, Одиннадцатой международной научно-практической конференции «Современные проблемы техники и технологии пищевых производств», декабрь 2008 г., г.Барнаул.
1.8 Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 10 научных работ, в том числе 2 научные статьи в журнале, рекомендуемом ВАК, 6 материалов конференции и тезисов, получен патент РФ на полезную модель и решение о выдаче патента РФ на изобретение.
1.9 Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературных источников отечественных и зарубежных авторов и приложений. Основная часть работы выполнена на 132 страницах, включает 29 таблиц и 36 рисунков.
Основные направления снижения калорийности мороженого
По данным Всемирной организации здравоохранения около 30 % жителей Земли, из них около 16 % - женщины и. околог 14 % - мужчины, имеют избыточную массу тела [72], большинство из.которых при этом страдают так называемой «алиментарно-конституционной» формой ожирения-, что в.большинстве-случаев обусловлено нарушением режима питания. Помимо эстетической проблемы ценой за избыточную массу тела является реальный риск возникновения и развития таких заболеваний как диабет 2-го- типа, артериальная гипертензия, артрозы и ряд других заболеваний снижающих качество и продолжительность жизни человека.
Одной из наиболее распространенной причины приобретения человеком избыточной массы тела является повышенная калорийность.пищи с преобладанием жиров и легкоусвояемых углеводов.
Жиры и углеводы играют весьма существенную роль в формировании органолептических характеристик и пищевой» ценности мороженого, как продукта питания: Основной объем производимого и потребляемого мороженого приходится на виды, калорийность которых превышает 250ккал (мороженое сливочное и пломбир).
Учитывая тот факт, что в последние годы возросло количество людей страдающих от гиподинамии, при создании рационов питания пищевых продуктов в целом и мороженого в частности, наметилась тенденция к снижению калорийности (энергетической ценности). Это достигается за счет снижения в рецептурах массовых долей жира и углеводов. Однако при этом необходимо учитывать, что молочный жир содержит значительное количество триглицеридов, фосфолипидов, холестерина и жирных кислот [145, 155]. Тем не менее, даже при потреблении жирной продукции количественные доли основных компонентов, молочного жира, попадающих в. человеческий организм, не удовлетворяют его потребности в таких жизненно1 важных веществах, как фосфолипиды и незаменимые полиненасыщенные жирные кислоты, которые являются биологически активными веществами, играющими важную роль в физиологии организма.
В последние годы разработаны научные основы, технологии мороженого, и наметилась тенденция к расширению производства продукта с пониженным содержанием молочного жира или полной заменой молочного жира растительным [30, 144, 151, 166]. Первым опытом у нас в стране была разработка сотрудниками лаборатории технологии мороженого ВНИХИ рецептуры мороженого «Новинка», в котором молочный жир полностью заменен кондитерским [144, 105]. Заслуживает внимания-рецептура мороженого «Тихий Дон», вырабатываемого с добавлением пахты, и кондитерского жира: Содержание жира в мороженом 12 % (в том числе 3,5 % молочного и 8,5 % кондитерского) [103].
Типы жиров оказывают сильное влияние и на таяние мороженого, поэтому применение растительных жиров в технологии производства мороженого- достаточно ограничено. Так, по мнению- специалистов. Немецко-Русского института современных технологий пищевых продуктов и маркетинга, кокосовый жир и масло ядра кокосового ореха пригодны для производства мороженого, а вот соевое и подсолнечное масло не твердеют при температуре выдерживания смеси мороженого 4 С, дают неудовлетвори тельную взбйтость, ухудшают вкусовые ощущения, образуют крупные капли и поэтому непригодны для производства мороженого [10].
Некоторым ведущим зарубежным фирмам — изготовителям удалось создать, технологию производства, растительных жиров» для; мороженого; К таким фирмам относится шведская фирма «Карлсхамнс» - производитель растительного масла «Акобленд Микс» [144]. Важным аспектом использования «Акобленд Мйкс» является перспектива производства.мороженого с пониженным содержанием- холестерина. По данным Института питания; отмечалось, что замена. 8-9% молочного жираизі 10 % на «Акобленд Микс» приводит кснижению холестерина на 17,5-20 мгв порции мороженого 100т.:
Углеводы: в мороженом; представлены в,основном; в виде лактозыкшса-харозы, [103].. Єахар не только придает мороженому сладость, но и;способствует преодолению жирности входящего в; состав продукта жира, дополняет сухие вещества в продукте, обеспечивая; основную? массу, консистенцию и строение, а также служит основой иусилителем; для добавления?вкусовых и ароматических веществ, влияет на: твердость мороженого; ж его; плотность, повышает питательную ценность продукта [11, 57, 105, 131]. Однако; в; последние годы; в;зарубежной, промышленности; наметилась, тенденция, к снижению калорийности;; мороженого путем частичной замены сахарозы низкокалорийными. подсластителями:
В связи с этим изучалась, возможность использованиям в качестве источника сладости для мороженого фруктозы, галактозы, СИрОПОВ; ГЛЮКОЗЫ И декстрозы; а также; искусственных, подсластителей [131]. По мнению Дж. Ротвелла; наиболее;оптимальными из рассмотренных Сахаров с технологической; и:экономической точки; зрения является использование; смеси сахарозы и сироповтлюкозы и декстрозы. Жри;тщательном подборе этих Сахаров можно вырабатывать мороженое почти любой желаемой?; консистенции; используя ингредиенты, допустимые во всех странах. Однако если сахарозу в мороженом; заменять искусственными; подсластителями, такими как сахарин ас- партам или ацесульфам, то ухудшается его консистенция из-за значительного сокращения количества сухих веществ, вызванного удалением сахара [131].
Статистическая обработка полученных данных
При обработке цифрового массива рассчитывали следующие показатели: средняя арифметическая величина М; среднеквадратичное отклонение от средней арифметической (±а); ошибка среднего арифметического значения (± щ); достоверность t и разница между t и вероятностью р; доверительный интервал I при заданном уровне вероятности. Среднюю арифметическую величину вычисляли при работе с абсолютными числами по формуле: значение индивидуального показателя; п — число наблюдений. Среднее квадратичное отклонение рассчитывали по формуле: где (х] - MJ — квадрат отклонений результатов i-тых измерений от среднего арифметического значения; п — число наблюдений. Определение средней ошибки проводили по формуле: Оценку достоверности вычисленной средней величины и ошибки определяли по формуле: Установление достоверности выявленных различий между сравнимыми величинами определяли по формуле: — сопоставляемые средние величины; mi и т2 — средние ошибки. При этом считали величину достоверной при t 2, не достоверной -при t 2. Окончательную достоверность показателей устанавливали по показателям доверительного коэффициента Стыодента-Фишера Р с учетом степеней свободы. Достоверным считали величины при р 0,05. 2.4 Математическое планирование эксперимента Для получения математических моделей, описывающих влияние исследуемых факторов на процесс, проводили обработку данных, полученных по полному факторному эксперименту [101]. Метод полного факторного эксперимента (ПФЭ) позволяет получить математическое описание исследуемого процесса в виде полинома в некоторой локальной области факторного пространства, лежащей в окрестности выбранной точки с координатами (Х0ь Хо2, .... ХОІ). В результате ПФЭ реализует все возможные неповторяющиеся комбинации уровней варьирования факторов. При планировании эксперимента в связи с предположением о нелинейном влияние выбранных факторов на процесс связывания металлов изучаемой модельной пищевой системы, был выбран двухфакторный эксперимент на трех равностоящих уровнях. С учетом числа уровней варьирования факторов модель имеет следующий вид: где Х{- линейные функции; Ь; - значения переменной величины. Экспериментальные исследования проводится в соответствии с матрицей планирования эксперимента, таблица 1. Математические расчеты проводились с использованием- ниже приведенных инструментариев. 1) Однородность ряда дисперсий при однородном дублировании проверяли по критерию Кохрена. Для этого определяли величину G расч по формуле: где, &Уи щах — наибольшая в ряду дисперсия; Для уровня значимости а = 0,05, числа степеней свободы/= п-1 и числа опытов N взяли табличное значение GpaC4 . Ряд считается однородным, если выполняется условие 2) Дисперсию опыта Sy оценивали по результатам равномерного дублирования. Число повторений каждого опыта одинаково, п = 2.
Изучение реологических характеристик модельных пищевых систем
Технологию приготовления мороженого, как и любого другого пищевого продукта, можно рассматривать как непрерывную во времени смену технологических процессов, в ходе которых продукт постоянно подвергается различного рода физическим воздействиям, в результате он приобретает деформацию и его реологические характеристики изменяются. При этом реологические характеристики продукта неодинаковы в .различных процессах деформирования: движение в одних рабочих органах машин сопровождается большими значениями градиента скорости и напряжения (насосы, трубопроводы), в других - небольшими (дозаторы, фризеры). Реологические свойства определяют качественные показатели и структуру пищевой системы, поэтому регулирование их позволяет управлять качеством пищевой продукции в процессе производства и хранения. В связи с этим исследовались реологические показатели компонентов мороженого оказывающих наибольшее влияние на структурно-механические параметры готового продукта. В качестве таковых были выбраны. композиционный стабилизатор, состоящий из пектина и Na-КМЦ. Реологические характеристики водных растворов пектина- и Na-КМЦ изучались при четырех соотношениях, растворы которых визуально более густые и однородны, подходящие в качестве стабилизатора для фруктовых видов мороженого и, следовательно, изучение их представляет наибольший практический, интерес, таблица 7. При этом во всех образцах массовая доля стабилизатора составляла 1 %. Измерения структурно-реологических параметры образцов проводили на ротационном вискозиметре «Реотест-2» на паре коаксиальных цилиндров при этом определялись зависимости между эффективной вязкостью, сдвигающим напряжением и скоростью сдвига. Необходимое количество испытуемого материала загружали в измерительный цилиндр и далее снимали кривые течения в диапазоне скоростей сдвига от 3 до 1312с" . На основании экспериментальных данных строили зависимости: вязкость - скорость сдвига, вязкость — напряжение. Было установлено, что полученные кривые течения характерны для структурированных дисперсных систем, рисунок 14. Кривые вязкости, построенные по экспериментальным данным, имеют одинаковый вид для всех изучаемых соотношений. С увеличением скорости сдвига вязкость уменьшается неравномерно и достигает наименьшего значения при скорости сдвига 10-20 с"1, что соответствует степени наибольшего разрушения, затем отмечается плавный переход в область разрушенной структуры. Характер полученных реограмм позволяет отнести изучаемые образцы к псе вд о пластичным телам, которые описываются степенным уравнением Оствальда де Виля. Основные реологические показатели образцов композиционного стабилизатора представлены в таблице 8. Таблица 8 — Основные реологические показатели образцов пектин:]Ма-КМЦ Установлено, что степень разрушения структуры изучаемых образцов уменьшается с повышением содержания Na-KMEQ а эффективная вязкость растворов при этом увеличивается. Образец № 1 обладает самой высокой устойчивостью к разрушению и самой высокой вязкостью. Установлено, что рН изучаемых образцов находится в пределах 4,5-5, что соответствует кислотности фруктового мороженого, и хотя вязкость опытных образцов гораздо выше, чем чистого раствора Na-КМЦ при таких же значения рН; тем не менее, она не достаточно высокая для достижения необходимых структурно-механических характеристик готового продукта. С целью повышения пищевой и биологической ценности мороженого для введения в смеси были выбраны молочная сыворотка и яичный белок. Из литературы [74] известно; что молочную сыворотку рекомендуется вносить в смеси мороженого в количестве не более 20 % в связи с тем, что при замораживании смеси происходит кристаллизация лактозы молочной сыворотки и при большом ее количестве она становиться на вкус и запах ощутима. По физико-химическим требованиям, предъявляемым к производству фруктовых видов мороженого, кислотность последних должная быть не более 50 Т [3, 102,149]. Молочная сыворотка, в данном случае творожная, имеет кислотность Т и следовательно, добавление ее в смесь мороженого будет неизбежно повышать кислотность. В связи с этим было изучено изменение титруемой кислотности модельной системы при внесении в нее молочной сыворотки, рисунок 15.
Разработка рецептурных композиций мороженого функционального назначения на основе плодового, ягодного и овощного сырья
Ранее были установлены массовые доли внесенных: стабилизатора — 1 г, молочной сыворотки — 20 г и яичного белка в количестве 10 г. Кроме этих веществ в рецептуре мороженого обязательным компонентом является сахароза. Как было сказано ранее, в традиционные рецептуры плодово-ягодных видов мороженого сахароза входила в количестве 28 — 30 % [149]. Такое высокое количество сахарозы необходимо для придания продукту требуемых структурно-механических свойств, а также для обеспечения плодово-ягодному мороженому необходимого количества сухих веществ. Однако такое высокое количество добавляемой сахарозы значительно повышает калорийность продукта, понижает температурную точку начала процесса замерзания смеси, ухудшает процесс фризерования смеси мороженого, так как Са хароза, как известно, является пеногасителем, а также, что немало важно, значительно повышает стоимость готового мороженого. Разработанный нами стабилизатор в сочетании с белковыми добавками, как было показано ранее, обладает высокой вязкостью, устойчивостью к физическому воздействию, способностью к повышению взбитости смеси мороженого, что дает нам возможность понизить содержание сахарозы в рецептуре мороженого без ухудшения его структурно-механических свойств до содержания 15 %, рисунок 26. Зависимость вязкости смеси мороженого от содержания в ней Как видно на рисунке 26, при внесении небольшого количества сахарозы вязкость системы падает, это проходит за счет того, что сахароза при небольшом количестве разжижает пищевую систему, и вязкость в результате падает. С повышением количества вносимой сахарозы система уплотняется и вязкость повышается. Таким образом, при концентрации 15 % сахарозы в смесь мороженого вязкость системы такая же, как и у первоначальной смеси без добавления сахарозы. Следующим этапом работы является определение массовых долей внесенного растительного сырья для каждого вида мороженого. При установлении оптимального количества внесенных фруктовых и овощных добавок руководствовались требованиями, предъявляемыми к производству фруктовых видов мороженого [2], таких, что содержание сухих веществ фруктов, ягод и овощей в мороженом должно.быть,не менее 3,5 %. С учетом органолептической сочетаемости фруктов, ягод и овощей, были разработаны пять фруктовых, овощных и ягодных композиций мороженого: морковно-яблочное, тыквенно-абрикосовое, сливовое, вишневое и ягодное. Для каждого из них была изучена зависимость изменения кислотности мороженого от дозы внесения фруктово-ягодных добавок, рисунок 2.
