автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.15, диссертация на тему:Разработка комплексного подхода к переработке дикорастущих ягод клюквы и брусники

На правах рукописи

ОВСЯННИКОВА ЕВГЕНИЯ АЛЕКСАНДРОВНА

РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСНОГО ПОДХОДА К ПЕРЕРАБОТКЕ ДИКОРАСТУЩИХ ЯГОД КЛЮКВЫ И БРУСНИКИ

05.18,15 - Технология и товароведение пищевых продуктов и функционального и специализированного назначения и общественного питания

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических паук

I ,М;-',

005548425

Кемерово 2014

005548425

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

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Киселева Татьяна Федоровна

Официальные оппоненты: Школышкова Марина Николаевна,

доктор технических наук, доцент Бийский технологический институт (филиал) ФГБОУ ВГТО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. ГГолзунова», г. Бийск, профессор кафедры «Общая химия и экспертиза товаров»

Степанова Елена Николаевна,

кандидат технических наук, доцент НОУ ВГЮ Центросоюза РФ «Сибирский университет потребительской кооперации», г. Новосибирск, доцент кафедры «Товароведение и экспертиза товаров»

Ведущая организация: Государственное научное учреждение

«Сибирский научно-исследовательский институт переработки сельскохозяйственной продукции» Россельхозакадемии, п. Краснообск

Защита состоится « 27 » июня 2014 года в 14:00 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(3842)39-68-88.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на официальном сайте ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» (www, kemtipp. 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» (www, кет tipp, ru).

Автореферат разослан « J4 » мая 2014 года.

Ученый секретарь диссертационного совета

Киселева

Татьяна Федоровна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Одним из основных направлений развития пищевой промышленности в последнее время стало производство функциональных продуктов питания, оказывающих благотворное влияние на здоровье населения. Среди таких продуктов особое место отводится напиткам, потребление которых составляет до трёх литров ежедневно.

Использование растительного сырья для создания функциональных продуктов питания имеет ряд преимуществ за счёт высокой биоактивнсста и бнодоступности содержащихся в нём эссенциальных компонентов; выраженного сорбционного эффекта пищевых волокон в отношении токсичных металлов; выраженного общеукрепляющего действия на организм в целом.

На территории Кузбасского региона имеются большие запасы дикорастущих плодов и ягод, которые подлежат промышленному сбору и заготовке. Но, несмотря на это, только небольшая часть собранного плодово-ягодного сырья подвергается промышленной переработке и реализуется населению.

Для рационального использования местного растительного сырья необходимо разработать технологическое решение по его промышленной переработке в полуфабрикаты и готовые продукты с повышенной пищевой ценностью, обогащенные природными биологически активными компонентами исходного сырья.

В связи с этим, исследования по разработке способов комплексной переработки плодово-ягодного сырья Сибирского региона, как источника полезных отологически активных веществ, являются актуальными.

Степень разработанности темы исследования. Теоретические и практические аспекты по переработке плодово-ягодного сырья систематизированы в работах современных ученых: Хабарова С.Н., В.М. ГГозняковского, Л.А. Маюрниковой, Т.Ф. Киселевой, В.А. ГТомозовой и др.. Исследования, посвященные вопросам экстрагирования, и использованию роторно-пульсационного аппарата для проведения процесса отражены в работах В.М. Лысянского, С.М. Гребенюка, В.Н. Иванца, А.Н. Потапова, Г.Е. Иванец и др.. Значительный интерес представляют прикладные исследования данных авторов по разработке продуктов питания массового спроса на основе растительного сырья. Однако указанное направление должно и дальше развиваться, привлекая новые источники растительного сырья и современные инновационные методы и способы его комплексной переработки, что, существенным образом, повлияет на качество жизни населения и положительно отразится на показателях экономического развитги региона.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с региональной губернаторской программой на период до 2015 г. по улучшению питания и здоровья населения Кузбасса «К здоровью — через питание».

Цели и задачи. Целью диссертационной работы является разработка комплексного подхода к переработке дикорастущих ягод клюквы и брусники с

точки зрения их потребительских характеристик для получения полуфабрикатов и готовых продуктов питания.

Для достижения цели поставлены следующие задачи:

а* дать оценку структуре потребительских предпочтений на функциональные напитки;

> исследовать особенности химического состава и технологические свойства ягод клюквы и брусники с целью обоснования их использования для получения экстрактов в качестве полуфабрикатов для производства функциональных напитков;

> оценить степень воздействия биокаталитической обработки и двухступенчатой экстракции с использованием роторно-пульсационного аппарата при получении экстрактов;

> исследовать факторы, обуславливающие качество плодово-ягодных экстрактов и напитков на их основе;

> исследовать состав шрота после экстрагирования для оценки возможности его использования с целью получения продуктов питания;

> разработать схему комплексной переработки ягод клюквы и брусники.

Научная новизна. Научная новизна результатов проведённых исследований состоит в системности подхода к решению проблемы комплексной переработки местного дикорастущего плодово-ягодного сырья, формирующего повышенную пищевую ценность вырабатываемых на его основе продуктов питания с максимальным использованием потенциала биологически активных веществ.

Признакам научной новизны отвечают следующие результаты диссертационной работы:

доказана эффективность использования биокаталитической обработки с целью интенсификации экстракционных процессов ягод клюквы и брусники;

> установлена зависимость степени извлечения биологически активных веществ плодово-ягодного сырья от параметров экстрагирования;

> получена математическая модель выхода экстрактивных веществ в зависимости от диффузионных свойств сырья;

> аргументирована целесообразность процесса двухступенчатого получения экстрактов с использованием роторно-пульсациопного аппарата;

> на основе анализа фракционного состава пектиновых веществ обосновано дифференцированное применение шрота для производства продуктов питания.

Теоретическая и практическая значимость. Теоретическая ценность данного исследования заключается в применении научно обоснованного комплексного подхода к переработке плодово-ягодного дикорастущего сырья.

Практическая значимость результатов диссертационной работы заключается в разработке безотходной технологии переработки ягод клюквы и брусники.

Разработаны технологические инструкции на получение экстрактов из ягод клюквы и брусники, рецептуры напитков на их основе, а также мучных кондитерских изделий с добавлением ягодного шрота.

Разработанные напитки апробированы в условиях производства я рекомендованы к внедрению.

Результаты научных исследований используются в учебном процессе при обучении студентов по направлениям подготовки бакалавров и магистров 260100 «Технология продуктов питания из растительного сырья» и 100800 «Товароведение», что подтверждено актом.

Методология и методы исследования. Методология исследования основана на научных методах сравнительного факторного анализа с использованием системного товароведного подхода.

В работе использованы методы сбора, сравнительного анализа и систематизации научной информации, маркетинговых исследований в формате социологического опроса, лабораторного анализа стандартными физико-химическими методами, сенсорного анализа общепринятыми методами, результаты которых обрабатывались методами математической статистики.

Положения, выносимые на защиту.

Обоснование комплексного подхода к переработке дикорастущего плодово-ягодного сырья (на примере клюквы и брусники) на основании оценки его сырьевых запасов в Западносибирском регионе и пищевой ценности.

Способ двухступенчатого получения экстрактов с использованием биокаталитического воздействия на сырье с учетом его диффузионных свойств в роторно-пульсационном аппарате.

Сгечепь достоверности результатов. Экспериментальная часть выполнена на высоком методическом уровне 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: «Пищевые продукты и здоровье человека» (Кемерово, 2011 и 2012); «Инновационный конвент: Кузбасс - образование, наука, инновации» (Кемерово, 2011, 2012 и 2013); «Пища. Экология. Качество» (Краснообск, НСО, 2012 и 2013); «Приборное и научно-методологическое обеспечение исследований и разработок в области инновационных технологий производства продуктов питания функционального назначения» (Кемерово, 2012); «Новые технологии в промышленности и сельском хозяйстве: материалы 1-ой всероссийской научно-практической конференции» (Бийск, 2012); «Производство и переработка сельскохозяйственной продукции: менеджмент качества и безопасности» (Воронеж, 2012), «Студенческий научный форум 2013»

(www.scienceforum.ru/2013/).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 16 работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения и пяти глав, включающих обзор литературы, методологию проведения и результаты исследований, выводы, список использованных источников и приложения. Основная часть работы изложена на 130 страницах. Диссертация содержит 43 рисунка и 31 таблицу. Библиографический список включает 130 публикаций отечественных и зарубежных авторов.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

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

В первой главе представлен обзор информационной литературы отечественных и зарубежных авторов, в котором рассмотрены вопросы о функциональных шпцевых продуктах, их полезных свойствах для оргашгзма. Отмечено, что среди многообразия функциональных продуктов, особое место занимают безалкогольные напитки. Дана характеристика используемых в безалкогольной отрасли полуфабрикатов. Более подробно рассмотрен вопрос о способах получения таких полуфабрикатов как экстракты. Для достижения цели диссертационной работы, на основании ресурсного запаса имеющегося сырья и степени его использования в регионе, обосновано применение дикорастущего плодово-ягодного сырья Сибирского региона в качестве источника биологически активных веществ в производстве безалкогольных напитков.

Вторая глава посвящена постановке эксперимента, описанию объектов и методов их исследования. Основная часть диссертационного исследования зыполнена на базе кафедры «Технология бродильных производств и консервирования» ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности». Часть исследований была реализована на лабораторной базе кафедры «Процессы и аппараты пищевых производств» ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности», в частности, с использованием роторно-пульсационного аппарата. Ряд анализов по определению показателей безопасности проводился в аккредитованной лаборатории ФБУ «Кемеровский ЦСМ».

На основании поставленной цели и обозначенных задач, исследования были проведены в 5 этапов. Схема проведения исследований приведена на рисунке 1.

Объектами исследования на различных этапах работы являлись: результаты опроса респондентов в отношении их потребительских предпочтений; замороженные дикорастущие ягоды клюквы и брусники, приобретённые в ООО «Ягода Сибири»; ферментные препараты пектолитической направленности Ргийогут Р6Ц а также цитолигаческого действия - В1осе11и1ава; плодово-ягодные экстракты и выработанные на их основе безалкогольные напитки; шрот ягод и пищевые продукты с его внесением: сухне смеси мучных кондитерских изделий.

Анализ информационных источников

Товароведная оценка замороженного плодово-ягодного сырья

Разработка технологии и товароведная оценка экстрактов на основе выбранного сырья, разработка ТИ

Разработка и товароведная оценка безалкогольных напитков на основе плоде в о-ягодных л кстт>а кто в

Обоснование возможности использования выжимок ягод для производства пищевых продуктов

Обоснование целесообразности

использования дикорастущих ягод клюквы и брусники для производства полуфабрикатов функциональных напитков

Замороженные ягоды клюквы и брусники

Экстракты на основе клюквы и брусники

Безалкогольные напитки на основе экстрактов клюквы и брусники

Сухие выжимки ягод, кекс на основе зыжимок клюквы, овсяное печенье на основе выжимок брусники

Изучение потребительских предпочтений б отношении

фунхциок^ 'ЬНЫХ

напитков

Органолептическая оценка, физико-химические, микробиологические показатели, показатели безопасности

Оргаиолептическая

оценка Физике-химические, показатели Мякробиолсги ческие показатели Показатели безопасности

J

Органолеитичеекая оцгика, ф |:1 ¡¡¡'О-химические

показатели

Рисунок 1 — Схема проведения эксперимента

С целыо решения поставленных задач были использованы стандартные методы, применяемые в консервной и безалкогольной промышленности

Для анализа теоретических данных использовались методы группировки, систематизации, сравнительного анализа и обобщения. Результаты исследований обрабатывались методами математической статистики для расчёта средней величины и её стандартного отклонения.

Третья глава посвящена изучению потребительских предпочтений на функциональные напитки, определению уровня осведомлённости об их существовании, свойствах и воздействии на организм потребителей.

В анкетировании приняло участие 510 человек жителей г. Кемерово, из которых 60,8% составили женщины и 39,2% мужчины разных возрастных категорий. Модератором давались разъяснения участникам анкетирования о том, что такое функциональные или обогащенные напитки и их роль в организации питания.

На вопрос о частоте потребления мнения людей распределились следующим образом: большая часть молодых людей (72,7 %) в возрасте 18-25 лег употребляют обогащенные напитки реже одного раза в месяц, 27,3 % приобретают такие напитки примерно один раз в неделю. Большинство

респондентов других возрастных категорий не покупают функциональные напитки вообще или покупают очень редко. Возможно, это связано с уровнем цен на данную группу напитков. Это обстоятельство следует учесть при разработке новых видов напитков.

Также можно отметить, что, по мнению 50 % респондентов, функциональность напиткам придают пищевые добавки. Треть опрошенных считает, что это растительное сырьё и: 18 % убеждены, что напитки обогащают добавлением витаминных комплексов.

Целью следующего вопроса являлось определение мнения респондентов об использовании растительного сырья Кузбасса для производства обогащенных напитков (рисунок 2).

При анализе полученных данных большая часть опрошенных отмечает, что местное растительное сырьё вовсе не используется или используется недостаточно. Это мнение опрошенных респондентов даёт возможность предположить, что разработка напитков на основе местного растительного сырья является перспективным направлением развития безалкогольной отрасли региона.

Проведя анализ торгового предложения напитков, реализуемых в торговых сетях г. Кемерово и пользующихся наибольшей популярностью среди потребителей, можно сделать вывод, что большинство представленных напитков из соковой группы не являются соками, а относятся к безалкогольным сокосодержащим напиткам. Это, несомненно, связано с огромной конкуренцией в данном сегменте рынка, большими объёмами производства и, как следствие, огромными складскими запасами произведённой продукции.

В связи с этим, производителям не выгодно вырабатывать соки прямого отжима. Поэтому на большинстве предприятий выпускают из готовых концентратов восстановленные соки и напитки. В рецептуру таких напитков также входят сахар и лимонная кислота. Нередко в концентраты вводят более дешевые продукты переработки, добавляют сахар, ароматизаторы и красители, а также консерванты, что значительно снижает ценность полученных из них напитков.

В связи с вышесказанным, данное исследование направлено на получение натуральных экстрактов ягод клюквы и брусники, которые могут использоваться в качестве источника функциональных веществ при производстве обогащенных напитков.

Четвёртая глава посвящена обоснованию целесообразности и оценке потребительских и технологических свойств замороженного плодово-ягодного сырья Сибирского региона с целью производства полуфабрикатов и безалкогольных напитков на ег о основе.

22%

СЗ достаточно 0 недостаточно Ш не используется Ш не известно Рисунок 2 - Использование местного растительного сырья в производстве напитков

Основные физико-химические показатели выбранных для исследований ягод клюквы и брусники приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Физико-химические показатели ягод клюквы и брусники

Наименование показателей Клюква Брусника

Массовая доля сухих веществ, % 10,0±0,2 12,5±0,2

Массовая доля Сахаров, % 4,2±0,7 8,1±0.7

Массовая доля титруемых кислот, % 3,11±0,2 9 2,43±0,29

Массовая доля пектиновых веществ, % 0,67±0,03 0,55=0.03

Содержание аскорбиновой кислоты, мг/100г 17,0±1,0 15,0±1,0

Общее содержание фенольных веществ, мг/ЮОг 940,0+5,0 1210,0±5,0

Содержание лейкоантоцианов, мг/ЮОг 66,0±0,5 197,8±0,5

Содержание рутина, мг/ЮОг 130,0±3,0 425.0+3.0

Содержание антоцианов, мг/ЮОг 540,0±3,0 510,0±3,0

Содержание бензойной кислоты, мг/100 г 0,10±0,01 0,30±0,0!

На основании проведенных исследований органолептических, физико-химических характеристик, а также показателей безопасности сделан вывод о целесообразности использования природного плодово-ягодного сырья ЗападноСибирского региона для переработки с целью получения пищевых продуктов, оказывающих благоприятное влияние на организм человека.

В ходе эксперимента были подобраны параметры для проведения процесса экстрагирования. При оценке параметров процесс контролировался по выходу сухих веществ и содержанию наиболее ценной их группы -■ фенольных соединений. В качестве оптимальных значений на начальном этапе были выбраны температура процесса 45 "С и гидромодуль 1:10. При этих параметрах выход сухих веществ составил 10,0 % для клюквы и 8,8 % для брусники.

Из всех видов предварительной обработки сырья наиболее эффективно на процесс экстрагирования влияет ферментация, которая почти на порядок увеличивает коэффициент внутренней диффузии. С целью интенсификации экстракционных процессов сырья в данных исследованиях была предложена биокаталитическая обработка зарубежными ферментными препаратами пектолитического и цитолитического действия: Fructozym P6L (ERBSLOEH, Германия) и Biocellulasa (Kerry Bio-Science, Ирландия).

Для определения оптимальных параметров экстрагирования был спланирован трехфакторный эксперимент, где изменяемыми параметрами являлись концентрация ферментного препарата и продолжительность экстрагирования. Процесс контролировался по выходу сухих веществ.

Оба ферментных препарата оказали значительное влияние на выход сухих веществ, который увеличился в 1,5 раза по сравнению с результатами, полученными без применения биокаталитического воздействия. Однако вытяжки, полученные под воздействием ферментного препарата Biocellulasa, уступали по содержанию фенольных веществ.

На рисунке 3 представлены результаты эксперимента с использованием ферментного препарата Fructozym P6L.

Формулы 1 и 2 отражают математическую зависимость массовой доли сухих веществ водных вытяжек ягод клюквы (1) и брусники (2) от

концентрации ферментного препарата и продолжительности процесса экстрагирования: С=1,03+6,8б*г0"3*т+1,]7*сф„-6,9*10"3*т*сфп-0,21*10"4*т2-0,29*сфп2, (1) С=0,8б+0,98*10"3*т+5,03*СфП-14,27*10"3*т* сф„ -0,32*1 (ГЧ2 -14,27*с2ф„,(2).

Рисунок 3 - Зависимость выхода сухих веществ клюквы (А), брусники (Б) от концентрации ФП (Ршс1отуш Р6Ь) и продолжительности процесса

Таким образом, при обработке ферментным препаратом РпкМшут Р61. оптимальными условиями экстрагирования являются концентрация препарата 0,05 % и продолжительность обработки 120-150 минут. При этом, выход сухих веществ составляет для клюквы 16,0 %, для брусники 14,4 %.

Характеристикой диффузионных свойств материалов растительного происхождения является коэффициент диффузии В, который зависит от строения и физических особенностей сырья, температуры и концентрации извлекаемых веществ в твердом теле.

В основе расчёта локальных значений коэффициента диффузии лежит уточнённый иитервально-безитерационный метод, основным расчётным уравнением которого, при условии аппроксимации частиц шарообразной формой, является 3, расчет численных значений

коэффициента, диффузии происходит по формуле 4.

о,2 -¡Ш^ги

Ь!м2ЛК + к* - а/) ><А»

?

Зависимости изменения коэффициента диффузии в процессе экстрагирования ягод клюквы и брусники с применением биокаталитической обработки ферментным препаратом Бгис1огут Р6Ь представлены на рисунке 4.

При использовании ферментного препарата численные значения коэффициента диффузии возросли на несколько порядков (с 10"'° до 10~6) по сравнению с процессом без использования биокаталитического воздействия.

■-клюква 0,01 -клюква ОД " брусника 0?01

70 90

Продолжительность процесса т,мин

Рисунок 4 - Изменение коэффициента диффузии с использованием ФП (Ргайогут Р6Ц)

После аппроксимации результатов, полученных при расчёте коэффициента диффузии в зависимости от продолжительности экстрагирования и концентрации ферментного препарата, зависимость коэффициента диффузии от данных параметров имеет следующий вид (для клюквы - 5, для брусники - 6): В*106=-3,43+8,49*10"3*т-188,24*Сф„-0,14*10"5*т2+184,25*Сф„2+3),35*10"3*т* Сф„, (5) 0*106=-2,1+3,46*10"3*т-126,14*Сф„-0,48*10"6*т2+702,49*СфП2+4,9*10"3*т* Сф„, (6)

Так как в плодово-ягодном сырье наряду с водорастворимыми содержатся вещества, растворимые в спиртовых растворах, в том числе и биологически активные (рутин, кверцетин, катехин), были проведены эксперименты по экстрагированию сухих веществ ягод спиртовыми растворами с различной концентрацией спирта. Результаты исследований показали, что для экстракции спирторастворимых веществ целесообразно применять водно-спиртовый раствор концентрацией 35 % об., как для клюквы, так и для брусники. При этом в раствор переходит 19 % и 9 % сухих веществ ягод, соответственно.

С целью улучшения технологического процесса экстрагирование было проведено з роторно-пульсационном аппарате. Данные аппараты объединяют принципы работы центробежного насоса, дисмембратора, дезинтегратора и коллоидной мельницы. Процесс экстрагирования протекает с высокой скоростью массообмена в условиях механокавитационного воздействия.

Для проведения эксперимента были использованы выбранные ранее условия: гидромодуль 1:10, температура 45 °С и обработка ферментным препаратом 1'гис1огут Р61. в концентрации 0,05 %. Результаты экспериментов, проведенных в роторно-пульсационном аппарате, отображены на рисунке 5.

Как видно из зависимостей, представленных на рисунке 5, выход сухих веществ превышает ранее представленные данные при использовании стандартного метода экстрагирования на 5 %, но при этом продолжительность процесса сокращается в 5 — 7 раз.

Данные об общем количестве фенолъных веществ в вытяжках представлены на рисунке 6.

530,54

ТТродопжк'С.п.кость процесса, мин

Рисунок 5 - Массовая доля сухих веществ в зависимости от продолжительности процесса

стандарт, метд

Рисунок 6 - Содержание фенолъных веществ в зависимости от способа экстрагирования

При сравнении результатов ясно видно, что содержание фенольных веществ в экстрактах, полученных в роторно-пульсационном аппарате, выше, чем при стандартном процессе проведения экстракции. По нашему мнению, это связано с продолжительностью процесса и с изменением фенольных веществ при её увеличении.

Таким образом, в результате полученных данных, можно рекомендовать роторно-пульсационный аппарат для получения ягодных экстрактов. При минимальной продолжительности процесса, выход биологически активных фенольных соединений достигает высокого уровня (35-45 % от исходного).

С целью максимального извлечения сухих веществ сырья необходимо экстрагировать из сырья как водорастворимые, так и спирторастворимые вещества. Для этого процесс экстрагирования необходимо проводить в несколько стадий. Поэтому на следующем этапе были проведены эксперименты по двухступенчатому извлечению экстрактивных веществ ягодного сырья.

На первой ступени в качестве экстрагента использовалась вода в комплексе с биокаталитической обработкой, на второй ступени - 35 % водно-спирговый раствор.

На основании проведённых исследований и полученных результатов, выбран следующий оптимальный режим получеши плодово-ягодных вытяжек: проведение процесса экстрагирования в роторно-пульсационном аппарате при температуре 45 °С в две ступени:

- водная экстракция с биокаталитической обработкой ферментным препаратом Fructozym P6L в концентрации 0,05 % при гидромодуле - 1:5 в течение 30 мин. (массовая доля сухих веществ при уменьшении гидромодуля увеличивается примерно в 1,5 раза);

- экстракция водно-спиртовым раствором концентрацией 35 % об. в течение 30 мин. (массовая доля сухих веществ 0,7 % для брусники и 1,1 % для клюквы).

При этом суммарный выход сухих веществ составил 39 и 28 %, Сахаров -64,1 и 55,1 %, аскорбиновой кислоты - 79,19 и 86,31 %, пектиновых веществ 80,36 и 89,29 % и полифенольных веществ 88,3 и 91,6 % для клюквы и брусники, соответственно, что показывает эффективность двухступенчатого режима экстрагирования.

Далее полученные вытяжки отделяли от остатков частиц сырья путём фильтрации и подвергали концентрированию на роторно-распылительком аппарате при щадящем температурном режиме 80-85 °С, предварительно удалив спирт из водно-спиртовой вытяжки. Концентрирование производилось до массовой доли сухих веществ 54 и 53 % для клюквы и брусники соответственно. Физико-химические показатели экстрактов клюквы и брусники представлены в таблице 2.

Составление рецептур на основе полученных экстрактов проводилось, исходя из содержания соковой части в составе напитков не менее 15 % согласно «Техническому регламенту на соковую продукцию из фруктов и овощей» TP ТС 023/2011. Рецептуры разработанных напитков представлены в таблице 3.

Таблица 2 - Физико-химические показатели экстрактов клюквы и брус!шки

Наименоватгие показателя Клюква Брусника

Массовая доля:

сухих веществ, % 54,0±2,0 53,0±2,0

редуцирующих Сахаров, % 8,6±0,3 11,2±0,3

титруемых кислот (в пересчёте на яблочную), % 21.44±0,05 13,94+0,05

пектиновых веществ, % 1,80±0,04 1,50±0,04

Полифенольные вещества, мг/дм3 12097,0±4,0 18079,9=4,0

Аскорбиновой кислоты, мг/100 г 37,00±0,01 33,00±0,01

Таблица 3 - Рецептуры безалкогольных морсов на 100 дал готового напитка

Содержание сырья в Сухие вещества в

Наименование Наименование сырья готовом напитке сырье

капитка Единицы Норма Массовая Масса,

измерения доля, % кг

Сибирская Клюква Сахар кг 80 99,85 79,88

Экстракг клюквы дм1 19,5 54 10,53

Итого 90,41

Брусничка Сахар кг 70 99,85 70,12

Сибирская Экстракт брусники 1 дм 27,2 _ 53 14,42

Итого 84,54

В соответствии с физиологически?-™ нормами потребностей употребление разработанных на основе экстрактов морсов «Сибирская Клюква» и «Брусничка Сибирская» в количестве 0,5 дм3 в сутки обеспечит 41,5 и 79,9 % от рекомендуемого уровня потребления флавоноидов соответственно.

Пятая глава посвящена обоснованию целесообразности комплексной переработки замороженных ягод.

В процессе двухстадийного экстрагирования ягод клюквы и брусники по разработанному нами способу в раствор переходит не все количество сухих веществ, содержащееся в исходном сырье, а лишь его растворимая часть. Среди извлеченных растворимых веществ содержится и большая часть биологически активных компонентов. Другая, нерастворимая, часть остается в виде шрота и также имеет определенную пищевую ценность. В ее составе содержатся пектиновые вещества и клетчатка, которые являются пищевыми волокнами. Поэтому целесообразно использовать ягоды не только для получения экстрактов, но и для производства других пищевых продуктов с использованием шрота этих ягод с целью придания им функциональных свойств.

Физико-химический состав шрота представлен в таблице 4.

Как видно из представленных данных, полученный после процесса экстрагирования ягодный шрот клюквы и брусники является цепным источником пектиновых веществ, которые в зависимости от своего состава могут обладать либо высокой желирующей способностью, либо профилактическим воздействием на организм в качестве детоксикангов. Большое количество свободных (4,8-5,4 %) и этерифицированных (21,5 - 23,7%) карбоксильных групп свидетельствует о детоксикантных свойствах шрота.

Таблица 4 - Физико-химические показатели шрота клюквенного и брусничного

Наименование показателя Клюква Брусника

Массовая доля:

влаги, % L ю,о±о,з 10,0±0,3

клетчатки, % 58,0±4,0 62,0i4,0

редуцирующих Сахаров, % 2,6±0,3 3,2±0,3

титруемых кислот (в пересчёте на яблочную), % 0,50±0,05 0,70±0,05

пекпшовых веществ, % 15,00±0,04 13,75±0,04

в том числе: уронидная составляющая, % 70,10±0,03 68,20±0,03

этерифицированные карбоксильные группы, % 21,50±0,05 23,70±0,05

свободные карбоксильные группы, % 5,40±0,02 4,80±0,02

Полифенояьные вещества, мг/1 ООг 250,0±4,0 320,0±4,0

Была исследована возможность применения измельчённого шрота клюквы и брусники в качестве добавок при производстве мучных кондитерских изделий. За контрольные были выбраны две рецептуры сухих смесей для мучных кондитерских изделий. Это смеси для выпечки кекса «Домашний» и печенья «Овсяное».

Получены результаты о целесообразности внесения шрота клюквы в количестве 8,6 % к массе пшеничной муки при получении кекса, шрота брусники при изготовлении овсяного печенья также в количестве 8,6 % к массе пшеничной муки.

Введение в рецептуры кекса и печенья шрота ягод клюквы и брусники обеспечивает организм на 18 и 12% от рекомендуемой нормы потребления пищевых волокон на 100 г продукта.

В результате проведённых исследований была разработана схема комплексной переработки дикорастущих ягод клюквы и брусники (рисунок 8).

] " Заморш^ю^ягады «дааквы и бруска к» ]

Fractozym P6L

0,05% к массе , сырья

1Ж

Водя

1идрч»молуль1:5

Экстрагирование Роторио-пульсаиионныи аппарат Jt-45'С, 11родн.-:*.И!С.1Ы1ас!Ъ 30 мит г

Вм/шое.'НиртскЕ.ш раствор 3 5% об| (гидромодуль 1:2):

Концентрирование до 5А%

Л.

Эмтрактм

Нысушнванис t=55*C скорость

воздушного потока 2,5 м/с до Бдажности 10 % и мшельчсннс

Напитки

Ж

Печенье

Ж

Кекс

Рисунок 8 - Схема комплексной переработки ягод клюквы и брусники

ВЫВОДЫ:

1. Исследование рыночной ситуации показало, что на рынке г. Кемерово преобладают только восстановленные соки, не обладающие функциональной направленностью. Однако аначиз потребительских предпочтений выявил, что 67 % респондентов готовы приобретать функциональные напитки для обогащения организма биологически активными веществами.

2. На основании ресурсного анализа Западно-Сибирского региона и особенностей химического состава ягод клюквы и брусники обоснована целесообразность их применения для получения экстрактов, как полуфабрикатов для производства функциональных напятксв.

3. Показана эффективность применения биокаталитической обработки ферментным препаратом Fructozym P6L в концентрации 0,05 % к массе сырья и двухступенчатой экстракции с использованием роторно-пульсациокного аппарата. Суммарный выход растворимых сухих веществ составил 39 и 28 %, Сахаров - 64,1 и 55,1 %, аскорбиновой кислота - 79,19 и 86,31 %, пектиновых веществ 80,36 и 89,29 % и полифенольных веществ 88,3 и 91,6 % для клюквы и брусники, соответственно.

4. Установлено влияние параметров экстрагирования на диффузионные свойства сырья. Получены зависимоста выхода сухих веществ в виде регрессионных уравнений, которые можно рекомендовать для использования в инженерных расчетах процесса экстрагирования.

5. Исследованы факторы, обуславливающие качество плодово-ягодных экстрактов. Разработаны рецептуры безалкогольных напиткоз на их основе. Для них установлены показатели качества, безопасности, а также пищевой и энергетической ценности. Показано, что употребление разработанных морсов в количестве 0,5 дм" в сутки обеспечит 41,5 и 79,9% от рекомендуемого уровня потребления флавоноидов.

6. На основании фракционного состава пектиновых веществ (уронидная составляющая, этерифицированные и свободные карбоксильные группы), обоснована возможность использования ягодного шрота в количестве 8,6 % от массы пшеничной муки для получения м}"шых кондитерских смесей кекса «Домашнего» и печенья «Овсяного», обладающих высокими оргаиолегггическими и физико-химическими показателями.

7. Разработана схема комплексной переработки ягод клюквы и брусники, включающая двухстэдийное получение ягодных экстрактов с использованием биокаталиггеческо: о способа воздействия и роторно-пульсациониого аппарата, напитков на их осноБе, а также переработку ягодного шрота в мучные кондитерские изделия.

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ АВТОРОМ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

В рецензируемых журналах из списка ВАК

1. Овсянникова, Е.А. Исследование процесса экстрагирования дикорастущих ягод Сибири с использованием биокаталитических методов /Е.А. Овсянникова, Т.Ф. Киселева, А.Н. Потапов, A.B. Дюжев //Техника и технология пищевых производств. - 2012. - № 4 (27). -С. 110-114.

2. Потапов, А.Н. Исследование получения пивных основ в роторно-пульсационном аппарате /А.Н. Потапоз, М.В. Пономарева, Е.А. Овсянникова //Вестник КрасГАУ. - 2012. -№ 12 (75).-С. 187-190.

3. Овсянникова, Е.А. Интенсификация экстракционных процессов биокаталитическим методом /Е.А. Овсянникова, М.В. Поиамарева, А.Н. Потапоз, Т.Ф. Киселева // Вестник КрасГАУ. - 2013. - №1 (76). - С. 169-1173.

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

4. Дюжез, A.B. Использование дикорастущих ягод для производства экстрактов / A.B. Дюжев, Е.А. Овсянникова // Пищевые продукты и здоровье человека: материалы IV

Всероссийской конференции с международным участием студентов, аспирантов и молодых ученых. - Кемерово, 2011. - С.93-94.

5. Потапов, А.Н. Применение ферментных препаратов для экстрагирования плодово-ягодного сырья / А.Н. Потапов, A.B. Дюжев, Е.А. Овсянникова // Инновационный конвент «Кузбасс: образование, наука, инновации»: сборник трудов. - Кемерово, 2011. - С. 167-169.

6. Овсянникова, Е.А. Экстракты ках основа для создания сбалансированных продуктов питания/ Е.А. Овсянникова, A.B. Топакова, E.H. Сухинина // Пишевые продукты и здоровье человека: материалы международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. — Кемерово, 2012. — С.219-220.

7. Овсянникова, Е.А. Антиоксиданты из Сибирской кладовой/ Е.А. Овсянникова^/ 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. 158-163.

8. Киселева, Т.Ф. Влияние условий экстрагирования клюквы на выход биологически активных веществ /Т.Ф. Киселева, Е.А. Овсянникова, A.B. Дюжев // Новые технологии в промышленности и сельском хозяйстве: материалы 1-ой всероссийской научно-практической конференции. — Бийск, 2012. - С.260-263.

9. Овсянникова, Е.А. Антиоксидантные свойства клюквы и брусники/ Е.Л. Овсянникова// Пища. Экология. Качество: материалы IX Международной научно-практической конференции.- Краснообск, 2012. - С.157-160.

10. Овсянникова, Е.А. Исследование влияния степени размораживания на диффузионные свойства плодово-ягодного сырья/ Е.А. Овсянникова, Т.Ф. Киселева// Кузбасс: образование, наука, инновации. Инновационный конвент. Т.1: сборник трудов. -Кемерово, 2012. - С.167-169.

Н.Киселева, Т.Ф. Использование ферментативного гидролиза для получения экстракта брусники (ч.1)/ Т.Ф. Киселева, Е.А. Овсянникова, A.B. Дюжев // Производство и переработка сельскохозяйственной продукции: менеджмент качества и безопасности: материалы II международной научно-практической конференции. - Воронеж, 2013. - 4.1. -С. 277-280.

12. Киселева, Т.Ф. Использование ферментативного гидролиза для получения экстракта брусники (ч.2)/ Т.Ф. Киселева, Е.А. Овсянникова, A.B. Дюжев // Производство и переработка сельскохозяйственной продукции: менеджмент качества и безопасности: материалы II международной научно-практической конференции. - Воронеж, 2013. - 4.2. -С. 66-70.

13. Овсянникова, Е.А. Возможность применения роторно-пулъсационного аппарата в производстве плодово-ягодного экстракта / Е.А. Овсянникова, E.H. Горощенко// Кузбасс: образование, наука, инновации. Инновационный конвент. Т.1: сборник трудов. - Кемерово, 2013. - С.373-376.

14. Овсянникова, Е.А. Возможность использования роторно-пульсационного аппарата в производстве пищевых экстрактов / Е.А. Овсянникова, М.В. Просин,'/ Пища. Экология. Качество: материалы X Международной научно-практической конференции,-Краснообск, 2013. - С.157-160.

15. Овсянникова, Е.А. Влияние условий экстрагирования клюквы на выход биологически активных веществ/ Е.А. Овсянникова, М.В. Понамарева// Студенческий научный форум 2013: материалы V международной студенческой электронной научной конференции. URL: http://www.scienceforum.ru/2013/185/3535.

16. Овсянникова, Е.А. Применение ферментного препарата для экстрагирования ягод клюквы и брусники/ Е.А. Овсянникова// Студенческий научный форум 2013: материалы V международной студенческой электронной научной конференции. URL: http://www.scienceforum.ru/2013/185/3536

Подписало в печать 08.05.2014 г. Формат 60x84, 1/16. Объем уч.-изд. л. 1,25. Тираж 80 экз. Заказ № 625 Отпечатано в рекламно-иолиграфической компании «Радуга», 650000, г. Кемерово, ул. Соборная, 6.

Министерство образования и науки РФ Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего

профессионального образования «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности»

На правах рукописи

04201458891 ~ /

ОВСЯННИКОВА ЕВГЕНИЯ АЛЕКСАНДРОВНА

РАЗРАБОТКА КОМПЛЕКСНОГО ПОДХОДА К ПЕРЕРАБОТКЕ ДИКОРАСТУЩИХ ЯГОД КЛЮКВЫ И БРУСНИКИ

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. Аналитический обзор информационной литературы................. 10

1.1 Напитки функциональной направленности................................ 10

1.2 Характеристика полуфабрикатов дикорастущего плодово-ягодного сырья, используемых в безалкогольном производстве................... 14

1.3 Обоснование целесообразности использования дикорастущих ягод клюквы и брусники для промышленной переработки................. 17

1.3.1 Характеристика сырьевых запасов Западно-Сибирского региона... 17

1.3.2 Характеристика и свойства экстрактивных веществ плодово-ягодного сырья...................................................... 20

1.4 Основы процесса экстрагирования и его расчета......................... 31

1.5 Способы повышения выхода экстрактивных веществ................. 39

Заключения по первой главе......................................................... 42

Глава 2. Методика проведения эксперимента....................................... 44

2.1 Организация работы.............................................................. 44

2.2 Объекты и методы проведения исследований............................... 46

Глава 3. Исследование потребительских предпочтений на рынке

функциональных напитков.................................................... 49

Глава 4. Использование дикорастущего плодово-ягодного сырья

при производстве экстрактов и безалкогольных напитков

на их основе............................................................................................... 62

4.1 Оценка потребительских свойств замороженного плодово-ягодного сырья................................................................... 62

4.2 Разработка технологии экстрактов на основе

замороженных ягод и оценка их потребительских качеств.............. 66

4.2.1 Исследование влияния гидромодуля на процесс

экстрагирования.............................................................. 67

4.2.2 Влияние температуры обработки на процесс

экстрагирования.............................................................. 68

4.2.3 Определение влияния степени размораживания на процесс экстрагирования.............................................................. 71

4.2.4 Установление влияния ферментативной обработки на процесс экстрагирования.............................................................. 75

4.2.5 Изменение диффузионных свойств сырья в зависимости

от параметров экстрагирования............................................. 83

4.2.6 Влияние использования водно-спиртовых растворов на выход экстрактивных веществ...................................................... 92

4.2.7 Изучение возможности применения роторно-пульсационного аппарата для проведения процесса экстрагирования................ 93

4.3 Разработка технологии и оценка товароведных качеств

безалкогольных напитков....................................................... 101

Глава 5. Обоснование целесообразности комплексной переработки

замороженных ягод клюквы и брусники................................. 106

5.1 Использование плодово-ягодного шрота при производстве

мучных кондитерских изделий.............................................. 106

5.2 Разработка схемы комплексной переработки дикорастущих ягод клюквы и брусники............................................................ 116

Заключение..................................................................................... 119

Список используемой литературы..................................................... 120

Приложения.............................................................................................................. 131

Введение

Актуальность темы. На современном рынке пищевых продуктов актуальным является вопрос обеспечения населения качественными и полезными продуктами. Стабильная работа предприятий пищевой и перерабатывающей промышленности является залогом благополучия населения, его продовольственного обеспечения и, что очень значимо, продовольственной безопасности. Одним из главных направлений развития пищевой промышленности в последнее время стало производство обогащенных продуктов питания, оказывающих благотворное влияние на здоровье населения. Среди таких продуктов особое место отводится напиткам, потребление которых составляет до трёх литров ежедневно.

! Повышение потребительских свойств и качественных показателей продуктов питания может быть достигнуто за счёт вытеснения с рынка низкокачественных пищевых продуктов и расширения ассортимента продуктов, производимых с использованием местного растительного сырья. Использование растительного сырья для создания новых продуктов питания имеет ряд преимуществ за счёт высокой биоактивности и биодоступности содержащихся в нём эссенциальных компонентов питания; выраженного сорбционного эффекта пищевых волокон в отношении токсичных металлов; выраженного общеукрепляющего действия на организм в целом.

• На территории Кузбасского региона имеются большие запасы дикорастущих плодов и ягод, которые подлежат промышленному сбору и заготовке. В приоритетах региональных властей находится развитие промышленного сбора этого вида сырья. В областном бюджете ежегодно предусматривается поддержка отрасли по заготовке и переработке дикорастущего сырья. Кроме того, заняться сбором плодов и ягод в промышленных масштабах готовы многие жители отдалённых посёлков, ведь не везде есть производственные предприятия и это реальное решение их социальных проблем.

Но, несмотря на эти меры, только небольшая часть собранного плодово-ягодного сырья подвергается переработке и реализуется населению. Основная часть скупается предприятиями других регионов или даже стран.

Для рационального использования местного растительного сырья необходимо разработать технологическое решение по его промышленной переработке в полуфабрикаты и готовые продукты с повышенной пищевой ценностью, обогащенные природными биологически активными компонентами исходного сырья.

В связи с этим, исследования по разработке способов переработки плодово-ягодного сырья Сибирского региона, как источника полезных биологически активных веществ, являются актуальными.

Степень разработанности темы исследования. Теоретические и практические аспекты по переработке плодово-ягодного сырья систематизированы в работах современных ученых: Хабарова С.Н., В.М. Позняковского, Л.А. Маюрниковой, Т.Ф. Киселевой, В.А. Помозовой и др.. Исследования, посвященные вопросам экстрагирования, и использованию роторно пульсационного аппарата для проведения процесса отражены в работах В.М. Лысянского, С.М. Гребенюка, В.Н. Иванца, А.Н. Потапова, Г.Е. Иванец и др.. Значительный интерес представляют прикладные исследования данных авторов по разработке продуктов питания массового спроса на основе растительного сырья. Однако указанное направление должно и дальше развиваться, привлекая новые источники растительного сырья и современные инновационные методы и способы его комплексной переработки, что, существенным образом, повлияет на качество жизни населения и положительно отразится на показателях экономического развития региона.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с региональной губернаторской программой на период до 2015 г. по улучшению питания и здоровья населения Кузбасса «К здоровью - через питание».

Цели и задачи. Целью диссертационной работы является разработка комплексного подхода к переработке дикорастущих ягод клюквы и брусники с

точки зрения их потребительских характеристик для получения полуфабрикатов и готовых продуктов питания.

Для достижения цели поставлены следующие задачи:

> дать оценку структуре потребительских предпочтений на функциональные напитки;

> исследовать особенности химического состава и технологические свойства ягод клюквы и брусники с целью обоснования их использования для получения экстрактов в качестве полуфабрикатов для производства функциональных напитков;

> оценить степень воздействия биокаталитической обработки и двухступенчатой экстракции с использованием роторно-пульсационного аппарата при получении экстрактов;

> исследовать факторы, обуславливающие качество плодово-ягодных экстрактов и напитков на их основе;

> исследовать состав шрота после экстрагирования для оценки возможности его использования с целью получения продуктов питания;

> разработать схему комплексной переработки ягод клюквы и брусники.

Научная новизна. Научная новизна результатов проведённых

исследований состоит в системности подхода к решению проблемы комплексной переработки местного дикорастущего плодово-ягодного сырья, формирующего повышенную пищевую ценность вырабатываемых на его основе продуктов питания с максимальным использованием потенциала биологически активных веществ.

Признакам научной новизны отвечают следующие результаты диссертационной работы:

> доказана эффективность использования биокаталитической обработки с целью интенсификации экстракционных процессов ягод клюквы и брусники;

> установлена зависимость степени извлечения биологически активных веществ плодово-ягодного сырья от параметров экстрагирования;

> получена математическая модель выхода экстрактивных веществ в зависимости от диффузионных свойств сырья;

> аргументирована целесообразность процесса двухступенчатого получения экстрактов с использованием роторно-пульсационного аппарата;

> на основе анализа фракционного состава пектиновых веществ обосновано дифференцированное применение шрота для производства продуктов питания.

Теоретическая и практическая значимость. Теоретическая ценность данного исследования заключается в применении научно обоснованного комплексного подхода к переработке плодово-ягодного дикорастущего сырья.

Практическая значимость результатов диссертационной работы заключается в разработке безотходной технологии переработки ягод клюквы и брусники.

Разработаны технологические инструкции на получение экстрактов из ягод клюквы и брусники (Приложение В), рецептуры напитков на их основе, а также мучных кондитерских изделий с добавлением ягодного шрота.

Разработанные напитки апробированы в условиях производства и рекомендованы к внедрению. Акт производственных испытаний приведен в Приложении Е.

Результаты научных исследований используются в учебном процессе при обучении студентов по направлениям подготовки бакалавров и магистров 260100 «Технология продуктов питания из растительного сырья» и 100800 «Товароведение», что подтверждено актом (приложение А).

Методология и методы исследования. Методология исследования основана на научных методах сравнительного факторного анализа с использованием системного товароведного подхода.

В работе использованы методы сбора, сравнительного анализа и систематизации научной информации и лучших мировых практик, маркетинговых исследований в формате социологического опроса, лабораторного анализа стандартными физико-химическими методами, сенсорного анализа

общепринятыми методами, результаты которых обрабатывались методами математической статистики.

Положения, выносимые на защиту.

Обоснование комплексного подхода к переработке дикорастущего плодово-ягодного сырья (на примере клюквы и брусники) на основании оценки его сырьевых запасов в Западносибирском регионе и пищевой ценности.

Способ двухступенчатого получения экстрактов с использованием биокаталитического воздействия на сырье, с учетом его диффузионных свойств, в роторно-пульсационном аппарате.

Степень достоверности результатов. Экспериментальная часть выполнена на высоком методическом уровне 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: «Пищевые продукты и здоровье человека» (Кемерово, 2011 и 2012); «Инновационный конвент: Кузбасс - образование, наука, инновации» (Кемерово, 2011, 2012 и 2013); «Пища. Экология. Качество» (Краснообск, НСО, 2012 и 2013); «Приборное и научно-методологическое обеспечение исследований и разработок в области инновационных технологий производства продуктов питания функционального назначения» (Кемерово, 2012); «Новые технологии в промышленности и сельском хозяйстве: материалы 1-ой всероссийской научно-практической конференции» (Бийск, 2012); «Производство и переработка сельскохозяйственной продукции: менеджмент качества и безопасности» (Воронеж, 2012), «Студенческий научный форум 2013» (www.scienceforum.ru/2013/).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 16 работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения и пяти глав, включающих обзор литературы, методологию проведения и результаты исследований, выводы, список использованных источников и приложения. Основная часть работы изложена на 130 страницах. Диссертация содержит 43 рисунка и 31 таблицу. Библиографический список включает 130 публикаций отечественных и зарубежных авторов.

ГЛАВА 1. Аналитический обзор информационной литературы

1.1 Напитки функциональной направленности

Природа - источник жизни, материального и духовного благополучия. По данным специалистов экологическая ситуация в России далека от благополучной. Это! является следствием активного вмешательства человека в естественные природные процессы. В течение последнего столетия в России сведены тысячи гектаров хвойного леса, добыты миллионы тон полезных ископаемых, сильно загрязнены воды и атмосфера. В свою очередь, загрязнение воздуха, почвы и воды стало причиной многих заболеваний людей.

На протяжении последних лет основным направлением научно-исследовательских работ в безалкогольной отрасли является создание напитков для массового потребления на натуральной основе. В качестве компонентов для них могут быть использованы сахар, соки, настои, эссенции, а также композиции из плодово-ягодного или другого вида растительного сырья, пищевых кислот и красителей [5, 6, 8, 9, 42, 44, 51].

Всё большим спросом среди населения пользуются пищевые продукты, имеющие благоприятное воздействие на организм человека. Это так называемые функциональные пищевые продукты. К функциональным относятся безалкогольные напитки, предназначенные для систематического употребления в составе пищевых рационов, сохраняющие и улучшающие здоровье и снижающие риски развития заболеваний [27].

Эти свойства напитки приобретают благодаря наличию функциональных ингредиентов в их составе. Эти ингредиенты способны оказывать благотворное воздействие на физиологические функции и обменные процессы в организме человека. Обогащенные биологически активными веществами напитки обладают широким спектром действия, не повышая калорийности рациона, ликвидируют

дефицит микронутриентов, потребность в которых у больного человека увеличивается [5, 11, 15, 27, 33, 34, 44, 49, 50, 51,72, 73, 116].

Преимущества напитков на основе растительного сырья для профилактических целей обусловлены высокой биоактивностью и биодоступностью содержащихся в напитках эссенциальных компонентов питания; выраженным сорбционным эффектом по отношению к токсичным металлам за счёт мелкодисперсности и высокой степени структурированности пищевых волокон; выраженным общеукрепляющим действием на организм в целом; возможностью длительного применения и отсутствием побочных эффектов.

Разработка функциональных напитков предусматривает решение двух основных задач:

^ Обеспечение заявленной функциональности;

^ Создание стабильного по стойкости и органолептическим свойствам

напитка.

В общем случае на первой стадии разработки нового функционального напитка выбирают его основу, от которой в значительной степени будет зависеть обоснование выбора функциональных ингредиентов и добавок, обеспечивающих потребительские свойства напитка.

Основным способом обеспечения заявленных потребительских свойств является введение в рецептуру дополнительных аналогов одного или нескольких функциональных пищевых ингредиентов, выбор которых определяется позиционированием напитка как носителя заявленного физиологического эффекта и осуществляется с учётом типа пищевой основы, т.е. особенностей его состава и свойств.

■ Для выполнения данной задачи при производстве функциональных нап