Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор 8
1.1 Химический состав плодово-ягодного сырья 8
1.2 Пектиновые вещества и их роль в производстве пищевых продуктов 17
1.3 Применение ферментных препаратов в производстве плодово-ягодных соков, безалкогольных напитков и вин 23
1.4 Функциональные продукты питания 29
1.5 Основы процесса экстрагирования 34
Заключение по литературному обзору 41
Глава 2. Методика проведения эксперимента 43
2.1. Организация работы 43
2.2. Объекты и методы исследований 45
Глава 3. Экспериментальные исследования 48
3.1 Исследования потребительских предпочтений жителей г. Кемерово в отношении функциональных напитков 48
3.2 Товароведная оценка качества плодово-ягодного сырья и его изменение в процессе хранения 64
3.2.1 Товароведная оценка качества свежего плодово-ягодного сырья 64
3.2.2 Товароведная оценка качества плодово-ягодных полуфабрикатов и его изменение при хранении 69
3.2.2.1 Товароведная оценка качества замороженного плодово-ягодного сырья и его изменение в процессе хранения 70
3.2.2.2 Товароведная оценка качества сушеного плодово-ягодного сырья и его изменение в процессе хранения 77
3.3 Разработка технологии и товароведная оценка качества экстрактов на основе плодово-ягодного сырья 81
3.3.1. Подготовка замороженного плодово-ягодного сырья к экстрагированию81
3.3.2 Разработка технологии и товароведная оценка качества экстрактов на основе замороженного плодово-ягодного сырья 89
3.3.3 Разработка технологии и товароведная оценка качества экстрактов на основе сухих плодов лимонника китайского и амурского винограда 96
3.4 Разработка технологии и товароведная оценка качества напитков брожения на основе экстрактов из плодово-ягодного сырья 102
3.5 Разработка технологии и товароведная оценка безалкогольных напитков на основе плодово-ягодных экстрактов 112
3.6 Исследование возможности использования плодово-ягодных выжимок для производства пищевых продуктов 116
3.6.1 Исследование возможности использования плодово-ягодных выжимок для производства пищевых концентратов 120
3.6.2 Исследование возможности использования сухих виноградных выжимок для производства хлебобулочных изделий 124
3.6.3 Исследование возможности использования плодово-ягодных выжимок для производства мучных кондитерских изделий 128
3.7 Разработка схемы комплексной переработки плодово-ягодного сырья Сибири 134
3.8 Технико-экономический расчет себестоимости новой продукции на основе плодово-ягодного сырья 136
Выводы и рекомендации 137
Список использованной литературы 138
Приложения 154
- Применение ферментных препаратов в производстве плодово-ягодных соков, безалкогольных напитков и вин
- Товароведная оценка качества плодово-ягодного сырья и его изменение в процессе хранения
- Разработка технологии и товароведная оценка качества экстрактов на основе плодово-ягодного сырья
- Разработка схемы комплексной переработки плодово-ягодного сырья Сибири
Введение к работе
Государственная политика России в области здорового питания предусматривает улучшение структуры питания населения. Одним из направлений этой политики является обогащение продуктов питания биологически активными веществами, в том числе и из природных источников.
Важным природным источником биологически активных веществ являются плоды и ягоды, доля которых в рационе питания населения является показателем качества его жизни и продолжительности периода активной жизнедеятельности. Вместе с тем, по данному показателю ФАО ВОЗ оценивает структуру питания населения России неудовлетворительной, а отдельных ее регионов — исключительно драматичной (в некоторых регионах России потребление плодов и ягод в свежем виде в сто и более раз занижено в сравнении с рекомендуемыми нормами). В большей мере решение указанной проблемы исследователи связывают не с природно-климатическими особенностями российских регионов, а с неразвитостью индустрии сбора, хранения и переработки богатейших природных ресурсов этих регионов.
В этой связи исследования ресурсных возможностей густонаселенных регионов Сибири с точки зрения определения источников биологически активных веществ в плодово-ягодном сырье являются актуальными и целесообразными.
Значительный вклад в развитие данной проблемы внесли сибирские ученые академик Хабаров С.Н., заслуженный деятель науки РФ проф. Позняковский В.М., профессор Цапалова И.Э., профессор Маюрникова Л.А. и др. авторы, которые систематизировали разносторонние данные о пищевых свойствах плодово-ягодного сырья Сибири. Большой интерес представляют прикладные исследования указанных авторов, результатом которых явилась разработка продуктов питания массового спроса. Вместе с тем, указанное направление должно развиваться вширь и вглубь, вовлекая в фокус исследований, как новые источники сырья, так и инновационные методы их комплексной переработки. Это, в конечном итоге, отразится как на показателях экономического развития российских регионов, так и на качестве жизни их населения.
Цели и задачи исследования. Цель работы - дать товароведную характеристику и технологическую оценку плодово-ягодного сырья Сибири с точки зрения его пригодности для производства напитков, разработать схему его комплексной переработки в полуфабрикаты и готовые продукты функционального назначения.
В соответствии с целью поставлены следующие задачи:
провести исследования по изучению потребительских предпочтений жителей г. Кемерово к функциональным напиткам;
исследовать химический состав и технологические свойства плодово-ягодного сырья Сибирского региона на примере черной смородины, черноплодной рябины, яблок сибирских сортов, лимонника китайского и амурского винограда с целью обоснования его использования для получения экстрактов, как полуфабрикатов для производства напитков;
исследовать фракционный состав пектиновых веществ сырья и отходов его переработки для оценки направления их использования;
исследовать факторы, формирующие качество плодово-ягодных экстрактов и напитков на их основе;
изучить возможность использования отходов производства экстрактов для получения продуктов питания функционального назначения. Дать товароведную оценку новых пищевых продуктов функционального назначения;
разработать принципиальную схему комплексной переработки плодово-ягодного сырья Сибирского региона.
Научная новизна:
Изучен фракционный состав пектиновых веществ плодово-ягодного сырья и отходов их переработки;
Дана комплексная оценка пищевой ценности плодово-ягодного сырья Сибирского региона;
Показана эффективность использования биокаталитических методов для интенсификации процесса экстрагирования плодово-ягодного сырья;
Получена математическая зависимость выхода сухих веществ плодово-ягодного сырья от параметров экстрагирования;
Показана возможность и целесообразность использования отходов производства экстрактов для получения продуктов питания функционального назначения;
Определены потребительские свойства и регламентируемые показатели качества разработанных функциональных продуктов питания из местных источников сырья.
Практическая значимость работы заключается в использовании ее теоретических положений при создании комплексной технологии переработки плодово-ягодного сырья Сибири на примере черной смородины, черноплодной рябины, яблок сибирских сортов, лимонника китайского и амурского винограда.
На основании комплексного анализа полученных результатов разработана малоотходная технология переработки плодово-ягодного сырья Сибири, показана их технологическая пригодность для производства экстрактов и напитков на их основе, целесообразность использования образовавшихся отходов для производства пищеконцентратов, хлебобулочных и мучных кондитерских изделий.
Работа выполнялась в рамках гранта КемТИПП «Разработка технологии безалкогольных напитков и напитков брожения на основе растительного сырья с повышенной пищевой ценностью и стойкостью».
Экспериментально подтверждены и включены в технические условия на продукцию критерии качества для проведения комплексной товароведной оценки экстрактов на основе плодово-ягодного сырья Сибири по органолептическим, физико-химическим и микробиологическим показателям.
Разработана и утверждена техническая документация: «Экстракты плодовые и ягодные» (ТУ91 68-096-02068315-2008).
Апробация работы.
Основные положения и результаты исследований доложены и обсуждены на: международной конференции «Высокоэффективные пищевые технологии,
7 методы и средства для их реализации» (Москва, 2006), международной научной конференции студентов и аспирантов «Техника и технология пищевых производств» (Могилев, 2006), региональной конференции студентов и аспирантов «Пищевые продукты и здоровье человека» (Кемерово, 2006-2007), научно-практических конференциях «Продукты питания и рациональное использование сырьевых ресурсов» (Кемерово, 2006-2007), всероссийской конференции молодых ученых с международным участием «Пищевые технологии» (Казань, 2007), Всероссийской конференции студентов и аспирантов «Пищевые продукты и здоровье человека» (Кемерово 2008), международной научно-практической конференции «Торговля в XXI веке» (Кемерово, 2008).
Публикации.
По материалам диссертации опубликовано 14 работ, отражающих ее основное содержание, из них в центральной печати - 2.
Структура и объем диссертации.
Диссертационная работа состоит из введения, 3 глав, выводов, списка литературы и приложений. Основной текст изложен на 153 страницах. Диссертация содержит 61 таблицу и 47 рисунков. Список использованной литературы включает 177 наименований, в том числе 40 иностранных.
Применение ферментных препаратов в производстве плодово-ягодных соков, безалкогольных напитков и вин
Использование ферментов является одним из важных промышленных принципов совершенствования пищевой технологии. Существенный вклад в это внесли достижения микробиологии и биохимии. Таким образом, производство продуктов питания в настоящее время превратилось из своего рода искусства в высокоспециализированную технологию, которая основывается на открытиях естественных наук.
Биохимические процессы, протекающие при хранении сырья и при производстве пищевых продуктов, связаны с действием естественных, собственных ферментов пищевого сырья, а также ферментов, вносимых в ходе технологического процесса в виде ферментных препаратов. Прежде всего, это ферменты, продуцируемые различными микроорганизмами, кроме того, для получения ферментных препаратов используют проросшее зерно, ткани животных или тропические растения.
В настоящее время многие отрасли промышленности — хлебопечение, виноделие, пивоварение, производство спирта, сыроделие, производство органических кислот, чая, аминокислот, витаминов, антибиотиков — основаны на использовании различных ферментативных процессов. Кроме того, препараты ферментов находят все более широкое применение в медицине и сельском хозяйстве. В связи с этим активно развивается такая отрасль промышленности как производство ферментных препаратов [55, 65].
Общие аспекты применения ферментов в пищевой промышленности, а также вопросы, связанные с производством промышленных ферментов, нашли широкое отражение в специальной учебной и научной литературе [43, 55, 65, 83, 99]. Ферменты - биологические катализаторы белковой природы. Они значительно повышают скорость химических реакций, которые в отсутствие ферментов протекают очень медленно. При этом ферменты не расходуются и не претерпевают необратимых изменений. Ферменты ускоряют химические реакции, находя «обходные пути», позволяющие молекулам преодолевать активационный барьер на более низком энергетическом уровне. Это становится возможным потому, что ферментативная реакция состоит из двух стадий: на первой стадии происходит образование фермент-субстратного комплекса, переходному состоянию которого соответствует значительно более низкая энергия активации; на второй стадии этот комплекс распадается на продукты реакции и свободный фермент, который может взаимодействовать с новой молекулой субстрата. Ферментные препараты в отличие от ферментов содержат помимо активного фермента множество балластных веществ, в том числе и других белков. Кроме того, большинство ферментных препаратов являются комплексными, т. е. кроме основного фермента, имеющего наибольшую активность, в его состав входят другие сопутствующие ферменты. Применение ферментных препаратов в отраслях пищевой промышленности позволяет интенсифицировать технологические процессы, улучшать качество готовой продукции, увеличивать ее выход, а также сэкономить ценное пищевое сырье. Ферментные препараты должны удовлетворять требованиям, предъявляемым конкретными технологиями не только по типу катализируемой реакции, но и в отношении условий их действия: рН, температуры, стабильности, присутствия активаторов и ингибиторов, т. е. тех факторов, которые обуславливают эффективность действия препарата в данной среде и позволяют правильно определить технологические режимы его применения. В зависимости от цели применения ферментных препаратов к ним предъявляются определенные требования не только в отношении состава ферментов и оптимальных условий их действия, но и в отношении степени очистки, применяемых наполнителей, стоимости и ряда других параметров. В настоящее время в мире производится большое количество ферментных препаратов для разных отраслей пищевой промышленности, применяемых на различных стадиях технологического процесса [43]. Применение ферментных препаратов можно считать одним из перспективных направлений интенсификации процессов производства плодово-ягодных соков и вин. Они используются для повышения выхода сока, осветления и стабилизации соков и вин, предотвращения окислительных процессов в соках и в изготавливаемых из них продуктах. При этом необходимо иметь набор ферментных препаратов, содержащих строго определённый комплекс ферментов, а в ряде случаев требуются препараты индивидуальных ферментов. Кроме того, ферментные препараты должны удовлетворять требованиям, предъявляемым технологией получения конкретного продукта не только по типу катализируемых реакций, но и в отношении условий их действия, т.е. рН, температуры, стабильности и некоторых других факторов, обуславливающих эффективность действия препарата в данной среде. Чтобы получить ясное представление о том, каким должен быть ферментный препарат того или иного назначения, и правильно определить технологические режимы его применения, необходимо установить, какие превращения он должен осуществлять и на какие вещества не должен действовать [55, 65]. В соответствии со спецификой плодово-ягодного сырья и целями применения ферментные препараты можно разделить на шесть групп: 1. препараты, предназначенные для получения неосветленных соков, увеличивающие выход и повышающие экстрактивность; 2. препараты, предназначенные для получения осветленных соков, увеличивающие выход, повышающие экстрактивность и обеспечивающие полный гидролиз пектиновых и белковых веществ; 3. препараты, мацерирующие плодово-ягодную ткань, повышающие выход и гомогенность соков с мякотью; 4. препараты, предназначенные для получения осветленных плодово-ягодных виноматериалов, увеличивающие выход и повышающие экстрактивность виноматериалов; 5. препараты, способствующие предотвращению окислительных процессов и развитию аэробных микроорганизмов в соках, винах, безалкогольных напитках; 6. препараты, катализирующие инверсию сахарных сиропов при производстве безалкогольных напитков и товарных сиропов [39].
Товароведная оценка качества плодово-ягодного сырья и его изменение в процессе хранения
На данном этапе исследования была дана товароведная оценка плодово-ягодного сырья, определены факторы, сохраняющие его качество в процессе хранения.
Как известно, наибольшую ценность плоды и ягоды представляют собой как источник биологически активных веществ (витаминов, макро- и микроэлементов, веществ специфического действия, пищевых волокон) [132]. Благодаря наличию перечисленных групп соединений, фитосырье улучшает пищеварение, сердечнососудистую деятельность, нервно-эмоциональное состояние человека.
Лимонник - уникальное по своим свойствам растение. По значению среди адаптогенов лимонник стоит на втором месте после знаменитого корня жизни -женьшеня. Амурский виноград, в свою очередь, имеет лечебно-диетическое значение, улучшает пищеварение и способствует повышению обмена веществ в организме. Плоды черной смородины и черноплодной рябины также обладают рядом ценных пищевых и лекарственных свойств. Плоды этих растений содержат в своем составе биологически активные соединения: катехины, антоцианы, лейкоантоцианы, относящиеся к фенольным соединениям, витамины С, Е, Р, группы В. В лимоннике также содержаться лигнановые соединения -схизандрины и схизандрол, обладающие тонизирующими и адаптогенными свойствами [38, 57, 132].
Результаты органолептической оценки качества плодово-ягодного сырья представлены в таблице 3.2.
Как видно из представленных данных, свежие плоды и ягоды получили достаточно высокие органолептические оценки. Наивысший бал - 4,83-4,9.
Плоды и ягоды были вполне развившимися, свежими, чистыми не перезревшими, без механических повреждений, поражений болезнями и вредителями, поэтому при оценке показателя «Внешний вид» получили высокие оценки (0,93 — 1,0 балла). Цвет, вкус и аромат плодов и ягод были свойственны исследуемому сырью, без постороннего привкуса и запаха, поэтому за цвет, вкус и аромат были также поставлены высокие оценки (0,96 - 1,49 балла).
Анализ основных физико-химических показателей исследуемого сырья представлен в таблице 3.3.
Как видно из представленных данных, массовая доля сухих веществ рассматриваемого сырья колеблется от 12,3 % в яблоках до 19,7 % в амурском винограде. Большую часть из них составляют усвояемые углеводы и органические кислоты.
Усвояемые углеводы плодово-ягодного сырья представлены в основном моно- и дисахаридами - глюкозой, фруктозой и частично сахарозой. Все они хорошо усваиваются организмом человека и способны сбраживаться дрожжами. Содержание органических кислот в рассматриваемом плодово-ягодном сырье колеблется от 0,9 % в черноплодной рябине до 5,8 % в черной смородине. Они играют важную роль при хранении плодов и ягод, повышая их лежкоспособность, обуславливают кислый вкус, возбуждают секрецию поджелудочной железы, стимулируют перистальтику кишечника, обладают бактерицидным действием.
Сахара, содержащиеся в плодово-ягодном сырье, маскируют его кислый вкус, а дубильные вещества усиливают и делают вяжущим. Поэтому, для объективной оценки вкуса плодов и ягод используют сахарокислотный коэффициент.
Содержание полифенольных веществ в рассматриваемом сырье различно и составляет от 157 мг/ЮОг в яблоках до 5904 мг/ЮОг в черной смородине. Полифенолы определяют цвет, вкус, аромат плодово-ягодного сырья и продуктов на его основе. Кроме того, важнейшими функциями полифенолов является выведение из организма ионов тяжелых металлов, их антиоксидантное действие и способность ослаблять действие алкоголя. Таким образом, напитки на основе черной смородины, черноплодной рябины, амурского винограда могут оказывать на организм человека благотворное влияние и препятствовать развитию алкогольной зависимости.
Помимо формирования потребительских свойств плодов и ягод, полифенолы участвуют в технологических процессах, влияют на ход брожения, и стойкость напитков при хранении. Добиться высокой стойкости напитков можно путем снижения полифенольных веществ. Но поскольку полифенолы влияют на пищевую ценность и органолептические свойства напитков, то резкое уменьшение содержания этих веществ приводит к ухудшению качества напитков. Поэтому снижение полифенолов должно быть только частичным.
Разработка технологии и товароведная оценка качества экстрактов на основе плодово-ягодного сырья
Для получения экстрактов использовали замороженные плоды черной смородины, черноплодной рябины и яблок сибирских сортов.
Проведенные выше исследования показали, что при замораживании в плодах происходят некоторые изменения химического состава: повышается содержание сухих веществ, концентрация кислот и т.д. (раздел 3.2.2.1), однако известно, что ферменты при этом не инактивируются [129]. Поэтому при оттаивании, особенно медленном, ферменты в разрушенных клетках быстро восстанавливают свою активность, что приводит к окислению полифенолов и других органических веществ и потемнению тканей, отрицательно сказывающемся на качестве сока [129]. Поэтому сырье дробили, не допуская полного оттаивания.
Для наиболее полного извлечения питательных и вкусовых веществ необходимо проводить предварительную обработку сырья. Одним из эффективных путей разрушения клеточной структуры и увеличения клеточной проницаемости является обработка ферментными препаратами.
Большое содержание пектиновых веществ является отрицательным фактором при производстве напитков, в частности соков, так как они затрудняют его выделение и уменьшают выход. Основное влияние на процесс сокоотдачи оказывает растворимый пектин, который обладает водоудерживающей способностью и повышает вязкость сока, препятствуя его вытеканию. Протопектин должен быть гидролизован только частично, так чтобы отделить клетки одну от другой и частично разрушить их стенки для повышения клеточной проницаемости [65].
Применение ферментных препаратов можно считать одним из перспективных направлений интенсификации процессов производства плодово-ягодных соков. Они используются для повышения выхода сока, осветления и стабилизации напитков и предотвращения окислительных процессов в изготавливаемых из них продуктах.
Изучили влияние пектолитических ферментных препаратов на процесс гидролиза пектиновых веществ.
Для гидролиза пектиновых веществ мезги черной смородины и черноплодной рябины рекомендованы ферментные препараты - Фруктоцим П6-Л. Для обработки яблочной мезги - Фруктоцим Флюкс.
Ферментные препараты Фруктоцим Флюкс, Фруктоцим П6-Л представляют собой жидкие концентрированные пектолитические ферментные препараты, рекомендуемые для: быстрого разрушения пектинов в плодово-ягодной мезге для достижения повышенной способности к отжиму и выходу из плодов и ягод ценных компонентов; полного разрушения пектинов в соке и подготовки его для осветления и фильтрации; улучшения стабильности соков с высоким содержанием коллоидов, полученного при сильном воздействии на мезгу; улучшения фильтруемости соков.
Благодаря точному сбалансированному сочетанию основных пектиназных активностей (пектинэстеразы, пектинлиазы, эндо-полигалактуроназы) и широкого спектра побочных полезных активностей Фруктоцим П6-Л используется на различных стадиях современного производства фруктовых соков. Фруктоцим П6-Л осуществляет оптимальное разжижение мезги плодов и ягод. Быстрое разрушение пектинов приводит к резкому падению вязкости мезги, что в свою очередь обуславливает хороший отжим или экстрагирование, высокий выход сока и его ценных компонентов. Благодаря содержанию в препарате побочной активности арабаназы Фруктоцим П6-Л предотвращает замутнение концентрированного яблочного сока, обусловленное полисахаридом арабаном.
Фруктоцим Флюкс помимо основной активности пектиназы, обладает дополнительными ферментными фракциями, которые необходимы для разрушения клеточных стенок коллоидов и рамногалактуронана, которые на дальнейших этапах производства ингибируют фильтрацию и не могут быть разрушены нормальными пектиназами.
Доза ферментных препаратов зависит от вида сырья, степени спелости плодов, температуры и продолжительности обработки.
Разработка схемы комплексной переработки плодово-ягодного сырья Сибири
В результате проведенных исследований была разработана схема комплексной переработки плодово-ягодного сырья Сибири (рисунок 3.46). Для увеличения продолжительности хранения плодов и ягод предложены различные способы консервирования. Плоды лимонника китайского и амурского винограда имеют невысокое содержание влаги, поэтому для них целесообразно применять способ консервирования высушиванием. Влага будет быстро удаляться при сушке, а плоды будут более статичными при хранении. Ягоды черной смородины, черноплодной рябины и плоды яблок сибирских сортов сочные, содержат в своем составе достаточно высокое содержание влаги, поэтому для них рекомендован способ консервирования замораживанием. Для интенсификации процесса экстрагирования необходимо измельчение плодово-ягодного сырья, как сухого, так и замороженного. Дополнительно, для увеличения выхода экстрагируемых веществ, необходимо проводить биокаталитическую обработку замороженных плодов и ягод.
Свежие ягоды черной смородины, черноплодной рябины, плоды яблок сибирских, амурского винограда, лимонника китайского Экстрагирование осуществляется водой при соотношении сырье: экстрагент 1:10. Продолжительность экстрагирования для замороженных плодов и ягод - 24 часа при температуре 40 С, для высушенных - 18 часов при температуре 35 С. Полученные вытяжки необходимо концентрировать до массовой доли сухих веществ 55 %. Полученные экстракты используются для получения сброженных и безалкогольных напитков. Выжимки, оставшиеся после экстракции, высушиваются для более продолжительного сохранения органолептических и физико-химических характеристик, измельчается и используется для получения различных продуктов: выжимки черной смородины и яблок сибирских сортов при получении пищевых концентратов в количестве 7 %, выжимки винограда в количестве 1 % при изготовлении ржано-пшеничного хлеба, выжимки черноплодной рябины при получении сырцовых пряников в количестве 5 %. 1. Проведенные исследования потребительских предпочтений в отношении функциональных напитков показали их востребованность на региональном рынке. 2. Исследован химический состав плодово-ягодного сырья Сибири. На основе анализа пищевой ценности и стабильности показателей при хранении, фракционного состава пектиновых веществ определены направления их использования для получения экстрактов и напитков.
Определены параметры экстрагирования свежего и сухого плодово-ягодного сырья, показана эффективность использования пектолитических ферментных препаратов Фруктоцим П6-Л и Фруктоцим Флюкс для интенсификации процесса получения экстрактов. 4. Разработаны рецептуры и технологии напитков брожения и безалкогольных напитков на основе полученных экстрактов. Дана их товароведная оценка. 5. Исследована возможность использования плодово-ягодных выжимок для производства пищевых продуктов функционального назначения. Разработаны рецептуры киселей, ржано-пшеничного хлеба и сырцовых пряников с использованием в качестве компонентов выжимок из плодово-ягодного сырья. Определены регламентируемые физико-химические и органолептические показатели качества готовых изделий.
