автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.01, диссертация на тему:Разработка функциональных пищевых продуктов на основе топинамбура

На правах рукописи

Кольцов Владимир Александрович

Разработка функциональных пищевых продуктов на основе топинамбура

Специальность: 05.18.01 - технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых кулыур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и

виноградарства

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата сельскохозяйственных наук

1 0 2015

005569878

Мичуринск-наукоград РФ, 2015

005569878

Работа выполнена в ФГБОУ ВО Мичуринский государственный аграрный университет на кафедре «Технология производства, хранения и переработки продукции растениеводства», г. Мичуринск.

Научный руководитель:

доктор сельскохозяйственных наук Макаров Виктор Никитич

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

Тертычная Татьяна Николаевна,

доктор сельскохозяйственных наук, доцент, ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет имени императора Петра I», профессор кафедры технологии переработки растениеводческой продукции Ховрин Александр Николаевич, кандидат сельскохозяйственных наук, ФГБНУ ВНИИ овощеводства, заведующий

лабораторией селекции столовых корнеплодов и лука

ФГБНУ Научно-исследовательский институт пищеконцентратной промышленности и специальной пищевой технологии РАН

Защита диссертации состоится 19 июня 2015 года в 11-00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.041.01 при федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего образования «Мичуринский государственный аграрный университет» по адресу: 393760, Тамбовская обл., г. Мичуринск, ул. Интернациональная, д. 101, корпус 1, зал заседаний диссертационных советов, тел./факс (47545) 9-44-12, Е-таП:сН550У@п^аи.П1. С диссертацией и авторефератом можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВО «Мичуринский ГАУ» на сайте www.mgau.ru, с авторефератом на сайте высшей аттестационной комиссии Министерства образования и науки Российский Федерации www.vak.ed.gov.ru

Автореферат разослан _ ¡5 _2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат сельскохозяйственных наук, доцент

¡у - ТароваЗ.Н.

Общая характеристика работы.

Актуальность. В реализации государственной политики в области здорового питания населения важнейшая роль отводится повышению качества и увеличению потребления плодов, ягод, овощей и функциональных пищевых продуктов с заданными свойствами. Эти меры играют важную роль в снижении риска развития сердечно-сосудистых, онкологических заболеваний, остеопороза и сахарного диабета (Макаров, 2007; Тутельян, 2010; Погожева, 2010).

В последние годы динамика развития сахарного диабета у взрослого населения и детей в России имеет высокие темпы роста (http://www.gks.ru/).

В современной диетологии для борьбы с сахарным диабетом широкое применение находит инулин. В пищеварительном тракте молекулы инулина способны сорбировать значительное количество пищевой глюкозы и регулируют ее всасыванию в кровь, что способствует снижению концентрации сахара в крови и препятствует резким колебаниям этого показателя в течение суток (1псо11, 1990; Вировец, 2008). На территории России в большинстве агроклиматических зон наиболее продуктивным источником инулина для создания функциональных пищевых продуктов является топинамбур.

Создание функциональных пищевых продуктов на основе топинамбура позволит обеспечить население продуктами диабетического назначения.

При координации НИИ питания РАН на стыке медицинской и сельскохозяйственной науки в рамках реализации приоритетных направлений развития Мичуринска-наукограда РФ создан Центр коллективного пользования по конструированию функциональных и специализированных пищевых продуктов на основе фруктов и овощей. С 2011 года проект по разработке пищевых продуктов на основе инулинсожержащего сырья включен в программу совместных исследований.

В этой связи целью диссертационной работы является создание функциональных пищевых продуктов на основе клубнеплодов топинамбура с высоким содержанием пищевых волокон и инулина.

Для исполнения поставлены следующие задачи:

• изучить химический состав сортов топинамбура, определить их пищевую и биологически активную ценность;

• выделить сорта топинамбура с высокими химико-технологическими характеристиками для дальнейшего конструирования на их основе функциональных пищевых продуктов;

• разработать и апробировать технологию длительного хранения клубнеплодов топинамбура с целью круглогодичного обеспечения перерабатывающих предприятий свежим сырьем;

• разработать рецептуры, технологии производства и нормативно-техническую документацию на новые функциональные пищевые продукты с заданным химическим составом, которые позволят максимально сохранить биологически активные вещества, сбалансировать ингредиентный состав и обеспечить высокие органолептические показатели;

• установить функциональную направленность созданных пищевых продуктов путем проведения исследований по содержанию минорных биологически активных веществ и определения пищевой ценности;

• определить экономическую эффективность производства созданных функциональных пищевых продуктов и разработанной технологии длительного хранения клубнеплодов топинамбура.

Научная новизна состоит в изучении сортов топинамбура по комплексному содержанию в клубнеплодах инулина, пищевых волокон, витаминов, макро- и микроэлементов и антиоксидантной активности для здорового питания и технологий производства новых видов функциональных пищевых продуктов: «Икра из топинамбура «Особая» и «Каша с топинамбуром «Здоровое питание».

Практическая значимость заключается в разработке рекомендаций производству по длительному хранению клубнеплодов топинамбура в условиях модифицированной атмосферы. На новые виды продуктов питания разработана нормативно-техническая документация. Проведено патентование достижений и технологий производства функциональных пищевых продуктов. Апробация работы.

Основные результаты исследований апробированы на конференциях: 64-ая, 65-ая научно-практическая конференция студентов и аспирантов (Мичуринск, 2012,2013);VI Международная научно-практическая конференция молодых исследователей (Волгоград, 2012); научно-практическая конференция «Плоды и овощи — основа структуры здорового питания человека» в рамках УПВсероссийской выставки «День садовода-2012» (Мичуринск, 2012); XV Всероссийский конгресс диетологов и нутрициологов с международным участием «Здоровое питание: от фундаментальных исследований к инновационным технологиям» (Москва, 2014); Международная научно-практическая конференция «Научно-практические основы повышения эффективности садоводства для улучшения структуры питания населения отечественной экологически безопасной плодоовощной продукцией» в рамках Межрегиональной выставки «День садовода-2014» (Мичуринск, 2014); Всероссийская научно-практическая конференция «Инновационные технологии в производстве функциональных продуктов питания» (Мичуринск, 2014).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, из них 3 — в журналах, рекомендованных ВАК. Получен 1 патент.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, библиографии, состоящей из 141 наименования. Материал изложен на 146 страницах, содержит 36 таблиц и 34 рисунков.

Основное содержание работы Введение. Обоснована тема диссертационной работы, перспектива использования ее результатов в решении проблемы конструирования функциональных пищевых продуктов с высоким содержанием инулина.

Аналитический обзор литературы. Проведен анализ исследований овощных культур и топинамбура по химическо-технологическим свойствам для конструирования функциональных пищевых продуктов. Объекты исследований:

• сорта топинамбура: Violet de Renes, Интерес, Скороспелка, Интерес 21 и Отборная форма №1-11.

• разработанная технология длительного хранения клубнеплодов топинамбура для круглогодичного обеспечения сырьевых площадок перерабатывающих предприятий и населения свежими клубнеплодами.

• разработанные рецептуры и технологии производства новых функциональных пищевых продуктов Икра из топинамбура «Особая» и Каша рисовая с овощами «Здоровое питание».

Методика исследований: для моделирования экспериментальной работы составлена структурная схема исследований, представленная на рисунке 1

Анализ научно-технической литературы и патентной информации по теме исследований. Формулирование целей и постановка задач исследований

Планирование исследований

Проведение химико-технологических исследований сортов топинамбура

Ж

ЗЕ

Исследование химического состава клубнеплодов топинамбура

Конструирование функциональных пищевых продуктов на основе топинамбура

зе:

Разработка рецептуры производства

Разработка технологии производства

ЗОЕ

Комплексная оценка созданных пищевых продуктов питания

Изучение органолептических показателей

Изучение химического состава

Изучение показателей безопасности

Изучение срока годности

ч>

Изучение лежкоспособности клубнеплодов топинамбура

Динамика убыли массы в клубнеплодах в процессе хранения

Динамика химического состава клубнеплодов в процессе хранения

Динамика органолептических свойств клубнеплодов в процессе хранения

Разработка технологии длительного хранения клубнеплодов топинамбура

Разработка нормативно-технической документации на созданные функциональные пищевые продукты

Экономическая эффективность разработанной технологий длительного хранения клубнеплодов топинамбура и производства функциональных пищевых продуктов

Рис.1: Структурная схема исследований.

Исследования по хранению клубнеплодов топинамбура проведены на базе отдела послеуборочных технологий ВНИИС им. И.В.Мичурина, возглавляемого академиком РАН, доктором сельскохозяйственных наук В. А. Гудковским, согласно Методическим указаниям по проведению научно-исследовательских работ по хранению овощей (Е. П. Широков, 1982). Видовой состав болезней клубнеплодов при хранении определяли с помощью Атласа болезней плодов при хранении (М. И. Дементьева, 1988).

Конструирование рецептур и технологий производства функциональных пищевых продуктов проведены на лабораторных и производственных площадках Экспериментального центра «М-КОНС-1» и Центра коллективного пользования Мичуринска-наукограда РФ.

Изучение химического состава клубнеплодов топинамбура и созданных функциональных пищевых продуктов проведено по общепринятым методикам на базе, возглавляемой доктором биологических наук, профессором В. В. Бесоновым, лаборатории химии пищевых продуктов НИИ питания РАН, пищевой лаборатории Экспериментального центра «М-КОНС-1», биохимической лаборатории Мичуринского ГАУ. Антиоксидантную активность определяли по методике А.Я. Яшина (2007).

Статистическую обработку результатов проводили методом дисперсионного анализа (Б.А. Доспехов, 1965), а также с помощью компьютерной программы «Статистика».

Результаты исследований Оценка сортов топинамбура по химическому составу и товарно-потребительским свойствам клубнеплодов.

Установлено, что клубнеплоды топинамбура содержат растворимых сухих веществ (19,9-24,2%), Сахаров (14,0-17,6%) и аскорбиновой кислоты (22,9-29,9 мл/100г).

В структуре Сахаров клубнеплодов на долю дисахаров приходится 91% и моносахаров- 9%. По уровню содержания Сахаров и растворимых сухих веществ выделена Отборная форма № 1-11(17,6% и 24,2% соответственно).

Выявлены специфические для данной культуры показатели высоких биологически активных свойств - это высокий уровень содержания пищевых волокон (4,7-5,3%), пектиновых веществ (1,17-1,31%) и инулина (4,8-5,4%) (Рис.2).

нерастворимые растворимые сум/иа пищевых пектиновые пищевые волокно пищевые волокно волокон вещества

Рис. 2: Содержание минорных биологически активных веществ в клубнеплодах топинамбура.

Установлено, что потребление 100 г свежих клубнеплодов топинамбура обеспечивает от суточной потребности организма: пищевых волокон на 20%, пектиновых веществ на 30% и инулине на 50%. (Рис.3)

Инулин

Пищевые Пектиновые

волокна вещества

Рис. 3: Удовлетворение суточной потребности человека в пищевых волокнах и инулине в 100 г клубнеплодов топинамбура.

Согласно полученным данным, среди изученных сортов наиболее высокими показателями по содержанию пищевых выделяется сорт Интерес (5,3%), пектиновых веществ - Скороспелка (1,5%), инулина - Отборная форма № 1-11 (5,4%).

В результате оценки макро- и микроэлементного состава клубнеплодов топинамбура установлены существенные различия среди сортов по уровню содержания натрия, магния, кальция, калия, меди, железа, цинка (Таблица 1).

Сорт топинамбура Микроэлементы, мг/100 г Макроэлементы, мг/100 г

Медь Цинк Железо Натрий Магний Кальций Калий

Отборная форма№ 1-11 1.57 5,66 4.1 11,1 244 622 2115,3

Интерес 1,44 5,83 3,6 23,8 292 1024 1941,8

Скороспелка 1,03 3,51 2,3 14,5 168 522 1498,9

Интерес 21 0,97 4,04 2,7 15,1 181 586 1228,5

Violet de Renes 0,99 3,95 2,9 8,7 183 449 11869

Max 1,57 5,83 4,1 23,8 292 1024 2115,3

Mini 0,97 3,51 2,3 8,7 168 449 1186,9

Среднее. 1,2 4,598 3,12 14,64 213,6 640,6 1594,28

В клубнеплодах топинамбура содержание калия варьирует по сортам в пределах 12285 -21153 мг/100 г. Наибольшим содержанием калия характеризуется Отборная форма № 1-11 - 21153 мг/100 г, немного уступает по этому показателю сорт Интерес - 19418 мг/100 г. Сравнительно низкое содержание калия обнаружено у сортов Скороспелка - 14989 мг/100 г. Интерес 21 - 12285 мг/100 г, Violet de Renes - 11869 мг/100 г.

Наибольшим содержанием кальция выделяет сорт Интерес - 1024 мг/ЮОг, уступает по данному показателю Отборная форма № 1 - 11 - 622 мг/ЮОг. Сорта Скороспелка, Интерес 21, Violet de Renes характеризуются сравнительно низким содержанием кальция - ниже 600 мг/ЮОг.

Содержание в клубнеплодах топинамбура магния варьируется в пределах 168 - 292 мг/100 г. Наибольшим содержанием магния обладает сорт Интерес -292 мг/ЮОг и Отборная форма № 1-11 - 244 мг/ЮОг. Значительно уступают по этому показателю сорта Интерес 21, Violet de Renes и Скороспелка -168 - 183 мг/Ю0г.

Наибольшим содержанием железа характеризуется Отборная форма № 1-114,1 мг/100г, несильно уступает по этому показателю сорт Интерес - 3,6 мг/100г. У сортов топинамбура Интерес 21, Violet de Renes, Скороспелка уровень содержания железа не превышает 3 мг/ЮОг.

Наиболее высоким содержанием меди в клубнеплодах топинамбура отличается Отборная форма № 1-11 - 1,57 мг/100г, несколько уступает по этому показателю сорт Интерес - 1,44 мг/ЮОг и Скороспелка -1,03 мг/100г. Наименьшее содержание меди отмечено у сортов Violet de Renes - 0,99 мг/ЮОг и Интерес 21 -0,97 мг/ЮОг.

Установлено, что содержание цинка в клубнеплодах топинамбура варьирует в пределах 3,51-5,83 мг/ЮОг. Наибольшим содержанием цинка выделяются сорт Интерес - 5,83 мг/ЮОг и Отборная форма № 1-11 - 5,66 мг/ЮОг. Содержание цинка у сорта Интерес 21 находится на уровне 4,04 мг/ЮОг, а у сортов Violet de Renes и Скороспелка содержание данного элемента не превышает 4 мг/ЮОг.

Установлен уровень обеспечения суточной потребности человека по изученным макро- и микроэлементам при потреблении 100 г клубнеплодов топинамбура (Рис. 4).

5%

Медь Чинк Железо Магний Кальций Калий

Рис. 4: Удовлетворение суточной потребности человека в минеральных веществах в 100 г клубнеплодов топинамбура.

По уровню обеспечения суточной потребности в макро- и микроэлементах клубнеплоды топинамбура являются ценными источниками магния и кальция -более 30 % на 100 г и калия - 75% на 100 г.

В клубнеплодах топинамбура выявлены существенные различия по уровню общей антиоксидантной активности среди изученных сортов топинамбура от 23,5 мл/ЮОг до 81,6 мл/100 г. (Рис.5)._

90 80 -70 | 60 -50 | .40 -30 т-20 т

отборная форма 11- интерес интерес 21 скороспелка Violetde Renes

1

Рис.5: Антиоксидантная активность клубней топинамбура.

Высоким значением по данному показателю отличается отборная форма № 11-1 - 81,6 мл/ЮОг. Средние значения этого показателя выявлены у сортов

Интерес- 68,5 мл /100г, Интерес 21 - 53,5 мл/100г. Сравнительно низким уровнем антиоксидантной активности характеризуются сорта Скороспелка - 35,4 мл/100г и Violet de Renes - 23,5 мл/100г.

Разработка технологии длительного хранения клубнеплодов топинамбура.

В целях разработки низкозатратной технологии длительного хранения клубнеплодов топинамбура для сырьевых площадок перерабатывающих комплексов и овощехранилищ в аграрном секторе нами взяты за основу низкотемпературные методы длительного хранения плодовых и овощных культур, основанные на моделировании модифицированной атмосферы с различными вариантами упаковки.

В опыте испытаны два радикально противоположные по своим свойствам материала для упаковки:

• полимерные пакеты xtend компании StePak- дышащая упаковка, позволяющая создать и поддерживать баланс между кислородом и углекислым газом, с выведением избыточной влажности -конденсата.

• полиэтиленовая пленка ГОСТ 10354-82 толщиной в 100 мкм -с низкой степенью газопроницаемости, обеспечивающая накопление конденсата, что позволяет хранить продукцию при высокой степени влажности.

В качестве контроля было проведено хранение в обычной атмосфере.

В результате проведенных исследований по динамике органолептических свойств топинамбура выявлена критическая величина нормы убыли массы в 20%. При достижении этого показателя клубнеплоды по структурно-механическим и химико-технологическим свойства становятся не пригодными для дальнейшего использования как в переработке, так и для потребления в свежем виде.

Установлено, что при хранении клубнеплодов в обычной атмосфере все изученные сорта достигли показателя критической убыли массы в течение первого месяца хранения, а срок хранения в модифицированной атмосфере был значительно выше (Таблица 2).

Таблица 2: Динамика изменения убыли массы клубнеплодов топинамбура в процессе длительного хранения.

Сорт Способ хранения Убыль массы при хранении, %

1 мес. 2 мес. 3 мес. 4 мес. 5 мес.

1 2 3 4 5 6 7

Интерес МА (полимерные пакеты хгепс1 компании 51еРак) 3,33 5,76 7,63 10,76 14,89

МА (полиэтиленовая упаковка ГОСТ 10354-82 толщиной пленки в 100 мк) 1,48 3,56 4,05 4,10 4,56

Контроль 24,02 43,76 61,12 67,72 72,94

Интерес 21 МА (полимерные пакеты \tend компании Х1еРак) 3.72 6,90 9,97 13,41 18,09

МА (полиэтиленовая упаковка ГОСТ 10354-82 толщиной пленки в 100 мк) 4,48 6,01 6, 40 6,57 6,84

Контроль 19,53 37,20 57,03 64.84 72,10

VioletdeRenes МА (полимерные пакеты х1еп<1 компании Б1еРак) 3,60 7,63 9,34 16,63 23,55

1 2 3 4 5 6 7

МА (полиэтиленовая упаковка ГОСТ 10354-82 толщиной пленки в 100 мк) 3,42 4,76 4,89 5,01 5,68

Контроль 25,95 38,27 50,41 65,27 74,26

МА (полимерные пакеты х!епс1 компании Э1еРак) 4.13 7,51 9,32 17,31 21,60

Отборная форма №1-11 МА (полиэтиленовая упаковка ГОСТ 10354-82 толщиной пленки в 100 мк) 3,50 4,78 5,09 6,13 6,98

Контроль 24.96 40,65 56,67 74,18 78,47

МА (полимерные пакеты х1епё компании ЭгеРак) 3,73 7,65 10,97 16.78 23,34

Скороспелка МА (полиэтиленовая упаковка ГОСТ 10354-82 толщиной пленки в 100 мк) 3,50 4,78 5,09 6,13 6,88

Контроль 30,78 47,14 63,90 72,45 79,65

После пяти месяцев хранения убыль массы клубнеплодов топинамбура в полимерных пакетах xtend составляла - 14,89- 23,55%. Наименьшая убыль массы установлена у сорта Интерес — 14,89%, уступал по этому показателю сорт Интерес 21 - 18,09%. Критической убылью массы характеризовались Отборная форма №1-11-21,60% и сорта Скороспелка - 23,34%, Violet de Renes - 23,55%.

В сберегающей влагу пленке уровень убыли массы после пяти месяцев хранения был значительно ниже(4,56-6,88%), чем в пакетах xtend. Среди изученных сортов наименьшей убылью массы выделяется сорт Интерес — 4,56%, незначительно уступает по этому показателю сорт Violet de Renes - 5,68%. У сортов Скороспелка, Интерес 21 и Отборной формы № 1-11 убыль массы находилась на уровне 6,84- 6,98 %.

Таким образом, хранение клубнеплодов топинамбура в модифицированной атмосфере с использованием полиэтиленовых пленок ГОСТ 10354-82 позволяет максимально сократить потери массы не более чем на 7%, за счет меньшего коэффициента газопроницаемости пленки, что позволяет создать избыточную влажность в течение всего периода хранения (Рис. 6). 80 -70 • 60 -50

40 I 30 4

20 4 10 I

о -

о

Рис.6: Динамика убыли массы клубнеплодов топинамбура в процессе длительного хранения в различных условиях.

1мес 2мес 3 месяц 4мес 5мес

МЛ (полимерныешкеты xteml компании StePak) —МА (полиэтиленовая упаковка ГОСТ 10354-82 толщиной пленки в ЮОмк» Контроль

Критическая величина нормы убыли массы клубнеплодов топинамбура

Динамика изменения химического состава и органолептических показателей клубнеплодов топинамбура в процессе длительного

хранения.

В ходе проведенных исследований установлено, что при хранении клубнеплодов топинамбура в обычной атмосфере при достижении убыли массы в 20%, потери витамина С соответствуют 80%. Хранение клубнеплодов в модифицированной атмосфере в течение 5 месяцев позволило сохранить содержание витамина С в пакетах х1епё на 40%, а в полиэтиленовых пакетах — на 85%.

Установлено, что после 5 месяцев хранения потери по сумме пектиновых веществ в обычной атмосфере достигли - 94,3%, в полимерных пакетах х1епс! не превышало 20%, а в сберегающей влагу пленке соответствовала лишь - 11,2% (Рис.7).

Рис.7: Динамика изменения содержания пектиновых веществ в процессе хранения.

По результатам дегустационной оценки установлено, что высокие органолептические показатели сохраняются: в обычной атмосфере до 1 месяца, в пакетахх1еп<1- 4 месяца, в полиэтиленовой пленке более 5 месяцев (Рис. 8).

•.

Рис. 8: Клубнеплоды топинамбура после пяти месяцев хранения (слева -клубнеплоды топинамбура хранившиеся в модифицированной атмосфере, справа -клубнеплоды топинамбура хранившиеся в обычной атмосфере.

Таким образом, по уровню сохранения витамина С, пектиновых веществ и органолептических качеств установлено, что в обычной атмосфере клубнеплоды топинамбура могут сохраняться от 2-х недель до одного месяца с убылью массы до 20% и потерей биологически активных веществ в среднем на 10%. Наиболее перспективным методом хранения клубнеплодов топинамбура является модифицированная атмосфера, которая позволяет продлить срок хранения до 5 месяцев с убылью массы до 18 % и потерей биологически активных веществ меньше 10%. Важным условием для длительного хранения клубнеплодов топинамбура в модифицированной атмосфере является использование полимерных пленок, обеспечивающих удержание влаги. Установлено, что наиболее высокой лежкоспособностью обладает сорт Интерес с убылью массы не более 5% после 5 месяцев хранения и дегустационной оценкой 9,8 баллов.

Согласно технологическим картам возделывания топинамбура в овощеводческих хозяйствах, с учетом сроков выкопки клубнеплодов и на основе разработанной технологии длительного хранения до 5 месяцев нами смоделирована система круглогодичного обеспечения перерабатывающих предприятий сырьем топинамбура (Рис. 9).

февраль январь декабр

декабр ь к

ноябрь

ь*^ | у

Рис 9: Смоделированная система круглогодичного использования топинамбура для перерабатывающих предприятий пищевой промышленности.

Разработка рецептур и технологий производства новых видов функциональных пищевых продуктов на основе клубнеплодов топинамбура.

Икра из топинамбура «Особая».

При разработки рецептуры функционального пищевого продукта «Икра из топинамбура «Особая» согласно суточной норме потребления установлено необходимое содержание в 100 г пищевых волокон не менее 3,5 %, инулина не менее 3,5%, пектиновых веществ не менее 1,0%, калия не менее 1900 мг.

На основе проведенных исследований химического состава клубнеплодов топинамбура выделены наиболее перспективные сорта - Интерес, Скороспелка и Отборная форма № 1-11, для дальнейшего конструирования на их основе рецептуры функционального пищевого продукта Икра из топинамбура «Особая».

В связи с тем, что клубнеплоды топинамбура являются низкокислотным сырьем, нами введена в рецептуру томатная пульпа (3% от общей массы продукта), которая стабилизирует кислотность и повышает его вкусовые качества (Таблица 4).

Таблица 4: Рецептура производства функционального пищевого продукта «Икра из топинамбура «Особая»._

Наименование сырья и материалов Рецептура, (кг) Нормы расхода сырья и материалов на 1 тонну готовой продукции (кг)

Икра из топинамбура «Особая» Икра из топинамбура «Особая»

Топинамбур 700 760

Лук 110 137,5

Морковь 110 153,8

Томатная пульпа 30 36.7

Масло растительное 35 35,7

Зелень свежая 5 6,1

Соль 10 10,2

Разработанная технология производства Икры из топинамбура состоит из 4 блоков: подготовка сырья и материалов (приемка, инспекция, мойка, очистка, фильтрация), тепловые процессы(паровакуумная очистка, бланширование, пассерование, стерилизация), основные процессы (измельчение, протирание, смешивание, фасование, укупорка), вспомогательные процессы (подготовка банок и крышек) (Рис.10).

Одним из самых проблематичных участков в технологии переработки топинамбура является этап очистки клубнеплодов от кожицы. Неправильная форма и наличие большого количества глазков не позволяет использовать для этого действия традиционные методы. В результате проведенных исследований выявлен наиболее перспективный способ - паровакуумная очистка, установлена оптимальная для клубнеплодов экспозиция обработки острым паром в течении 2-х минут при давлении 2,9-3,0 Мпа с последующим сбросом давления до 0,1 Мпа. Применение экспозиций обработки острым паром менее 2-х минут снижает эффективность очистки на 1520%, а увеличение времени воздействия острым паром не дает повышения качества очистки и способствует разрушению биологически активных веществ.

Икру из топинамбура фасуют в пакеты Дой-Пак или стеклянную банку объемом 250 см3 и стерилизуют по формуле:

25 — 50 — 2о 12о

Свежая зелень

С

V

резка

приемка мойка

приемка

: с

магнитное сепарирование

[ банки п крышкп ~|

приемка

мойка

т

протирание

Г,

смешивание

подогрев

фасование

укупорка

топинамбур 1 -ТУ* 1 морковь

* У

приемка приемка приемка

* , * *

инспекция | инспекция | | инспекция

У У У

очистка очпстаа | очистка

У измельчение У *

резка резка

пассернование

масло растительное

приемка

фильтрация |

прокаливание

Пюдготовка сырья и материалов;[~|-тепловые процессы производства; ^основные процессы производства; О вспомогательные процессы

Рис.10: Краткая технологическая схема производства Икры из топинамбура «Особая».

Каша с топинамбуром «Здоровое питание»

При разработке рецептуры каши с топинамбуром «Здоровое питание» методом подбора массовых долей ингредиентов определили оптимальное соотношение компонентов крупяной/овощной/заливки на одну тонну продукции, которое обеспечивает заданный уровень необходимого содержания в 100 г продукта важнейших биологически активных веществ (Таблица 5).

Таблица 5: Рецептура производства функционального пищевого продукта «Каша с топинамбуром «Здоровое питание»._

Наименование сырья и материалов Рецептура, (кг) Нормы расхода сырья и материалов на 1 тонну готовой продукции (кг)

Каша с топинамбуром «Здоровое питание» Каша с топинамбуром «Здоровое питание»

Крупа рисовая 345 355,35

Лук 30 30.6

Морковь 40 40,2

Топинамбур 115 134,55

Вода 410

Масло растительное 50 51,2

Соль 10 10,2

Краткая технологическая схема производства нового пищевого продукта Каша с топинамбуром «Здоровое питание» состоит из подготовки сырья и материалов (приемка, инспекция, мойка, очистка, подготовка крупы, фильтрация масла), тепловые процессы(паровакуумная очистка, бланширование, пассерование овощей (топинамбура, лука, моркови), стерилизация), основные процессы (измельчение, протирание), приготовление заливки, смешивание компонентов, фасование, укупорка), вспомогательные процессы (подготовка банок и крышек) (Рис. 11).

Установлен оптимальный метод пассерования топинамбура - паровоздушная греющая среда (пароконвектомат) при режиме конвекции-температуре воздуха 110-120 С и влажности 0%, до приобретения приятного золотистого оттенка, что позволяет максимально сохранить биологически активные вещества.

Кашу с топинамбуром фасуют в пакеты Дой-Пак или стеклянную банку объемом 500 см3 и стерилизуют по формуле:

25 - 35 - 2о 12о

П- подготовка сырья и материаловО -тепловые процессы производства; Ш - основные процессы производства; вспомогательные процессы Рис. 11: Краткая технологическая схема производства Каша с топинамбуром «Здоровое питание»

Оценка потребительских качеств, энергетической ценности, химического состава «Икры из топинамбура «Особая»

По уровню пищевой ценности «Икра из топинамбура «Особая» содержит углеводов - 9,4%, жира -3,2%, белка — 2,7%, энергетическая ценность данного продукта составляет 77,2 ккал. Согласно классификации НИИ питания по данному показателю данный продукт можно отнести к категории низкокалорийных.

В ходе проведенных исследований химического анализа нового пищевого продукта Икра из топинамбура «Особая» установлено, что содержание растворимых сухих веществ находится на уровне 18,7%, Сахаров - 15,7%, из них на долю моносахаров приходится 1,2%, дисахаров - 14,5%, кислотность - 0,4%. Содержание аскорбиновой кислоты в Икре из топинамбура «Особая» соответствует 12,3 мл/100 г.

Установлено, что в Икре из топинамбура «Особая» содержание пищевых волокон находится на уровне 3,7%, из них нерастворимая фракция составляет 0,6%, а растворимая 3,1%. Содержание пектиновых веществ в Икре составляет 1,05%, из них на долю растворимых пектиновых веществ приходится 0,67%, а протопектина 0,38%. В новом продукте выявлено повышенное содержание инулина - 3,9% (Таблица 6).

Таблица 6: Содержание пищевых волокон и инулина в Икре из топинамбура «Особая».

Наименование продукта Биологически активные вещества

Пектиновые вещества,% Пищевые волокна,% Инулин, %

растворимая фракция, % нерастворимая фракция, % Сумма, %

Икра из топинамбура «Особая» 1,05 0,6 3,1 3,7 3,9

Уровень содержания макроэлементов (натрия, калия, кальция и магния) и микроэлементов (железо, медь, цинк) приведен в таблице 7.

Таблица 7: Содержание макроэлементов в функциональном пищевом продукте Икра из топинамбура «Особая».

Макроэлементы Микроэлементы

Натрий, мг/100 г Калий, мг/100 г Кальций, мг/100 г Магний, мг/100 г Железо, мг/100 г Медь, мг/100 г Цинк, мг/100 г

Икра из топинамбура «Особая» 1,23 1212,17 71,45 18,98 0,277 0,101 0,345

По комплексу химических показателей установлено, что употребление 100 г пищевого продукта удовлетворяет суточную потребность человека в инулине на 35%, в пищевых волокнах на 19 %, в пектиновых веществах на 16 %, в калии на 49%, в кальции на 6%.

Согласно нормативам, разработанным НИИ питания РАН данный продукт можно классифицировать как продукт с повышенным содержанием калия, пищевых волокон и инулина. По комплексу химических показателей, пищевой и энергетической ценности рекомендуемые порции потребления: для детей — 90-120 г; для взрослых - 180-200 г.

Оценка потребительских качеств, пищевой и энергетической ценности, химического состава Каша с топинамбуром «Здоровое питание»

По уровню пищевой ценности Каша с топинамбуром «Здоровое питание» содержит углеводов -41,9%, жира - 3,0 %, белка - 3,84%, энергетическая ценность составляет 209,96 ккал.

В ходе проведенных исследований структурного состава Сахаров в новом пищевом продукте установлено, что общее содержание Сахаров находится на уровне 5,9 %, из них на долю дисахаров приходится - 5,3 %, моносахаров- 0,6%.

Выявлено, что содержание пищевых волокон в Каше с топинамбуром «Здоровое питание» находится на уровне 7,48%, из них нерастворимая фракция 6,13%, а растворимая 1,35%. Содержание пектиновых веществ составляет 0,48%, инулина - 0,7% (Таблица 8).

Согласно проведенным расчетам порция - 200 г созданного функционального пищевого продукта Каша с топинамбуром «Здоровое питание» удовлетворяет суточную потребность человека в инулине на 24%, в пищевых волокнах на 98,2%, калия на 27% и магния на 26%.

Таблица 8: Содержание биологически активных веществ в функциональном пищевом продукте Каша с топинамбуром «Здоровое питание»._

Наименование продукта Биологически активные вещества

Пектиновые вещества,% Пищевые волокна,% Инулин, %

растворимая фракция, % нерастворимая фракция, % Сумма, %

Каша с топинамбуром «Здоровое питание» 0,48±0,05 1,35±0,01 6,13±0,01 7,48±0,01 0,7±0,01

По результатам исследований химического состава новых пищевых

продуктов, установлен срок 24 месяца, в течение которого в данных продуктах максимально сохраняется содержание важнейших биологически активных веществ. Сравнительная характеристика созданных пищевых продуктов с аналогичными продуктами общего назначения.

В ходе проведенной сравнительной оценки химических показателей Икры из топинамбура «Особая» и продукта общего назначения Икра из кабачков ГОСТ Р 51926 установлено, что в новом продукте по отношению к Икре произведенной по ГОСТу содержание белка выше на 0,8%, а пищевых волокон на 1,9% (Рис.12).

икра из икра из кабачков

топинамбура ГОСТР 51926

"Особая"

■ содержание пищевых волок ■ содержание белка

Рис.12: Сравнительная оценка уровня содержания белка и пищевых волокон в Икре из топинамбура «Особая» и Икры из кабачков ГОСТ Р 51926.

По макроэлементному составу установлено, что Икра из топинамбура «Особая» значительно превосходит Икру из кабачков ГОСТ Р 51926 в содержании калия на 512 мг/100 г, кальция на 30,45 мг/100 г, магния на 3,98 мг/100 г.

При сравнении Каши с топинамбуром «Здоровое питание» и продукта общего потребления «Каша рисовая с овощами» установлено, что содержание пищевых волокон в новом продукте составляет 7,84 %, что на 1,09% больше, чем в Каше рисовой с овощами, у которой сумма пищевых волокон составляет 6,75%. Это достигается за счет добавления в рецептуру нового ингредиента -топинамбура, который богат пищевыми волокнами (Рис. 13).

10 8 6 4 2 О

каша с топинамбуром "Здоровое каша рисовал овощная питание"

■ содержание пищевых волокон * содержание белка

Рис. 13: Сравнительная оценка содержания пищевых волокон и белка в Каше с топинамбуром «Здоровое питание» и Каше рисовой с овощами.

По уровню содержания белка установлено, что в каше с топинамбуром на 0,86 % больше по сравнению с кашей рисовой с овощами.

В ходе проведенных исследований по содержанию макроэлементов нами установлено, что новый функциональный продукт Каша рисовая превосходит традиционный аналоговый продукт Каша рисовая с овощами в калии на 235 мг/100 г, кальции на 12 мг/100 г, магнии на 3,35 мг/100 г.

Следует отметить, что оба созданных продукта отличаются от контроля в сравнительной оценке наличием и высоким содержанием инулина.

Экономическая эффективность разработанной технологии длительного хранения клубнеплодов топинамбура и созданных функциональных продуктов питания.

Расчет экономической эффективности показал, что уровень прибыли от реализации 1 тубы функционального пищевого продукта Икра из топинамбура «Особая» составляет 18230,98 руб., при рентабельности 79,19%, что на 11357,41 руб. больше по сравнению с Икрой из кабачков, у которой уровень прибыли от реализации 1 тубы составляет6873,57руб. при рентабельности 26,82%.

На основе проведенного расчета экономической эффективности производства Каши рисовой с овощами «Здоровое питание» нами установлено, что уровень прибыль от реализации 1 тубы составляет 16167,64 руб., при рентабельности 51,73%, что на 6113,38 руб. больше по сравнению с аналогичным продуктом -Каша рисовая с овощами, приготовленной по традиционным технологиям, у которой уровень прибыли от реализации 1 тубы составляет! 0054,26 руб. при

рентабельности 34,94%.

В результате расчета экономической эффективности хранения клубнеплодов топинамбура после пяти месяцев хранения нами установлено, что наибольший уровень рентабельностью достигается при использовании полиэтиленовой упаковки толщиной пленки в 100 мк - 38%, при хранении в полимерных пакетах х1еп(1 компании 81еРак уровень рентабельности составляет 24%. Использование полиэтиленовой упаковки толщиной пленки в 100 мк позволяет получить 94% товарной продукции после пяти месяцев хранения, что на 12% больше по сравнению с хранением в полимерных пакетах х1епё компании Б1еРак, где выход товарной продукции составляет 82%.

Выводы.

1. В результате комплексной оценки биологически активных свойств топинамбура установлено, что 100 г клубнеплодов обеспечивают суточную потребность человека в пищевых волокнах (4,7-5,3%) - на 20% , инулина (4,7 -5,4%) - на 50% , пектиновых веществ (1,17 - 1,51 %) - на 30% , калия (11869 -19418 мл/100 г)-на75%;

2. По комплексу химико-технологических показателей выделены сорта Интерес с повышенным содержанием пищевых волокон - 5,3%, кальция - 1024 мл/100г, магния - 191 мл/100 г и цинка - 5,83 мл/100 г; Скороспелка с повышенным содержанием пектиновых веществ - 1,51 % и Отборная форма № 111 с повышенным содержанием инулина - 5,4 %, общей антиоксидантной активности - 81,6 мл/100г, калия - 2115,3 мг/ ЮОг, железа - 4,1 мл/100г и меди -1,57 мл/100г;

3. Установлено, что разработанная технология хранения клубнеплодов топинамбура в модифицированной атмосфере позволяет повысить их лежкоспособность с 2-х недель в обычной атмосфере до 5 месяцев. Наиболее перспективной упаковкой для хранения топинамбура является сберегающая влагу полиэтиленовая пленка толщиной 100 мк, обеспечивающая более низкую себестоимость (по совокупности денежных затрат на упаковку - 60 руб/100 кг и потерь при хранении до 6%), по сравнению с дышащими полимерные пакеты х1епс1 компании 81еРак (160 руб/100 кг и 18%).

4. Выявлен сорт Интерес с наибольшей лежкоспособностью в модифицированной атмосфере на основе сберегающей влагу полиэтиленовой упаковки толщиной пленки в 100 мк, характеризующийся убылью массы 4,56% на 5-м месяце хранения, а так же уровнем потери витамина С не более 10% и пектиновых веществ до 17%.

5. Разработаны рецептуры получения функциональных пищевых продуктов с учетом химико-технологического состава клубнеплодов топинамбура с повышенным содержанием пищевых волокон (3,7-7,48%), инулина (до 3,5%), калия (335-1212 мл/100г);

6. При разработке технологических приемов производства новых функциональных продуктов питания установлено, что внедрение паро-воздушных методов очистки клубнеплодов при обработке острым паром в течение 2-х минут при давлении 2,9-3,0 Мпа позволяет снизить уровень потерь до 5 %, исключить из производственного цикла узел предварительной калибровки и снизить экспозицию воздействия высокими температурами на сырье;

7. Установлено, что созданные пищевые продукты характеризуются высоким содержанием биологически активных веществ: Икра из топинамбура «Особая» обладает повышенным содержанием пищевых волокон (3,7%), инулина (3,5%), калия (1212 мл/100 г) и характеризуется низкой калорийностью (77,2 ккал); Каша с топинамбуром «Здоровое питание» -содержание калия (235 мл/100г), белка(3,84%) и инулина(0,7%).

8. Новые продукты питания характеризуются высокой экономической эффективностью. Прибыль от реализации 1 тубы Икры из топинамбура «Особая» составляет 18230,98 руб. при уровне рентабельности 79,19%, а 1 тубы Каши с топинамбуром «Здоровое питание» - 16167,64 руб. при уровне рентабельности 57,73 %, что значительно превышает экономические показатели аналогичных продуктов общего назначения: Икра из кабачков (прибыль - 6873,37 руб., рентабельность - 26,82%) и Каша рисовая с овощами (прибыль - 10054,26 руб., рентабельность - 34,96%) соответственно.

9.

РЕКОМЕНДАЦИИ ПРОИЗВОДСТВУ

При производстве пищевых продуктов питания с функциональной направленностью Икра из топинамбура «Особая» и Каша с топинамбуром «Здоровое питание» рекомендуем:

• Использовать сорт Интерес с повышенным содержанием пищевых волокон - 5,3%, кальция - 1024 мл/100г, магния - 191 мл/100 г и цинка - 5,83 мл/100 г и Отборную форму № 1-11 с повышенным содержанием инулина - 5,4 %, общей антиоксидантной активности - 81,6 мл/100г, калия - 2115,3 мг/ ЮОг, железа-4,1 мл/100ги меди - 1,57 мл/100г;

• Взять за основу разработанную нами нормативно-технологическую документацию: ТУ 9161-017-97000490-13, ТУ 9163-01-97000490-12, Санитарно-эпидемиологические заключения Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека.

Для обеспечения непрерывных поставок свежих клубнеплодов топинамбура в торговые сети и на сырьевые площадки перерабатывающих предприятий -использовать разработанную нами технологию хранения в модифицированной атмосфере с использованием сберегающей влагу полиэтиленовой упаковки толщиной пленки в 100 мк.

Основные материалы диссертации изложены в следующих работах: Издания, рекомендованные ВАК

1. Макаров В.Н. Особенности технологического процесса производства функционального пищевого продукта на основе топинамбура/ В.Н. Макаров ,М.Ю. Акимов , Л.Н. Влазнева, В.А. Кольцов // Вестник МичГАУ. - 2013. - №3. - С. 86.

2. ГудковскийВ.А. Сохраняемость сортов топинамбура в зависимости от способа хранения в условиях ЦЧЗ/ ГудковскийВ.А., Акимов М.Ю., АкишинД.В., Кольцов В.А.// Хранение и переработка сельхоз сырья. - 2014. № 3.

3. Кольцов В. А. Выявление наиболее перспективных инулинсодержащих источников для создания функциональных пищевых продуктов/ Кольцов В.А., БайгаринЕ.К., Макаров В.Н., Бессонов В.В., Акимов М.Ю., ВлазневаЛ.Н.// Вопросы питания.- 2014,- №3.

Патенты:

4. Пат №2541402 Российская федерация, Способ производства Каш с топинамбуром/ В.Н. Макаров ,М.Ю. Акимов , JI.H. Влазнева , В.А. Кольцов// заявитель и патентообладатель Мичуринский государственный аграрный университет. - №2013141384; приоритет от 09.09.2013; зарегистрировано 29.12.2014 г.

Другие издания:

5. Кольцов В.А. Биохимический анализ сортов топинамбура /Материалы 64-ой научно-практической конференции студентов и аспирантов (I раздел): сб. науч. тр. // Под ред. В.А. Солопова, Н.И. Грекова и др. - Мичуринск: Изд-во Мичуринскогогосагроуниверситета, 2012.

6. Кольцов В.А. Оценка сортов топинамбура для производства функциональных продуктов питания// Материалы VI Международной научно-практической конференции молодых исследователей. Часть I - Волгоград: ФГБОУ ВПО Волгоградский ГАУ, 2012.

7. Макаров В.Н. Технология создание диабетического продукта из топинамбура в системе органического производства/ Макаров В. Н., Акимов М.Ю., Влазнева JL Н., Кольцов В. А.// Материалы науч.- практ. конф. «Плоды и овощи -основа структуры здорового питания человека», Мичуринск, 7- 8 сентября 2012 г. -М„ 2012.

8. Кольцов В. А. Изучение технологии хранения топинамбура в условиях ЦЧЗ/ Материалы 65-ой научно-практической конференции студентов и аспирантов (I раздел): сб. науч. тр. // Под ред. В.А. Солопова, Н.И. Грекова и др. - Мичуринск: Изд-во Мичуринскогогосагроуниверситета, 2013.

9. Кольцов В. А. Изучение органолептических свойств и пищевой ценности продукта питания из топинамбура/ Материалы II межд. науч.- практ. конф. «Сельскохозяйственная наука и агропромышленный комплекс на рубеже веков»// Под.ред. Чернова С. С. - Новосибирск, 2013 г.

10. ХанферьянР.А. Химико-технологические основы создания специализированных продуктов для спортивного питания на основе плодоовощного сырья/ ХанферьянР.А., Ф. Кальво, Макаров В.Н., Акимов М.Ю., ВлазневаЛ.Н., Кольцов В.А.// Материалы межд. науч.-практ. конф «Научно-практические основы повышения эффективности садоводства для улучшения структуры питания населения отечественной экологически безопасной плодоовощной продукцией», Мичуринск, 4 сентября 2014 г. - М., 2014.

11. Кольцов В.А. Оценка органолептических свойств и пищевой ценности функционального пищевого продукта Каша с топинамбуром «Здоровое питание»// Мат. Всерос. науч.-практ. конф «Инновационные технологии в производстве функциональных продуктов питания», Мичуринск 17 декабря: Изд-во Мичуринскогогосагроуниверситета, 2014.

Подписано в печать 06.05.2015 г. Формат 60*84 */1в Бумага офсетная. Объем 1,2 усл.п.л. Гарнитура Тайме Тираж 100 экз. Заказ № 17903

Мичуринский государственный аграрный университет 393760, Тамбовская обл., г. Мичуринск, ул. Интернациональная, 101.