автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.15, диссертация на тему:Формирование потребительских характеристик кондитерских изделий на основе изомальтулозы

005048178 На правах рукописи

ПЕТРЯНИНА ТАТЬЯНА АЛЕКСАНДРОВНА

ФОРМИРОВАНИЕ ПОТРЕБИТЕЛЬСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК КОНДИТЕРСКИХ ИЗДЕЛИЙ НА ОСНОВЕ ИЗОМАЛЬТУЛОЗЫ

Специальность: 05.18.15 - Технология и товароведение пищевых продуктов и функционального и специализированного назначения и общественного питания

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва —2012

п

005048178

Диссертационная работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет пищевых производств».

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

- доктор технических наук, профессор Подгорнова Надежда Михайловна

• Васькина Валентина Андреевна, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств», профессор кафедры «Технология хлебопекарного, макаронного и кондитерского производств»

- Лукин Николай Дмитриевич, доктор технических наук, профессор, ГНУ ВНИИ крахмалопродуктов РАСХН, заместитель директора по научной работе

- Государственное научное учреждение Российский научно - исследовательский институт сахарной промышленности Россельхозакадемии

Защита состоится 22 ноября 2012 года в 12.00 часов на заседании Совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук Д 212.148.08 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств» по адресу: 125080, Москва, Волоколамское шоссе, д. 11, корп. А, ауд. 302.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «МГУПП».

Автореферат разослан «¿0у> октября 2012 г.

Ученый секретарь

Совета Д 212.148.08 1 к.х.н., доц. B.C. Штерман

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Сегодня не вызывает сомнений, что чрезмерное потребление сахарозы оказывает негативное воздействие на организм человека, особенно при низкой физической активности, может привести к тяжелым нарушениям углеводного и жирового обмена, способствовать развитию ожирения и сахарного диабета.

Важное значение в профилактике сахарного диабета, ожирения и сопутствующих им заболеваний имеет фактор питания.

Современные тенденции формирования здорового рациона питания диктуют необходимость создания новых продуктов высокой физиологической ценности. Для этих целей целесообразно использовать натуральные сахароза-менители и подсластители.

Одним из таких натуральных подсластителей является изомальтулоза, которую получают из сахарозы путем биокатализа под действием фермента изо-мальтулозосинтазы. Существенным отличием метаболизма изомальтулозы в организме человека по сравнению с сахарозой является то, что гидролиз изомальтулозы протекает со значительно меньшей скоростью, чем для сахарозы. Скорость этого процесса для изомальтулозы в 4-5 раз меньше, чем для сахарозы. Также известно, что гликемическая реакция при потреблении изомальтулозы оказывается значительно меньшей, чем в случае глюкозы и сахарозы.

Продукты с низким значением гликемического индекса дают более длительное состояние насыщения, уменьшают аппетит и снижают возможность переедания. Изомальтулозу не способны разрушать бактерии, находящиеся в ротовой полости, вследствие чего не образуется кислота, разрушающая зубную эмаль. Изомальтулоза является безвредным подсластителем для организма человека, без постороннего привкуса, запаха.

Проблеме изучения потребительских характеристик продовольственных товаров и разработке на их основе новых продуктов в своих исследованиях уделяли внимание отечественные ученые В.А. Васькина, М.В. Гернет, Г.Г. Дубцов, Л.Г. Елисеева, А.А. Кочеткова, В.И. Криштафович, М.А. Николаева, Т.В. Савенкова, Л.А. Сапронова.

Цель н задачи исследования. Целью настоящих исследований явилась разработка способов получения инновационных кондитерских изделий на основе изомальтулозы и оценка их потребительских характеристик.

Для решения поставленной цели были сформулированы и решались следующие основные задачи:

- изучение физико-химических свойств изомальтулозы и ее водных растворов: гигроскопичность, растворимость, вязкость, плотность, рН, гранулометрический состав, показатели преломления;

- разработка способов получения кондитерских изделий на основе изомальтулозы и исследование их потребительских свойств.

Научная новизна работы:

- изучены физико-химические свойства водных растворов изомальтулозы: плотность, вязкость, показатель преломления, рН, растворимость в зависимости

от температуры и концентрации изомальтулозы. По результатам статистической обработки экспериментальных данных предложены расчетные уравнения;

- исследованы гранулометрические характеристики изомальтулозы и установлено, что дифференциальная кривая распределения частиц по размерам имеет левостороннюю асимметрию и положительный эксцесс;

- исследованы гигроскопические свойства изомальтулозы в зависимости от температуры и относительной влажности окружающей среды;

- получены кинетические зависимости процесса адсорбции влаги кондитерскими изделиями (леденцовой карамелью, желейным мармеладом и помадкой) в течение 1,5-2 месяцев в зависимости от влажности окружающей среды. На основании полученных результатов исследований органолептических и физико-химических свойств обоснованы сроки хранения готовых изделий;

- изучены структурно-механические свойства кондитерских изделий на основе изомальтулозы;

- осуществлена комплексная квалиметрическая оценка готовых изделий (карамели, мармелада и помадки) на основе изомальтулозы.

Практическая значимость работы. По результатам научных исследований:

- предложены способы приготовления кондитерских изделий: карамели, мармелада и помадной массы с полной и частичной заменой сахарозы на изо-мальтулозу;

- научно обосновано применение изомальтулозы при производстве кондитерских изделий; предложен рецептурный состав карамели, мармелада и помадки, обеспечивающий максимальный уровень потребительских свойств;

- проведена опытно-промышленная апробация способа приготовления леденцовой карамели с добавлением изомальтулозы в количестве 50 % от массы сахарозы на ООО «Тиволи» с ожидаемым годовым эффектом 392,5 тыс. руб.;

- подана заявка на изобретение «Способ получения леденцовой карамели» № 2012126179 от 25.06.2012;

- результаты исследования используются в учебном процессе на кафедре «Товароведение и основы пищевых производств».

Апробация результатов работы. Основные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на ежегодных отчетных межведомственных научно-практических международных конференциях: «Товароведение, экспертиза, технология и хранение продовольственных товаров» (Москва, 2010-2011); «Технологии и продукты здорового питания. Функциональные продукты питания» (Москва, 2011); «Инновации в сахарной промышленности» (Москва, 2012); интернет-конференции: «Энергосберегающие процессы и аппараты в пищевых и химических производствах» (Воронеж, 2011); первом международном конгрессе: «Экологическая, продовольственная и медицинская безопасность человечества» (Москва, 2011); международной научной конференции: «Живые системы и биологическая безопасность населения» (Москва, 2011); первой международной инновационной научно-практической конферен-

ции: «Современная торговля: теория, практика, перспективы развития» (Москва, 2012).

Публикации. По результатам диссертационного исследования опубликовано 15 печатных работ, отражающих ее основное содержание, в том числе 3 статьи в изданиях из перечня ВАК.

Основные положения, выносимые на защиту:

- обоснование необходимости использования изомальтулозы в производстве кондитерских изделий;

- результаты экспериментальных исследований физико-химических показателей изомальтулозы и ее водных растворов;

- экспериментальные данные по исследованию органолептических и физико-химических свойств кондитерских изделий с полной и частичной заменой сахарозы на изомальтулозу;

- рекомендации по практическому использованию изомальтулозы при производстве леденцовой карамели, желейного мармелада и помадки.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 4 глав, выводов, списка использованной литературы, приложений. Основной текст диссертации изложен на 137 страницах. Работа содержит 41 таблицу, 39 рисунков, 3 приложения. Список использованной литературы включает 125 наименований российских и зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, сформулирована цель исследования, определены задачи работы, показана научная новизна и практическая значимость проведенных исследований.

Глава 1 Аналитический обзор научно-технической литературы, В

первой главе систематизированы литературные данные по подсластителям: дана их классификация, обозначены свойства, роль в жизни человека. Отдельно рассмотрен вопрос об изомальтулозе. Определено применение подсластителей в кондитерском производстве. Приведена характеристика таких кондитерских изделий, как: леденцовая карамель, желейный мармелад и помадка.

Глава 2 Объекты и методы диссертационного исследования. Во второй главе приведены методики постановки опытов, схемы проведения экспериментов, описаны объекты и методы исследования.

Объектами на различных этапах исследования являлись: изомальтулоза и ее водные растворы; карамель, мармелад и помадка с полной и частичной заменой сахарозы на изомальтулозу.

Экспериментальные исследования проводились в лабораториях кафедры товароведения и основ пищевых производств, технологии хлебопекарного и макаронного производства ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств», лаборатории ФГУ НИИ проблем хранения Федерального агентства по государственным резервам.

В работе использованы общепринятые, стандартные и специальные методы исследований показателей качества сырья и готовых изделий. При проведении эксперимента применены методы математического планирования, статистической обработки и обработки результатов с использованием пакетов прикладных программ Microsoft Excel, DOSBox, РТС Mathcad. Повторяемость опытов при определении органолептических и физико-химических показателей составляла не менее 2 параллельных проб при 2-4 кратной повторности анализов.

Глава 3 Исследование свойств изомальтулозы и ее водных растворов.

Проанализированы экспериментальные данные физико-химических свойств изомальтулозы и ее водных растворов.

В таблице 1 приведены значения показателя преломления водных растворов изомальтулозы, измеренные на приборе ИРФ 454Б2М.

Таблица 1 - Зависимость показателя преломления от концентрации водного раствора изомальтулозы при 20,0 "С

Содержание изомальтулозы, % масс. Показатель преломления (п) Содержание изомальтулозы, % масс. Показатель преломления (п)

9,09 1,348 39,39 1,396

13,04 1,352 41,18 1,400

16,66 1,356 42,86 1,405

20,00 1,361 44,44 1,409

23,08 1,365 45,95 1,413

25,93 1,369 47,37 1,416

28,57 1,375 48,72 1,418

31,03 1,379 50,00 1,420

33,33 1,383 51,22 1,422

35,48 1,387 52,38 1,424

37,50 1,392 53,49 1,426

Анализируя полученные данные таблицы и сравнивая их со справочными данными для сахарозы, можно сделать вывод о том, что значения показателей преломления изомальтулозы ниже соответствующих значений сахарозы на 0,5 - 1,5 %. Это объясняется тем, что изомальтулоза, являясь изомером сахарозы, во многом сходна с последней по своим физико-химическим свойствам.

Зависимость показателя преломления (п) от содержания изомальтулозы (с) в водном растворе была описана линейным уравнением:

п=1,945-10"3с+1,323 (1)

с достоверностью аппроксимации К2=0,987.

На рисунке 1 представлены кривые растворимости для сахарозы и изомальтулозы в зависимости от температуры раствора

б

Рисунок 1 - Растворимость вещества в воде в зависимости от температуры: 1 - изомальтулоза; 2 — сахароза Зависимости 1 и 2 на рисунке 1 имеют линейный характер и могут быть описаны соответствующими уравнениями. Значения растворимости для изо-мальтулозы увеличиваются при повышении температуры раствора. Если сравнить их со значениями растворимости сахарозы, то очевидно, что растворимость изомальтулозы ниже, чем растворимость сахарозы. Это связано с особенностями структуры молекулы изомальтулозы.

В таблице 2 представлены значения плотности растворов изомальтулозы в зависимости от концентрации и температуры.

Таблица 2 - Зависимость плотности водных растворов изомальтулозы от температуры

Концентрация раствора, % масс. Плотность исследуемого раствора при данной температуре 0"3), кг/м3

Температура раствора, 'С

20,0 30,0 40,0 50,0 60,0

10,0 1,045 1,037 1,028 1,019 1,010

20,0 1,082 1,073 1,064 1,035 1,025

30,0 1,133 1,124 1,115 1,105 1,096

40,0 1,184 1,176 1,166 1,157 1,146

50,0 1.246 1,237 1,228 1,218 1,207

Как видно из таблицы 2, значения плотности увеличиваются с ростом концентрации раствора при постоянной температуре и уменьшаются при повышении температуры. Плотность водных растворов изомальтулозы в интервале температур 20,0 - 60,0 'С и концентрации изомальтулозы 10,0 - 50,0 % масс, описывается уравнением:

р= 1,0076+0,0051 с-0,001 к

(2)

Коэффициент корреляции уравнения составляет Я2=0,985. Результаты экспериментальных исследований динамической вязкости водных растворов изомальтулозы в интервале концентраций 20,0 - 60,0 % и температур 20,0 - 60,0 "С представлены в таблице 3.

Таблица 3 — Зависимость вязкости водных растворов изомальтулозы от концентрации и температуры

Концентрация раствора, % масс. Вязкость исследуемого раствора при температуре (?/■ 103), Па ■ с

Температура раствора, °С

20,0 30,0 40,0 50,0 60,0

20,0 1,949 1,783 1,679 1,322 1,046

30,0 3,579 2,941 2,181 1,775 1,295

40,0 8,597 6,211 4,713 2,39 1,672

50,0 30,245 22,266 16,475 11,013 7,921

60,0 68,843 52,145 39,850 27,177 17,502

Из таблицы 3 видно, что вязкость растворов изомальтулозы (г\) значительно возрастает с увеличением концентрации и уменьшается с ростом температуры. Математически это описывается:

с 1087,1

^7=?7о+(10 ^-2095) 10,4271 ,10 £1,7503 _ (3)

Анализ результатов исследования вязкости растворов изомальтулозы показывает, что водные растворы изомальтулозы концентрацией < 60,0 % масс, являются ньютоновскими жидкостями, не образующими структуры. Кривые течения для раствора изомальтулозы концентрацией 60,0 % масс, представлены на рисунке 2. Из рисунка 2 следует, что вязкость водных растворов изомальтулозы при данной температуре является постоянной величиной и не зависит от скорости сдвига.

О 200 400 600 800 юро 12р0 14р0 Градиент скорости сдвига (Б,), с"1

Рисунок 2 - Зависимость напряжения сдвига от скорости сдвига водного 60,0 %-го раствора изомальтулозы: 1 — при 20,0 °С; 2 - при 30,0 °С; 3 - при 40,0 'С; 4 - при 50,0 'С; 5 - при 60,0 'С; 6 - при 70,0 'С; 7 - при 80,0 'С Как видно из рисунка 2, водные растворы изомальтулозы подчиняется закону вязкого течения Ньютона, то есть касательное напряжение и градиент скорости линейно зависимы. Полученные данные были описаны аппроксимирующими линейными уравнениями с достаточной точностью.

Логарифмические зависимости вязкости растворов изомальтулозы разной концентрации от температур представлены на рисунке 3, из которого видно, что вязкость водных растворов изомальтулозы возрастает с увеличением концентрации и уменьшается с ростом температуры раствора.

20 40 60 80

Температура, "С

Рисунок 3 - Зависимость \g (77) от температуры водных растворов изомальтулозы: 1 - 40,0 %; 2 - 50,0 %; 3 - 60,0 % С использованием полученных данных по вязкости водных растворов изомальтулозы рассчитаны значения энергий активаций вязкого течения. Результаты представлены на рисунке 4.

20 30 40 50 60 70 Концентрация раствора, % масс.

Рисунок 4 - Зависимость энергии активации вязкого течения водных растворов изомальтулозы от концентрации раствора Зависимость энергии активации от концентрации раствора была описана полиномиальным уравнением 3-ей степени.

По результатам исследования, проведенного по тензометрическому методу, построены кинетические кривые изменения влажности веществ в зависимости от относительной влажности среды хранения, которые приведены на рисунке 5. На рисунке 6 приведены зависимости влажности среды хранения от равновесной адсорбции влаги изомальтулозы и сахарозы.

Время хранения, ч

Рисунок 5 - Кинетика адсорбции влаги веществами при влажности среды 33 и 85 % и температуре 20,0 "С: 1 - изомальтулоза при влажности среды хранения 33 %; 2 - изомальтулоза при влажности среды хранения 85 %; 3 - сахароза при влажности среды хранения 33 %; 4 - сахароза при влажности среды хранения

85 %

О 20 40 60 80 100

Влажность среды хранения %

Рисунок 6 - Изотермы адсорбции влаги веществами при 20,0 'С: 1 - изомальтулоза; 2 - сахароза

Как видно из рисунка 5, кинетические кривые влажности сахарозы и изо-мальтулозы возрастают и достигают равновесного состояния с окружающей средой через 500 ч хранения. Значения равновесной адсорбции для изомальту-лозы говорят о том, что исследуемый сахарозаменитель иегигроскопичен и может храниться даже при высокой относительной влажности среды, не слеживаясь и не образуя комков. Низкая гигроскопичность, характерная для изомальту-лозы, связана с особенностями структуры ее молекул.

При постоянной температуре зависимость между влажностью продуктов и влажностью воздуха выражается изотермой сорбции. Важным для практики является то, что влажность продуктов изменяется неравномерно. Наиболее значительно возрастает влажность продукта при относительной влажности воздуха в пределах 80-100 %.

На рисунке 6 видно, что обе изотермы имеют вогнутый характер, что говорит об отрицательном сродстве их к сорбции воды. Степень сродства характеризуется крутизной изотерм.

Гранулометрический состав — важный показатель физических свойств и структуры вещества. В настоящее время для оценки состава все большее распространение приобретает метод дисперсионного анализа с помощью оптической микроскопии.

На рисунке 7 приведены данные распределения кристаллов изомальтуло-зы по размерам, полученные методом микроскопирования 15000 частиц.

Рисунок 7 - Гистограмма распределения размеров кристаллов изомальтулозы Как видно из рисунка 7, максимум распределения частиц находится в диапазоне 5 - 29,5 мкм и составляет 52,3 %, а минимум находится в интервале 201 - 225,5 мкм и составляет 1,7 %. Если сравнивать полученные результаты с известными данными по сахарозе, то видно, что минимум распределения частиц изомальтулозы находится в диапазоне максимума распределения частиц сахарозы. Следовательно, изомальтулоза имеет более мелкий фракционный состав.

На рисунке 8 представлена зависимость плотности распределения кристаллов от среднего размера диаметра частицы изомальтулозы. На рисунке 9 приведена зависимость плотности распределения кристаллов изомальтулозы, выравненной по логарифмически-нормальному закону, от среднего размера кристалла изомальтулозы.

Рисунок 8 — Плотность распределения Рисунок 9 - Плотность распределения

кристаллов изомальтулозы кристаллов изомальтулозы, выравнен-

ная по логарифмически-нормальному закону

Как следует из рисунка 8, кривая изомальтулозы имеет усеченно-асимметричный характер, вершина которой смещена в сторону преобладания мелкой фракции.

Оценка эмпирической кривой распределения по величинам асимметрии (А) и эксцесса (Е) показывает, что кривая имеет положительную (левостороннюю) асимметрию А=101,6 и положительный эксцесс Е=214,3. Эксцесс характеризует крутизну кривой в сравнении с кривой нормального распределения и показывает, что вершина кривой (рисунок 9) находится выше вершины кривой нормального распределения, а в данном случае отражает возросшую однородность кристаллов изомальтулозы.

Глава 4 Разработка способов получения кондитерских изделий на основе изомальтулозы и исследование их потребительских свойств.

Разрабатываемые кондитерские изделия карамель, мармелад и помадка готовились по традиционной технологии с полной и частичной заменой сахарозы на изомальтулозу.

Органолептическая оценка с помощью сенсорных анализаторов человека определяет потребительские свойства продовольственных товаров, а также пищевых ингредиентов и промежуточных форм продуктов.

Профильные диаграммы оценки органолептических показателей качества карамели, мармелада и помадки представлены на рисунках 10-12.

вкус

структура и консистенция

послевкусие

карамель с сахарозой

•"♦^карамель с

изомальтулозой

внешним вид

цвет

карамель с сахарозой и изомальтулозой в соотношении 2:1 ™"Н~™карамель с

сахарозой и изомальтулозой в соотношении 1:1

Рисунок 10 - Профильная диаграмма оценки органолептических показателей качества неподкисленной леденцовой карамели

мармелад с

вкус 10, т.. сахарозой

консистенция |Д> >запах _ мармелад с ' 1 изомальтулозой

послевкусие X' внешний вид ^мармеладс сахарозой и

цвет изомальтулозой

в соотношении 1:1

Рисунок 11 - Профильная диаграмма оценки органолептических показателей качества неподкисленного желейного мармелада

помадка с сахарозой

"♦"•помадка с

изомальтулозой

" помадка с сахарозой и изомальтулозой в соотношении 1:1

послевкусие

Рисунок 12-Профильная диаграмма оценки органолептических показателей качества неподкисленной сахарной помадки Добавление изомальтулозы влияет на вкус и цвет готовых изделий. Это объясняется тем, что сладость изомальтулозы составляет 0.45 сладости сахарозы, и кондитерские изделия с изомальтулозой имеют менее сладкий, более комфортный для человека вкус с оттенком свежести. С ростом доли изомальтулозы в кондитерском изделии интенсивность окраски повышается.

Измерения реологических характеристик проводились на приборе «Структурометр СТ-2».

Полученные в результате исследования зависимости усилие - деформация позволяют сделать вывод о том, что добавление изомальтулозы влияет на структурно-механические свойства образцов.

Зависимость влияния изомальтулозы в составе кондитерских изделий на усилие нагружения представлена на рисунке 13-15.

14

„ 0,55 | 0,53 0,51 8 I 0,49 5 | 0,47 ^ ^ П 45

__J

.....

2 а. | 1 °.43 я 0,41 2 0,39 0,37 ::.:...................

20 40 60 80 100 Доля изомальтулозы в карамели, % от сахарозы

Рисунок 13 - Зависимость максимального усилия нагружения от доли изомальтулозы в карамели

Рисунок 14 — Зависимость максимального усилия нагружения от доли изомальтулозы в мармеладе

Рисунок 15 - Зависимость максимального усилия нагружения от доли изомальтулозы в помадке

и 0,22

55

§ -Г 0,21

0 -1н

5 I 0,19

1 £ 0,18

I «

1 а О-17

2 0,16 0,15

р

0 20 40 60 80 100 Доля изомальтулозы в мармеладе, % от сахарозы

1 ^ л

1

I уг

1

Г 1] ишшАш

к . 1

0 20 40 60 80 100 Доля изомальтулозы в помадке, % от сахарозы

Как видно из рисунка 13, добавление изомальтулозы увеличивает значение максимального усилия нагружения на карамель. Следовательно, при увеличении доли содержания изомальтулозы в карамели изменяются ее свойства в сторону увеличения прочности. Усилие деформации в карамели с изомальтуло-зой возрастает на 15 - 17 %, т. е. карамель с изомальтулозой имеет более твердую стеклообразную структуру.

По мере увеличения доли сахарозаменителя в мармеладе максимальное усилие нагружения увеличивается. Усилие деформации в мармеладе с изомальтулозой возрастает на 10 - 12 %, т. е. имеет более выраженную упруго-пластичную структуру.

Как видно из рисунка 15, увеличение доли сахарозаменителя в помадке приводит к увеличению максимального усилия нагружения. Усилие деформации в помадке с изомальтулозой возрастает на 36 - 38 %, т. е. имеет более выраженную упруговязкопластичную структуру.

Для изучения гигроскопичных свойств кондитерских изделий были изучены кинетика и статика сорбции влаги образцами. По экспериментальным данным, полученным при тензометрических исследованиях, были построены изотермы сорбции влаги для всех изученных образцов карамели, мармелада и помадки.

Изотермы адсорбции влаги образцами представлены на рисунках 16-18.

Рисунок 16 - Изотермы адсорбции влаги веществами при 20,0 'С: 1 - карамель с изомальтулозой; 2 - карамель с сахарозой и изомальтулозой в соотношении 1:1; 3 - карамель с сахарозой

20 40 60

Влажность среды хранения (Ш), %

Рисунок 17 - Изотермы адсорбции влаги образцами мармелада при 20,0 С: 1 - мармелад с изомальтулозой; 2 - мармелад с сахарозой и изомальтулозой в соотношении 1:1; 3 — мармелад с сахарозой

Влажность среды хранения (\¥), %

Рисунок 18 - Изотермы адсорбции влаги образцами помадки при 20,0 °С: 1 - помадка с изомальтулозой; 2 - помадка с сахарозой и изомальтулозой в соотношении 1:1; 3 - помадка с сахарозой Установлено, что кондитерские изделия с частичной и полной заменой сахарозы на изомальтулозу является менее гигроскопичными, чем аналогичные образцы с сахарозой, что способствует более длительному сроку хранения.

Для оценки качества образцов карамели, мармелада и помадки применен квалиметрический метод. Для сравнительного анализа качества образцов составлена комплексная модель качества, основанная на иерархической структурной схеме потребительских свойств (таблица 4).

Таблица 4 — Потребительское качество леденцовой неподкисленной карамели различного ассортимента

Потребительские свойства леденцовой карамели (комплекс критериев оценки качества) Вид карамели

с сахарозой с изомаль-тулозой соотношение изомаль-тулоза:саха-роза 1:2 соотношение изомаль-тулоза: сахароза 1:1

Состав и дополнительные функциональные свойства (на 100 г), баллы вода -18,6 г сахар - 74,2 г патока-37,2 г вода -18,6 г гоомальтулоза -74,2 г патока-37,2 г вода -18,6 г сахар - 49,5 г гоомальтулоза — 24,7 г патока-37,2 г вода -18,6 г сахар-37,1 г гоомальтулоза -37,1 г патока-37,2 г

1. Гликемический индекс, ед. 80,0 36,6 65,5 58,3

2. Ощущение свежести, баллы 5 10 6 8

3. Чистый сладкий вкус без привкуса и послевкусия, баллы 7 6 6 7

4. Гигроскопичность (адсорбция влаги при влажности среды хранения 85 %), % 65,4 33,6 56,9 48,8

5. Цвет карамели (без красителя), баллы 8 9 8 10

6. Стабильность вкусовых качеств при хранении, баллы 9 9 9 10

7. Стабильность свойств на свету, баллы 9 9 9 10

8. Твердость, баллы 7 10 8 9

9. Состояние поверхности (отсутствие липкости), баллы 8 10 9 10

10. Срок хранения, мес. 6 9 7,5 12

В результате обработки экспертных карт определена согласованность мнений экспертов по сравниваемым парам критериев на основе критерия Пирсона. Сравнение расчетного и табличного значений для образцов карамели х2расч = 25,7> > Х2табл = 16,9 дает возможность утверждать с вероятностью Р = 0,95, что согласование мнений экспертов носит не случайный характер. Кроме того, определен общий коэффициент ранговой корреляции (коэффициент конкордации) XV = 0,57

18

для всей группы экспертов, который выражает общую согласованность мнений экспертов.

Согласно полученным значениям весовых коэффициентов осуществлено ранжирование критериев, и рассчитаны следующие среднегармонические оценки качества 0,751; 0,930; 0,806; 0,941 сравниваемых карамелей, которые показали, что новая карамель (соотношение изомальтулозы и сахарозы 1:1) наилучшим образом отвечает выбранному комплексу критериев с учетом их относительной важности.

Для образцов мармелада и помадки также рассчитаны среднегармонические оценки качества сравниваемых образцов, которые показали, что мармелад и помадка с заменой сахарозы на изомальтулозу в соотношении 1:1 наилучшим образом отвечает выбранному комплексу критериев с учетом их относительной важности.

Установлено, что добавление изомальтулозы в кондитерские изделия влияет на значение кислотности и содержание редуцирующих веществ. Изо-мальтулоза в составе карамели, мармелада и помадки придает им более кислотные свойства и увеличивает содержание редуцирующих веществ, так как изо-мальтулоза в отличие от сахарозы является редуцирующим дисахаридом. Более высокое значение кислотности позволит сократить количество вносимой по рецептуре кислоты.

ВЫВОДЫ

1. Изучены физико-химические свойства изомальтулозы и ее растворов в зависимости от концентрации и температуры. Исследованные значения изменения показателя преломления водных растворов изомальтулозы в интервале температур 20,0 - 60,0 'С в зависимости от концентрации возможно использовать для определения содержания изомальтулозы.

2. Установлено, что растворимость изомальтулозы в водных растворах увеличивается с повышением температуры. Предложено уравнение для расчета растворимости изомальтулозы в интервале температур 20,0 - 60,0 'С. Установлено, что растворимость изомальтулозы в воде в изученном интервале температур в 4,4 - 2,6 раза ниже растворимости сахарозы соответственно.

3. Вязкость водных растворов изомальтулозы концентрацией менее 60,0 % масс, при фиксированной температуре является постоянной величиной и не зависит от скорости сдвига, следовательно, растворы такой концентрации -ньютоновская жидкость, не образующая структуры. Рассчитаны значения энергий активации вязкого течения водных растворов изомальтулозы и установлена взаимосвязь полученных значений от концентрации раствора.

4. Исследован гранулометрический состав изомальтулозы. Дифференциальная кривая имеет левостороннюю асимметрию и положительный эксцесс. Максимум распределения частиц находится в интервале 5,0 - 29,5 мкм. Средний размер частиц - 17,3 мкм.

5. Изучена гигроскопичность изомальтулозы при относительной влажности среды 33 - 85 %. Установлено, что избыточная влажность увеличивается максимально на 7,2 %.

6. Разработаны способы получения кондитерских изделий: карамели, мармелада и помадной массы с полной и частичной заменой сахарозы на изомальту-лозу.

7. Исследованы органолептические и физико-химические свойства неподкис-ленной леденцовой карамели с частичной и полной заменой сахарозы на изо-мальтулозу. Установлено, что добавление изомальтулозы в кондитерские изделия влияет на их цвет и вкус. Изделия с изомальтулозой имеют более яркую окраску по сравнению с изделиями с сахарозой, менее сладкий вкус с оттенком свежести. Добавление изомальтулозы в карамель, увеличивает ее кислотность и содержание редуцирующих веществ, снижает способность впитывать влагу из окружающей среды, влияет на ее структуру. Усилие деформации в карамели с изомальтулозой возрастает на 15 - 17 %, т. е. карамель с изомальтулозой имеет более твердую стеклообразную структуру.

8. Изучены органолептические и физико-химические свойства мармелада и помадки. Добавление изомальтулозы в мармелад и помадку увеличивает кислотность и содержание редуцирующих веществ, снижает способность впитывать влагу из окружающей среды, влияет на структуру. Усилие деформации в мармеладе с изомальтулозой возрастает на 10 - 12 %, т. е. имеет более выраженную упруго-пластичную структуру. Усилие деформации в помадке с изомальтулозой возрастает на 36 - 38 %, т. е. имеет более выраженную упруговяз-копластичную структуру.

9. Составлена комплексная модель качества, основанная на иерархической структурной схеме потребительских свойств, для образцов мармелада и помадки. Рассчитаны квалиметрическим методом среднегармонические оценки качества сравниваемых образцов неподкисленной леденцовой карамели, которые показали, что карамель с заменой сахарозы на изомальтулозу в соотношении 1:1 наилучшим образом отвечает выбранному комплексу критериев с учетом их относительной важности. Найден оптимальный вариант среди образцов мармелада и помадки и количественно определена степень превосходства по комплексу критериев.

10. Экономический эффект при реализации способа получения леденцовой карамели составит 392,5 тыс. руб.

Список условных обозначений:

п - показатель преломления, ед. прибора; с - концентрация, % масс.; к - растворимость, кг/кг; t - температура, 'С; р - плотность раствора, кг/м3; тг - напряжение сдвига, Па; Dr - градиент скорости сдвига, с"1; г| — вязкость раствора, мПа-с; г|о - вязкость воды, мПа-с; Еа - энергия активации, кДж/моль; а - адсорбция влаги веществами, %; W - влажность среды хранения, %; m¡ - частость, %; h - длина интервала, мкм; P¡ - плотность распределения кристаллов;

dcp - средний диаметр кристаллов, мм; ф (х) - плотность вероятности распределения кристаллов; х, - средний размер кристаллов, мкм.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК:

1. Подгорнова Н.М. Исследование потребительских свойств карамели на основе изомальтулозы / Н.М. Подгорнова, Т.А. Петрянина // Товаровед продовольственных товаров. - 2011. - № 8. - С. 28-30.

2. Петрянина Т.А. Влияние изомальтулозы на физико-химические свойства помадных масс / Т.А. Петрянина, Н.М. Подгорнова, К.В. Рослякова // Товаровед продовольственных товаров. - 2011. - № 9. - С. 24-26.

3. Подгорнова Н.М. Влияние изомальтулозы на физико-химические свойства карамели / Н.М. Подгорнова, Т.А. Петрянина II Кондитерское производство. -2011. — № 6. - С. 19-20.

Публикации в других изданиях и материалах конференций:

4. Подгорнова Н.М. Влияние изомальтулозы на потребительские свойства карамели изомальтулозы / Н.М. Подгорнова, Т.А. Петрянина, Ю.И. Сидоренко // Товароведение, экспертиза, технология и хранение продовольственных товаров: Материалы III Межведомственной науч.-практ. конф. с международным участием. - М.: Издательский комплекс МГУПП, 2010. - С. 244-249.

5. Подгорнова Н.М. Свойства водных растворов изомальтулозы / Н.М. Подгорнова, Т.А. Петрянина // Товароведение, экспертиза, технология и хранение продовольственных товаров: Материалы III Межведомственной науч.-практ. конф. с международным участием. - М.: Издательский комплекс МГУПП, 2010. - С. 249-251.

6. Подгорнова Н.М. Исследование потребительских свойств карамели на основе изомальтулозы / Н.М. Подгорнова, Т.А. Петрянина // Товароведение, экспертиза, технология и хранение продовольственных товаров: Материалы IV Межведомственной науч.-практ. конф. с международным участием. - М.: Издательский комплекс МГУПП, 2011. - С. 112-115.

7. Петрянина Т.А. Формирование потребительских свойств мармелада с натуральными подсластителями / Т.А. Петрянина, Н.М. Подгорнова, Ю.В. Гончарук II Товароведение, экспертиза, технология и хранение продовольственных товаров: Материалы IV Межведомственной науч.-практ. конф. с международным участием. - М.: Издательский комплекс МГУПП, 2011. - С. 79-83.

8. Петрянина Т.А. Влияние изомальтулозы на физико-химические свойства помадных масс / Т.А. Петрянина, Н.М. Подгорнова, К.В. Рослякова // Товароведение, экспертиза, технология и хранение продовольственных товаров: Материалы IV Межведомственной науч.-практ. конф. с международным участием. - М.: Издательский комплекс МГУПП, 2011. - С. 84-88.

9. Подгорнова Н.М. Формирование потребительских свойств кондитерских изделий с добавлением изомальтулозы / Н.М. Подгорнова, Т.А. Петрянина // Энергосберегающие процессы и аппараты в пищевых и химических производствах: Материалы Международной науч.-практ. интернет-конф., посвященной

50-летию каф. «Процессы и аппараты химических и пищевых производств». -Воронеж: Воронежская государственная технологическая академия, 2011. - С. 498-504.

10. Подгорнова Н.М. Влияние изомальтулозы на гигроскопические свойства кондитерских изделий / Н.М. Подгорнова, Т.А. Петрянина // Экологическая, продовольственная и медицинская безопасность человечества: Материалы Первого Международного конгресса. - Часть 2 / Под ред. Л.Г. Елисеева, Т.И. Чалых, Е.Л. Пехташева, М.А. Положишникова. - М.: ФГБОУ ВПО «РЭУ им. Плеханова», 2011.-С. 78-80.

11. Подгорнова Н.М. Влияние изомальтулозы на органолептические характеристики кондитерских изделий / Н.М. Подгорнова, Т.А. Петрянина // Технологии и продукты здорового питания. Функциональные продукты питания: Материалы IX Международной науч.-практ. конф. - М.: Издательский комплекс МГУПП, 2011. - С. 258-262.

12. Подгорнова Н.М. Исследование влияния изомальтулозы на физико-химические свойства кондитерских изделий / Н.М. Подгорнова, Т.А. Петрянина // Технологии и продукты здорового питания. Функциональные продукты питания: Материалы IX Международной науч.-практ. конф. - М.: Издательский комплекс МГУПП, 2011. - С. 262-265.

13. Подгорнова Н.М. Изучение реологических свойств водных растворов изомальтулозы / Н.М. Подгорнова, Т.А. Петрянина, C.B. Штерман // Живые системы и биологическая безопасность населения: Материалы IX Международной науч. конф. студентов и молодых ученых. — М.: Издательский комплекс МГУПП, 2011. - С. 262-265.

14. Подгорнова Н.М. Изучение влияния изомальтулозы на реологические свойства карамели / Н.М. Подгорнова, Т.А. Петрянина // Современная торговля: теория, практика, перспективы развития: Материалы Первой международной инновационной науч.-практ. конф. — М.: Издательство Московского гуманитарного университета, 2012. - С. 1213-1214.

15. Подгорнова Н.М. Реологические характеристики и энергии активации вязкого течения растворов изомальтулозы / Н.М. Подгорнова, Т.А. Петрянина // Инновации в сахарной промышленности: Материалы IX ежегодной международной науч.-практ. конф. — М.: Издательский комплекс МГУПП, 2012. — С. 6264.

Подписано в печать:

19.10.2012

Заказ № 7733 Тираж - 100 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

Введение.

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.

1.1. Теоретические предпосылки разработки новых кондитерских изделий.

1.2. Подсластители: классификация, свойства и роль в жизни человека.

1.3. Применение подсластителей и сахарозаменителей в кондитерском производстве.

1.4. Получение, органолептические, физико-химические и другие свойства изомальтулозы.

1.5. Сахаристые кондитерские изделия.

1.5.1. Кондитерские изделия из карамельной массы стекловидной структуры.

1.5.2. Кондитерские изделия желеобразной структуры.

1.5.3. Кондитерские изделия из помадной массы кристаллической структуры.

1.6. Обоснование темы диссертационной работы и задачи исследования.

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

2.1. Объекты исследования.

2.2. Физико-химические методы исследования сырья и кондитерских изделий на основе изомальтулозы.

2.2.1. Приготовление модельных сахарных растворов, растворов изомальтулозы и образцов кондитерских изделий.

2.2.2. Измерение показателя преломления водных растворов изомальтулозы.

2.2.3. Исследование растворимости изомальтулозы в воде.

2.2.4. Измерение плотности водных растворов изомальтулозы.

2.2.5. Измерение динамической вязкости водных растворов изомальтулозы и карамели.

2.2.6. Измерение реологических характеристик кондитерских изделий.

2.2.7. Исследование гигроскопичности и влажности изомальтулозы и кондитерских изделий.

2.2.8. Определение гранулометрического состава изомальтулозы.

2.2.9. Измерение цветности сахара-песка и изомальтулозы.

2.2.10. Измерение рН и кислотности изомальтулозы и кондитерских изделий.

2.2.11. Измерение редуцирующих веществ в кондитерских изделиях.

ГЛАВА 3. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ИЗОМАЛЬТУЛОЗЫ И ЕЕ ВОДНЫХ РАСТВОРОВ.

3.1. Влияние концентрации водного раствора изомальтулозы на значение показателя преломления.

3.2. Исследование растворимости изомальтулозы в воде в зависимости от температур.

3.3. Влияние концентрации и температуры водного раствора изомальтулозы на плотность.

3.4. Исследование реологических свойств водных растворов изомальтулозы.

3.5. Исследование влияния концентрации изомальтулозы на рН ее водных растворов.

3.6. Статика и кинетика адсорбции влаги изомальтулозой.

3.7. Исследование гранулометрического состава изомальтулозы.

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ПОЛУЧЕНИЯ КОНДИТЕРСКИХ ИЗДЕЛИЙ НА ОСНОВЕ ИЗОМАЛЬТУЛОЗЫ И ИССЛЕДОВАНИЕ ИХ ПОТРЕБИТЕЛЬСКИХ СВОЙСТВ.

4.1. Разработка способов получения кондитерских изделий с полной и частичной заменой сахарозы на изомальтулозу.

4.2. Исследование потребительских характеристик леденцовой карамели.

4.2.1. Результаты органолептической оценки качества образцов неподкисленной карамели.

4.2.2. Исследование основных физико-химических свойств карамели на основе изомальтулозы.

4.2.3. Квалиметрическая оценка качества неподкисленной леденцовой карамели.

4.3. Исследование потребительских характеристик желейного мармелада на основе изомальтулозы.

4.3.1. Результаты органолептической оценки качества образцов мармелада.

4.3.2. Исследование физико-химических свойств мармелада на основе изомальтулозы.

4.3.3. Квалиметрическая оценка качества желейного мармелада.

4.4. Исследование потребительских характеристик сахарной помады на основе изомальтулозы.

4.4.1. Изучение органолептических свойств образцов помады.

4.4.2. Исследование физико-химических свойств помады на основе изомальтулозы.

4.4.3. Квалиметрическая оценка качества сахарной помады.

ВЫВОДЫ.

Актуальность темы исследования. Не вызывает сомнений, что чрезмерное потребление сахарозы оказывает негативное воздействие на организм человека, особенно при низкой физической активности, может привести к тяжелым нарушениям углеводного и жирового обмена, способствовать развитию ожирения и сахарного диабета. Важное значение в профилактике сахарного диабета, ожирения и сопутствующих им заболеваний имеет фактор питания.

Современные тенденции формирования здорового рациона питания диктуют необходимость создания новых продуктов высокой физиологической ценности. Например, целесообразно использовать натуральные сахарозамени-тели и подсластители.

Одним из таких натуральных подсластителей является изомальтулоза, которую получают из сахарозы путем биокатализа под действием фермента изо-мальтулозосинтазы. Существенным отличием метаболизма изомальтулозы в организме человека по сравнению с сахарозой является то, что гидролиз изомальтулозы протекает со значительно меньшей скоростью, чем для сахарозы. Скорость этого процесса для изомальтулозы в 4-5 раз меньше, чем для сахарозы. Также известно, что гликемическая реакция при потреблении изомальтулозы оказывается значительно меньшей, чем в случае глюкозы и сахарозы.

Продукты с низким значением гликемического индекса дают более длительное состояние насыщения, уменьшают аппетит и снижают возможность переедания. Изомальтулозу не способны разрушать бактерии, находящиеся в ротовой полости, вследствие чего не образуется кислота, разрушающая зубную эмаль. Изомальтулоза является безвредным подсластителем для организма человека, без постороннего привкуса, запаха.

Проблеме изучения потребительских характеристик продовольственных товаров и разработке на их основе новых продуктов в своих исследованиях уделяли внимание отечественные ученые В.А. Васькина, М.В. Гернет, Г.Г. Дубцов, Л.Г. Елисеева, A.A. Кочеткова, В.И. Криштафович, М.А. Николаева, Т.В. Савенкова, J1.A. Сапронова.

Научная новизна работы:

- изучены физико-химические свойства водных растворов изомальтулозы: плотность, вязкость, показатель преломления, рН, растворимость в зависимости от температуры и концентрации изомальтулозы. По результатам статистической обработки экспериментальных данных предложены расчетные уравнения;

- исследованы гранулометрические характеристики изомальтулозы и установлено, что дифференциальная кривая распределения частиц по размерам имеет левостороннюю асимметрию и положительный эксцесс;

- исследованы гигроскопические свойства изомальтулозы в зависимости от температуры и относительной влажности окружающей среды;

- получены кинетические зависимости процесса адсорбции влаги кондитерскими изделиями (леденцовой карамелью, желейным мармеладом и помадой) в течение 1,5-2 месяцев в зависимости от влажности окружающей среды. На основании полученных результатов исследований органолептических и физико-химических свойств обоснованы сроки хранения готовых изделий;

- изучены структурно-механические свойства кондитерских изделий на основе изомальтулозы;

- осуществлена комплексная квалиметрическая оценка качества готовых изделий (карамели, мармелада и помады) на основе изомальтулозы.

Практическая значимость работы. По результатам научных исследований:

- предложены способы приготовления кондитерских изделий: карамели, мармелада и помадной массы с полной и частичной заменой сахарозы на изо-мальтулозу;

- научно обосновано применение изомальтулозы при производстве кондитерских изделий; предложен рецептурный состав карамели, мармелада и помады, обеспечивающий максимальный уровень потребительских свойств;

- проведена опытно-промышленная апробация способа приготовления леденцовой карамели с добавлением изомальтулозы в количестве 50 % от массы сахарозы на ООО «Тиволи» с ожидаемым годовым эффектом 392,5 тыс. руб.;

- подана заявка на изобретение «Способ получения леденцовой карамели» № 2012126179 от 25.06.2012;

- результаты исследования используются в учебном процессе на кафедре «Товароведение и основы пищевых производств».