автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.01, диссертация на тему:Разработка технологии желейного мармелада на основе пасты из топинамбура и натурального меда

На правах рукописи

ЛИТВИНОВА Анастасия Андреевна

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ЖЕЛЕЙНОГО МАРМЕЛАДА НА ОСНОВЕ ПАСТЫ ИЗ ТОПИНАМБУРА И НАТУРАЛЬНОГО МЕДА

05.18.01 - Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж — 2013

2 6 СЕН 2013

005533725

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Воронежский государственный университет инженерных технологий». Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Магомедов Газибег Омарович, ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий».

Официальные оппоненты: Корячкина Светлана Яковлевна,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО «Государственный университет - УНПК», заведующая кафедрой

Яковлев Евгений Алексеевич, кандидат технических наук, ООО «КРЦ «ЭФКО - Каскад», аттестованный менеджер по оказанию технологического сервиса. Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Воронежский

государственный аграрный университет им. императора Петра I», г. Воронеж.

Защита состоится «10» октября 2013 года в 13 часов 30 минут на заседании совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук Д 212.035.04 при ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» по адресу: 394036, г. Воронеж, проспект Революции, 19, конференц-зал.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах), заверенные гербовой печатью учреждения, просим присылать ученому секретарю совета Д 212.035.04.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО ВГУИТ. Автореферат размещен в сети Интернет на официальном сайте Министерства образования и науки РФ по адресу: vak.ed.gov.ru и на официальном сайте ФГБОУ ВПО ВГУИТ www.vsuet.ru «09» сентября 2013 года

Автореферат разослан «09» сентября 2013 года

Ученый секретарь совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Современная тенденция формирования здорового рациона питания диктует необходимость создания принципиально новых кондитерских изделий с минимальным содержанием сахара и жировых компонентов, производство таких изделий позволит перевести их из группы «риска» в группу продуктов здорового питания. В связи с чем, необходимо совершенствовать существующие и создавать принципиально новые технологии переработки отечественного растительного сырья в полуфабрикаты, с максимальным сохранением исходной пищевой ценности, и конструировать на их основе кондитерские изделия с применением высокоэффективных и интенсивных технических приемов.

Как известно, желейные кондитерские изделия на основе природных полисахаридов обладают значительной сахароемкостью, низким содержанием или практически полным отсутствием таких важных функциональных компонентов как витамины, микро-, макроэлементы и присутствием искусственных вкусоароматических компонентов, что является существенным недостатком.

Актуальной задачей для кондитерской отрасли является полная замена сахара в рецептурах желейного мармелада и при этом обогащение его микро-, макроэлементами, витаминами и пищевыми волокнами. Для этого целесообразно использовать природный подсластитель - натуральный мед, а так же продукты переработки растительного сырья, в частности клубни топинамбура, биотехнологический потенциал которых обусловлен значительным содержанием инулина, пектиновых веществ, фруктозы, витаминов, микро- и макроэлементов.

Вопросами по созданию технологий рационального использования натурального меда и растительного сырья, а именно топинамбура, в производстве продуктов питания посвящен ряд работ отечественных и зарубежных ученых: Н.Г. Чепурного, Н.М. Пасько, В.Н. Зеленкова, Л.П. Пащенко, Л .В. Антиповой, С.Я. Корячкиной, Г.О. Магомедова, К.К. Полянского, S. Bogdanov, S. Hoffinann и других. Однако применительно непосредственно к технологии кондитерских изделий требуются дополнительные исследования и обобщения результатов в развитии малых производств.

Диссертационная работа выполнялась в рамках НИР кафедры «Технология хлебопекарного, макаронного и кондитерского производств» Воронежского государственного университета инженерных технологий «Разработка энерго- и ресурсосберегающих чистых технологий переработки сельхозсырья в конкурентоспособные хлебобулочные, кондитерские и макаронные функциональные продукты на основе медико-биологических воззрений» (№ г. р. 01970008815, на 2011-2015 гг.).

Цель исследований: комплексная переработка клубней топинамбура в гаоре с последующей ферментной обработкой для получения концентрированной пасты; создание на основе пасты и натурального меда с использованием интенсивного способа формования «шприцеванием» в барьерную полимерную оболочку желейного мармелада повышенной пищевой, пониженной энергетической ценности и сахароемко-сти, с увеличенным сроком хранения.

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи:

— дать характеристику химического состава клубней топинамбура сорта «Интерес» с функционально-технологической позиции для последующего получения концентрированной пасты и кондитерских изделий на ее основе;

— обосновать выбор, определить условия и создать оптимальную мультэнзимную композицию ферментных препаратов с использованием методов математического планирования для регулирования уровня вязкости пюре из топинамбура;

— разработать экспериментальную установку и технологию для получения концентрированной пасты из топинамбура, исследовать ее качественные показатели и определить условия и сроки хранения;

— исследовать процесс студнеобразования желейного мармелада, полученного на основе концентрированной пасты из топинамбура и натурального меда, установить технологические параметры и дозировки рецептурных компонентов, обеспечивающих заданные структурно-механические свойства;

— исследовать влияние рецептурных компонентов, способа формования и упаковочных материалов на показатели качества желейного мармелада в процессе хранения, определить условия и сроки его хранения;

— разработать технологию нового желейного мармелада повышенной пищевой, пониженной энергетической ценности и сахароемкости, с увеличенным сроком хранения;

— провести промышленную апробацию технологии производства желейного мармелада на основе пасты из топинамбура и патоки, на основе натурального меда и на основе пасты из топинамбура и меда; разработать и утвердить проект технической документации (ТУ, ТИ, РЦ); провести расчет экономической эффективности внедрения предлагаемой технологии.

Научная новизна работы. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность проведения ферментативного гидролиза некрахмалистых полисахаридов пюре топинамбура с целью снижения его вязкости. Выявлена зависимость снижения вязкости пюре при его обработке ферментными препаратами КоЬарес! БА6Ь, Вгсигауте ВОХ и предложена новая мулиэнзимная композиция.

Научно обоснована и экспериментально подтверждена возможность

получения концентрированной пасты (\Усв=50,0-60,0 %) из ферментированного пюре топинамбура. Исследованы реологические свойства пасты, что позволило отнести ее к неньютоновским жидкостям с коагуляционной структурой, для которых характерны свойства псевдопластичности.

Исследованы реологические свойства мармеладной массы на основе концентрированной пасты, которые можно описать степенной зависимостью. При этом отмечается, что увеличение дозировки агара и пасты приводит к повышению пластической прочности мармеладного студня, а патоки - к снижению. В результате получена математическая зависимость пластической прочности мармеладной массы от рецептурных компонентов и определен оптимальный состав рецептурной смеси (агар : концентрированная паста: патока = (1,2-1,4 %): (28-32 %) : (28-32 %)).

Обоснованы технологические параметры для получения мармеладного студня на основе натурального меда без сахара с использованием методов математического планирования. Определены оптимальные условия технологического процесса: продолжительности выстойки 68 мин, дозировка меда 73,05 % к массе рецептурной смеси, при этом пластическая прочность мармеладного студня - 24,56 кПа.

Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность производства желейного мармелада с увеличенным сроком хранения, повышенной пищевой, пониженной энергетической ценности и сахароемкости на основе концентрированной пасты из топинамбура и натурального меда.

Практическая значимость исследования. Определены оптимальные параметры для проведения ферментной обработки пюре топинамбура.

Разработана технология и предложена экспериментальная установка для получения концентрированной пасты из топинамбура с максимальным сохранением исходных свойств сырья.

Разработаны рецептуры и технология производства желейного мармелада повышенной пищевой, пониженной энергетической ценности, сахароемкости и себестоимости, с увеличенным сроком хранения.

Предложен инновационный способ формования мармеладной массы с помощью вакуумного шприца в барьерную полимерную оболочку, который позволяет сократить технологический процесс за счет исключения таких технологических операций как выстойка, обсыпка сахаром, сушка, упаковка, а так же увеличить сроки хранения с 3 до 6 месяцев.

Разработанная технология производства желейного мармелада прошла промышленную апробацию на ОАО «Сагуповский мясокомбинат», где формование проводили с использованием вакуум-шприца ЯоЬо1-500 «\Vemag» (производительность 300-500 кг/ч) в полимерную барьерную оболочку «Амифлекс Мини» (с!=16 мм).

Ожидаемый экономический эффект от реализации 1 тыс. т/год желейного мармелада на основе концентрированной пасты из топинамбура составит 7,83 млн. р., желейного мармелада на основе концентрированной пасты из топинамбура и натурального меда - 16,67 млн. р.; желейного мармелада на основе натурального меда - 31,82 млн.р.

Новизна технических решений подтверждена патентами РФ: №2467070 «Способ получения концентрированной пасты из топинамбура»; № 2486764 «Способ получения желейного мармелада с использованием пасты из топинамбура»; № 2485805 «Способ получения желейного мармелада на основе натурального меда».

Научные положения, выносимые на защиту:

— научно обоснованная технология получения концентрированной пасты высокой пищевой ценности из ферментированного пюре топинамбура;

— инновационный способ формования желейных мармеладных масс в барьерную полимерную оболочку с помощью вакуумного шприца с последующим герметичным термоспаиванием;

— научно обоснованная технология производства желейного мармелада повышенной пищевой, пониженной энергетической ценности и сахароемкости, увеличенного срока хранения, позволяющая сократить производственный цикл, количество единиц оборудования, производственные площади и снизить себестоимость готового продукта.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертационное исследование соответствует п. 2, 3, 4 и 6, 7 паспорта специальности 05.18.01 - «Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства».

Апробация результатов исследования. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на международных научно-технических конференциях и форумах: «Производство продуктов для здоровья человека - как составная часть науки о жизни» (Воронеж, 2012); «Кондитерские изделия XXI века» (Москва, 2013); «Техника и технология пищевых производств» (Могилев, 2013); «Производство и переработка сельскохозяйственной продукции: менеджмент качества и безопасности» (Воронеж, 2013); на всероссийских научно-практических конференциях: «Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности» (Бийск, 2011); «Инновационные технологии в пищевой промышленности» (Самара, 2011); «Инновационные идеи молодых исследователей для агропромышленного комплекса России» (Пенза, 2013); на отчетных научных конференциях ВГУИТ за 2010-2013 гг. Разработки экспонировались на выставках регионального и федерального уровней.

Публикации. По материалам исследований опубликовано 19 научных работ, в том числе, 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК; 3 статьи в отраслевых журналах; 1 коллективная монография; 10 тезисов докладов в материалах конференций; 3 патента РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, пяти глав, которые посвящены экспериментальным исследованиям, выводов, списка использованных источников, приложений и представлена на 199 страницах машинописного текста, в 51 таблицах и 46 рисунках. Библиография включает 127 наименований, в том числе 9 зарубежных.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы и охарактеризована научная новизна и практическая ценность работы.

Глава 1. Аналитический обзор научно-технической литературы. Проведен информационно-патентный поиск и обобщены сведения о современном состоянии и развитии производства функциональных и обогащенных кондитерских изделий. Приведена характеристика клубней топинамбура и натурального меда как перспективных сырьевых ресурсов, источников ценных и физиологически активных ингредиентов в отрасли. Обобщен современный опыт концентрирования фруктово-овощного сырья. Показана целесообразность использования ферментной обработки растительного сырья в производстве плодоовощной продукции. Сформулированы цель и задачи диссертационного исследования.

Глава 2. Объекты и методы исследований. Исследования проводили согласно схеме экспериментальных исследований (рис. 1).

Объекты исследования: топинамбур свежий, клубни (ТУ 10-115593); ферментные препараты Rohapect DA6L, BrewZyme BGX (СанПиН 2.3.2.1293-03); стевиозид (ТУ 9111-446-46473637-98); мед натуральный (ГОСТ Р 54644-2011); сахар-песок (ГОСТ 21-94); крахмальная патока (ГОСТ Р 52060-2003); агар пищевой (ГОСТ 16280-2002); кислота лимонная пищевая (ГОСТ 908-2004).

Экспериментальные исследования проводили в условиях научно-исследовательской лаборатории кафедры технологии хлебопекарного, макаронного и кондитерского производств ВГУИТ, в научно-исследовательской лаборатории AHO НТЦ «Комбикорм», на кафедре физической и аналитической химии, в центре стратегического развития научных исследований ВГУИТ.

В работе использовали органолептические, химические, микробиологические, биохимические методы анализа сырья, полуфабрикатов и готовых изделий. Содержание Сахаров в топинамбуре и продуктах его

Рис. 1. Схема экспериментальных исследований

переработки определяли фотоколориметрическим методом; пищевых волокон - ферментно-гравиметрическим; минеральных веществ — по ГОСТ 30502-97, 26570-95, 13496.1-98; сырого протеина - по ГОСТ 13496.4-93; витаминов В1 и В2 - по ГОСТ 25999-83; инулина - методом, основанным на реакции Селиванова; витамина С в сырье и продуктах его переработки — методом прямого амперометрического титрования; моносахаров в пюре до и после ферментной обработки - методом тонкослойной храмотографии; массовую долю сухих веществ и влаги - термогравиметрическим и рефрактометрическим методами; аминокислотный состав - на приборе «Капель 105» методом капиллярного электрофореза; динамическую вязкость пюре на синусоидальном вибровискозиметре БУ-Ю. Содержание гидроксиме-тилфурфурола в меде - по ГОСТ Р 52834-2007; диастазное число - колориметрическим методом. Органолептические показатели желейного мармелада - по ГОСТ 5897-90; массовую долю редуцирующих веществ - фер-рицианидным методом; активную и титруемую кислотность - тигриметри-ческим и потенциометрическим методами; эффективную вязкость — на ротационном вискозиметре «Реотест»; пластическую прочность — на структу-рометре С-1; антиоксидантную активность - на анализаторе «ЦветЯуза-01-АА». Микробиологические показатели - прямым подсчетом колоний с применением дифференциально-диагностических сред. В работе использовали методы математической статистики и оптимизации.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

ГЛАВА 3. Разработка технологии получения концентрированной пасты из клубней топинамбура.

Определение химического состава показало, что в клубнях топинамбура сорта «Интерес» содержится (г/100 г сырой массы): общей влаги

- 78,00; сырого протеина - 1,94; редуцирующих веществ - 3,81; инулина

- 11,78; пищевых волокон - 3,74; витаминов (мг/100 г сырой массы): аскорбиновой кислоты (С) - 15,20, тиамина (ВО - 0,81, рибофлавина (В2) -1,04, пиридоксина (В6) - 0,20*, фолиевой кислоты (В9) - 18,50 (мкг)*; минеральных веществ (мг/100 г сырой массы): Ыа - 2,57; К - 197,50; Са -16,50; Mg - 30,00; Р* - 75,50; Ре* - 0,26; - 8,53; 2п*(мкг) - 3,37 (* -осредненные литературные данные). Результаты анализа химического состава показывают, что клубни топинамбура сорта «Интерес» содержат широкий спектр полезных для здоровья человека веществ.

Анализ существующих технологий переработки клубней топинамбура показал, что на данный момент топинамбур используется как сырьевой источник для промышленного получения инулина, пектина, фруктозы и глюкозо-фруктозных сиропов, однако не достаточно распространены способы переработки топинамбура с комплексным ис-

пользованием его функциональных свойств в готовом продукте. В связи с этим перспективным является производство из клубней топинамбура концентрированной пасты, применение которой в производстве желейного мармелада позволит обогатить его пищевыми волокнами, витаминами, микро- и макроэлементами, а так же снизить его сахароемкость.

Качественные показатели концентрированных фруктово-овощных полуфабрикатов зависят от вязкости перерабатываемого пюре, резкое возрастание которой при концентрировании замедляет процесс удаления влаги, что усложняет работу оборудования и приводит к ухудшению органолептических и физико-химических показателей готового полуфабриката.

Для обеспечения процесса концентрирования необходимо снизить вязкость пюре топинамбура. Данные, полученные при изучении химического состава клубней топинамбура, показывают, что значительная часть сухих веществ приходится на нерастворимые полисахариды: целлюлозу, гемицеллюлозу и пектиновые вещества. Одним из технологических средств снижения вязкости плодоовощных пюре является применение ферментных препаратов (ФП) геммицеллюлазного и пекто-литического действия. С этой целью использовали ФП с выраженной пектолитической активностью ЯоЬарес! БА6Ь (не менее 438 ед.ПгА/г) и ФП Вгеи^уте ВйХ гемицеллюлазного действия (6500 ед.ГцА/г), имеющие так же высокий уровень активности целлюлазы.

Установлено, что ФП ЫоЬарес! ЭА6Ь в 4 раз снижает вязкость гпоре с 5,62 до 1,52 Пах при температуре гидролиза 50 °С (рис. 2, 3).

о 6 --------------■---:----т--------:--------------и 6 г............................................-...........-.....т......-.......——..........

О 20 40 60 80 100 120 Время обработки, мин

Рис. 2. Динамика изменения вязкости пюре топинамбура при дозировке ферментного препарата Rohapect DA6L в количестве (ед. ПгА/1 г пектина): 1 - 5; 2 - 10; 3 - 15 (температура обработки 5 °С)

20 40 60 80 100 Время обработки, мин

Рис. 3. Динамика изменения вязкости пюре топинамбура при обработке его ферментным препаратом Лопарей ИАбЬ при температуре обработки (°С): 1 - 40; 2 - 50; 3 - 60 (10 ед.ПгА/1 г пектина)

Дозировка ФП и температура оказывают значительное влияние на скорость процесса гидролиза, чем выше температура процесса гидролиза

(40-60 °С) и дозировка фермента (5,10, 15 ед. ПгА/1 г пектина), тем быстрее снижается вязкость пюре, однако при достижении верхнего предела (60 °С и 15 ед. ПгА/1 г пектина) эффективная вязкость изменяется незначительно, что обусловлено термической инактивацией фермента.

Применение ФП Вге\у2уте В ОХ способствует снижению эффективной вязкости пюре топинамбура с 5,62 до 2,87 Пас при температуре процесса 50 °С. Наибольшее влияние на скорость гидролиза оказывают такие параметры как дозировка ФП и температура процесса (рис. 4,5).

20 40 60 80 100 Время обработки, мин

120

20 40 60 80 100 Время обрабоки, мин

120

Рис. 4. Динамика изменения вязкости пюре топинамбура при дозировке ферментного препарата Вге\у2уте В ОХ (ед.ГцА/ 1 г гемицеллюлозы): 1— 5; 2 — 10; 3 — 15 (температура обработки 50 ""С)

Рис. 5. Динамика изменения вязкости пюре топинамбура, обработанного ферментным препаратом Вге\угуте ВвХ при температуре обработки (°С): 1 - 40; 2 - 50; 3 - 60 (10 ед ГцА/ 1 г гемицеллюлозы)

Оптимальными условиями проведения ферментной обработки, с точки зрения снижения вязкости пюре топинамбура, является дозировка КоЬарес! БАбЬ 10 ед. ПгА/1 г пектина и дозировка Вгеуйуте В ОХ 10 ед. Г'цА/1 г гемицеллюлозы в течение 100 мин (рис. 2, 4). Дальнейшее увеличение концентрации ФП и времени обработки нецелесообразно, т. к. не приводит к значительному снижению вязкости пюре.

При обработке пюре ФП КоЬарес! БАбЬ (10 ед. ПкА/1 г пектина, 50 °С) происходит накопление массовой доли сухих веществ с 20,0 до 20,4 %, массовой доли редуцирующих веществ с 3,45 до 4,14 %, при этом содержание инулина составляет 10,4 г/100 г пюре, что незначительно меньше, чем для исходного пюре - 10,7 г/100 г пюре.

Выявили увеличение массовой доли сухих веществ пюре при обработке ФП Вге\угуте ВОХ (10 ед. ГцА/ 1 г гемицеллюлозы, 50 °С) с 20,0 до 20,81 %, массовой доли редуцирующих веществ с 3,45 до 4,58 %, при этом содержание инулина составило 10,47 г/100 г пюре. Это объясняется тем, что в результате гидролиза гемицеллюлозы и разрушения инулина под действием температуры происходит накопление некоторого количества моносахаров.

Для рационального использования выбранных ФП и повышения эффективности их действия представляется целесообразным создание мультэнзимной композиции. Моделирование и применение подобных композиций позволяет говорить о возможности комплексного воздействия на компоненты сырья, при этом действие пектолитических ферментов будет сочетаться с действием целлюлаз и гемицеллюлаз.

С применением симплекс-метода по плану Шеффе определен оптимальный состав мультэнзимной композиции: Rohapect DA6L 7,86 ед.ПгА/1 г пектина (ХО, BrewZyme BGX 2,14 ед.ГцА/1 г гемицеллю-лозы (Х2), при котором вязкость пюре 1,33 Па-с, при проведении обработки при температуре 50 °С в течение 80 мин (рис. 6).

Концентрирование ферментированного

пюре до массовой доли сухих веществ т л г-л л п/ Рис. 6. Расчетная номограмма

50,0-60,0 % осуществляли на экспериментальной установке путем перекачивания пюре через змеевик автоклава (площадь нагрева змеевика 0,053 м2) при избыточном давлении пара в тепловой рубашке 0,2-0,3 МПа в течение 50-120 сек, температура продукта на выходе из пароотделигеля 105-110 °С.

Установлено, что эффективная вязкость концентрированной пасты с увеличением температуры и скорости сдвига снижается, при этом резкое снижение происходит в интервале скорости сдвига от 0 до 6 с"1, что характерно для псевдопластичных жидкостей (рис. 7).

Полученные реологические уравнения (1, 2) описывают зависимость эффективной вязкости (т], Па-с) и напряжения сдвига (Т, Па) концентрированной пасты (Wcb=55,0 %) от скорости сдвига (у, с"1) (рис. 8) и температуры (Т, °С) с учетом эмпирических коэффициентов:

Ъф = (116,13 - 0,7922 • С) • yC0.0005t-0.779i) (1) т = (188,64 - 1,3166 • С) • y(0.000St+0.2209) (2)

х.. ей ГиА/1 г геншелпмазы

200

О

<в 180

tz

160

л

b 140

о

<*> 120

к

GQ 100

К

03 80

X

m

х

DO

Ф -в- 40

•е- 20

о

у ,=102,56 х-0'7639; у2=72,291 х0'7596; у3=62,338 X"0'7498; у4=53,064х°-™1.

1 —

Ó*

--------- ====

и г А о в

Скорость сдвига, с1 Рис. 7. Зависимость эффективной вязкости концентрированной пасты из топинамбура с массовой долей сухих веществ 55,0 % от скорости сдвига при температуре (°С): 1 - 25; 2 - 45; 3 - 65; 4 - 85

Концентрированная паста из топинамбура - это гомогенная вязкая масса, светло-бежевого цвета, со сладким вкусом и фруктовым запахом (табл. 1).

Концентрированная паста соответствует требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01 «Гигиенические требования к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов». Прове- Рис. 8. Кривые течения концентрированной пасты денные исследования позво- из топинамбура (\Усв=55,0 %) при температуре лили определить условия и (°С): I-25; 2-45; 3-65,4 - 85

сроки хранения пасты при 18-20 °С не менее 6 месяцев в герметичной непрозрачной таре.

Таблица 1

Физико-зсимические показатели концентрированной пасты из топивамбура

Наименование показателя Значение

Массовая доля сухих веществ, %: 55,00

Массовая доля редуцирующих веществ, % 13,30

Титруемая кислотность, град 3,50

Сырой протеин, г/100 г продукта 2,32

Пищевые волокна, г/100 г продукта 8,36

Содержание инулина, г/100 г продукта 27,45

Суммарная антиоксидантная активность, мг кверцетина/100 г 47,98

Аскорбиновая кислота (С), мг/100 г продукта 18,66

Тиамин (В]), мг/100 г продукта 0,90

Рибофлавин (В2), мг/100 г продукта 1,50

Минеральные вещества, мг/100 г продукта:

Ыа 4,02

К. 274,31

Са 50,30

Мр 43,00

Р* 146,73

Ре* 3,35

81* 9,70

* — расчетные значения

Комплексный анализ состава, физико-химических и функционально-технологических показателей концентрированной пасты из топинамбура позволяет сделать вывод о том, что паста представляет собой натуральный пищевой биокорректор по содержанию витаминов, минеральных веществ и пищевых волокон, применение которого в качестве рецептур-

у,=167. 99

13х0,236'4 у3=99,653х0-25М; У2=113,99Х0'2404; у4=84,133х0Д659.

10 20 30

Скорость сдвига, с-'

ного компонента в производстве новых видов кондитерских изделий является перспективным направлением развития кондитерской отрасли.

Глава 4. Научные и технологические аспекты применения концентрированной пасты в производстве желейного мармелада.

С целью снижения сахароемкости и увеличения пищевой ценности желейного мармелада исследована возможность полной замены сахара на концентрированную пасту из топинамбура. Получение желейного мармелада с использованием концентрированной пасты осуществляли по следующей схеме (рис. 9).

Рис. 9. Структурная схема получения желейного мармелада на основе концентрированной пасты из топинамбура

Для формирования сладкого вкуса желейного мармелада использовали природный подсластитель — стевиозид, который вносили в количестве 0,12-0,23 % от массы рецептурной смеси. Рациональными орга-нолептическими характеристиками обладает образец желейного мармелада с дозировкой стевиозида 0,18 %.

С увеличением дозировки концентрированной пасты (от 18,29 до 42,70 %) продолжительность формирования студнеобразной структуры сокращается до 45 мин по сравнению с контрольным образцом (65 мин) (рис. 10). По значению пластической прочности наиболее приближен к контролю образец 3 (23,45 кПа), содержащий максимальную дозировку пасты (42,70 %) и минимальную дозировку патоки (18,29 %). Но при этом по органолептическим показателям он уступает образцам 2 и 3. Образец 1 имеет наименьшее значение пластической прочности (21,1 кПа) и низкий процент содержания концентрированной пасты (18,29 %), что отрицатель-

но скажется на пищевой ценности готового изделия. Таким образом, рациональной совокупностью свойств обладает образец 2, который содержит 30,51 % концентрированной пасты и 30,51 % патоки, при этом его пластическая прочность равна 22,1 кПа.

Исключение стадии уваривания рецептурной смеси из технологического процесса производства желейного мармелада способствует сохранению биологически ценных компонентов концентрированной пасты, а высокая массовая доля сухих веществ (55,0 %) в пасте позволяет увеличить долю растительной части в готовом изделии.

Для определения оптимальных дозировок рецептурных компонентов желейного мармелада проведена статистическая обработка экспериментальных данных по методике центрального композиционного ротата-бельного планирования. Получено уравнение регрессии (3), отражающее зависимость пластической прочности у (кПа) от дозировок агара Xj (%), концентрированной пасты х2 (%) и патоки х3 (%).

у=15,03+6,76Xr4,84ХГ3,74Х3+0,053Х,2+1,11Х22+1,15Х32-

-1,89Х]Х2+1,05X2X3-1,83Х/ (3)

Методом сканирования на равномерной сетке установили оптимальное соотношение агара (1,2-1,4 %), концентрированной пасты (28,0-32,0 %) и патоки (28,0-32,0 %), позволяющее получить мармеладный студень с пластической прочностью 21,0-23,0 кПа.

Исследованы органолептические и физико-химические показатели мармелада на основе концентрированной пасты из топинамбура (табл. 2).

Формование мармеладной массы шприцеванием в барьерную полимерную оболочку «Амифлекс Мини» с последующим термоспаиванием позволяет хранить его не менее 180 суток, при этом на конец срока хранения снижение содержания влаги составило 2,0 %, массовая доля редуцирующих веществ (с 10,75 % до 10,86 %) и титруемая кислотность незначительно увеличиваются. Антиоксидантная активность и содержание витамина С на конец срока хранения составили соответственно 14,44 мг кверцетина и 7,61 мг на 100 г продукта.

Продолжительность выстойки, мин

Рис. 10. Динамика изменения пластической прочности желейной мармеладной массы: 1 - образец 1; 2 - образец 2, 3 - образец 3; 4 - контроль «Желейный формовой»

Таблица 2

Органолептичсские п фнзико-химические показатели мармелада на основе _концентрированной пасты из топинамбура_

Наименование показателей Значение

Вкус сладко-кислыи

Запах фруктовый

Цвет кремовый

Консистенция студнеобразная

Массовая доля влаги, % 57,25

Массовая доля редуцирующих веществ, % 10,75

Титруемая кислотность, град 17,90

Содержание инулина, г/100 г 8,15

Суммарная антиоксидантная активность, мг кверцетина/100 г 17,82

Содержание витамина С, мг/100 г 8,35

Анализ микробиологических показателей желейного мармелада на основе пасты из топинамбура, отформованного в полимерную барьерную оболочку «Амифлекс Мини» и герметично упакованных термоспаиванием, на момент изготовления и по истечению 6 месяцев хранения показал их соответствие требованиям СанПин 2.3.2.1078-01.

Выявили снижение энергетической ценности мармелада на основе пасты из топинамбура (674,07 кДж /161 ккал) по сравнению с мармеладом «Желейный формовой» (1272,79 кДж / 304 ккал) на 598,72 кДж (143 ккал), и увеличение пищевой ценности, вследствие чего удовлетворение потребности взрослого человека в пищевых волокнах составляет 41,50 %, в витамине С - 9,28 %; в витамине В! - 18,00 %; в витамине В2 - 25,56 %, что позволит отнести новое кондитерское изделие к функциональным продуктам.

Глава 5. Разработка способа производства желейного мармелада на основе натурального меда.

Использование меда в кондитерских изделиях (сбивные, молочные, помадные конфеты, леденцы, халва, пастила, нуга) обусловлено его вкусоароматическими свойствами, однако они не имеют функциональной и диетической направленности за счет свойств натурального меда, т. к. технологические режимы, применяемые при их производстве, угнетают полезные свойства меда.

Для приготовления опытных образцов выбрано два наиболее распространенных по Воронежской области сорта меда: гречишный и подсолнечниковый. Исследованы их органолептические и физико-химические показатели, которые указывают на соответствие требованиям ГОСТ Р 54644-2011 «Мед натуральный. Технические условия». Определена рациональная температура (45 °С) подготовки и переработки натурального меда, позволяющая сохранить его свойства, и не

приводит к образованию гидроксиметилфурфурола, который является индикатором нарушения технологических режимов.

Использование различных сортов меда позволит варьировать органолептические свойства готовых изделий и, тем самым, создать «линейку» вкусов желейного мармелада.

Полная замена сахара и патоки на натуральный мед при производстве желейного мармелада позволит получать изделия функциональной направленности, за счет внесения фруктозы, микро- и макроэлементов, витаминов, органических кислот меда и отказа от использования искусственных вкусо-ароматических компонентов.

Приготовление желейного мармелада на основе натурального меда осуществляли следующим образом. Агар растворяли в воде при нагревании, полученный раствор охлаждали до 50-55 °С и смешивали с подогретым натуральным медом (не более 45 °С), в полученную массу при температуре не более 45 °С вносили лимонную кислоту. Далее мармеладную массу формовали методом «шприцевания» в полимерную барьерную оболочку «Амифлекс Мини» (d=16 мм), отформованные образцы охлаждали до комнатной температуры и термоспаивали.

Установили, что полная замена сахара и патоки в рецептуре желейного мармелада на основе натурального меда приводит к снижению пластической прочности на 2,8-3,4 кПа и составляет 23,9-24,5 кПа (рис. 11).

С использованием экспериментально-статистического подхода получили регрессионное уравнение (4), адекватно описывающее зависимость пластической прочности желейной мармеладной массы у (кПа) от технологических факторов: дозировки меда Xj (г) и времени выстойки х2 (мин).

у=21,10-7,83Х,+2,59Х2+0,18Х,Х2+2,28Х,2+1,34Х22 (4)

Определены оптимальные значения дозировки меда (73,05 %) и продолжительности выстойки (68 мин, Твыстойки = 20±2 °С), когда пластическая прочность мармеладного студня достигает максимального значения - 24,56 кПа.

Исследован процесс хранения (180 сут., табл. 3) мармелада на основе натурального меда, отформованного в полимерную барьерную

О 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

Продолжительность выстойки. мин

Рис. 11. Динамика изменения пластической прочности мармеладной массы: 1 - контроль «Желейный формовой»; 2 - «Подсолнечниковый», 3 — «Гречишный»

оболочку «Амифлекс Мини» и герметично упакованного термоспаиванием. Контрольный образец - мармелад на основе натурального меда, отформованный методом отливки в силиконовые формы.

Таблица 3

Органолептические и физико-химические показатели желейного мармелада _на основе натурального меда (0/90/180 суток хранения)_

Наименование показателей Мармелад на основе натурального меда

контроль опыт

0 | 90 | 180 0 | 90 | 180

Органолептические показатели

Вкус и запах ярко выраженные, без постороннего привкуса и запаха

Цвет свойственный цвету используемого меда

Консистенция студнеобразная

Поверхность гладкая, слегка влажная гладкая, подсушенная гладкая слегка влажная

Физико-химические показатели

Масс д. влаги, % 39,07 21,56 17,23 39,07 38,58 38,39

Масс. д. РВ, % 61,53 72,80 70,30 61,53 60,36 58,65

Титруемая кислотность, град 5,50 7,65 8,00 5,50 5,78 6,15

Исследовали изменение суммарной антиоксидантной активности (АОА) желейного мармелада на основе натурального меда, отформованного в барьерную оболочку, в процессе хранения (рис. 12). Сравнивая полученные данные, можно сделать вывод, что снижение АОА мармелада после 180 сут. хранения произошло на 3,4 и 4,4 % соответственно для мармелада на гречишном и подсолнечниковом меде соответственно.

Рис 12. АОА натурального меда и образцов желейного мармелада: 1 - гречишный мед; 2- подсолнечниковый мед,

3 — свежий мармелад «Гречишный»;

4 - 180 сут. хранения;

5 - свежей мармелад «Подсолнечниковый»;

6 - 180 сут. хранения;

7 - свежий мармелад «Желейный формовой»;

8 - 180 сут. хранения 1 2 3 4 5 6 7 8

Аналитические исследования содержания витамина С в мармеладе показали, что он достаточно устойчив при хранении. Потери на конец срока хранения составили 3,9 % для мармелада «Гречишный» и 4,5 % для мармелада «Подсолнечниковый». Этому благоприятствует наличие фла-воноидных соединений в меде, которые предотвращают окислительные

процессы, а так же отсутствием доступа света и кислорода воздуха за счет формования и упаковки в полимерную барьерную оболочку.

Данные исследований микробиологических показателей свидетельствуют, что мармелад на основе натурального меда сохраняет микробиологическую стабильность на протяжении всего срока хранения и полностью удовлетворяет требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01.

Таким образом, оценивая изменения качественных показателей желейного мармелада на основе натурального меда при хранении можно сделать вывод о том, что полимерная барьерная оболочка «Амифлекс Мини» способствует сохранению свойств желейного мармелада и тем самым увеличению срока хранения.

Установлено, что полная замена сахара и патоки в желейном мармеладе позволяет снизить его энергетическую ценность (971,34 кДж / 232,0 ккал) по сравнению с мармеладом «Желейный формовой» (1272,79 кДж /304 ккал) и увеличить пищевую ценность, вследствие чего, удовлетворение потребности взрослого человека составило в витамине С — 6,78 %; Бе - 5,84 %; Р - 1,64 %; К -1,05 %; Са-1,02 %.

Исследована возможность замены патоки в рецептуре желейного мармелада на основе пасты из топинамбура на натуральный мед. Установлено положительное влияние меда на процесс формирования студнеобразной структуры (рис. 13). Происходит увеличение пластической прочности мармеладного студня (23,9 кПа) по сравнению с мармеладной массой на основе пасты из топинамбура и патоки (22,1 кПа).

Получены изделия со сле-

0 1 0 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120

Продолжительность высгойки, мин Рис. 13. Динамика изменения пластической прочности мармеладной массы:

1 -контроль «Желейный формовой»;

2 - мармелад мед + паста; 3 - мармелад на основе пасты из топинамбура

дующими показателями качества: вкус сладким; запах приятныи медовый; цвет в зависимости от сорта меда; консистенция студнеобразная, массовая доля сухих веществ - 50,8 %; массовая доля редуцирующих веществ - 32,76 %, титруемая кислотность - 5,4 град.

Содержание инулина в готовом мармеладе, вследствие внесения концентрированной пасты из топинамбура, составило 7,96 г на 100 г продукта. Замена патоки на натуральный мед способствовала увеличению антиоксидантной активности и содержания витамина С в конечном продукте и составила 13,40 мг кверцетина на 100 г продукта и 8,75 мг/100 г продукта соответственно.

Введение меда взамен патоки в рецептуре желейного мармелада на основе пасты из топинамбура привела к улучшению его органолептиче-ских показателей, снижению энергетической ценности за счет уменьшения доли углеводов, к увеличению пищевой ценности, вследствие обогащения готового изделия микро- и макроэлементами и витаминами.

ВЫВОДЫ

1. Исследован химический состав клубней топинамбура сорта «Интерес». Показано присутствие нерастворимых пищевых волокон (16 % на СВ), инулина (53,5 % на СВ), витаминов, микро- и макроэлементов, которые формируют функционально-технологические свойства топинамбура.

2. С учетом данных химического состава обоснован выбор ФП, исследованы особенности ферментного гидролиза некрахмалистых полисахаридов топинамбура с целью снижения вязкости пюре с применением муль-тэнзимной композиции оптимального состава (ЯоЬарес! БА6Ь 7,86 ед.ПгА/1 г пектина, Вгешгуше ВвХ 2,14 ед.ГцА/1 г гемицеллюлозы).

3. Разработана экспериментальная установка и технология получения концентрированной пасты из топинамбура с содержанием сухих веществ 50,0-60,0 %. Исследованы органолептические, физико-химические, структурно-механические свойства концентрированной пасты, установлены условия и сроки хранения при 18-20 °С не менее 6 месяцев в герметичной непрозрачной таре.

4. В ходе экспериментальных исследований и формализации полученных данных, которые имеют практическое значение, получены математические зависимости пластической прочности желейных мармеладных масс от дозировки вносимых рецептурных компонентов (агар, паста из топинамбура, патока, мед) и продолжительности выстойки, установлены их оптимальные соотношения при максимальном значении пластической прочности.

5. Подтверждена целесообразность формования желейных мармеладных масс шприцеванием в барьерную полимерную оболочку «Амиф-лекс Мини» с последующим термоспаиванием для повышения стабильности качественных и потребительских характеристик в процессе хранения.

6. Технология производства желейного мармелада с использованием концентрированной пасты из топинамбура и натурального меда, в которой реализуется интенсивный способ формования «шприцеванием» в барьерную полимерную оболочку «Амифлекс Мини» с последующим термоспаиванием, имеет ряд существенных преимуществ по сравнению с традиционной: интенсификация и упрощение технологического процесса; сокращение единиц оборудования и производственных площадей; разнообразие и качество форм мармелада; применение индивидуальной штучной упаковки.

Разработанный желейный мармелад можно считать функциональным в соответствии с установленными нормами, выявлено снижение энергетической ценности на 25,0-48,0 %, сахароемкекли — 28,8-75,4 %, а так же увеличение пищевой ценности в сравнении с мармеладом «Желейный формовой». Употребление 100 г разработанных изделий обеспечивает степень удовлетворения суточной нормы в пищевых волокнах на 41,25-41,50 %; витаминах - 6,78-25,94 %; микро- и макроэлементах - 5,84-16,68 %.

7. Экономическая эффективность технологических решений подтверждена промышленной апробацией предлагаемых технологий желейного мармелада на промышленном оборудовании; разработаны и утверждены проекты технической документации (ТУ, ТИ, РЦ).

Основные публикации по диссертационной работе Публикации в изданиях, рекомендованные ВАК РФ

1. Магомедов, Г.О. Концентрированная паста из топинамбура [Текст] / Г.О. Магомедов, М.Г. Магомедов, В.В. Астрединова, Н.И. Му-саев, A.A. Литвинова //Пищевая промышленность. - 2012. — № 2. - С. 24-26. - 0,19 п.л. (лично автором 0,04 п.л.).

2. Магомедов, Г.О. Желейный мармелад на основе натурального меда [Текст] / Г.О. Магомедов, М.Г. Магомедов, В.В. Астрединова, A.A. Литвинова // Кондитерское производство. — 2013. - № 3. - С. 10-12. -0,19 п.л. (лично автором 0,05 пл.).

Монографии

3. Магомедов, Г.О. Анализ существующих методик определения инулина в растительном сырье и продуктах его переработки [Текст] / Г.О. Магомедов, М.Г. Магомедов, A.A. Литвинова, O.E. Ходырева // Проблемы экспертизы, повышения и стабилизации потребительских свойств товаров : коллективная монография. Ч. 3. / под общ. науч. ред. К.К. Полянского. - Воронеж: Издательскополиграфич. центр «Научная книга», 2013. - С. 99-107.-0,56 пл. (лично автором 0,11 пл.).

Зарубежные издания

4. G. Magomedov, L. Lobosova, М. Magomedov, V. Astredinova, А. Litvinova, L Barsukova. Fermented puree of topinambur tubers in production of jelly confectionery // Scientific enquiry in the contemporary world: theoretical basics and innovative approach. Vol. 4. Technical Sciences,L&L Publishing, Ti-tusville,FL,USA.—2012. — C. 151-155.-0,31 пл. (личноавтором0,05 пл.).

Статьи и материалы конференций

5. Магомедов, Г.О. Концентрированная паста из топинамбура [Текст] / Г.О. Магомедов, М.Г. Магомедов, В.В. Астрединова, Н.И. Мусаев, A.A. Литвинова // Материалы П Всеросс. научно-практич. конф. с международным участием «Инновационные технологии в пищевой промышленности» - Самара, 2011 - С. 124-125.-0,13 пл. (лично автором 0,03 пл.).

6. Магомедов, М.Г. Проблемы концентрирования плодоовощного сырья [Текст] / М.Г. Магомедов, В.В. Астрединова, Н.И. Мусаев, A.A. Литвинова // Материалы 4-й Всеросс. научно-практич. конф. с международным участием «Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности» -Бийск, 2011 - С. 391-393. - 0,19 пл. (лично автором 0,05 пл.).

7. Магомедов, Г. О. Применение ферментных препаратов в производстве концентрированной пасты из топинамбура [Текст] / Г.О. Магомедов, М.Г. Магомедов, В.В. Астрединова, A.A. Литвинова, Н.И. Мусаев // Актуальная биотехнология. - 2012. — № 1. -С. 16-19. - 0,25 п.л. (лично автором 0,05 пл.).

8. Магомедов, Г.О. Перспективы использования продуктов переработки клубней топинамбура в производстве пастило-мармеладных кондитерских изделий [Текст] / Г.О. Магомедов, Л.А. Лобосова, М.Г. Магомедов,

B.В. Астрединова, A.A. Литвинова, И.Г. Барсукова// Актуальная биотехнология.-2012.-№4(3).-С. 11-15.-0,31 пл. (личноавтором0,05 пл.).

9. Магомедов, Г.О. Желейные кондитерские изделия на основе продуктов переработки клубней топинамбура [Текст] / Г.О. Магомедов, М.Г. Магомедов, В.В. Астрединова, A.A. Литвинова // Материалы Меж-дунар. научно-технич. конф. «Производство продуктов для здоровья человека - как составная часть науки о жизни» - Воронеж, 2012. - С. 87-94. - 0,31 пл. (лично автором 0,08 пл.).

10. Магомедов, Г.О. Инновационная технология производства желейного мармелада на основе натурального меда [Текст] / Г.О. Магомедов, М.Г. Магомедов, В.В. Астрединова, A.A. Литвинова // Материалы Междунар. научно-технич. конф. «Производство продуктов для здоровья человека - как составная часть науки о жизни» - Воронеж, 2012. -

C. 279-285. - 0,44 пл. (лично автором 0,11 пл.).

11. Магомедов, Г.О. Перспекшва использования натурального меда в производстве кондитерских изделий функционального назначения [Текст] / Г.О. Магомедов, М.Г. Магомедов, В.В. Астрединова, A.A. Литвинова // Материалы L науч. конф. преподавателей и научных сотрудников В ГУ ИТ за 2011 г.-Воронеж, 2012.-С. 49.-0,06 п.л. (лично автором 0,02 пл.).

12. Литвинова, A.A. Применение топинамбурового пюре для производства функциональных пастило-мармеладных изделий [Текст] / A.A. Литвинова, Г.О. Магомедов, Л.А. Лобосова, М.Г. Магомедов, В.В. Астрединова, И.Г. Барсукова, Е.О. Кулдошина, О.Ю. Кичатова // Материалы IX междунар. конф. «Кондитерские изделия XXI века» - Москва, 2013. - С. 167-170. - 0,25 пл. (лично автором 0,03 пл.).

13. Лобосова, Л.А. Функциональные пастило-мармеладные изделия с топинамбуровым пюре [Текст] / Л.А. Лобосова, М.Г. Магомедов,

B.B. Астрединова, A.A. Литвинова // Материалы II Междунар. научно-практич. конф. «Производство и переработка сельскохозяйственной продукции: менеджмент качества и безопасности». - Воронеж, 2013. -

C. 101-104. - 0,25 п.л. (лично автором 0,06 пл.).

14. Литвинова, A.A. Использование концентрированной пасты из топинамбура в производстве фруктово-желейного мармелада [Текст] / A.A. Литвинова, Г.О. Магомедов // Сборник материалов Всерос. науч-но-практич. конф. студентов, аспирантов и молодых ученых «Инновационные идеи молодых исследователей для АПК России». - Пенза, 2013. - С. 108-110. - 0,19 пл. (лично автором 0,09 п.л.).

15. Астрединова, A.A. Перспективное направление в технологии переработки клубней топинамбура [Текст] / В.В. Астрединова, A.A. Литвинова, Г.О. Магомедов // Материалы IX Междунар. научно-технич. конф. «Техника и технология пищевых производств». - Могилев, 2013.

- С. 52. - 0,06 п.л. (лично автором 0,02 пл.).

16. Магомедов, М.Г. Использование пчелиного меда в производстве желейного мармелада [Текст] / М.Г. Магомедов, A.A. Литвинова, Г.О. Магомедов // Материалы IX Междунар. научно-технич. конф. «Техника и технология пищевых производств». - Могилев, 2013. - С. 111. — 0,06 п.л. (лично автором 0,02 п.л.).

Патенты

17. Пат. 2467070 РФ, МПК С13К 11/00, A23L 1/212. Способ получения концентрированной пасты из топинамбура [Текст] / Магомедов Г.О., Магомедов М.Г., Астрединова В.В., Мусаев Н.И., Литвинова A.A.; заявитель и патентообладатель Воронеж, гос. технол. акад. - № 2011112624/13; заявл. 01.04.2011.; опубл. 20.11.2012, Бюл. № 32. - 6 с. -0,38 п.л. (лично автором - 0,08 пл.).

18. Пат. 2485805 РФ, МПК, A23L 1/06, 1/29. Способ получения желейного мармелада на основе натурального меда [Текст] / Магомедов Г.О., Магомедов М.Г., Астрединова В.В., Мусаев Н.И., Литвинова A.A.; заявитель и патентообладатель Воронеж, гос. универ. инженерных технологий. -№ 2012101737/13; заявл. 18.01.2012.; опубл. 27.06.2013, Бюл. № 18.

- 7 с. - 0,44 пл. (лично автором - 0,09 пл.).

19. Пат. 2486764 РФ, МПК A23L 1/06. Способ получения желейного мармелада с использованием пасты из топинамбура [Текст] / Магомедов Г.О., Магомедов М.Г., Астрединова В.В., Мусаев Н.И., Литвинова A.A.; заявитель и патентообладатель Воронеж, гос. универ. инженерных технологий. - № 2011147444/13; заявл. 22.11.2011.; опубл. 10.07.2013, Бюл. № 19. -7 с. - 0,44 пл. (лично автором - 0,09 пл.).

'Автор выражает благодарность к.т.н., доценту

Магомедову Магомеду Гасановичу за консультации при выполнении работы

Подписано в печать 28.08.2013. Формат 60x84 1/16. Усл. печ. л. 1.0 Тираж 100 экз. Заказ № 140

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» Адрес университета и отдела полиграфии ФГБОУ ВПО «ВГУИТ»: 394036, Воронеж, пр. Революции, 19

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ

ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНЖЕНЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

На правах рукописи

ЛИТВИНОВА АНАСТАСИЯ АНДРЕЕВНА

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ЖЕЛЕЙНОГО МАРМЕЛАДА НА ОСНОВЕ ПАСТЫ ИЗ ТОПИНАМБУРА И НАТУРАЛЬНОГО МЕДА

Специальность 05.18.01 - Технология обработки, хранения и переработки

злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства

Диссертация

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Магомедов Г. О.

Воронеж 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 6

ГЛАВА 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ ЛИТЕРАТУРЫ 8

1.1 Функциональные продукты в современной структуре питания. Перспективы создания функциональных кондитерских изделий 8

1.2 Топинамбур - перспективное растительное сырье в производстве кондитерских изделий 11

1.2.1 Характеристика клубней топинамбура как объекта исследования 11

1.2.2 Существующие способы получения полуфабрикатов из топинамбура для производства кондитерских изделий 16

1.3 Натуральный мед, как биологически ценный компонент кондитерских изделий 18

1.3.1 Комплексная характеристика натурального меда 18

1.3.2 Способы производства кондитерских изделий с использованием натурального меда 23

1.4 Существующие технологии концентрирования фруктовых и овощных пюре 26

1.5 Использование ферментных препаратов в производстве плодоовощной консервной продукции 31

Заключение 36

ГЛАВА 2 ОБЪЕКТЫ, МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.

METO ДИКИ ПОЛУЧЕНИЯ КОНДИТЕРСКИХ ИЗДЕЛИЙ 3 8

2.1 Объекты исследования 38

2.2 Методы исследования 38

2.3 Методики получения полуфабрикатов и кондитерских изделий 51

2.3.1 Методика получения концентрированной пасты из клубней 51 топинамбура

2.3.2 Методика приготовления желейного мармелада на основе концентрированной пасты из топинамбура 52

2.3.3 Методика приготовления желейного мармелада на основе натурального меда 53

2.4 Лабораторная установка для получения концентрированной пасты 54

2.5 Методика обработки экспериментальных данных 56

ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ

КОНЦЕНТРИРОВАННОЙ ПАСТЫ ИЗ КЛУБНЕЙ ТОПИНАМБУРА 57

3.1 Анализ химического состава клубней топинамбура 57

3.2 Подготовка клубней топинамбура и приготовление пюре 58

3.3 Изучение процесса ферментной обработки пюре топинамбура 61

3.3.1 Исследование влияния технологических параметров на

процесс ферментной обработки пюре топинамбура 61

3.3.2 Определение оптимального состава мультэнзимной композиции с применением методов математического планирования 69

3.3.3 Анализ продуктов гидролиза некрахмалистых полисахаридов пюре из топинамбура мультэнзимной композицией методом тонкослойной хроматографии 74

3.3.4 Цитологическое исследование пюре топинамбура до и после обработки ферментными препаратами 75

3.4 Получение концентрированной пасты из клубней топинамбура 78

3.4.1 Изучение реологических свойств концентрированной пасты 78

3.4.2 Исследование органолептических, физико-химических, функциональных свойств и безопасности концентрированной

пасты из топинамбура 82

3.4.3 Определение условий и сроков хранения концентрированной 88

пасты из топинамбура Заключение

ГЛАВА 4 НАУЧНЫЕ И ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

ПРИМЕНЕНИЯ КОНЦЕНТРИРОВАННОЙ ПАСТЫ В

ПРОИЗВОДСТВЕ ЖЕЛЕЙНОГО МАРМЕЛАДА 91

4.1 Выбор технологических режимов приготовления желейного мармелада с использованием концентрированной пасты из топинамбура 91

4.2 Анализ процесса структурообразования желейной мармеладной массы на основе концентрированной пасты из топинамбура 93

4.3 Оптимизация процесса приготовления желейного мармелада на основе концентрированной пасты из топинамбура 96

4.4 Исследование органолептических и физико-химических свойств желейного мармелада на основе концентрированной пасты из топинамбура 99

4.5 Исследование свойств желейного мармелада на основе концентрированной пасты из топинамбура в процессе хранения 101

4.6 Промышленная апробация технологии и разработка машинно-аппаратурной схемы производства желейного мармелада на основе концентрированной пасты из топинамбура 105

4.7 Пищевая, энергетическая ценности желейного мармелада на основе концентрированной пасты из топинамбура и степень удовлетворения суточной потребности в пищевых веществах 108

Заключение 113

ГЛАВА 5 РАЗРАБОТКА СПОСОБА ПРОИЗВОДСТВА

ЖЕЛЕЙНОГО МАРМЕЛАДАНА ОСНОВЕ НАТУРАЛЬНОГО МЕДА 114

5.1 Подбор технологических режимов приготовления желейного

мармелада на основе натурального меда 115

5.2 Анализ процесса структурообразования желейной массы на основе натурального меда 117

5.3 Оптимизация процесса приготовления желейного мармелада на основе натурального меда 119

5.4 Исследование органолептических, физико-химических свойств желейного мармелада на основе натурального меда 123

5.5 Исследование свойств желейного мармелада на основе натурального меда в процессе хранения 127

5.6 Пищевая, энергетическая ценность желейного мармелада на основе натурального меда и степень удовлетворения суточной потребности в пищевых веществах 133

5.7 Исследование процесса получения желейного мармелада на основе натурального меда и концентрированной пасты из топинамбура 135

5.8 Промышленная апробация технологии и разработка машинно-аппаратурной схемы производства желейного мармелада на основе натурального меда 139

Заключение

143

ВЫВОДЫ 144

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ 146

ПРИЛОЖЕНИЯ 159

ч

ВВЕДЕНИЕ

Современная тенденция формирования здорового рациона питания диктует необходимость создания новых кондитерских изделий, обладающих низкой энергетической и высокой пищевой ценностью. Производство такой продукции позволит перевести кондитерские изделия из группы «риска» в группу продуктов здорового питания. Такой перевод, возможно, осуществить путем совершенствования существующих и создания принципиально новых технологий переработки отечественного растительного сырья в полуфабрикаты с максимальным сохранением исходной пищевой ценности и конструирования на их основе, кондитерских изделий с применением высокоэффективных и интенсивных технических приемов.

Как известно, желейные кондитерские изделия на основе природных полисахаридов характеризуются значительной сахароемкостью и низким содержанием или практически полным отсутствием таких важных функциональных ингредиентов как пищевые волокна, витамины, микро- и макроэлементы, что является существенным недостатком данной группы кондитерских изделий.

Актуальным на сегодняшний день является полная замена сахара-песка и патоки в рецептурах желейного мармелада и обогащение его функциональными ингредиентами. Для этого целесообразно использовать природный подсластитель - натуральный мед, а так же продукты переработки растительного сырья, при этом значительный интерес вызывают клубни топинамбура.

Топинамбур обладает значительным потенциалом применения в пищевой промышленности, который в настоящее время задействован частично. Анализ существующих технологий его переработки показал, что на данный момент топинамбур используется как сырьевой источник для промышленного получения инулина, пектина, фруктозы и глюкозо-фруктозных сиропов, однако

не достаточно распространены способы переработки топинамбура с комплексным использованием его функциональных свойств в готовом продукте. В связи с этим перспективным является производство из клубней топинамбура концентрированной пасты, применение которой в производстве кондитерских изделий позволит обогатить их пищевыми волокнами, витаминами, микро- и макроэлементами, а так же снизить их сахароемкость.

ГЛАВА 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР НАУЧНО-ТЕХНИЧЕСКОЙ

ЛИТЕРАТУРЫ

1.1Функциональные продукты в современной структуре питания.

Перспективы создания функциональных кондитерских изделий

Питание представляет огромный интерес с самых разных точек зрения, так как это фундаментальный процесс, который лежит в основе жизнедеятельности всех живых организмов.

В настоящее время в России и во всех странах развитого мира наблюдается существенное изменение отношения человека к собственному здоровью. Сегодня уже не только у специалистов, но и у обычных потребителей не вызывает сомнений тот факт, что здоровье человека непосредственно связано с пищей, которую он ежедневно потребляет. Уравнение «здоровье есть функция питания» является базовым для современной науки о питании [57].

Функции питания заключаются в снабжении организма [53]: 1) энергией; 2) пластическими веществами, 3) биологически активными веществами. Сравнительно недавно появились данные о существовании четвертой функции питания, которая заключается в выработке иммунитета, как неспецифического, так и специфического. Установлено, что величина иммунного ответа на инфекцию зависит от качества питания. Полноценное питание усиливает иммунитет и повышает сопротивляемость инфекциям [56].

Интенсивное развитие науки о питании связано с совершенствованием методологии эпидемиологических исследований, достижениями протеомики и ге-номики, модернизацией аналитической базы для изучения химического состава пищевых продуктов, разработкой и широким внедрением в производство новых видов продуктов питания с заданным химическим составом и функциональными свойствами [ПО]. В результате появились концепции в области питания, которые направленные на улучшение здоровья путем создания новых пищевых продуктов, которые оказывают положительное воздействие на функции организма. Этому способствовало и накопление научных знаний о взаимосвязи между пищевыми

продуктами и здоровьем [112]. В настоящее время в медицинской науке принята концепция оптимального питания, то есть, осуществлен переход от концепции адекватного питания, когда регламентировались и нормировались макронутриен-ты (источники жира, энергии, пластического материала), к концепции оптимального питания, когда спектр эссенциальных и других минорных компонентов, на которые раньше не обращали внимания, значительно расширен [50 ,98].

В рамках развития концепции оптимального питания сформировано новое направление науки о питании - концепция функционального питания, включающая разработку теоретических основ, производства, реализации и потребления функциональных продуктов [99].

Согласно ГОСТ Р 52349 функциональный пищевой продукт - это продукт, предназначенный для систематического употребления в составе пищевых рационов всеми группами здорового населения, сохраняющий и улучшающий здоровье и снижающий риск заболеваний за счет наличия в его составе физиологически функциональных пищевых ингредиентов. К физиологически функциональным пищевым ингредиентам можно отнести биологически активные и/или физиологически ценные, безопасные для здоровья, имеющие точные физико-химические характеристики ингредиентов, для которых выявлены и научно обоснованы свойства, установлены нормы ежедневного потребления в составе пищевых продуктов (пищевые волокна, витамины, минеральные вещества, полиненасыщенные жирные кислоты, олигосахариды, бифидобактерии, антиоксиданты и другие, отдельно или в составе биологически активных добавок) [26].

Функциональные пищевые продукты в современной структуре питания занимают промежуточное место между продуктами массового потребления и диетическими продуктами.

Стремление человека к здоровому образу жизни и питанию способствует изменению рынка продуктов питания. В последние годы в России производители ориентируются на производство продуктов, полезных для здоровья, что способствует формированию рынка функциональных продуктов.

Российский рынок здоровых продуктов в настоящее время динамично развивается за счет продуктов отечественного и импортного производства. По данным компании ВизтеБ81аг «Анализ рынка функциональных продуктов в России в 2006-2010 гг., прогноз на 2011-2015 гг.» в 2010 г. объем рынка достиг 584 тыс. т. В натуральном выражении основной объем продаж функциональных продуктов приходится на кисломолочные продукты, второе место занимают хлебобулочные изделия, на третьем - зерновые каши и хлопья.

Стоимостный объем продаж функциональных продуктов в России постоянно растет. С 2006 г. по 2010 г. оборот рынка вырос на 60 %, то есть с 41,2 млрд. р. до 65,9 млрд. р. Согласно прогнозу Вштез81а1 в ближайшие годы рынок будет стабильно расти приблизительно на 8 % в год. В целом, стоимостный объем продаж функциональных продуктов к 2015 г. вырастет на 36 % по отношению к 2011 г., и составит 98,5 млрд. р. [91].

Производство функциональных продуктов питания - актуальная задача для специалистов отечественной пищевой промышленности. Разработка и выпуск продуктов этой группы - один из приоритетных путей реализации концепции государственной политики в области здорового питания населения на период до 2020 г. Наиболее действенное мероприятие в этом направлении - обогащение микронут-риентами продуктов массового потребления, в частности перспективной и доступной группой продукцией массового потребления являются кондитерские изделия. Известно, что пищевая ценность их невелика, в ряде случаев в них полностью отсутствуют витамины, пищевые волокна и другие ценные пищевые вещества. Это свидетельствует о целесообразности обогащения и создания принципиально новых кондитерских изделий, как продуктов для массового потребления [61 ,87].

На данный момент ассортимент функциональных кондитерских изделий на российском и мировом рынках представлен ограниченно, что определяет актуальность научных исследований в этом направлении с учетом современных достижений науки о питании [86].

Разработка новых видов кондитерских изделий и обогащение существующих, является одной из важнейших задач, стоящих перед кондитерской промыш-

ленностью. Цель этого мероприятия заключается в совершенствовании и расширении структуры ассортимента функциональных кондитерских изделий; экономии дефицитного сырья; снижении сахароемкости как следствие энергетической ценности кондитерских изделий. Решением данной проблемы является использование местных и нетрадиционных видов растительного сырья [2, 96].

1.2 Топинамбур - перспективное растительное сырье в производстве кондитерских изделий

1.2.1 Характеристика клубней топинамбура как объекта исследования

Топинамбур (Helianthus tuberous L. - «подсолнечник клубненосный») -многолетнее клубненосное крупное травянистое растение семейства астровых. В России топинамбур известен как «земляная груша».

Ближайшим родственником топинамбура является подсолнечник, однако, в отличие от него топинамбур образует многочисленные подземные клубни [35], окраска (белая, желтая, фиолетовая, с красным, светло-коричневым оттенком) которых зависит от сорта. Форма - грушевидная, может быть яйцевидная, продолговато-овальная и веретеновидная. Клубни имеют неровную поверхность. Одно растение формирует до 20-30 клубней. Масса клубня в зависимости от сорта и условий выращивания составляет от 10 до 100 г. Клубни топинамбура не имеют пробкового слоя, вследствие чего при хранении, если не создать необходимых условий, они теряют влагу и становятся вялыми.

Клубни топинамбура обладают высокой холодостойкостью и морозостойкостью, они могут неоднократно замерзать, оттаивать и при этом, не терять жизнеспособности. Не выкопанные клубни сохраняют жизненосность при снежном покрове 0,2-1,0 м, даже когда температура воздуха опускается до -34...-54 °С [8, 34, 73, 118].

Урожайность клубней топинамбура достаточно высока от 200 до 600 ц/га. Это одно из самых высокоурожайных растений. Вавилов Н.И. назвал топинамбур «растением-богатырем».

Химический состав клубней топинамбура зависит от сорта, почвенно-климатических условий, агротехники, так же он связан со сроками уборки урожая (весна, осень) и изменяется в процессе хранения [74, 116].

Клубни топинамбура обладают уникальным химическим составом, так как содержат практически все необходимые для нормального функционирования организма человека вещества. Содержание сухих веществ в клубнях составляет 19-30 %. В таблице 1.1 представлены усредненные показатели химического состава клубней топинамбура [89, 92].

Таблица 1.1

Средний химический состав клубней топинамбура_

Наименование показателя Содержание, % на сухое вещество

Белок 8,83-15,50

Жир 0,40-0,64

Фруктозаны: 45,00-80,00

спирторастворимые 21,7-60,00

водорастворимые 12,80-42,60

Пектиновые вещества 2,15-5,94

Гемицеллюлоза 0,77-2,57

Целлюлоза 2,30-6,35

Зола 5,00-9,60

Топинамбур относят к растительному сырью с относительно высоким содержанием белка. Основная доля белков приходится на водо- и солерастворимые фракции. Белки топинамбура представлены 17 аминокислотами, среди которых превалируют глютаминовая и аспарагиновая. Белок достаточен по содержанию �