автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.01, диссертация на тему:Разработка технологий продуктов питания функционального назначения на основе топинамбура

На правах рукописи

КУПИН Григорий Анатольевич

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ НА ОСНОВЕ ТОПИНАМБУРА

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

Краснодар - 2004

Работа выполнена в Кубанском государственном технологическом университете.

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Зайко Галина Михайловна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Донченко Людмила Владимировна;

кандидат технических наук, Бредихина Виктория Анатольевна

Ведущая организация: Краснодарский научно -

исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции Россельхозакадемии.

Защита состоится 24 июня 2004 года в 1230 час. на заседании диссертационного совета Д 212.100.05 при Кубанском государственном технологическом университете по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, корпус «А», конференц-зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного технологического университета.

Автореферат разослан 21 мая 2004 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета, доцент Минакова А.Д.

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1.1 Актуальность исследования. Создание и использование продуктов питания функционального назначения является основной составляющей концепции здорового питания населения России. Для производства функциональных пищевых продуктов, способствующих сохранению и улучшению здоровья людей, используют сырье, содержащее в нативном виде значительные количества физиологически активных макро- и микронутриен-тов, а также дополнительно обогащают такие продукты питания биологически активными веществами. В связи с этим, поиск новых источников пищевых ресурсов и использование нетрадиционного сырья растительного происхождения для производства функциональных продуктов питания является одной из важных проблем перерабатывающих отраслей АПК

В настоящее время в нашей стране и за рубежом проводятся исследования, направленные на изучение состава, свойств и областей применения такой уникальной растительной культуры как топинамбур (Helianthus tuberous L.), или, как ее еще называют, «земляная груша». Клубни топинамбура признаны ценным источником большого количества биологически активных веществ, положительно влияющих на процессы, происходящие в организме человека. Профилактический и лечебный эффекты топинамбура определяются его уникальным химическим составом, что дает возможность его использования в пищевой промышленности и медицине. Поэтому исследования, направленные на создание новых продуктов питания функционального назначения на основе топинамбура, представляют теоретический и практический интерес.

1.2 Цель и задачи исследований. Целью настоящих исследований является разработка научно-обоснованных рецептур и технологий продуктов питания функционального назначения на основе топинамбура.

Для достижения поставленной цели было предусмотрено решение следующих задач:

- исследовать функционально активные компоненты клубней топинамбура, районированного в Краснодарском крае, изучить его углеводный комплекс (инулин, фруктоза, пектиновые вещества);

- разработать математическую модель прогнозирования выхода пектиновых веществ из топинамбура при различных условиях проведения процесса гидролиза-экстрагирования;

- изучить свойства пектиновых веществ топинамбура, определить их качественные и количественные показатели в сравнении с товарными видами пектинов;

- исследоватьпоказатели, характеризующие процесс гидролиза инулина топинамбура;

- разработать рецептуры и технологию новых продуктов питания функционального назначения на основе топинамбура;

- провести комплексную оценку и опытно-промышленную апробацию новых продуктов питания на основе топинамбура по показателям качества и безопасности;

- разработать техническую документацию на производство новых продуктов питания функционального назначения.

13 Научная новизна работы. Теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены технологии продуктов питания функционального назначения на основе топинамбура. Установлено, что наибольшее количество физиологически функциональных ингредиентов содержится в клубнях топинамбура сорта «Интерес».

Определены оптимальные технологические параметры получения пектиновых веществ из топинамбура. Впервые исследованы их качественные и количественные характеристики в сравнении с образцами яблочного, цитрусового и свекловичного пектинов. Впервые исследованы продукты

щелочного гидролиза пектиновых веществ топинамбура и получены экспериментальные данные, подтверждающие высокие детоксикационные свойства пектина из топинамбура.

Впервые исследована кинетика гидролиза инулина топинамбура и рассчитаны константы скорости реакции. Установлено, что внесение в рецептурную композицию плодоовощных компонентов, имеющих низкое значение рН среды, влияет на процесс гидролиза инулина с образованием фруктозы и позволяет улучшить функциональные свойства пищевого продукта.

1.4 Практическая значимость работы. Разработаны и апробированы рецептуры и технологии продуктов питания функционального назначения на основе топинамбура. Разработана техническая документация на их производство: технологические инструкции и технические условия (ТУ 9162-107-02067862-2004 «Плодоовощной сок», ТУ 9163-051-020678622002 «Пюре плодоовощное»). Технологии апробированы на серийном производственном оборудовании цеха по переработке плодов УНПЛК «Технолог». Ожидаемый экономический эффект от внедрения разработанных продуктов составит: для плодоовощного сока и пасты - 5,5 тыс. руб., для пюре - 9,7 тыс. руб. на одну тонну продукции.

Технологии продуктов питания функционального назначения на основе топинамбура внедрены в учебный процесс по специальности 271400 -Технология детского и функционального питания - в лекционный курс и лабораторный практикум по дисциплине «Технология функционального питания».

Практическая значимость и новизна технического решения подтверждены патентом Российской Федерации № 2202231 «Плодоовощное торе для больных сахарным диабетом».

1.5 Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и были одобрены на 2-й региональной на-

учно-практической конференции молодых ученых (Краснодар, 1998 г.), на 1-й Российской научно-практической конференции «Актуальные проблемы инноваций с нетрадиционными растительными ресурсами и создания функциональных продуктов» (Москва, 2001 г.), на Международной научно-практической конференции «Научные основы и практическая реализация получения и. применения натуральных структурообразователей» (Краснодар, 2002 г.).

1.6 Публикации. Основные результаты проведенных исследований опубликованы в 9 печатных работах, получен патент на изобретение.

1.7 Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, четырех глав экспериментальной части, выводов и рекомендаций, списка литературы и приложений. Диссертация изложена на 147 страницах печатного текста, содержит 42 таблицы, 20 рисунков. Список литературы включает 200 источников.

2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Объекты исследований. В соответствии с целью и задачами работы в качестве объектов исследований использовались плоды и овощи, произрастающие на территории Краснодарского края: топинамбур, яблоки (яблочное пюре), рябина черноплодная (пюре из рябины черноплодной), айва, орехи грецкие, а также отруби пшеничные диетические, пектин яблочный, цитрусовый, свекловичный, пектин из топинамбура.

2.2 Методы исследований. Экспериментальная схема исследований представлена на рисунке 1. При выполнении работы использованы современные методы физико-химического анализа и стандартные, принятые в промышленности, методики.

Определение массовой доли инулина проводили гексоцианоферрат-ным методом; определение пектиновых веществ - кальций-пектатным методом; качественные характеристики пектина и его связывающую способность - титрометрическими методами; вязкость и молекулярную массу — вискозиметрическим методом.

Рисунок 1 - Схема экспериментальных исследований

3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

С целью обоснования выбора сорта топинамбура, наиболее перспективного для производства функциональных продуктов питания, нами был изучен углеводный комплекс топинамбура различных сортов, районированных на территории Краснодарского края и республики Адыгея. Результаты исследований, выполненных в 2000-2002 гг., приведены в таблице 1.

Таблица 1 - Углеводный комплекс топинамбура

Сорт топинамбура ■ Водо-раство римый пектин, % Про-топек: тин, % Сумма пектиновых веществ, % Массовая доля сухих веществ, % Массовая доля общих Сахаров, % Массовая доля инулина, %

на сухое вещество на сырое вещество

Интерес (Россия) 0,64 1,16 7,42 1,80- 24,24 18,60 9,45

Ингерес-21 (Россия) 0,59 1,16 7,62 1,77 23,22 18,42 8,85

4М-20 (Россия) 0,58 1,13 6,51 1,63 23,31 18,46 8,74

Скороспелка (Россия) 0,55' 1,11 7,50 1,58 23,45 18,55 8,25

Violet de Rennet (Франция) 0,56- 1,14 7,23 1,60 23,78 18,50 8,67

Из приведенных данных видно, что наибольшее содержание пектиновых веществ, инулина, общего сахара, как основных показателей качества топинамбура, содержится в сорте «Интерес», поэтому в дальнейших исследованиях использовался этот сорт. Из приведенных физиологически функциональных ингредиентов наибольший интерес представляет пектин. Содержание его в сырье достаточно высокое (около 8 % на сухое вещество). Нами проведены исследования по определению оптимальных условий выделения пектина с целью изучения его качественных характеристик. Полученные данные могут быть использованы также при разработке технологии получения • пектина из этого сырья. Проведение процесса гидролиза-

экстрагирования осуществляли согласно запланированному эксперименту на основе ротатабельных планов второго порядка Бокса-Хантера. Основными факторами процесса являлись: Х1 —рН среды; Хг—температура процесса, 0С; X}— время, час. После обработки результатов эксперимента и отсева незначимых коэффициентов было получено уравнение регрессии, описывающее изменение содержания пектиновых веществ в зависимости от температуры, рН среды и длительности процесса гидролиза-экстрагирования:

У- 3,32-Х, + 0,086-Х2+ 1,7-Х3+0,05-ХгХ3- 0,73-Х,2-0,94-Хз2- 6,2 (1)

Установлено, что на выход пектина из топинамбура основное воздействие оказывают кислотность среды и температура. Причем, выход пектина увеличивается с повышением активной кислотности в растворе и температуры процесса гидролиза-экстрагирования. Оптимальные условия для выделения пектиновых веществ: рН — 2, температура - 85 °С, время - 1 час, при этом их выход составляет 1,84 %. С помощью программы «Statistica 6.0» построены графические зависимости результатов эксперимента, отражающие изменение выхода пектиновых веществ при гидролизе-экстрагировании в различных условиях, рисунки 2,3.

У=ЗД7-Х,+0,095.Х2-0,73-Х|2-5Г33 " (2)

Рисунок 2 - Зависимость выхода пектиновых веществ от температуры и рН среды

Выход пектина, %

0.900 1.000 1.100 1.200 1.300 1,400 1,500 1,600 1,700 .1,800 аЬоуе

У=2,76-Х1+2,47-Хз-0)046-ХгХз-0,73-Х12-0,94-Хз2-1,47 (3)

Рисунок 3 - Зависимость выхода пектиновых веществ от рН среды • и длительности процесса гидролиза-экстрагирования

С целью определения свойств пектина из топинамбура были изучены

его качественные и количественные характеристики в сравнении с пектином из цитрусовых, яблок и сахарной свеклы, таблица 2.

Таблица 2 - Качественные и количественные характеристики пектинов

Вид пектина Количество свободных карбоксил ьных групп, % Количество метоксилир ованных карбоксильных групп, % .Чистота, % Степень этери-фика-ции,% Характеристическая вязкость пектина, Пуаз Сред-невесовая молекулярная масса, Да

Яблочный. 6Д 9,6 68,7 49,8 3,3 32200

Цитрусовый 6,4 9,9 65,2 55,2 2,7 26610

Свекловичный 8,6 5,2 62,2 35,4 2,7 26880

Пектин из топинамбура 5,3 8,7 62,1 47,2 2,8 27150

При разработке технологий пищевых продуктов с гарантированным содержанием пектина возникает необходимость в их тепловой обработке.

Известно, что молекула пектина при нагревании подвергается деструкции, поэтому была поставлена задача - найти оптимальный режим тепловой обработки растворов пектина из топинамбура, позволяющий сохранить высокие детоксикационные свойства последнего. Для этого определяли связывающую способность 1 %-ых растворов пектинов, подвергнутых кипячению в течение одного часа с интервалом в 15 минут, по отношению к свинцу, таблица 3.

Таблица 3 - Изменение связывающей способности растворов пектинов при тепловой обработке

Вид пектина Связывающая способность, %

контроль 15 минут 30 минут 45 минут 60 минут

Яблочный 67,4 67,1 66,3 65,0 63,7

Цитрусовый 603 60,0 58,2 57,0 56,2

Свекловичный 87,2 86,5 86,0 85,0 84,7

Пектин из топинамбура 76,4 76,0 74,5 74,0 73,7

В процессе исследований установлено, что при кипячении растворов пектинов происходит уменьшение связывающей их способности: яблочного - на 4,6 %, цитрусового - на 2,1 %, свекловичного - на 5,8 %, пектина из топинамбура — на 3,7 %. Эти изменения можно считать допустимыми с точки зрения возможности использования такой тепловой обработки в процессе производства продуктов питания, обогащенных пектином.

При исследовании свойств пектиновых веществ из топинамбура теоретический и практический интерес представляет изучение их гидролитических превращений в кислой и щелочной средах. Проведены исследования по изучению продуктов гидролиза пектинов в щелочной среде методом потенцио-метрического титрования.

Выбор рН среды обусловлен стремлением приблизить условия исследований к значению несколько выше этого показателя в кишечнике челове-

ка (исследования проведены при рН равным 11); выбор температур сделан исходя из условий проведения технологических процессов (нагрев и охлаждение) и протекания физиологических процессов в организмечеловека.

Независимо от разного времени контактирования растворов (от 5 мин до 72 ч) и температуры (5 0С, 37 °С, 95 0С), потенциометрические кривые однотипны и включают три четко выраженных скачка, рисунки 4-6. Графический анализ участков, соответствующих точкам полунейтрализации, показывает, что реакционные смеси во всех случаях состоят из солей слабых кислот, характеризуемых константами диссоциации рКа 4,8-4,9; 6,7-6,9 и 10,5-10,7. Исследования проведены аналогично для всех видов пектина, На примере пектина из топинамбура показано, рисунок 7, что при термостатировании образца при температуре 95°С (кривые 1, 2, 3, 4) происходят такие же изменения, как и при температуре 5 °С в течение 72 ч (кривая 5).

1—яблочный пектин

2-цитрусовый пектин

3—свекловичный пектин 4 - пектин из топинамбура

Рисунок 4 - Кривые потенциометри-ческого титрования 1 %-ных растворов пектина при температуре гидролиза 5 °С в течение 72 ч

Рисунок 5 - Кривые потенциомет-рического титрования 1 %-ных растворов пектина при температуре гидролиза 37 °С в течение 1 ч

1 -яблочный пекпш

2 - цитрусовый пекши

3-свекловичный пекган

4— пектин из топинамбура

Рисунок 6 - Кривые потенциометри-ческого титрования 1 %-ных растворов пектина при температуре гидролиза 95°С в течение 1 ч

Рисунок 8 - Кривые потенциометри-ческого титрования 0,1 н раствором НС1 0,5% растворов пектина из топинамбура

V, НС1, ст'

1-г 95°С, 15 мин; 4-1 95 °С, 60 мин; 1-Х 95°С,30 мин; 5-1 5°С, 72 ч 3-Х 95°С,45 мин; .

Рисунок 7 - Кривые потенциомет-рического титрования 1 %-ных растворов пектина из топинамбура

V, НС1, см3

1-30 мин, 137 "С; 3-60миМ95°С;

2-60 мин, 137 "С; 4-72ч,15°С

Рисунок 9 - Кривые потенцио-метрического титрования 0,5 % растворов пектина из топинамбура 0,1 моль/дм3 раствором НС1

V, НС1, сга3

1 - гидролиз без доступа кислорода.

2 - гидролиз с доступом кислорода

Кроме галактуроновой кислоты в продуктах гидролиза нами идентифицирована угольная кислота. Дополнительными исследованиями установлено, что образование угольной кислоты не наблюдается в продуктах гидролиза пектина при проведении эксперимента в условиях, изолированных от доступа воздуха, рисунок 8. Таким образом, выполненные экспериментальные исследования подтверждают сделанные теоретические предпосылки, приведенные на рисунке 8.

Рисунок 8 - Схема химических превращений молекулы пектина из топинамбура в щелочной среде Изучение гидролитических превращений пектина в щелочной среде позволило сделать вывод о том, что в пектине из топинамбура, так же, как и в пектинах других видов, происходит деэтерификация метоксильных групп,

высвобождение свободных карбоксильных групп, способных к связыванию

тяжелых и радиоактивных металлов и образование свободной галактуроно-

вой кислоты. Для расчета её количества нами применен метод определения

эквивалентного объема в потенциометрическом титровании, таблица 4.

Таблица 4 - Количество свободной галактуроновой кислоты после щелочного гидролиза пектинов

Вид пектина Время гидролиза, мин. Количество свободной галактуроновой кислоты, %

температура 37 °С температура 95 °С

Яблочный 5 10,55 15,25

15 10,79 15,36

30 10,89 15,44

60 10,97 15,47

Цитрусовый 5 10,25 ' 14,82

15 10,44 15,02

30 10,56 15,15

60 10,69 15,28

Свекловичный 5 10,00 13,82

15 10,25 13,98

30 10,36 14,07

60 10,44 14,18

Пектин из 5 10,13 14,45

топинамбура 15 10,32 14,54

30 10,44 14,73

60 10,53 14,79

Проведенные исследования позволили сделать вывод о том, что гидролиз пектина в щелочной среде протекает по двум направлениям:

1) происходит деградация молекулярных цепей пектина с разрывом гликозидного мостика и образованием свободной галактуроновой кислоты и метилового спирта. Образовавшаяся свободная галактуроновая кислота образует соль этой кислоты и воду;

2) происходит деэтерификация молекулярных цепей пектина (без разрыва гликозидного мостика) с образованием свободных карбоксильных групп и метилового спирта. В присутствии щелочи образуется натриевая соль пектовой кислоты и вода.

Полученные данные положены в основу прогнозирования функциональных свойств разрабатываемых продуктов питания.

При производстве продуктов функционального назначения важно иметь точные сведения о содержании отдельных функциональных ингредиентов в сырье. С целью изучения кинетики гидролиза инулина нами определено его содержание в топинамбуре. Проведен гидролиз инулина нативного сырья, сырья с добавлением лимонной кислоты и сырья с инактивирован-ной ферментной системой и добавлением лимонной кислотЫ. Отбор проб производили через каждые 15 минут. В отобранных образцах измеряли рН-метрический разностный показатель который прямо пропорционален содержанию фруктозы.

Изменение концентрации фруктозы при гидролизе инулина в различных условиях приведено на рисунке 10.

1 - гидролиз эндо- и экзогидролитическими ферментами;

2 — кислотный гидролиз;

3 — кислотный гидролиз после инактивации ферментов

Рисунок 10 - Изменение концентрации фруктозы при гидролизе инулина

Для расчета кинетики скорости химической реакции гидролиза инулина использовалось необратимое уравнение 1-го порядка. Для правильности выбора данного уравнения был построен график зависимости

функции

X

от времени гидролиза инулина и подтверждена ли-

нейная зависимость, показывающая необратимость химической реакции, рисунок 11.

1 ■ ■ 1

10 20 30 40 50 60 Время гщюлюа, мин

Рисунок 11 - Графическая зависимость, показывающая необратимость реакции гидролиза инулина

Таким образом, реакция распада молекулы инулина на 30-35 молекул фруктозы необратима. Формула необратимой реакции:

где А-инулин; В - фруктоза;

К - константа равновесия реакции гидролиза.

В соответствии с приведенной формулой определены концентрация фруктозы и константы скорости реакции гидролиза инулина в топинамбуре при различных химических реакциях, таблица 5.

Таблица 5 — Концентрации фруктозы и константы скорости реакции гидролиза инулина топинамбура

Вид реакции Концентрация фруктозы, % Константа скорости, с*1

Кислотный гидролиз 6,15 2,5*10"6

Ферментативный гидролиз 3,91 г^нг4

Кислотный гидролиз после инактивации ферментов 3,84 2,0*10"6

Проведенные исследования позволили установить, что происходит увеличение концентрации фруктозы за счет ферментов (инулиаз), содержащихся в топинамбуре, но увеличение это незначительно, очевидно эндо- и экзогидролитические ферменты топинамбура обладают низкой гидролитической активностью. Установлено, что с понижением рН увеличивается содержание фруктозы. На основании этого нами сделан вывод о целесообразности разработки рецептур и технологий продуктов питания функционального назначения на основе топинамбура с добавлением соков или пюре с низкими значениями рН среды.

С целью расширения ассортимента продуктов питания функционального назначения на основе топинамбура разработаны рецептуры и технологии пюре, сока и пасты, таблицы 6-8. В качестве рецептурных компонентов использовано сырье, приведенное в п. 2.1. При выборе соотношений рецептурных составляющих руководствовались пищевой и биологической ценностью сырья, а также органолептической оценкой готового продукта.

Таблица 6 - Рецептура и нормы расхода сырья на производство 1000 кг плодоовощного сока из топинамбура и айвы

Наименова-вие сырья Рецептура, кг Отходы и потери при сортировке, мойке, очистке, % Отходы при прессовании^ Потери по технологическим операциям, % Всего отходов и потерь, % Нормы расхода сырья, кг

Топинамбур 500 14 41 5 60 1250

Айва 500 5 40 5 .50 1000

При производстве сока из топинамбура и айвы образуются выжимки, которые могут быть использованы для выработки пасты, что позволяет применить безотходную технологию переработки топинамбура и айвы и получить еще один продукт функционального назначения.

Таблица 7 - Количество плодоовощной пасты, полученной из выжимок

при производстве 1000 кг сока

Наименование продукта Количество выжимок при производстве 1000 кг сока, кг Потери и отходы, % Массовая доля сухих веществ, % Количество готовой плодоовощной пасты, кг

в сырье в пасте

Плодоовощная паста 912,5 5 И 17 561,0

Таблица 8 - Рецептура и нормы расхода сырья на производство 1000 кг

плодоовощного пюре

Сырье и полуфабрикаты Рецептура, кг Отходы и потери при механизированной обработке, % Отходы и потери при смешивании и фасовании, % Нормы расхода сырья, кг

Пюре плодовое промышленного производства (яблочное) 456,0 3 470,1

Пюре плодовое промышленного производства (черноплодно-рябиновое) 100,0 - 3 103,1

Пюре овощное промышленного производства (топинамбуровое) 600,0 - 3 618,6

Ядро орехов грецких 30,0 0,3 2 30,7

Огруби пшеничные диетические гидратированные: Огруби пшеничные диетические Вода 10,0 12,0 0,2 1 1 10,24 12,06

Пектин яблочный 8,0 оа 1 8,1

Использованное нами сочетание пюре из топинамбура и пюре из черноплодной рябины и яблок способствует интенсификации процесса гидролиза инулина топинамбура, что, как уже отмечалось, приводит к значительному увеличению содержания фруктозы в плодоовощном пюре.

Технологическая схема производства сока и пасты из топинамбура и айвы приведена на рисунке 12.

Рисунок 12 - Технологическая схема производства сока и пасты из топинамбура и айвы

Химический состав разработанной продукции приведен в таблице 9. Таблица 9 - Химический состав плодоовощного сока, пасты и пюре

Наименование показателя Плодоовощной сок Плодоовощное пюре Плодоовощная паста

Энергетическая ценность, ккал 50,3 103,6 59,0

Сухие вещества, % 14,0 17,0 20,0

Белок, % и 2,2 1,5

Жиры, % - 1,6 0,1

Углеводы, % п а 16,0 14,0

Инулин, % 4,7 6,6 4,2

Пектиновые вещества, % 0,7 1,3 1,1

Зола,% 0,6 1,0 0,8

Органические кислопгы в расчете на яблочную, г 0,6 0,4 0,6

Минеральные вещества, мг/100 г

Натрий 6,4 8,6 8,5

Калий 145,0 180,0 150,0

Кальций 35,0 32,0 30,0

Магний 20,0 22,3 18,0

Фосфор 150,0 280,0 200,0

Железо 6,6 7,0 7Д

Витамины, мг/100 г

С 15,6 23,0 25,3

3-каротия 0,1 1,4 1,4

РР 0,5 оа 0,9

В результате проведенных токсикологических исследований установлено, что содержание в новых продуктах токсичных элементов, пестицидов, радионуклидов не превышает допустимых уровней.

Для определения сроков хранения плодоовощных сока, пюре и пасты нами определялось общее микробное число и органолептические показатели готовых изделий в течение 24 месяцев с интервалом в 3 месяца в сравнении с контролем (готовый продукт без хранения).

За весь период хранения не наблюдалось значительных изменении общего микробного числа, но органолептические показатели ухудшились к концу второго года хранения. На основании этого для разработанных продуктов питания нами рекомендован срок хранения не более 18 месяцев.

ВЫВОДЫ

1. Теоретически обоснован и экспериментально подтвержден выбор сорта топинамбура для использования в производстве продуктов питания функционального назначения. Установлено, что наибольшее количество физиологически функциональных ингредиентов - пектиновых веществ (7,42 % на сухое вещество) и инулина (9,45 %) содержится в клубнях топинамбура сорта «Интерес».

2. Разработана математическая модель и определены оптимальные технологические параметры проведения процесса гидролиза-экстрагирования пектиновых веществ из топинамбура: рН - 2, температура - 85 °С, время - 1 час, при этом их выход составляет 1,84 %. Получено уравнение регрессии и выявлено влияние температуры, рН среды и времени проведения гидролиза-экстрагирования на выход пектиновых веществ. Наиболее значимыми факторами являются кислотность среды и температура проведения гидролиза.

3. Определены качественные и количественные показатели пектиновых веществ топинамбура в сравнении с образцами яблочного, цитрусового и свекловичного пектинов. Установлено, что по содержанию свободных (5,3 %) и метоксилированных (8,7 %) карбоксильных групп, степени этерифика-ции (47,2 %), молекулярной массе (27150 Да) и связывающей способности (76,5 %) пектиновые вещества топинамбура существенно не отличаются от коммерческих образцов пектинов.

4. Методом потенциометрического титрования установлено, что при щелочном гидролизе пектиновых веществ топинамбура происходит деэте-рификация молекулы пектина и образуется свободная галактуроновая кислота; её количество не превышает количества галактуроновой кислоты, образующейся при щелочном гидролизе яблочного пектина, поэтому связывающая способность пектина из топинамбура по отношению к ионам свинца (76,5 %) также достаточно высока.

5. Исследован процесс гидролиза инулина топинамбура и установлено, что содержание фруктозы при кислотном гидролизе составляет 6,15 %, при ферментативном и кислотном гидролизе после инактивации ферментов - соответственно - 3,91 % и 3,84 %. Рассчитаны константы скорости реакции гидролиза инулина топинамбура.

6. Предложено использование в рецептурных композициях комбинации топинамбура и плодоовощных компонентов, имеющих низкое значение рН, благодаря чему значительно активизируется процесс гидролиза инулина с образованием фруктозы и, следовательно, улучшаются функциональные свойства готового продукта.

7. Разработаны технологии и рецептуры новых видов плодоовощных консервов функционального назначения на основе топинамбура и техническая документация на их производство.

8. Проведена опытно-промышленная апробация новых технологий и комплексная оценка продуктов функционального назначения на основе топинамбура по показателям качества и безопасности.

9. Ожидаемый экономический эффект от реализации 1 тонны готовых продуктов, составляет для плодоовощного сока и пасты - 5,5 тыс руб., для плодоовощного пюре из топинамбура - 9,7 тыс. руб.

Основные положения диссертационной работы опубликованы в следующих работах:

1. Купин ГА. Использование пектиносодержащих продуктов в профилактическом питании на предприятиях с вредными условиями труда / ГА. Купин, Г.М.Зайко // Сб. Матер. II региональной научно-практической конференции молодых ученых, Краснодар, КубГТУ, 22-23 ноября 1998 г. - С.98-99.

2. Шамкова Н.Т. Изменение молекулярной массы пектина при производстве консервированных продуктов питания / Н.Т. Шамкова, ГА Купин, Г.М.Зайко // В сб. Трудов КНИИХП: Хранение и переработка сельскохозяйственной продукции (прогрессивные технологии и оборудование). Выпуск 4. - Краснодар, 2000.- С. 59-61.

кции пектина в шелонно

3. Шапиро Ю.М. Потенциометрическое исследование деструкции пектина в щетнной среде / Ю.М. Шапиро, ГА. Купин. Г.М. Зайко // Изв. вузов. Пищевая технология. -2000. -№ 5-6. -С.90-91.

4. Купин ГЛ. Получение пектина из топинамбура / ГА. Кушш, Г.М. Зайко // Научное обеспечение агропромышленного комплекса: Сб. матер. П-й региональной научно-практической конференции молодых ученых, Краснодар, КубГАУ, 14-15 декабря 2000.-С.187-188.

5. Изучение влияния температуры на свойства пектина из топинамбура / Шамкова Н.Т., Купин ГА., Зайко Г.М., Наймушина Е.Г. // Тезисы докладов 1-й Российской научно-практической конференции «Актуальные проблемы инноваций с нетрадиционными растительными ресурсами и создания функциональных продуктов». 22-23.06.2001. -Москва.

6. Кушш ГА. Исследование гидролиза инулина в соке топинамбура / ГА. Купин, О.Е. Рувинский, Г.М. Зайко // Изв. вузов. Пищевая технология. - 2002. - № 5-6. - С.78-79.

7. Купин ГА. Продукт функционального назначения на основе топинамбура / ГАКупин, Г.М. Зайко // Научные основы и практическая реализация получения и применения натуральных структурообразователей: Сб. матер. Докл. Международной научно-практической конференции, Краснодар, 25-25 мая 2002. - С.92.

8. Кушш ГА. Комплексная переработка топинамбура я айвы для производства продуктов функционального назначения / ГА Кушш, Г.М. Зайко, Г.В. Сакун // Изв. вузов. Пищевая технология. - 2004. - № 2-3. - С. 60 - 61.

9. Пат 2202231 РФ, МКИ 7 A23L 1/212,1/29 / Плодоовощное пюре для больных сахарным диабетом / ГА. Купин, Е.Г.Наймушина, Г.М.Зайко. - № 2001118694/13; Заявл. 05.07.2001; Опубл. 20.042003. - Бюл.№ 11.

Отпечатано на ризографе ООО «Компания «Грейд-Принт», ул. Старокубанская, 118. Заказ №152/4. Тираж 100 экз. Дата выпуска 20.05.2004 г.

ВВЕДЕНИЕ.

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ПАТЕНТНО-ИНФОРМАЦИОННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ. ?

1.1 Топинамбур - перспективное сырьё для производства функциональных продуктов питания.

1.1.1 Химический состав и свойства топинамбура (Helianthus tuberous L.)

1.1.2 Физиологически ценные ингредиенты топинамбура.

1.1.3 Использование продуктов переработки топинамбура в лечебном питании.

1.2 Пектин - как функционально активный компонент пищи. т 1.2.1 Лечебно-профилактические свойства пектиновых веществ.

1.2.2 Анализ существующих способов получения пектинов из различного сырья.

1.2.3 Применение пектинопродуктов в питании населения.

1.3 Ассортимент и существующие технологии производства функциональных продуктов питания на основе топинамбура.

Создание и использование продуктов функционального питания является основной составляющей концепции здорового питания населения России. Эти продукты способны регулировать многочисленные функции организма человека, сохранять, улучшать здоровье людей и снижать риск возникновения алиментарных заболеваний. Для производства функциональных пищевых продуктов используют сырье, которое содержит в нативном виде значительные количества физиологически активных макро- и микронутриентов, а также дополнительно обогащают продукты питания биологически активными веществами.

В связи с этим, поиск новых источников пищевых ресурсов и использование нетрадиционного сырья растительного происхождения для производства функциональных продуктов питания является одной из важных проблем перерабатывающих отраслей АПК.

В настоящее время в нашей стране и за рубежом проводятся исследования, направленные на изучение состава, свойств и областей применения такой уникальной растительной культуры, как топинамбур или, как ее еще называют, «земляной груши». Клубни топинамбура признаны ценным источником большого количества биологически активных веществ, положительно влияющих на процессы, происходящие в организме человека. Профилактический и лечебный эффект топинамбура определяется его уникальным биохимическим составом, что дает возможность использовать его в пищевой промышленности и медицине. Поэтому исследования, направленные на создание новых продуктов питания функционального назначения на основе топинамбура представляют сегодня теоретический и практический интерес.

Целью данной работы является разработка и промышленное внедрение научно-обоснованных рецептур и технологий функциональных продуктов питания на основе топинамбура.

Для достижения поставленной цели было предусмотрено решение следующих задач: исследовать функционально активные компоненты топинамбура, районированного в Краснодарском крае и республике Адыгея, изучить его углеводный комплекс (инулин, фруктоза, пектиновые вещества); разработать математическую модель прогнозирования выхода пектиновых веществ из топинамбура при различных условиях процесса гидролиза-экстрагирования; изучить свойства пектиновых веществ топинамбура, определить их качественные и количественные показатели в сравнении с другими видами пектинов; исследовать показатели, характеризующие процесс гидролиза инулина в плодоовощных композициях на основе топинамбура; разработать рецептуры и технологию новых продуктов питания функционального назначения на основе топинамбура; провести комплексную оценку и опытно-промышленную апробацию новых продуктов на основе топинамбура по показателям качества и безопасности; разработать техническую документацию на новые продукты.

1. Теоретически обоснован и экспериментально подтвержден выбор наи более технологичного сорта топинамбура для использования в произ водстве продзостов питания функционального назначения. Наиболь шее количество пектиновых веществ и инулина содержится в клуб » нях топинамбура сорта «Интерес».2. Разработана математическая модель и определены оптимальные тех нологические параметры проведения процесса гидролиза » экстрагирования пектиновых веществ топинамбура: рН — 2, темпера тура — 85 "С, время - 1 час, при этом их выход составляет 1,84 %. По лучено уравнение регрессии и выявлено влияние факторов - темпера туры, рН-среды и времени проведения гидролиза-экстрагирования на выход пектиновых веществ. Наиболее значимыми факторами явля ются: кислотность среды и температура проведения гидролиза, t 3. Определены качественные и количественные показатели пектиновых веществ топинамбура в сравнении с товарными образцапми пектинов (яблочный, цитрусовый, свекловичный). Установлено, что по содер » жанию свободных (5,3 %) и метоксилированных карбоксильных групп (8,7 %), степени этерификации (47,2 %), молекулярной массе (27150 Да) и связывающей способности (76,5 %) пектиновые вещест ва топинамбура существенно не отличаются от коммерческих пекти нов.4. Методом потенциометрического титрования установлено, что при щелочном гидролизе пектиновых веществ топинамбура происходит деэтерификация молекулы пектина и образуется свободная галакту роновая кислота. Её количество не превышает количества галактуро новой кислоты, образующейся при щелочном гидролизе яблочного пектина, поэтому связывающая способность пектина из топинамбура по отношению к ионам свинца (76,5 %) также достаточно высока.5. Проведены исследования по гидролизу инулина топинамбура и уста новлено, что содержание фруктозы при кислотном гидролизе со ставляет 6,15 %, при ферментативном и кислотном гидролизе после инактивации ферментов соответственно - 3,91 % и 3,84 %. Рассчита ны константы скорости реакции гидролиза инулина топинамбура.6. Предложено использование в рецептурных композициях комбинации топинамбура и плодоовощных компонентов, имеющих низкую ки слотность, благодаря чему значительно активизируется процесс гид т * ролиза инулина с образованием фруктозы и, следовательно, улуч шаются функциональные свойства готового продукта.7. Разработаны технологии и рецептуры новых видов плодоовощных консервов функционального назначения на основе топинамбура и техническая документация на их производство.8. Проведена опытно-промышленная апробация новых технологий и комплексная оценка продуктов функционального назначения на ос « нове топинамбура по показателям качества и безопасности. 9. Рассчитан ожидаемый экономический эффект от реализации 1 тонны * разработанных продуктов, который составит: «Плодоовощной сок» и «Плодоовощная паста» -5,5 тыс руб.; «Плодоовощное пюре» -

9,7 тыс. руб.т. • •

1. Аймухамедова Г.Б. Свойства и применение пектиновых сорбентов / Г.Б. Аймухамедова, Д.Э. Алиева, Н.П. Шелухина. - Фрунзе: Илим,1984.-131 с.

2. Акимов И.Г. Применение пектина в медицине // В сб. материалов Всесоюзного совещания по вопросам технологии и химии пектина.-М.-1962.-С. 46-49.

3. Арасимович В.В. Методы анализа пектиновых веществ, гемицеллю- лоз и пектолитических ферментов в плодах / В.В. Арасимович, СВ. Балтага, Н.П. Пономарев. - Кишинев: АН Молд. ССР, 1970. — 84 с.

4. А. с. 1824164 СССР, МКИ5 А 23 L 2/02. Диетический напиток / Н.П. Лисакова, Н.Г. Славина, А.И. Роженко и др. - № 4913859/13; За-яв. 08.01.91; Опубл. 30.06.93; Бюл. № 24.-2 с.

5. А. с. 1833165 СССР, МКИ5 А 23 L 2/00. Безалкогольный напиток «Vita Marina» / Е.А. Платонова, А.А. Кудряшова, А.А. Артюков и др. - № 5016592/13; Заяв. 13.12.91; Опубл. 07.08.93; Бюл. № 29.- 52 с.

6. Ашмарин И.П. Методы статистической обработки / И.П. Ашмарин, т ^ А.А. Воробьев, Л.К. Каминский. - М.: Пищевая промышленность, 1994.-114 с.

7. Бетева Е.А. Пектин, его модификация и применение в пищевой промышленности / Е.А. Бетева, А.А. Кочеткова, М.В. Гернет. -АгроНИИТЭИПП. Серия 17. Кондитерская промыышенность.-1992.-Вьш.4.-№1.-32с.

8. Боровиков В.П. Statistica для студентов и инженеров. - М.: Компьютер Прогресс, 2001. - 301 с.

9. Василюк О.И. Получение различных продуктов из топинамбура / О.И. Василюк, Н.В. Ремесло // Разработка и внедрение высокоэффективных ресурсосберегающих технологий : Тез. докладов научно-технической конференции.- Киев, 1991.-С. 17-18.

10. Влияние пектина и целлюлозы на обмен липидов и комплексных углеводов в экспериментальных условиях / Н.Ф. Бурмейстере, Л.Ю. Жихаре, Л.Э. Филдмане, Б.С. Брейди //Вопросы питания.-1976.-№2.-С.23-2б.

11. Влияние яблочных пектиновых веществ на бактерии в зависимости от условий среды / Ф.Д. Костин, Е.А. Мехтиева, О.Д. Бердиковская, СИ. Боштовая // Известия АН МССР. Сер. Биолог, и хим.наук.-1974.-№5.-С.62-65.

12. Влияние термической обработки на вязкость растворов и механическую прочность студней пектина / Е.Н. Губенкова, О.Г. Хтеранович, В.А. Шеенсон, Л.И. Хомутов // Известия вузов. Химия и химическая технология. 1982.- Т.25. - № 2. - 193-196.

13. Гигиенические требования безопасности и пищевая ценность пищевых продуктов: Санитарно-эпидемиологические правила и нормативы. СанПиН 2.3.2.1078-01. - М., 2002. - 165 с.

14. Гичев Ю.Ю. Руководство по биологически активным добавкам / Ю.Ю. Гичев, Ю.П. Гичев.- М, 2001.-45с.

15. Голубев В.И. Топинамбур. Состав, свойства, способы переработки, области применения / В.И. Голубев, И.В. Волкова, Х.М. Кушанов.-Астрахань: Изд.- Полиграф, комплекс "Волга", 1995.-81с.

16. Голубев В.Н. Новая технология овощефруктовых паст с активированным пектином / В.Н. Голубев, Н.П. Шелухина, И.В. Волкова. -Пищевая пром-сть. - 1993. - № 11. - 18-19.

17. Гореньков Э.С. Новые напитки профилактического назначения // Пищевая пром-сть, 1996. - № 1. - 30-31.

18. ГОСТ 875.1-79. Продукты пищевые консервированные. Методы определения органолептических показателей, массы нетто или объема и массовой доли составных веществ.

19. ГОСТ 26932-86. «Сырье и продукты пищевые. Метод определения мышьяка». - М.: Из-во стандартов, 1994. - 40 - 49.

20. ГОСТ 26932-86. «Сырье и продукты пищевые. Метод определения ртути». - М.: Из-во стандартов, 1994. - 3 - 23.

21. ГОСТ 26932-86. «Сырье и продукты пищевые. Метод определения кадмия». - М.: Из-во стандартов, 1994. - 91 -107. » т «г меди». - М.: Из-во стандартов, 1994. - 36 - 72.

22. ГОСТ 26932-86. «Сырье и продукты пищевые. Метод определения свинца». - М.: Из-во стандартов, 1994. - 72 — 90.

23. ГОСТ 26932-86. «Сырье и продукты пищевые. Метод определения цинка». - М.: Из-во стандартов, 1994. - 107 - 1 2 1 . * 37. ГОСТ 10444.12-88. Продукты пищевые. Метод определения дрожжей и плесневых грибов.

24. ГОСТ Р 50474-93. Продукты пищевые. Методы выявления и определения количества бактерий группы кишечных палочек (колиформ-ных бактерий).

25. ГОСТ Р 51434 - 99. Соки фруктовые и овощные. Метод определения титруемой кислотности. 43 . ГОСТ Р 51442 - 99. Соки фруктовые и овощные. Метод определения содержания мякоти, отделяемой центрифугированием.

26. Гринчишина З.Ф. Применение пектина в производстве продуктов питания / З.Ф. Гринчишина, М.П. Могильный. - Хранение и переработка сельхозсырья. - 1998. - № 1. - 35.

28. Гулый И.С. Электромембранная обработка водных средств и ее при- ш менение в производстве пектина / И.С. Гулый, Л.Д. Бобровик // Хранение и переработка сельскохозяйственного сырья.-1994,-№3.-С. 14-15.

29. Димитров И. Вторая жизнь яблока // Огни Болгарии.-1989.-№3.-С. 17.

30. Донченко Л.В. Технология пектинов и пектинопродуктов. — М.: Де- Ли, 2000.-254 с.

31. Доценко В.А. Организация лечебно-профилактического питания / В.А. Доценко, Г.Н. Бондарев, А.Н. Мартинчик.- Л.: Медицина, 1987. -216 с.

32. Дудкин М.С. Пищевые волокна. / Н.К. Черно, И.С. Казанская, Г. Вайнштейн, А.М.Масик// Киев: Урожай, 1988^- 152 с.

33. Ерёмин Ю.Н., Капитульская Т.С., Калинина Н.И. Изучение состояния и разработка рационов лечебно-профилактического питания рабочих СУНЗа. Отчёт по теме кафедры гигиены питания Свердловского медицинского института. - Свердловск, 1985. (49 с.

34. Ефимов А.С. Топинамбур - лечебно-профилактический продукт при сахарном диабете и ожирении / А.С. Ефимов, Л.Т. Ваторихина, А.В. Орлова // Тезисы докладов 3-й Всероссийской научно-производственной конференции. - Одесса, 1991.-128 с.

35. Жданов Ю.А. Химические превращения углеродного скелета углеводов / Ю.А. Жданов, Г.Н. Дорофеенко М.: АН СССР, 1962. - 40.

36. Жидкий пектин из отходов пищевого сырья / З.Ф. Гринчищина, О.В. Реснянская, М.П. Могильный // Соврем, достиж. биотехноло-гии.: Матер. 1 конф. Сев. - Кавказ. Региона, Ставрополь, сент., 1995. -Ставрополь, 1995.-С. 71 -72 . -Рус .

37. Зайко Г.М. Использование пектина в профилактическом питании / Г.М. Зайко, О.В. Падалка, И.А. Гайворонская // Известия вузов. Пищевая технология. -1989. - № 1. - 77-78.

38. Зайко Г.М. Кондитерские изделия лечебно-профилактического назначения / Г.М. Зайко, М.Ю. Тамова // Прогрессивные технология и техника в пищевой промышленность : Тез. докл. международной научной конференции. - Россия, Краснодар, 1994. - 204.

39. Зайко Г.М. Получение и применение пектина для лечебных и профилактических целей. - Краснодар: Издательство КубГТУ, 1997.-139 с.

40. Зайко Г.М. Профилактическое питание на основе пектина / Г.М. Зайко, И.А. Гайворонская // Проблемы индустриализации общественного питания страны : Тезисы докладов 2 Всесоюзной научной конференции. -12-14 декабря, 1989.-Харьков. - 1989. - 283.

41. Зайко Г.М. Стерилизованные напитки профилактического назначения / Г.М. Зайко, О.А. Иволина, И.Н. Зубова // Известия вузов. Пищевая технология, -1996. - № 1. - 44-45.

42. Зайко Г.М. Технология пектина и пектинсодержащих продуктов // Труды кубанского государственного технологического университета. Том 1. - Краснодар, 1998. - 84-92.

43. Зеленков В. Н. Топинамбур (земляная груща) - перспективная культура многоцелевого назначения / В. Н. Зеленков, Н. К. Кочнев, Т.В. Шелкова. - Новосибирск: НТФ "Арис", 1993. - 36 с. » т