автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.07, диссертация на тему:Разработка технологии пектиновых добавок для функциональных безалкогольных напитков и других пищевых продуктов

На правах рукописи

РОДИНА ТАТЬЯНА ВЛАДИМИРОВНА

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПЕКТИНОВЫХ ДОБАВОК ДЛЯ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ БЕЗАЛКОГОЛЬНЫХ НАПИТКОВ И ДРУГИХ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

Специальность 05.18.07,-

технология алкогольных и безалкогольных пищевых продуктов

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва -1997 г.

Работа выполнена в Московском Государственном Университете Пищевых ■ Производств (МГУПП)

Научные руководители:

доктор технических наук, профессор А.Д. Кочеткова доктор технических наук, профессор М.В. Гернет

Официальные оппоненты:

доктор технических нэук С.С. Щербаков кандидат технических наук К.В. Кобелев

Ведущая организация: Институт биохимии им. А.Н. Баха

Защита состоится 20 февраля 1S37 г. в 10 часов на заседании Диссертационного Совета К.063.51.04 Московского Государственного Университета Пищевых Производств по адресу: 126080, Москва, Волоколамское шоссе, 11.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке МГУПП.

Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения,

просим направлять Ученому секретарю Совета.

Автореферат разослан 20 января 1997 г.

Ученый секретарь Диссертационного Совета кандидат технических наук,

доцент О.И. Тихомирова

Актуальность темы. Проблема обогащения пищи биологически активными веществами в условиях глобального экологического кризиса приобрела особую актуальность. Использование в рационе человека функциональных продуктов питания, предназначенных для повседневного употребления и, в то же время, содержащих ингредиенты, способствующие улучшению здоровья (пищевые волокна, витамины, микроэлементы) , является одним из способов защиты организма от вредных воздействий окружающей среды.

С позиций диетологии к перспективным функциональным ингредиентам относятся бета-каротин и аскорбиновая кислота. Бета-каротин обладает радиопротекторными свойствами, его употребление позволяет снизить риск возникновения онкологических заболеваний. Аскорбиновая кислота участвует в регулировании окислительно-восстановительных процессов, процессов свертываемости крови.

К продуктам питания, которые могут быть легко витаминизированы, относятся, в частности, напитки, высокое содержание жидкой фазы в которых значительно облегчает введение в их состав водорастворимых биологически активных веществ. Однако, для обогащения напитков бета-каротином необходима его коллоидная и химическая стабилизация. Преимущество использования в качестве стабилизатора пектина заключается в том, что помимо стабилизирующего действия он обладает собственным физиологическим эффектом, связанным с его функцией растворимого пищевого волокна, а также способностью образовывать комплексы с солями тяжелых металлов и выводить из организма токсичные вещества. Промышленное производство пектина в настоящее время в России отсутствует и организация его выпуска является весьма актуальной. Наиболее простым способом решения проблемы является создание технологии жидкого пектинового концентрата, аналоги которого известны в зарубежной практике. С учетом требований экологической безопасности вновь создаваемых производств, для извлечения пектина из растительного сырья необходимо использовать безопасные гидролизующие агенты, не уступающие по эффективности действия традиционно используемым минеральным кислотам и щелочам.

Цепь и задачи исследований .Целью данного исследования явилась разработка экологически чистой технологии добавок на основе пектина и их ис-

пользование при создании рецептур функциональных продуктов, содержащих бета-каротин и аскорбиновую кислоту.

В соответствии с этим в задачи исследования входили:

• изучение свойств электрохимически активированных растворов с целью использования т в качестве гидрслизующих и дезтерифицирующих агентов при разработке добавок на основе пектина;

• разработка технологии жидкого пеюгинопродукта из яблочных выжимок;

• исследование деэтерификации пектинов, полученных из яблочных выжимок;

• изучение возможности стабилизации бета-каротина в напитках и желе с помощью разработанных пектиновых добавок;

• разработка рецептур функциональных напитков и желе, содержащих бета-каротин, аскорбиновую кислоту и пектин.

Научная новизна. Разработана технология новой жидкой желирующей добавки "Гелекон", содержащей высокоэтерифицированный яблочный пектин в количестве 4,2%.

Разработана усовершенствованная технология выделения пектиновых веществ из растительного сырья гидролизующими агентами, полученными электрохимическим синтезом разбавленных растворов минеральных солей.

Изучена реакционная способность и установлена селективность действия технологических растворов с кислыми и щелочными свойствами, полученных электрохимическим синтезом из солевой смеси, в реакциях гидролиза и деэтерификации пектиновых молекул.

Впервые исследована возможность использования воднодиспергируемой формы бета-каротина в составе безалкогольных напитков и желе с кислыми значениями рН и показана возможность его стабилизации путем введения пектиновой добавки.

Практическая ценность. Разработан лабораторный регламент получения яблочного пектинового концентрата и технические условия на жидкую же-лирующую добавку под наименованием "Гелекон". Комплект НТД передан для промышленного освоения АО "Волжские дары".

Разработаны способы получения и рецептуры функциональных напитков, содержащих композицию физиологически ценных добавок.

Разработаны рецептуры функциональных желе, включающих бета-каротин, аскорбиновую кислоту и геггин.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на Всероссийской конференции "Электрохимическая активация в медицине, сельском хозяйстве, промышленности" ( г. Москва 1994 г.), Международной научно-практической конференции "Современное состояние производства пектинов и их применение в пищевой промышленности" {г.Москва 1995 г.). Результаты исследований в виде экспонатов образцов напитков и желе были представлены на отчетной выставке Госкомвуза РФ "Инновационная деятельность высшей школы" в Доме правительства России (г. Москва, 1995 г.), на международной выставке "Пища. Экология. Человек." ( г. Москва 1996 г.), на Второй научно-практической конференции "Высшая школа России: Конверсия и приоритетные технологии" (г. Москва, 1996 г.), на международной научно-практической конференции "Пищевая промышленность России на пороге 21 века" (г. Москва, 1996 г.).

Публикации. По материалам диссертационного исследования опубликовано 5 работ, в том числе два патента Российской Федерации.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа включает введение, обзор литературы, методическую часть, экспериментальную часть, выводы, список литературы, состоящий из 147 публикаций, и приложения.

Основное содержание работы изложено на 180 страницах машинописного текста, проиллюстрированного 32 рисунками и 33 таблицами.

1. Обзор литературы

В обзоре литературы рассмотрены современные тенденции создания функциональных продуктов питания. Отмечен рост использования для обогащения пищи биологически активных веществ, таких как витамины, в частности, бета-каротин и аскорбиновая кислота, микроэлементы, пищевые волокна. Особое внимание уделено применению в качестве функциональной добавки пектинов. Рассмотрены физико-химический свойства пектинов в аспекте их использования в роли стабилизаторов и гелеобразователей пищевых систем. Проанализированы различные современные способы производства пеюинопродуктов.

Отмечена перспективность использования в технологии пектина экологически безопасных методов электрохимического синтеза гидролизующих агентов.

На основе проведенного анализа научно-технической литературы сформулированы цель и задачи исследования.

2. Материалы и методы исследований

Для получения жидкой желирующей добавки Телекон" исходным сырьем служили сухие яблочные выжимки, произведенные в г. Таллинне.

Контроль за качеством выжимок включал определение влажности (методом определения влаги в сухих материалах), содержания спиртонерас-творимых веществ (методом осаждения из растворов этанола различной концентрации), содержания крахмала (ферментативным методом), гелеобразую-щей способности экстрагируемого пектина (методом определения внутренней прочности стандартного геля).

Объектом исследования являлся яблочный пектиновый концентрат Телекон", представляющий собой раствор пектиновых веществ, в котором также содержатся крахмал, небольшое количество фруктовых органических кислот (яблочной и лимонной) и Сахаров (глюкозы и фруктозы).

Значение водородного показателя концентрата определяли на рН-метре "ORION" (США). Определение массовой доли сухих веществ проводили с помощью ручного рефрактометра "ATAGO" (ФРГ). Содержание крахмала, Сахаров, органических кислот устанавливали ферментативными способами по международным стандартным методикам с использованием стандартных наборов ферментных препаратов и реактивов фирмы "Берингер- Маннхайм" (ФРГ), содержание спиртонерастворимых веществ (пектина) - по стандартной методике фирмы "Хербстрайт унд Фокс" (ФРГ)- Гелеобоазующую способность пектина, содержащегося в концентрате, определяли модифицированным методом Люерса-Лохмюллера на приборе пектинометре "Хербстрайт' (ФРГ)- Качественные характеристики пектина - степень этерификации, содержание галактуроновой кислоты, карбоксильных и метоксильных групп исследовали с помощью стандартных международных методик . Для исследования относительной вязкости рас-

творов пектина использовали вискозиметрический метод. Методы отбора проб для микробиологических анализов проводились по ГОСТ 26668, подготовка проб для анализов - по ГОСТ 2666Э, методы культивирования микроорганизмов - по ГОСТ 26670.

Для изучения процесса деэтерификации пектинов использовали высоко-этерифицированный яблочный пектин АЛ-201 и нестандартизованный яблочный пектин фирмы "Хербстрайт унд Фокс", качественные показатели которых определяли по стандартным методикам аналогично анализу пектина, содержащегося в концентрате.

В качестве воднодиспергируеиой формы бета-каротина использовали коммерческий препарат "Циклокар" (ГС № 1 п/11-1784), предоставленный НПО "Витамины". Содержание бета-каротика в препарате и готовых продуктах анализировали спектрофотометрически по стандартной методике.

Для разработки рецептур функциональных продуктов были использованы также аскорбиновая кислота (ФС- 42-2668-85), лимонная кислота (ГОСТ 90879-Е), натуральный яблочный сок (ГОСТ 656-79).

Стойкость напитков определяли по стандартной методике, основанной на определении времени, в течение которого качество готового продукта остается неизменным . Для определения органолептических показателей готовых продуктов использовали две системы дегустационных оценок : описательную и балловую.

Гидролизующие агенты получали электрохимическим синтезом разбавленных растворов минеральных солей на промышленной установке СТЭЛ-МТ-1М. Контроль за качеством электрохимически синтезированных технологических растворов включал определение рН и окислительно-восстановительного потенциала (ОВП) с использованием иономеров И-102 на приборе ЕУУЯО. Определение содержания активного хлора проводили йодометрическим титрованием с использованием хлорсеребряного электрода сравнения. Для определения ионов натрия применяли натриевый ион- селективный электрод "КРИТУР".

Экспериментальная часть

3.1. Изучение свойств анолитов, синтезированных в различных условиях

Первая часть исследования посвящена изучению свойств электрохимически активированных растворов с целью их применения в качестве гидроли-зующих и деэтерифицирующих агентов при разработке технологии жидкого пекгкнопродукта и проведении деэтерификации пектина.

Данное исследование выполнялось в ПНИЛ биотехнологии пищевых продуктов и является продолжением серии работ в области технологии пектинов различной степени этерификации. Созданные в лаборатории разработки показали эффективность использования анолитов с рН 1,2-2,4 на основе хлорида натрия в технологии стандартного спиртоосажденного пектина. Однако, в отличие от предыдущих исследований получение пектинового концентрата ставит ряд новых технологических задач. Использование пектина в виде экстракта накладывает жесткие условия на выбор гидролизующего агента, предъявляет более строгие требования к содержанию сопутствующих соединений в концентрате. Например, в этом случае в гидролизующем агенте недопустимо содержание соединений активного хлора, входящего в состав технологических растворов при электрохимическом синтезе из хлорида натрия. С другой стороны, присутствие в растворе ионов одновалентных металлов может отрицательно сказаться на гелеобразующей способности пектинов.

3.1.1. Выбор и обоснование гидролизующих агентов

С учетом приведенных выше аргументов, в работе рассматривались ано-литы, полученные из вспомогательных растворов сульфата натрия (4-7 г/л). Технологические характеристики растворов, полученные при работе установки в различных режимах, представлены на рис. 1. Из графиков видно, что даже в условиях оптимальной работы установки ( сила тока 10 А) из вспомогательных растворов сульфата натрия с минерализацией до 7 г/л не удается получить технологические растворы с необходимыми значениями рН (1,2-2,4).

Сопоставляя данные по технологическим характеристикам гидролизующих агентов, синтезированных на хлориде и сульфате натрия с учетом необхо-

димого значения рН и отсутствия соединений активного хлора, следовало считать обоснованным использование смеси солей, включающей хлориды и кислородсодержащие анионы серы. В качестве второй сопи, позволяющей в процессе электрохимического синтеза связывать соединения активного хлора, был использован тиосульфат натрия. Проведенная серия опытов показала, что при добавлении тиосульфата натрия могут быть получены растворы с необходимыми значениями рН (1,8-2,4).

Теоретический расчет, проведенный по результатам йодометрического титрования, показал, что максимальное содержание тиосульфата натрия в исходном растворе для нейтрализации активного хлора в синтезируемом анолите может не превышать 5% к содержанию хлорида натрия.

Далее был исследован качественный состав аноли-тов, полученных из вспомогательных растворов на основе смеси солей хлорида и тиосульфата натрия в количественном соотношении, достаточном для связывания активного хлора. Результаты исследования приведены в табл. 1 Результаты показывают, что анолиты, полученные электрохимическим синтезом из более разбавленных

^ния солей), имеют (при необходимом уровне значения рН) более высокий уровень метасгабильности, о чем свидетельствует эффект релаксации их окислительно-восстановительного потенциала. Практически полное отсутствие эффекта релаксации у растворов, полученных на более высоких концентрациях исходной солевой смеси, дает основание предполагать, что высокая активность ионов водорода (значения рН этих растворов также лежат в заданном диапазоне) обеспечивается преимущественно за счет образования стабильных минеральных кислот.

Сила тока,А

Рис. 1 .Технологические характеристики растворов на основе сульфата натрия растворов солевой смеси (при сохранении соот;

Характеристики электрохимически синтезированных растворов

Таблица 1

Сила тока, А Ан-4 Ан-5 Ан-6 Ан-7

рН ОВП, мВ рН ОВП, мВ рН ОВП, мВ рН ОВП, мВ

нач*' кон**' нач кон нач кон нач кон нач кон нач кон нач кон нач КОН

4,0 3,0 3,5 +520 +230 3,1 3,2 +360 +210 2,5 2,8 +360 +340 2,3 2,5 +360 +340

6,0 2,4 2,5 +420 +150 2,4 2,4 +400 + 150 2,2 2,3 +380 +360 2,1 2,2 --380 -^360

8,0 2,1 2,5 +430 +150 2,2 2,4 +400 + 140 2,0 2,2 +390 +360 1,9 2,2 +400 +390

10,0 1,9 2,4 +440 +140 1,8 2,0 +410 +140 1,8 2,0 -чоо +380 1,7 1,8 +400 +390

*>нач -начальное,"' кон-конечное

С учетом необходимости использования неагрессивных высокореакционноспо-собных реагентов с минимальным содержанием ионов, в последующей работе были использованы анолиты, синтезированные из более разбавленных растворов. Эти анолиты получили обозначения АН-4-1,9 и АН-5-1,8, где последняя цифра соответствует значению их водородного показателя.

3.1.2. Выбор деэтерифицирующего агента

Мировая практика использования пектинов в различных пищевых продуктах показывает, что область использования классического пектина, выделеного из конкретного вида растительного сырья ( в данном случае яблочных выжимок), может быть значительно расширена за счет модификации его свойств, в частности, путем снижения степени этерификации. Этот аспект является особенно важным в случае использования пектинов в составе функциональных продуктов питания, поскольку снижение степени этерификации сопровождается увеличением комплексообразующих и сорбционных свойств, связанных со способностью пектинов выводить из организма тяжелые металлы, радионуклиды и токсины.

Поскольку известно, что реагенты с кислотными свойствами гидролизуют не только гликозидные связи протопектина с гемицеллюлозами и целлюлозой, но и сложноэфирные связи в макромолекулах пектиновых кислот с образованием низкоэтерифицированных пектинов и (в предельном случае) пектовых кислот, следовало предположить возможность использования полученных аноли-тов в качестве деэтерифицирующих агентов. В последующей работе при создании технологии получения низкоэтерифицированных пектинов такая возможность была исследована (раздел 3.3). Наряду с этим, известно, что наиболее эффективно деэтерификация пектиновых кислот протекает под действием щелочных агентов, аналоги которых также могут быть получены путем электрохимического синтеза и имеют название католиты.

В предыдущем разделе исследований было доказано, что использование в качестве исходного солевого раствора смеси солей хлорида натрия и тиосульфата натрия позволяет получить гидролизующие агенты иного качественного состава, и, следовательно, иной реакционной способности. В связи с этим, нами исследовалась реакционная способность католитов, полученных на растворах различной концентрации смеси указанных солей.

В отдельной серии опытов по определению периода релаксации синтезированных католитов было установлено, что все они отличаются от растворов анолитов повышенной стабильностью. Изменение показателя ОВП у этих растворов происходит не так интенсивно, период релаксации составляет около 72 часов. Это указывает на относительно низкое содержание метастабильных реакционных частиц во всех синтезированных католитах, поэтому, критерием выбора рабочих католитов, характеризующим их реакционную способность, являлись значения рН и ОВП.

По результатам исследований для изучения процесса деэтерификации пектиновых молекул были выбраны реагенты, характеристики которых приведены в табл.2.

Таблица2.

Характеристики деэтерифицирующих агентов

Реагент Концентрация в исходном растворе, % РН ОВП, мВ

Хлорид натрия Тиосульфат натрия

Ан-5-1,8 5,0 0,25 1,8 +410

К-7-11,6 7,0 0,35 11,6 -390

К10-11,9 10,0 0,50 11,9 -460

3.2. Разработка технологии получения пектинового концентрата

3.2.1.Исследование процесса гидролиза протопектина рабочими

анолитами

Технология получения пектиновых концентратов с использованием выбранных гидролизующих агентов , схема которой представлена на рис. 2, предусматривала оптимизацию по двум параметрам - типу анолита и гидромодулю процесса. Было установлено, что практически полное извлечение пектина из сырья (яблочных выжимок) обеспечивается анолитом Ан-5-1,8. В этом случае содержание спиртонерастворимых веществ близко к расчетному и составляет 5,8%, что обеспечивает высокую гелеобразующую способность полученного концентрата.

АН-5-1,8

смешивание

гидролиз

Г гидромодуль

I_____Л!_з_______]

Г Т=90°С, 1=120 мин 1

I I I________________1

1----------------1

I Т=90°С, т=30 мин, ! |__гидромодуль 1Л &_ \

|Т=20"С, т=30 мин, ( ¡гидромодуль 1:10 !

[~15 мм рт.ст. Т=35-] ' 50°С, с.в. 12% !

Рис. 2.Процессуальная схема получения пектинового концентрата

Опыты по оптимизации гидромодуля показали, что благодаря высокой реакционной способности применяемого для гидролиза анолита, гидромодуль процесса может быть снижен до соотношения 1:13 вместо стандартного соотношения 1:18 (рис.3).

3.2.2. Разработка технологического способа получения пектинового

концентрата

При разработке технологии пектинового концентрата, за основу была принята разработанная в ПНИЛ биотехнологии пищевых продуктов МГАПП технология производства спиртоосажденного яблочного пектина, выделенного с применением методов электрохимической активации (патент РФ 94042493 от 13.11.95.).

В качестве сырья для получения пектинового концентрата использовались яблочные выжимки, в которых были предварительно определены качественные показатели. Анализ выжимок подтвердил их соответствие требованиям, предъявляемым к сырью.

Для гидролиза протопектина из яблочных выжимок использовали анолит Ан-5-1,8. Гидролиз осуществляли при гидромодуле, равном 1:13. Реакционная масса при периодическим перемешивании выдерживалась 2 часа при температуре 90°С, после чего в нее добавляли воду для повышения гидромодуля до значения, равного 1:18. Затем реакционную смесь дополнительно выдерживали при температуре 90°С в течение 30 минут для обеспечения полного экстрагиро-

л S S

а. о а

О 3

01:10,0 01:11,0 01:12,0 01:13,0 гидромодуль

Рис.3. Влияние гидромодуля на выход спиртонерастворимых веществ

вания пектина. Далее реакционную массу охлаждали до комнатной температуры и фильтровали через капроновую ткань. Прогидролизованные яблочные выжимки подвергали позторной экстракции водой в течение 30 мин при гидромодуле 1:10 и температуре 20 °С. Экстракт фильтровали через капроновую ткань и объединяли с гидролизатом. Отстоявшийся от взвесей и слизи в течение 4-5 часов гидролизат-экстракт, фильтровали на воронке Бюхнера через слой кизельгура. Очищенный раствор концентрировали в роторном испарителе при 15 мм рт.ст. до содержания сухих веществ 10-12 %, при этом по мере увеличения концентрации раствора снижали температуру процесса от 50°С до 35°С. Процессуальная схема получения пектинового концентрата представлена на рис.2.

Разработанный пектиновый концентрат, получивший название "Гелекон", сравнивали по основным качественным показателям с его аналогом - коммерческим жидким пектинопродуктом "Опекта", который выпускается фирмой "Хербстрайт унд Фокс" для приготовления гелеобразных продуктов - джемов и конфитюров в домашних условиях.

ТаблицаЗ.

Характеристики концентратов

Показатель Концентрат"Гелекон" Концентрат "Опекта"

Содержание сухих веществ, % 12 12

РН 2,4 2,4

Содержание, %

пектина 4,2 2,4

крахмала 1,0 2,0

Ьяблочной кислоты 0,3 0,3

лимонной кислоты 0,1 0,1

О-глюкозы 0,9 0,8

Р-фруктозы 2,1 2,0

Гелеобразующая способность, ед. прибора пектино-метра "Хербстрайт" 480 350

Из данных табл.3 видно, что по содержанию основного вещества - пектина "Гелекон" в 1,7 раза превосходит препарат "Опекта" и обладает повышенной гелеобразующей способностью, которая составляет 480 ед. в отличие от 350 для "Опекты".

+-

1

1

1

1

>-

4

т-

1 # V

■= 1 3 { 7 9 11

Время,с

Рис.4. Диаграмма измерения внутренней прочности геля

Анализ диаграммы внутренней прочности стандартного геля с Телеконом" (рис.4 ) позволяет сделать вывод о высокозластичных свойствах образовавшегося геля, о чем свидетельствует узкая форма пика и отсутствие ступенчатого изменения напряжения при увеличении нагрузки в процессе испытания. Высокая гелеобразуюьцая способность в сочетании со свойством образовывать высокоэластичные гели дает возможность рекомендовать Телекон" в качестве жели-рующей добавки не только для бытового , но и для промышленного использования.

3.2.3. Разработка способа стабилизации пектинового концентрата

При коммерческом применении жидкого пектинопродукта одним из важных аспектов эффективности его использования является срок хранения. При разработке практических рекомендаций, обеспечивающих срок хранения жидкой желирующей добавки, соответствующий стандарту для порошкообразных пектинов, который равен 6 месяцам, была проведена оценка различных способов консервирования. Наиболее эффективным оказалось консервирование этиловым спиртом в количестве 4-5 %об. В этом случае потребительские свойства пектинопродукта "Гелекон" оставались неизменными на протяжении всего срока хранения. Результаты серии опытов по оценке влияния внесения этилового спирта на микробиальную стойкость Телекона" представлены в табл. 4.

Таблица 4

Влияние этилового спирта на срок хранения концентрата

Содержание этилового спирта, % об. Длительность хранения, сут.*'

112 |3 15 17 110 | 14 116 120 |25 130 145 |60 | 75 190 1105 1120 1180

0 (контроль) 1 2 3 4 5 . - . . + ...... - - - - - - + -----.....-.....+

"'Признаки микрсбиальной порчи ('+" -есть;- нет)

Таким образом, итогом этого раздела работы явилось создание технологии жидкой желирующей добавки, представляющей собой яблочный пектиновый концентрат, содержащий 4,2% высокоэтерифицирозанного пектина, и имеющей срок хранения 6 месяцев. Способ получения жидкой желирующей добавки Телекон" с использованием анолита в качестве гидролизующего агента защищен патентом РФ (положительное решение о выдаче от 08.11.95 по заявке N294042494). Область использования пектиновой добавки может быть значительно расширена за счет модификации её свойств путем снижения степени этерификации содержащегося в ней пектина.

3.3. Исследование процесса деэтерификации

В данном разделе исследовалась возможность использования для снижения степени этерификации электрохимически синтезированных растворов как с кислыми (анолитов), так и со щелочными (католитов) свойствами. Выбор и обоснование реагентов были проведены в разделе 3.1.2.

Испытание обоих типов растворов казалось логичным, поскольку известно, что гидролиз сложноэфирных связей в молекулах пектина можно катализировать как кислотами, так и щелочами. Однако, как было установлено, анолиты даже с высокими значениями показателя активности водородных ионов (АН-5-1,8) практически не деэтерифицируют пектиновую молекулу в широком диапазоне изменения температур.

Таким образом, в отличие от минеральных кислот исследуемый нами анолит характеризуется селективным действием по отношению к гликозидным связям протопектина с гемицеллюлозами растительной клетки.

I I

| ■ .1

! гидромодуль !

! 102:1 |

| '__- ___1

Г Т=40"С I

|________;

Г—---------—|

I концентрация спирта ,

|_____ Эв%______|

["концентрация спирта |

¡_______.__I

Р концентрация спирта )

1______70%;______(

(-------.--------

, концентрация спирта , ( 96% I

Рис. 5. Процессуальная схема деэтерификации пектина

При изучении реакционной способности в реакции деэтерификации реагентов со щелочными значениями рН (католитов) срН 11,6-11,9 при различных технологических параметрах процесса (гидромодуле, продолжительности, температуре) был разработан технологический способ получения низкоэтерифици-рованных пектинов со степенью этерификации 38-40%, предусматривающий обработку исходного пектина католитом с рН11,9 при гидромодуле порядка 100 и температуре 40°С. В данном случае требуемая степень этерификации достигается уже через 3 часа. При этом содержание галакгуроновой кислоты в деэте-рифицированном пектине снижается незначительно, что указывает на стабильность гликозидных связей в среде католита. В этих условиях удается получить низкоэтерифицированный пектин с высокой гелеобразующей способностью. Внутренняя прочность стандартного геля, полученного на таком деэтерифици-рованном пектине, составляет 850. Процессуальная схема проведения деэтерификации приведена на рис.5.

Полученный низкоэтерифицирозанный пектин, наряду с добавкой Телекон", использовался в последующей работе при создании функциональных продуктов.

3.4. Создание функциональных продуктов

Первой группой исследуемых продуктов являлись безалкогольные напитки, высокое содержание жидкой фазы в которых обеспечивает возможность их витаминизации и обогащения водорастворимыми физиологически ценными компонентами, а общепринятые дозы регулярного потребления создают предпосылки для поступления в организм человека суточных норм потребления биологически активных веществ.

3.4.1. Выбор композиции функциональных напитков

До недавнего времени для обогащения напитков использовали только водорастворимые формы витаминов. Сегодня, при появлении новых воднодис-пергируемых форм жирорастворимых витаминов, возможности витаминизации напитков могут быть существенно расширены.

В диссертационной работе для витаминизации безалкогольных напитков были выбраны водорастворимый витамин аскорбиновая кислота и воднодис-пергируемая форма бета-каротина - коммерческий препарат "Циклокар"

Первым этапом при создании напитков являлось приготовление купажно-го раствора, схема приготовления которого представлена на рис.6.

вода

сахароза

1----------------1

I концентрация I

|_ _____ ___]

_30_минут_

охлаждение

I--------------1

1}ера1Ура_20_°С,

- Г концентрация |___0,085-3,4_%^___|

купажирование

Г концентрация "1 ; о,1 % I

П.

■Г концентрация "I

Рис.6. Схема приготовления купажного раствора

Биологически-активные вещества вносились в купажный раствор с учетом суточной дозы потребления.

3.4.2. Определение концентрации пектина в напитках

►

Для стабилизации дисперсии бета-каротина в воде были использованы разработанные пектиновые добавки, оптимальная концентрация которых выбиралась по результатам исследования относительной вязкости модельных напитков, включавших сахарозу, "Циклокар", аскорбиновую кислоту и лимонную кислоту. В ходе исследования было установлено, что внесение пектина в напитки в количестве, превышающем 0,6% для низкоэтерифицированного пектина и 0,8% - для высокоэтерифицированного, приводит к формированию консистенции, нехарактерной для напитков, что определило выбор оптимальных дозиро-

век добавок для последующей работы. Результаты эксперимента по изучению влияния пектиновых добавок на относительную вязкость модельных напитков представлены на рис. 7 и рис. 3.

О 0,2 0,4 0,6 0,9 1 Содержание пектина,%

Рис 7. Влияние высокоэтерифициро-ванного пектина на вязкость модельного напитка

0,2 0,4 0,6 0,3 1 Содержание пектина,%

Рис.8. Влияние низкозтерифицирован-ного пектина на вязкость модельного напитка

3.4.3. Определение качественных показателей напитков

Поскольку разрабатываемые напитки являются функциональными продуктами, следовало исключить использование в их составе искусственных вкусовых добавок и ароматизаторов, поэтому для придания напиткам яблочного вкуса был использован натуральный яблочный сок, варьирование количеством которого позволяло корректировать вкусовые оттенки напитков.

Реальные напитки, включающие все выбранные компоненты, готовились по двум технологическим схемам - для низко- и высокоэтерифицированных пек-

тинов (рис.9, рис.10), отличия которых связаны с необходимостью предварительного растворения низкоэтерифицированных пектинов.

Вариант А

смешивание

охлаждение

I------------1

I 1=80° !

! т=10мин !

Рис 9.Технологическая схема приготовления напитка с использованием пектинового концентрата ПК-78

Вариант Б

I :'■:'■ вода:/ Г пп-зз"

купажныи растВОР

яблочный сок

смешивание

1=80° т=10 мин

Рис.10. Технологическая схема приготовления напитка с низкоэтерифициро-ванным пектином ПП-38

На основании проведенных исследований были предложены рецептуры реальных напитков (табл.5), которые исследовали по основным качественным показателям. Введение пектиновых стабилизаторов позволило создать устойчивые дисперсные системы, причем консистенция напитка с увеличением дозировки менялась от слабовязкой к средневязкой. Результаты исследований выявили, что введение пектинового компонента существенно повышает стойкость напитков и позволяет увеличить ее при использовании высокоэтерифицирован-ного пектина до 20 дней (рис11).

На стабильность, связанную с микробиологической порчей напитков, большое влияние оказывало присутствие антиоксиданта- аскорбиновой кислоты. Введение 0,1% аскорбиновой кислоты в сочетании с лимонной кислотой, которое обеспечивает в совокупности эффект антиоксидантного действия при высокой активной кислотности (рН 3,0 - 3,2), сформировало высокую биологическую стабильность создаваемых напитков.

Совокупность всех вышеперечисленных факторов позволила получить стойкие напитки с отличными органолептическими показателями.

Поскольку молекулы бета-каротина подвержены распаду под воздействием кислорода, особенно усиливающимся присутствием кислот (низким значением рН), необходимо было убедиться, что содержание бета-каротина в продуктах на протяжении всего срока хранения напитка не опускалось ниже 5 мг в 100 мл напитка, т.е. его физиологический эффект, а следовательно, и функциональная направленность напитка не снижались.

- * кл

0.8 0.6 0.4 концентрация, %

Рис.11. Влияние пектина на стойкость напитков

Таблица 5

Рецептуры функциональных напитков

Содержание компонентов, г на 100 г напитка Варианты рецептур

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Пектин высокоэтери- фированный 0,4 0,4 0,4 0,6 0,6 0,8 0,8 - - -

Пектин низкоэтери- фицированный 0,4 0,6 0,6

"Циклокар" 0,085 0,170 0,340 0,170 0,340 0,170 0,340 0,340 0,170 0,340

Аскорбиновая кислота 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10 0,10

Лимонная кислота 0,20 0,20 0,20 0,16 0,16 0,12 0,12 0,12 0,12 0,12

Яблочный сок - 31,0 20,7 20,7 31,0 31,0 20,7 31,0 31,0 31,0

Сахароза 11,0 8,7 9,6 9,6 8,0 8,5 9,4 8,7 8,7 8,7

Вода ост*' ост ост ост ост ост ост ост ост ост

ост-остальное

3.4.4. Исследование содержания бета-каротина в напитках

В ходе исследования было установлено, что пектин не только повышает стойкость продуктов, но и оказывает стабилизирующее действие на изменение содержания диспергированного в напитке бета-каротина.

Закономерно, что стабилизирующий эффект усиливается с увеличением концентрации пектина. Так, содержание бета-каротина в напитке с 0,4% пектина через 20 суток хранения в провокационных условиях снизилось на 41, 5%, с 0,6% пектина - на 39,5% , а при дозировке пектина 0,8% - на 33,5%.

Для сравнения, в контрольном напитке содержание бета - каротина снизилось на 81% (рис. 12).

Стабилизирующее действие пектина может быть связано с тем, что в его присутствии, при повышении вязкости дисперсионной среды, происходит снижение способности к свободной миграции молекул растворенного в ней кислорода. Это ограничивает, очевидно, контакт молекул кислорода с молекулами бета-каротина.

Учитывая, что гелеобразую-щая способность пектинов позволяет, помимо растворов повышенной вязкости, создавать

Рис.12. Влияние пектина на изменение содержания бета-каротина в напитках

пищевые системы со структурированной в гель средой, к которым относятся, в частности, желе, представляло интерес изучить влияние пектиновых добавок на изменение содержания бета-каротина в этой группе продуктов.

3.4.5.Изучение стабилизирующего эффекта пектина на бета-каротин в

структуре желе

Результат эксперимента по изучению изменения содержания бета-каротина в желе подтвердил ожидаемое стабилизирующее действие пектина, о котором можно судить по данным рис.13. С увеличением концентрации пектина прослеживается та же закономерность, что и в случае с напитками, однако, в отличие от напитков, сокращение потерь в желе гораздо более существенно. В течение месяца содержание бета-каротина в желе практически не изменилось.

В ходе исследования были разработаны рецептуры желе функциональной направленности, включающие бета-каротин и аскорбиновую кислоту.

Результаты исследований по созданию функциональных продуктов питания (безалкогольных напитков и желе), содержащих бета-каротин, ас-кобиновую кислоту и пектин, позволили предложить новую лечебно- профилактическую пищевую добавку, состав которой защищен патентом Российской Федерации (Заявка № 96109733 от 27 мая 1996).

СРОК ХРАНЕНИЯ, НЕДЕЛИ

Рис.13. Влияние пектина на содержание бета-каротина в желе

Выводы

1. Теоретически обоснована целесообразность создания функциональных безалкогольных напитков и желе, а также введения в пищевые продукты физиологически ценных пищевых добавок - бета-каротина и аскорбиновой кислоты. Теоретически обоснована эффективность применения пектиновых добавок для стабилизации многокомпонентных систем, содержащих бета-каротин и аскорбиновую кислоту.

2. Разработана усовершенствованная технология получения пектиновых веществ из растительного сырья гид рол и зу ющим и агентами, полученными электрохимическим синтезом разбавленных растворов минеральных солей.

3. Изучен качественный состав гидролизующих агентов с кислыми значениями рН (анолитов) в зависимости от исходного солевого состава и впервые использован новый солевой состав для получения эффективных анолитов, не содержащих соединений активного хлора.

4. Изучена реакционная способность и установлена селективность действия технологических растворов с кислыми и щелочными свойствами, полученных из солевой смеси в реакциях гидролиза и деэтерификации пектиновых молекул.

5. Разработана технология новой жидкой желирующей добавки Телекон", содержащей высокоэтерифицированный яблочный пектин в количестве 4,2%, и практические рекомендации по её стабилизации, обеспечивающие сохранение свойств в течение 6 месяцев.

6. Показана принципиальная возможность использования католитов для получения высококачественных низкоэтерифицировэнных пектинов.

7. Осуществлены выбор и обоснование композиции физиологически ценных добавок для функциональных напитков, включающей водно-диспергируемую форму бета-каротина "Циклокар", аскорбиновую кислоту и пектиновую добавку Телекон".

8. Впервые исследована возможность использования воднодисперги-руемой формы бета-каротина в составе безалкогольных напитков и желе с кислыми значениями рН и показана возможность её стабилизации путем введения пектиновой добавки.

9. Разработаны рецептуры функциональных безалкогольных напитков, содержащие композицию физиологически ценных добавок.

10. Разработаны рецептуры желе функциональной направленности, включающие бета-каротин, аскорбиновую кислоту и пектин.

Публикации по теме диссертационной работы

1. Родина Т.В., Малченко O.A., Кочеткова A.A., Паничева С.А. О некоторых особенностях выбора гидролизующих агентов в технологии концентратов пектина // Тезисы докладов Всероссийской конференции "Электрохимическая активация в медицине, сельском хозяйстве, промышленности".-М.-1994, ч.2-с. 113-115.

2. Малченко O.A., Родина Т.В.,Томашевич Э.В., Паничева С.А.," Гелекон"-желирующая добавка"//Пищевая промышленность.-1995, №9.-с.27.

3. Соболева Н.П., Родина Т.В., Малченко O.A., Токарева И.Н. Витаминизированные напитки с пектином/У Пищевая промышленность.-1996, №6.-с. 32.

4. Кочеткова А.А., Тужилкин В.И., Гернет М.В., Малченко О.А, Паничева С.А., Колесное А.Ю., Родина Т.В. Способ получения жидкой желирующей добавки. Решение о выдаче патента РФ от 08.11.95 по заявке № 94042494 от 22.11.94.

5. Родина Т.В., Соболева Н.П. , Кочеткова A.A., Гернет М.В, и др., всего 9 человек. Лечебно-профилактическая пищевая добавка. Заявка №96109733 от 27 мая 1996.

The executed research is devoted to development of technology of functional dairy products (soft drinks, jellies), containing beta-carotene, ascorbic acid and pectin.

It is elaborated new technology of liquid pectin additive with application of ecology pure electrochemical synthesis methods.

It is shown, that using of such additive results in formation of heightened stability soft drinks. Using of high-esterificated pectin lets to increase the stability of functional soft drinks, containing beta-carotene, ascorbic acid, citric acid and natural apple juice till 20 days.

The application of pectin additive also leads to decrease beta-carotene losses during shelf life of products. So, pectin affects not only the soft drinks stability, but also the beta-carotene content.

The recipes and technologies of functional soft drinks and jellies have been worked out.

The technology of liquid pectin additive and the composition of ingredients for functional products are patented in Russia.

Summary