автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.15, диссертация на тему:Обоснование целесообразности производства напитков брожения с использованием овсяного солода

На правах рукописи

СТЕПАНОВ СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА НАПИТКОВ БРОЖЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОВСЯНОГО СОЛОДА

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

17 АПР 2014

005547118

Кемерово - 2014

005547118

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» Министерства образования и науки РФ

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, профессор Киселева Татьяна Федоровна

Пушмина Ирина Николаевна

доктор технических наук, доцент, ФГАОУ ВПО «Сибирский федеральный университет», г. Красноярск, профессор кафедры «Технология и организация общественного питания»

Севодина Ксения Валерьевна

кандидат технических наук, доцент Бийский технологический институт (филиал) ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова, доцент кафедры «Общая химия и экспертиза товаров»

Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный федеральный университет», г. Владивосток

Защита диссертации состоится «29» мая 2014 года в 13:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.089.02 при ФГБОУ ВПО « Кемеровский технологический институт пищевой промышленности по адресу: 650056, Кемерово, бульвар Строителей, 47, тел./факс 8 (384-2) 39-68-88.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на официальном сайте ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» (>уту.кетtipp.ru). С авторефератом можно ознакомиться на официальных сайтах ВАК Минобрнауки РФ (http://vak.ed.gov.ru/ru/dissertation) и ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» (\vww.kemtipp. ги).

Автореферат разослан « » 2014 года

Ученый секретарь диссертационного совета

Голуб

Ольга Валентиновна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследовании. Одним из основополагающих факторов здорового образа жизни современного человека является правильное питание, при этом немаловажная роль отводится напиткам, ежедневное потребление которых в среднем составляет полтора-два литра.

Напитки являются наиболее оптимальными продуктами питания, позволяющие обеспечить поступление в организм человека большинства питательных веществ, способствующих нормальному функционированию основных его органов. При этом безалкогольные и слабоалкогольные напитки, полученные сбраживанием углеводного сырья, обладают наибольшей пищевой ценностью за счет наличия в них продуктов метаболизма микроорганизмов, накапливающихся в процессе сбраживания зернового сусла. Кроме эгого, повышению пищевой ценности безалкогольных напитков способствует использование в их рецептурных составах разнообразного растительного сырья.

Создание подобных функциональных напитков с одной стороны обеспечивает возможность регулирования потребления организмом человека жизненно необходимых соединений, в том числе: витаминов, минеральных веществ, аминокислот и других биологически активных компонентов, с другой стороны, позволяет насытить продовольственный рынок подобного рода товарами, и, как следствие этого - возможность снижения алиментарно зависимых заболеваний у различных категорий потребителей.

В связи с этим обоснование и разработка технологии сброженных зерновых напитков с использованием овсяного солода, как одного из самых полноценных злаков, являющегося источником незаменимых аминокислот, витаминов, макро- и микроэлементов, позволит не только расширить ассортимент безалкогольной группы напитков, но и повысить функциональную направленность данной товарной группы. Это определяет актуальность проводимых исследований.

Степень разработанности темы исследования. Производству зерновых напитков, обладающих высокой пищевой ценностью и функциональными свойствами, уделяется большое внимание отечественными учеными уже на протяжении многих лет ввиду того, что они являются для россиян многовековой традицией питания. Широкий спектр исследований в данном направлении обусловлен разнообразием сырья, использование которого позволит добиться обозначенной цели. Большой вклад в развитие данного направления внесли Гер нет М.В., Елисеев М.Н., Ермолаева Г.А., Исаева B.C., Киселева Т.Ф., Кобелев К.В., Помозова В.А., Рудольф В.В., Тихомиров В.Г. и др.

Исследования в области зерновых напитков в большей степени ориентированы на технологию кваса. Производство полисолодовых напитков в настоящее время является перспективным и малоизученным направлением в области пищевой промышленности. Технология такого рода напитков имеет многогранные подходы к решению данной проблемы, начиная с

интенсификации процессов подготовки зернового сырья и совершенствуя последующие стадии их приготовления. Это дает основание предполагать о широких возможностях проведения исследований в данном направлении.

Диссертационная работа выполнена в рамках региональной губернаторской программы по улучшению питания и здоровья населения Кузбасса на период до 2015 года «К здоровью - через питание».

Цели и задачи исследования. Целью диссертационной работы являлось обоснование целесообразности использования нетрадиционных солодов в производстве напитков брожения из полизернового сырья.

Для достижения поставленной цели определены следующие задачи: •оценить современный рынок безалкогольных напитков и выявить

предпочтения населения в области данной группы; •обосновать целесообразность использования овсяного солода в

производстве зерновых напитков; •разработать технологию овсяного солода с целенаправленным изменением химического состава зерна путем использования цитолитического ферментативного комплекса; •дать обоснование целесообразности использования зерновых

ингредиентов в рецептурах зерновых напитков; •разработать рецептуру и технологию напитков брожения из

полизернового сырья с повышенной пищевой ценностью; •дать товароведную оценку зерновым напиткам брожения; •выявить критические точки при производстве зерновых напитков и разработать схему контроля технологического процесса их производства для обеспечения безопасности готовой продукции. Научпая новизна. Научная новизна диссертационной работы заключается в обосновании возможности и целесообразности производства зерновых напитков брожения, обладающих повышенной пищевой ценностью, с использованием овсяного солода

Признаками научной новизны проведенных исследований в рамках диссертации являются:

•показана целесообразность производства зерновых напитков брожения с

использованием овсяного солода; •определены основные технологические факторы, формирующие

качественные показатели солода на основе овса; •показана эффективность использования биокаталитического способа

обработки овса с целью получения высокоферментативного солода; •получена математическая зависимость изменения цитолитической активности овса на стад™ замачивания от дозировки внесения ферментных препаратов, температуры процесса и продолжительности обработки зерна;

•обоснована возможность и целесообразность повышения пищевой ценности готовых напитков путем использования овсяного солода.

Теоретическая и практическая значимость. Теоретическая ценность проведенных исследований заключается в применение к проектированию зерновых напитков брожения научно обоснованного подхода, в основу которого положено целенаправленное биотехнологическое воздействие на сырьевой состав.

Практическая значимость результатов исследования диссертационной работы заключается в следующих аспектах:

•предложен план проведения производственных мероприятий для обеспечения безопасности разработанных зерновых напитков брожения с учетом критических точек технологической линии; •разработанные рецептуры и технологии зерновых напитков брожения апробированы на ООО ТД «Золотая Сова», результаты испытаний подтверждены актом; •результаты исследований диссертационной работы используются в учебном процессе при подготовке бакалавров и магистров по направлению 260100 «Продукты питания из растительного сырья», подтвержденные актом. Методология и методы исследования. Методология диссертационного исследования основана на научных методах системного товароведного подхода к производству пищевых продуктов и НАССР.

В работе использованы методы сбора, анализа и систематизации информации, лабораторного анализа стандартными и специальными физико-химическими методами, сенсорного анализа общепринятыми методами, результаты которых обрабатывались методами математической статистики. Положения, выносимые на защиту.

Целесообразность биокаталитического способа воздействия на овес с целью получения на его основе солода с высокой ферментативной активностью и повышенным содержанием незаменимых аминокислот.

Способ производства напитков брожения посредством использования высокоферментативного овсяного солода.

Степень достоверности результатов. Экспериментальная часть выполнена с использованием современных и общепринятых методов исследований. В работе использованы статистические методы обработки экспериментальных данных. Результаты исследований прошли практическую апробацию и рекомендованы для внедрения.

Апробация результатов исследования. Основные результаты диссертационной работы представлены и обсуждены на научных международных и всероссийских конференциях: «Пища. Экология. Качество» (Краснообск, 2012); «Пищевые продукты и здоровье человека» (Кемерово 2012); «Новые технологии в промышленности и сельском хозяйстве: материалы 1-ой всероссийской научно-практической конференции» (Бийск, 2012); «Перспективные технологии подготовки инженерных кадров: кооперация бизнеса и образования» (Кемерово, 2012); «Приборное и научно-методологическое обеспечение исследований и разработок в области инновационных технологий производства продуктов питания функционального

б

назначения» (Кемерово, 2012); «Пищевые инновации и биотехнологии» (Кемерово, 2013); «Производство и переработка сельскохозяйственной продукции: менеджмент качества и безопасности» (Воронеж, 2013); «Инновационный конвент: Кузбасс: образование, наука, инновации» (Кемерово, 2012, 2013).

Публикации. По материалам диссертации работы опубликовано 14 работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения и шести глав, включающих обзор литературы, методологию проведения и результаты исследований, заключение и список использованных источников. Основная часть работы изложена на 134 страницах. Диссертация содержит 32 рисунка и 34 таблицы. Библиографический список включает 127 публикаций отечественных и зарубежных авторов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, сформулированы цель и задачи диссертационного исследования, представлены научная новизна и практическая значимость.

В первой главе представлен обзор литературы отечественных и зарубежных источников, в котором рассмотрено состояние, перспективы и структура рынка безалкогольных напитков, приведена характеристика зернового сырья, используемого в производстве безалкогольных напитков, отражены особенности технологии солода и напитков на основе зернового сырья.

Вторая глава посвящена постановке эксперимента, описанию объектов и методов диссертационного исследования. Основная часть диссертационных исследований выполнена на базе кафедры «Технология бродильных производств и консервирования» ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности». Исследования, связанные с определением белка и аминокислотного состава сырья и зерновых напитков, проводили в испытательной лаборатории научно-образовательного центра ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности».

Методологическая схема исследований предстазлена на рисунке 1.

Объектами исследования на отдельных этапах работы являлись: данные по объему производства и потребления безалкогольных напитков и кваса; зерновое сырье: овсяный, ячменный, соевый, пшеничный и карамельный солода, а также овес, рожь, кукуруза; ферментные препараты «Целмолаза» и «Бирзим БГ»; зерновое сусло; сухие хлебопекарные дрожжи «Saf-instant»; сброженные зерновые напитки.

В работе использовались методы органолептической оценки безалкогольных напитков, современные методы физико-химического и микробиологического анализа, используемые в пивобезалкогольной промышленности. Результаты исследований обрабатывали методами

математической статистики, корреляционного и регрессионного анализов. В экспериментальной части представлены средние значения показателей.

Обоснование целесообразности производства зерновых налитков брожения с использованием в качестве альтернативного сырья овсяного солода

Исследование возможности применения биокаталитического воздействия на зерновой овес с целью получения высокоферментативного солода

изучение влияние ферментного препарата «Целмолаза» на накопление ферментативной активности овсяного солода

изучение влияние ферментного

комплекса «Бирзим Б Г» на накопление фермен гативно! о потенциала овсяного солода

Ш

Разработка рецептур и технологии зерновых напитков с использованием высокоферментативного овсяного солода и их товароведная оценка

разраоотка технологии кваса с использованием в качес) ве альтернативного сырья овсяного солода

V

разработка технологии полисолодовых напитков с добавление овсяного солода

IV

Разработка плана НАССР для технологической линии производства сброженных напитков на основе зернового сырья

Рисунок 1 — Схема проведения эксперимента

Третья глава посвящена обоснованию целесообразности использования овсяного солода в производстве напитков на основе зернового сырья.

Одним из ведущих направлений в индустрии напитков является сектор безалкогольных напитков, доля которого в общемировом рейтинге достигает уровня 30 %. Начиная с 2002 г производство безалкогольных напитков в нашей стране начинает наращивать темпы своего развития и к 2013 г объемы

производства достигают 690 млн. дал в год, при этом среднедушевое потребление данной группы напитков составляет 81 дм в год.

Одним из представителей группы прохладительных напитков является сброженный зерновой напиток - квас, увеличение объемов производства которого относительно других секторов безалкогольных напитков более выражено. На рисунке 2 представлены данные по объему производства кваса за последние несколько лет и прогноз на ближайшие 2 года.

Рисунок 2 - Динамика производства кваса за 2001-2013 гт. и прогноз на

2014-2015 гг.

где У - объем продаж кваса, млн. дал;

X - период времени измерения значения с 2001 г (принят за 1);

коэффициент апроксимации К2 = 0,99.

Начиная с 2011 г., прирост производства кваса к 2013 г составил 32 %, несмотря на то, что доля кваса, как одного из сегментов безалкогольной группы напитков, составляет на 2013 г всего 6 %, в то же время практически половину безалкогольных напитков (42 %) представляют различные окрашенные газированные напитки. Увеличение доли кваса напрямую связано с его востребованностью среди населения. Основными критериями выбора кваса являются его натуральность, полезность, а также национальный приоритет.

В настоящее время с целью обогащения национального напитка биологически активными веществами, производители прибегают к использованию нетрадиционных для технологии кваса ингредиентов. Наиболее часто применяемыми добавками являются плодово-ягодное и овощное сырье, использование нетрадиционных зерновых компонентов встречается намного реже. Главным препятствующим барьером использования зерновых культур для производства напитков брожения является сложность их переработки.

Основным зерновым сырьем, используемым в производстве кваса, являются ржаной и ячменный солод, в качестве несоложеных компонентов зачастую применяют ржаную муку и в меньшей степени ячменную, пшеничную и кукурузную. Несмотря на то, что использование овса в производстве пищевых продуктов, в частности в напитках, позволяет не только

повысить их. пищевую ценность, но и придать им функциональную направленность, в настоящее время не наблюдается случаев широкого применения овса в индустрии напитков.

Ввиду особенное!и химического состава овса, при его использовании в производстве напитков следует ожидать возникновение трудностей, в первую очередь связанных с нерастворимостью большого количества некрахмальных полисахаридов. Решить данную проблему можно путем проращивания зерна.

В настоящее время в производстве солода с целью оптимизации технологических процессов применяют различные способы, наиболее перспективным является использование ферментных препаратов.

На основании проведенных исследований сделан вывод о целесообразности производства зерновых напитков брожения: с использованием в качестве альтернативного сырья овса, предварительно прошедшего биокаталитическую обработку в процессе проращивания. Это позволит получить напиток с высокой пищевой ценностью и функциональной направленностью, который в свою очередь увеличит долю натуральных зерновых напитков в группе безалкогольных, постепенно уменьшая уровень окрашенных газированных напитков.

Четвертая глава посвящена обоснованию возможности получения высокоферментативного овсяного солода с использованием ферментных препаратов «Целмолаза» и «Бирзим БГ».

Исследования проводились с использованием овса сорта «Мирный» урожая 2011-2012 гг., физико-химические показатели которого приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Качественные показатели овса сорта «Мирный»

Наименование показателя Содержание в объекте

| Массовая доля влаги, % 14,5±0,5

| Способность прорастания, % 93,7+0,4

1 Массовая доля крахмала, % 53,8+1,2 |

| Массовая доля белка, % 14,7+0,5

Массовая доля жира, % 5,4±0,2

Массовая доля клетчатки, % 11.3+0,5

Содержание незаменимых аминокислот (в т.ч. лейцин, валин, изояейцин, лизин и др.), мг/100 см3 ! 3347±2,0

Содержание заменимых аминокислот (в т.ч. глютаминовая к-та, аспаргиновая к-та, аргинин, аланин, серии и др.), мг/100 см3 6! 17±5,0

Амилолитическая активность, ед/г 62,4+2,1

Протеолитическая активность, ед/г 12,1+0,3

Цитолитическая активность, ед/г 91.4±1,0

Технология овсяного солода включала основные стадии: мойка зерна, замачивание, проращивание и сушка. Продолжительность замачивания составила 36 ч до влажности 42-43 % при температуре 16-18 °С. Ферментные

препараты вносили в последнюю замочную веду в количествах: «Целмолаза» -0,01-0,1 %, «Бирзим БГ» - 0,02-0,05 % к массе сырья.

Методом математической обработки получены зависимости влияния концентрации вносимых препаратов и продолжительности обработки на накопление цитолитической активности овса в процессе замачивания. Результаты представлены в виде поверхностей отклика (рисунок 3) и уравнений регрессии.

а) б)

Рисунок 3 — Влияние дозировки ферментного препарата и продолжительности обработки им зерна на накопление цитолитической активности овса

а) использование ферментного препарата «Целмолаза»;

б) использование ферментного препарата «Бирзим БГ».

У = 420,56 ■ X, -4864,64 • X,3 • Х2 Где: У - циголитическая активность, ед/г; X! - норма внесения ферментного препарата, %; Х2 - продолжительность обработки зерна, ч.

На основании проведенных исследований установлены оптимальные параметры обработки зерна: температура замачивания - 16 °С: продолжительность обработки зерна — 6 часов, дозировка ферментных препаратов: «Целмолаза» - 0,05-0,08 %; «Бирзим БГ» - 0,03-0,04 % к массе обрабатываемого сырья.

В процессе проращивания через каждые сутки контролировали изменение амилолитической, протеолитической и цитолитической активности зерна. Контролем служил образец овса, проращиваемый в аналогичных условиях, но без биокаталического воздействия. Заключительной стадией получения солода стала сушка, которую проводили при температурных режимах, обеспечивающих максимальное сохранение ферментов в готовом солоде. Начальная температура сушки составила 45 °С, максимальная - 75 °С, продолжительность стадии - 20 ч. Изменение цитолитической активности овса на всех стадиях производства представлены на рисунке 4. Качественные показатели полученного солода приведены в таблице 2.

Рисунок 4 - Изменение цитолитической активности зерна при производстве овсяного солода с использованием ферментных препаратов

Кривые, характеризующие изменение цитолитической активности в процессе проращивания при внесении ферментного препарата «Целмолаза» в концентрации 0,05 % (У]) и «Бирзим БГ» в концентрации 0,04 % (У2), описываются уравнениями:

\>-12,82х2 + 24,76х - 10,714 (г2=0,96);

У2---18,б43х2 + 183,96х - 95,14 ( г2=0,95).

С учетом анализа органолептических показателей, цитолитической, амилолитической и протеолитической активностей полученного солода рекомендуется проводить обработку овса ферментными препаратами следующих дозировках: «Целмолаза» - 0,05 %, «Бирзим БГ» - 0,04 % к массе сырья.

Таблица 2 - Физико-химические показатели овсяного солода

Наименование показателя Контроль «Целмолаза» «Бирзим БГ»

Массовая доля влаги, % 6,1-0,5 6,0+0,5 5,0+0,5

Массовая доля экстракта % 57,0+1,0 62,3+1,0 75,4+1,0

Массовая доля белка,% 13,5+0,5 13,2+0,5 13,0+0,5

Продолжительность осахаривания. мин 32+1.5 20+1,5 14+1,5

Кислотность, к.ед. 2,4-0,5 2,3+0,5 2,4+0,5

Содержание мальтозьг, г/100 см 47+0,5 55+0,5 53.3+0,5

Содержание аминного азота, мг/100 см^ 35,6+0,5 67,9+0,5 81,8+0,5

Содержание незаменимых аминокислот (в т.ч. лейцин, валин, изолейцин, лизин и др.), мг/100 см3 4686±5,0 8412+5,0 11714±5,0

Содержание заменимых аминокислот (в т.ч. глютамиковая к-та, аспаргановая к-та, аргинин, аланин, серии и др.), мг/100 см3 7952±5,0 12242±5,0 19574±5,0

Амилолитическая активность, ед./г 160+2,1 196+2,1 125,8+2,1

Протеолитическая активность, ед./г 16+0.8 32+0,8 69,4+0,8

Цитолитическая активность, ед./г 285+1,0 345+1,0 34.2,0+1,0

Полученные результаты подтверждают эффективность биокатапитической обработки овса на стадии замачивания с целью получения высокоферментативного овсяного солода. При этом активность цитолитического комплекса ферментов овсяного солода возрастает в среднем в 3,7 раза относительно непроросшего овса. Кроме этого, полученный солод богат аминокислотами, большая часть которых образуется в результате проращивания при гидролитическом расщеплении белков овса. При этом более выраженный прирост аминокислот наблюдается при использовании ферментного препарата «Бирзим БГ», который позволяет увеличить протеолитическую активность овсяного солода в 5,7 раза относительно исходного овса, а общее содержание аминокислот соответственно в 3,3 и 2,5 раза относительно исходного овса и контрольного образца солода.

Пятая глава посвящена разработке рецептур и технологии сброженных зерновых напитков с использованием овсяного солода.

В качестве основного сырья использовали ячменный и овсяный солод, в качестве альтернативного — ржаной, пшеничный, соевый и карамельный солода, а также ржаную муку и кукурузу.

На основании проведенных исследований, направленных на определение оптимальных норм внесения овсяного солода и альтернативного сырья, позволяющих получить зерновое сусло с требуемыми физико-химическими показателями, установлены следующие дозировки зернопродуктов: ячменный солод - 30 %; овсяный солод - 20 %; альтернативное сырье — 5-15 %. Кроме зернового сырья в рецептуры кваса с целью улучшения вкусовых характеристик напитка дополнительно вносили сахар в количестве до 25 % от общей массы используемых компонентов.

На основании выбранного сырья были разработаны три рецептуры кваса, четыре рецептуры светлого и две полутемного зерновых напитков. Технология напитков включала следующие стадии. Приготовление зернового сусла осуществляли настойным способом с соблюдением основных пауз затирания: цитолитической - для гидролиза некрахмальных полисахаридов при температуре 45 °С, белковой - для гидролиза белковых веществ при температуре 52°С, мальтозной - для гидролиза крахмала при температуре 63 сС и паузы осахаривания при температуре 72 °С.

Сбраживание зернового сусла с массовой долей сухих веществ 8,0 % проводили с использованием сухих хлебопекарных дрожжей «ЗаГ-п^ат», которые вносили в количестве 20 млн.кл./см3 сусла. Брожение проводили в течение 15 часов. После этого напитки охлаждали до температуры 2-4 °С и отделяли от Дрожжей. Контролем служил образец кваса, приготовленный с использованием Традиционной рецептуры. Качественные показатели зерновых напитков представлены в таблице 3.

Проведенная дегустационная оценка полученных напитков показала, что все образцы имеют высокие органолептические характеристики. Цвет светлых напитков - светло-желтый, полутемных напитков и кваса - коричневый различных оттенков, с блеском. Все образцы прозрачные, хорошо насыщены углекислым газом, который накопился в процессе брожения.

Таблица 3 — Физико-химические показатели качества сброженных зерновых напитков

Показатели Традиционный квас Напитки с добавлением овсяного солода

квасы светлые зерновые полутемные зерновые

основные физико-химические показатели

Массовая доля сухих веществ, % 5,7±0,1 5,8+0,1 6,4±0,3 6,2±0,1

Кислотность, к.ед. 3,8±0,1 3,8±0,1 3,6±0,2 3,4+0,1

Объемная доля этилового спирта, % 1,1+0,1 1,0+0,1 0,8+0,1 1,0±0,1

вторичные продукты брожения

Метллацетат, мг/дм3 Н,7±0,2 11,4+0,2 11,5±0,2 11,9±0,2

Изоамидацстат, мг/дм3 12,0±0,1 12,1±0,1 12,2±0,1 12,5±0,2

Ацегальдегид, мг/дм* Следы

Спирт изоамиловый, мг/дм"5 45,2±0,4 45,9±0,4 | 46,5±0,3 48,9+0,5

Спирт изобутиловый, мг/дм3 20,1 ±0,5 22,6±0,5 21,9+0,5 23,2±0,6

Спирт пропиловый, мг/дм"1 13,3+0,1 12,0+0,1 12,0±0,1 12,2±0,2

Спирт метиловый, % об не обнаружено

органические кислоты

Яблочная, мг/дм3 1264±10,0 1318±45,0 1344±38 1385±5б

Лимонная, мг/дм' 368±5,0 358±5,0 377±7,0 394±7,0

Янтарная, мг/дм 12,8±1,0 10,6±1,2 11,7±1,0 10,2±1,0

Молочная, мг/дм3 15,6±0,2 12,5±0,4 12,4±0,4 11,2±0.2

Аминокислоты

Общее количество, мг/100 см3, в т.ч. 3340±354 11930±606 10980±1630 8740±210

незаменимые аминокислоты, мг/100 см3 1080±110 4120±264 3410+430 3090+70

заменимые аминокислоты, мг/100 см3 2260±244 7810±342 7570±1200 56501140

Вкус и аромат квасов свойственный данному типу напитков, хлебный, хорошо выраженный, без посторонних оттенков. В светлых зерновых напитках наблюдался приятный зерновой вкус и аромат, в полутемных (с добавлением карамельного солода) — преобладали карамельные оттенки во вкусе и аромате.

Представленные результаты свидетельствуют о том, что основные качественные показатели образцов находятся на уровне, допустимом для сброженных зерновых напитков (на примере кваса). При этом следует отметить, что использование в технологии зерновых сброженных напитков овсяного солода позволяет получить напитки с высоким содержанием аминокислот, количество которых в 2,6-3,5 раза превышает содержание аминокислот в традиционном квасе, что в свою очередь подтверждает целесообразность применения овсяного солода в производстве зерновых напитков с функциональной направленностью.

Оценка сброженных напитков по микробиологическим показателям приведена в таблице 4. На основании изменения микробиологических

показателей в процессе хранения установлены следующие сроки годности напитков: светлых - 5 суток, полутемных и кваса - 7 суток.

Таблица 4 — Микробиологические показатели зерновых напитков

Наименование показателя Значение показателя

в соответствии с требованием технического регламента квасы светлые полисолодовые полутемные полисолодовые

КМАФАнМ, КОЕ/ЮОО смЗ, не более - не обнаружено

БГКП, объем продукта см3, в котором не допускается 333 не обнаружено

Патогенные, в т.ч. сальмонеллы, объем продукта см3, в котором не допускается 100 не обнаружено

Дрожжи и плесени, КОЕ/см3 40 не обнаружено

Таким образом, разработанная технология сброженных зерновых напитков позволяет получить напитки не только с высокими органолептическими показателями, но и с максимальным сохранением в них ряда полезных веществ, переходящих в продукт из сырья. При этом использование в их производстве овсяного солода обогащает напитки незаменимыми аминокислотами, тем самым повышая их пищевую ценность.

Шестая глава посвящена разработке плана мероприятий, обеспечивающих безопасность напитков на отдельных этапах производства с учетом всех наиболее важных опасностей технологического процесса. В соответствии с принципами системы были определены критические точки контроля производства, в которых в случае необходимости следует применять меры по снижению уровня или полной ликвидации возникшей опасности. Выявление критических контрольных точек проводили с помощью разработанного инструмента - «дерева принятия решений» - диаграммы, позволяющей с помощью последовательно задаваемых вопросов и логических ответов на них принять решение о целесообразности выделения рассматриваемого объекта в критические контрольные точки.

Разработанный план позволит получить напитки с гарантированным сроком годности, с максимально возможным сохранением биологически активных компонентов, как исходного сырья, так и накопленных в результате биокаталитических процессов.

ВЫВОДЫ

1. Проведена оценка состояния рынка безалкогольных напитков, определен прогноз производства кваса на ближайшую перспективу, выявлены предпочтения и спрос потребителей в данном сегменте, на основании чего была обоснована целесообразность производства сброженных зерновых напитков с добавлением в качестве альтернативного сырья овсяного солода.

2. Разработана технология высокоферментативного овсяного солода с повышенным количеством незаменимых аминокислот, количество которых увеличилось в 3,8 раза путем биокаталитического воздействия на овес ферментных препаратов в коцентрациях: «Целмолаза» - 0,05 % и «Бирзим БГ» -0,04 % к массе зерно продукт о в на стадии замачивания с

3. Получены математические зависимости цитолитической активности овса в процессе замачивания от нормы внесения ферментных препаратов, температуры замачивания и продолжительности обработки зерна.

4. Разработаны рецептуры и технологии 9 сброженных напитков с использованием овсяного солода. Определены пропорциональные ингредиентные соотношения зернопродуктов в напитках. При этом доля овсяного солода составляет до 20 % ог общей массы используемого сырья.

5. Проведена товароведная оценка разработанных зерновых напитков с использованием овсяного солода. На основании микробиологических анализов установлены рекомендуемые сроки годности продукта.

6. Показана эффективность применения овсяного солода в зерновых напитках с целью повышения их пищевой ценности, обусловленной высоким содержанием незаменимых аминокислот, количество которых составляет до 4200 мг/100 см3.

7. Разработан план НАССР производства сброженных зерновых напитков с учетом выявленных критических контрольных точек в технологической схеме.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ АВТОРОМ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В рецензируемых журналах m списка ВАК

1. Влияние проращивания на содержание антипитатсльных веществ в семенах сои /' ТФ. Киселева, Н.Ф. Ульянкина, Ю.Ю. Миллер, C.B. Степанов, В.А. Помозова // Храпение и переработка сельхозсырья. - 2013. - № 6. - С. 28-30.

2. Васильева, И.В. Разработка плана НАССР для обеспечения безопасности кваса / И.В. Васильева, Т.А. Унщикова, C.B. Степанов // Техника и технология пищевых производств. — Кемерово, 2013.-Ns 2. - С. 31-34.

3. Совершенствование технологии овсяного солода / Т.Ф. Киселева, Ю.Ю. Миллер, C.B. Степанов, И.А. Вдовкина, С.Е. Терентьев//Пиво и напитки. -2014. - № 1. - С. 28-30.

Статьи в сборниках научных трудов, тезисы п материалы конгрессов и конференций

4. Миллер, Ю.Ю. Разработка технологии кваса брожения на основе зернового еыръч /' Ю.Ю. Миллер, Т.А. Унщикова, C.B. Степанов // Пища. Экология. Качество: труды IX Международной научио-практичесхой конференции. - Новосибирск, 2012. - С. 139-141.

5. Миллер, Ю.Ю. Применение растительного сырья в производстве кваса на сухих полуфабрикатах / Ю.Ю. Миллер, Т.А. Унщикова, C.B. Степанов /;' Пищевые продукты и здоровье человека: материалы Международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Кемерово, 2012. - С. 194-195.

6. Унщикова, Т.А. Использование хлебопекарной закваски в производстве кваса / Т А. Унщикова, C.B. Степанов // Приборное и научно-методологическое обеспечение исследований и разработок в области инновационных технологий производства продуктов питания функционального назначения: материалы Всероссийской молодежной научной школы. - Кемерово, 2012. -С. 207-210.

7. Унщикова, Т.А. Производство кваса с использованием хлебопекарной закваски / Т.А. Унщикова, C.B. Степанов // Перспективные технологии подготовки инженерных кадров: кооперация бизнеса и образования: материалы Международной молодежной конференции. -Кемерово, 2012. - С. 64-67.

8. Получение овсяного солода с использованием ферментного препарата/ Ю.Ю. Миллер, C.B. Степанов, Т.А. Унщикова, Ю.В. Грибенникова // Новые технологии в промышленности и сельском хозяйстве: материалы 1-ой Всероссийской заочной научно-практической конференции. - Бийск, 2012. - С. 375-380.

9. Миллер, Ю.Ю. Интенсификация производства овсяного солода на стадии замачивания зерна / Миллер Ю.Ю., Степанов C.B. // Кузбасс: инновации, наука, образование: материалы инновационного конвента. - Кемерово, 2012. - С. 190-192.

10. Разработка технологии слабоалкогольных напитков на основе зернового сырья / Т.А. Унщикова, Ю.Ю. Миллер, Ю.В. Гребенникова, C.B. Степанов // Пищезые инновации и биотехнологии: сборник материалов конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Кемерово, 2013. - С. 574-578.

11. Использование ферментного препарата «БИРЗИМ БГ» в производстве овсяного солода (ч. 1) / Ю.Ю. Миллер, C.B. Степанов, Ю.В. Гребенникова, Е.И. Стаброзская // Производство и переработка сельскохозяйственной продукции: менеджмент качества и безопасности: материалы II Международной научно-практической конференции. - Воронеж. 2013.-4.1 - С. 245-250.

12. Использование ферментного препарата «БИРЗИМ БГ» в производстве овсяного солода (ч. 2) / Ю.Ю. Миллер, C.B. Степанов, Ю.В. Гребенникова, Е.И. Стабровская // Производство и переработка сельскохозяйственной продукции: менеджмент качества и безопасности: материалы II Международной научно-практической конференции. - Воронеж, 2013.-Ч.2-С. 111-116.

13. Миллер, Ю.Ю. Получение натурального кваса с применением овсяного солода ,' Ю.Ю. Миллер, C.B. Степанов // Кузбасс: образование, наука, инновации: материалы инновационного конвента. - Кемерово, 2013. - С. 344-346.

14. Особенности получения сусла с применением овсяных зернопродукгов / Ю.Ю. Миллер, C.B. Степанов, Ю.В. Гребенникова // Пища. Экология. Качество: труды X Международной научно-практической конференции. - Новосибирск, 2013. - С. 168-170.

Подписало в печать 03.04.2014 г. Формат 60x84, 1/16. Объем уч.-изд. л. 1. Тираж 80 экз. Заказ № 426 Кемеровский технологический институт пищевой промышленности 650056, г. Кемерово, Б-р. Строителей, 47

Отпечатано в рекламно-полиграфической компании «Радуга» 650004 г. Кемерово, ул. Соборная 6.

Министерство образования и науки Российской Федерации Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности»

04201456022

На правах рукописи

СТЕПАНОВ СЕРГЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ОБОСНОВАНИЕ ЦЕЛЕСООБРАЗНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА

НАПИТКОВ БРОЖЕНИЯ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ОВСЯНОГО СОЛОДА

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

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: Доктор технических наук, профессор Киселева Татьяна Федоровна

Кемерово - 2014

Содержание

Введение............................................................................................4

Глава 1. Обзор патентно-информационной литературы........................ 10

1.1 Современное состояние рынка безалкогольных напитков.............10

1.2 Характеристика зернового сырья, используемого в производстве напитков на их основе...........................................................20

1.3 Особенности технологии солода и напитков на основе зернового сырья.....................................................................................29

Заключение по главе 1......................................................................33

Глава 2. Объекты и методы исследований............................................35

2.1 Постановка эксперимента и схема его проведения........................35

2.2 Объекты исследований..........................................................37

2.3 Методы исследований............................................................38

Глава 3. Обоснование целесообразности использования овсяного солода

в производстве напитков на основе зернового сырья..............................41

Глава 4. Разработка технологии овсяного солода с использованием ферментных препаратов...................................................................46

4.1 Использование ферментного препарата «Целмолаза» при производстве овсяного солода.......................................................................49

4.2 Получение овсяного солода с применением ферментного препарата «Бирзим БГ»...........................................................................59

Заключение по главе 4......................................................................67

Глава 5. Разработка технологии и рецептуры сброженных зерновых

напитков с использованием овсяного солода.........................................69

5.1 Исследование возможности получения зернового сусла на основе

овса и овсяного солода...............................................................69

5 .2 Разработка рецептуры и технологии кваса на основе зернового сырья с добавлением овсяного солода...........................................75

5.3 Товароведная оценка зернового кваса с добавлением овсяного солода....................................................................................85

5.4 Особенности получения многокомпонентного зернового сусла......90

5.5 Разработка рецептуры и технологии полисолодовых сброженных напитков...................................................................................98

5.6 Товароведная оценка сброженных полисолодовых напитков с использованием овсяного солода.................................................101

Заключение по главе 5.....................................................................107

Глава 6. Разработка плана НАССР для технологической линии сброженных зерновых напитков с использованием овсяного солода...................110

Выводы............................................................................................121

Список литературы..........................................................................122

Приложение 1.................................................................................135

Приложение 2.................................................................................136

Введение

Актуальность темы исследования. Одним из основополагающих факторов здорового образа жизни современного человека является правильное питание, при этом немаловажная роль отводится напиткам, ежедневное потребление которых в среднем составляет полтора-два литра.

Напитки являются наиболее оптимальными продуктами питания, позволяющие обеспечить поступление в организм человека большинства питательных веществ, способствующих нормальному функционированию основных его органов. При этом безалкогольные и слабоалкогольные напитки, полученные сбраживанием углеводного сырья, обладают наибольшей пищевой ценностью за счет наличия в них продуктов метаболизма микроорганизмов, накапливающихся в процессе сбраживания зернового сусла. Кроме этого, повышению пищевой ценности безалкогольных напитков способствует использование в их рецептурных составах разнообразного растительного сырья.

Создание подобных функциональных напитков с одной стороны обеспечивает возможность регулирования потребления организмом человека жизненно необходимых соединений, в том числе: витаминов, минеральных веществ, аминокислот и других биологически активных компонентов, с другой стороны, позволяет насытить продовольственный рынок подобного рода товарами, и, как следствие этого - возможность снижения алиментарно зависимых заболеваний у различных категорий потребителей.

В связи с этим обоснование и разработка технологии сброженных зерновых напитков с использованием овсяного солода, как одного из самых полноценных злаков, являющегося источником незаменимых аминокислот, витаминов, макро- и микроэлементов, позволит не только расширить ассортимент безалкогольной группы напитков, но и повысить функциональную направленность данной товарной группы. Это определяет актуальность проводимых исследований.

Степень разработанности темы исследования. Производству зерновых напитков, обладающих высокой пищевой ценностью и функциональными свойствами, уделяется большое внимание отечественными учеными уже на протяжении многих лет. Широкий спектр исследований в данном направлении обусловлен разнообразием растительного сырья, использование которого позволит добиться обозначенной цели. В зависимости от поставленных исследованиями задач (расширение ассортимента, обогащение продукта биологически активными веществами, приданию напитка статуса функциональности) ученые используют плодово-ягодное, овощное, зерновое сырье или лекарственные травы (2, 5, 7). Большой вклад в развитие данного направления внесли Гернет М.В., Елисеев М.Н., Ермолаева Г.А., Исаева B.C., Киселева Т.Ф., Кобелев К.В., Помозова В.А., Рудольф В.В., Тихомиров В.Г. и др.

Одной из основных групп безалкогольных напитков на основе растительного сырья является традиционный русский квас, известный на Руси с 12 века. Промышленное производство кваса имеет свое начало с 19 века и успешно развивается в настоящее время, несмотря на два кризисных периода того же 19 и конца 20 веков. Во вторую эпоху возрождения кваса в связи с увеличением спроса потребителей на натуральный традиционный напиток возникает необходимость не только в наращивании объемов его производства, но и совершенствовании технологии, обеспечивающих его высокое качество и функциональную направленность. Решению данных вопросов посвящены исследования, проводимые российскими учеными: Помозовой В.А., Киселевой Т.Ф., Исаевой B.C., Ивановой Т.В., Думбравы JI.M., Раттэль H.H. и др. (1,2,3).

Проведенные исследования опирались, преимущественно, на использование традиционной сырьевой базы, без учета существенного учета возможности целенаправленного воздействия на химических состав многокомпонентного зернового сырья методами биокаталитического воздействия на него, используемого при производстве подобных напитков.

Производство полисолодовых напитков в настоящее время является перспективным и малоизученным направлением в области пищевой

промышленности. Технология такого рода напитков имеет многогранные подходы к решению данной проблемы, начиная с интенсификации процессов подготовки зернового сырья и совершенствуя последующие стадии их приготовления. Это дает основание предполагать о широких возможностях проведения исследований в данном направлении.

Диссертационная работа выполнена в рамках региональной губернаторской программы по улучшению питания и здоровья населения Кузбасса на период до 2015 года «К здоровью - через питание».

Цели и задачи исследования. Целью диссертационной работы являлось обоснование целесообразности использования нетрадиционных солодов в производстве напитков брожения из полизернового сырья.

Для достижения поставленной цели определены следующие задачи:

• оценить современный рынок безалкогольных напитков и выявить предпочтения населения в области данной группы;

• обосновать целесообразность использования овсяного солода в производстве зерновых напитков;

• разработать технологию овсяного солода с целенаправленным изменением химического состава зерна путем использования цитолитического ферментативного комплекса;

• дать обоснование целесообразности использования зерновых ингредиентов в рецептурах зерновых напитков;

• разработать рецептуру и технологию напитков брожения из полизернового сырья с повышенной пищевой ценностью;

• дать товароведную оценку зерновым напиткам брожения;

• выявить критические точки при производстве зерновых напитков и разработать схему контроля технологического процесса их производства для обеспечения безопасности готовой продукции.

Научная новизна. Научная новизна диссертационной работы заключается в обосновании возможности и целесообразности производства зерновых напитков

брожения, обладающих повышенной пищевой ценностью, с использованием овсяного солода

Признаками научной новизны проведенных исследований в рамках диссертации являются:

• показана целесообразность производства зерновых напитков брожения с использованием овсяного солода;

• определены основные технологические факторы, формирующие качественные показатели солода на основе овса;

• показана эффективность использования биокаталитического способа обработки овса с целью получения высокоферментативного солода;

• получена математическая зависимость изменения цитолитической активности овса на стадии замачивания от дозировки внесения ферментных препаратов, температуры процесса и продолжительности обработки зерна;

• обоснована возможность и целесообразность повышения пищевой ценности готовых напитков путем использования овсяного солода.

Теоретическая и практическая значимость. Теоретическая ценность проведенных исследований заключается в применение к проектированию зерновых напитков брожения научно обоснованного подхода, в основу которого положено целенаправленное биотехнологическое воздействие на сырьевой состав.

Практическая значимость результатов исследования диссертационной работы заключается в следующих аспектах:

• предложен план проведения производственных мероприятий для обеспечения безопасности разработанных зерновых напитков брожения с учетом критических точек технологической линии;

• разработанные рецептуры и технологии зерновых напитков брожения апробированы на ООО ТД «Золотая Сова», результаты испытаний подтверждены актом;

• результаты исследований диссертационной работы используются в учебном процессе при подготовке бакалавров и магистров по направлению 260100 «Продукты питания из растительного сырья», подтвержденные актом.

Методология и методы исследования. Методология диссертационного исследования основана на научных методах системного товароведного подхода к производству пищевых продуктов и НАССР.

В работе использованы методы сбора, анализа и систематизации информации, лабораторного анализа стандартными и специальными физико-химическими методами, сенсорного анализа общепринятыми методами, результаты которых обрабатывались методами математической статистики.

Положения, выносимые на защиту.

Целесообразность биокаталитического способа воздействия на овес с целью получения на его основе солода с высокой ферментативной активностью и повышенным содержанием незаменимых аминокислот.

Способ производства напитков брожения посредством использования высокоферментативного овсяного солода.

Степень достоверности результатов. Экспериментальная часть выполнена с использованием современных и общепринятых методов исследований. В работе использованы статистические методы обработки экспериментальных данных. Результаты исследований прошли практическую апробацию и рекомендованы для внедрения.

Апробация результатов исследования. Основные результаты диссертационной работы представлены и обсуждены на научных международных и всероссийских конференциях: «Пища. Экология. Качество» (Краснообск, 2012); «Пищевые продукты и здоровье человека» (Кемерово 2012); «Новые технологии в промышленности и сельском хозяйстве: материалы 1-ой всероссийской научно-практической конференции» (Бийск, 2012); «Перспективные технологии подготовки инженерных кадров: кооперация бизнеса и образования» (Кемерово, 2012); «Приборное и научно-методологическое обеспечение исследований и разработок в области инновационных технологий производства продуктов

питания функционального назначения» (Кемерово, 2012); «Пищевые инновации и биотехнологии» (Кемерово, 2013); «Производство и переработка сельскохозяйственной продукции: менеджмент качества и безопасности» (Воронеж, 2013); «Инновационный конвент: Кузбасс: образование, наука, инновации» (Кемерово, 2012, 2013).

Публикации. По материалам диссертации работы опубликовано 14 работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения и шести глав, включающих обзор литературы, методологию проведения и результаты исследований, заключение и список использованных источников. Основная часть работы изложена на 134 страницах. Диссертация содержит 32 рисунка и 34 таблицы. Библиографический список включает 127 публикаций отечественных и зарубежных авторов.

Глава 1. Обзор патентно-информационной литературы

1.1 Современное состояние рынка безалкогольных напитков

Одной из групп напитков с различными органолептическими характеристиками, с широким ассортиментом используемого сырья, индивидуальной технологической линей производства и различным предназначением, но связанных одним общим принципом - оказывать освежающие и жаждоутоляющие действие являются безалкогольные напитки.

Производство и употребление безалкогольных напитков в мире с каждым годом возрастает. Наивысший уровень потребления этих напитков наблюдается в Германии и составляет 195 дм3/год на одного человека, в Великобритании - 189, в США - 164, Бельгии - 129, Чехии - 110 и России - 80 дм3/год [117, 120, 121].

Предприятия пиво-безалкогольной отрасли пищевой промышленности выпускают широкий ассортимент безалкогольных напитков. Их технология и оборудование за последние несколько лет претерпели коренные изменения. Широко распространяются прогрессивные технологии, новое сырье и материалы.

Согласно ГОСТ 28188 безалкогольные напитки различаются по отдельным признакам. В частности, по внешнему виду напитки бывают жидкие (прозрачные и замутненные) и концентрированные (порошкообразные, прессованные, гранулированные и в виде пасты или вязкой жидкости). В зависимости от сырья, его содержания в готовом напитке, технологии и назначения напитки разделяют на соковые (с содержанием сока 10-40 %), сокосодержащие (с содержанием сока от 1,0 до 9,9 %), на зерновом сырье, на пряно-ароматическом (вкусо-ароматическом) растительном сырье, на ароматизаторах, ферментированные (напитки брожения), напитки специального назначения и искусственно минерализованные воды. В зависимости от степени насыщения диоксидом углерода различают сильногазированные (больше 0,4 % масс. СО2), среднегазированные (0,3-0,4 % масс. СО2), слабогазированные (0,2- 0,3 % масс.

СОг) и негазированные. По способу обработки напитки подразделяют на непастеризованные, пастеризованные, с добавлением консервантов и без, холодного, горячего и ассептического фасования [12].

Объединив все классификационные признаки безалкогольных напитков, их можно разделить на три типа: напитки купажирования, напитки брожения и воды.

Первый тип характеризуется их совместным технологическим признаком -приготовление сводиться к искусственному смешиванию всех ингредиентов, заложенных в рецептуру. Такие напитки наиболее распространены благодаря простой технологии и отсутствию сложных биотехнологических процессов.

Характерным признаком другого типа напитков является присутствие технологической стадии сбраживания, благодаря которой сусло под действием микроорганизмов биотранформируется в напиток или его основу. Несмотря на то, что такие безалкогольные напитки менее распространены, будущее безусловно за ними. Основанием для такого утверждения является то, что напитки брожения содержат в своем составе широкий спектр биологически активных веществ, как исходного растительного сырья, так и образовавшихся в процессе брожения.

К третьему типу относятся воды (газированные и негазированные) природные и искусственно минерализованные. Если в процессе технологической обр