автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.01, диссертация на тему:Технологическое и экспериментальное обоснование технологии пектиносодержащих изделий функционального назначения

Введение.

1 Современное состояние технологии пектиносодержащих пищевых изделий.

1.1 Основные свойства и биологическая роль пектиновых веществ.

1.2 Основные направления конструирования пищевых изделий на пектине.

1.3 Теоретические основы создания функциональных продуктов питания.

1.4 Особенности технологии производства функциональных пищевых продуктов.

2 Методическая часть.

2.1 Объекты, схема и методы исследования.

2.2 Методы оценки биологической активности и пищевой ценности функциональных пектиносодержащих продуктов питания.

2.3 Методика оптимизации компонентного состава пектино-содержащих пищевых изделий.

3 Разработка технологии пектинового экстракта с высокими качественными показателями.

3.1 Основные требования к предварительной подготовке пектиносодержащего сырья.

3.2 Технологические приемы подготовки пектиносодержащего сырья для получения высококачественных пектиновых экстрактов.

3.2.1 Предварительная подготовка свекловичного жома.

3.2.2 Основные требования к предварительной подготовке плодового сырья.

3.2.3 Предварительная подготовка цитрусового сырья.

3.2.4 Подготовка корзинок-соцветий подсолнечника.

3.3 Совершенствование процесса извлечения пектиновых веществ из промышленных видов растительного сырья с целью получения пищевых пектиновых экстрактов.

3.3.1 Получение пектинового экстракта из цитрусового сырья.

3.3.2 Получение пектинового экстракта из корзинок-соцветий подсолнечника.

3.3.3 Разработка технологии получения пищевого пектинового экстракта из свекловичного жома.

3.3.4 Разработка технологии пищевого пектинового экстракта из выжимок груши.

3.4 Производство пектиновых экстрактов из дикорастущего сырья.

3.5 Разработка технологии пищевых гидратопектинов.

Л 3.6 Математический анализ влияния аналитических характеристик пектинов из различного вида сырья на комплексообразующую способность.

3.7 Технологические и медико-биологические требования к пектиновым экстрактам из растительного сырья.

4 Технологические особенности пектиносодержащего сырья.

4.1 Технологическая оценка дикорастущего и лекарственного сырья по содержанию пектиновых веществ.

4.2 Классификация дикорастущего и пряно-ароматического сырья.

4.3 Математический анализ влияния фракционного состава пектиносодержащего сырья на направление его использования.

5 Разработка технологии очистки гидратопектинов из различного сырья с применением ионообменных смол.

5.1 Технология очистки свекловичного пектинового экстракта на ионообменных смолах.

5.1.1 Очистка свекловичного гидратопектина, полученного с применением ЭАБС.

5.1.2 Математическая характеристика технологии очистки свекловичного гидратопектина на ионообменных смолах.

5.1.3 Очистка свекловичного гидратопектина, полученного с использованием соляной кислоты.

5.2 Обработка яблочных пектиновых экстрактов ионообменными смолами.

5.3 Технология очистки гидратопектинов из цитрусового сырья на ионообменных смолах.

6 Разработка технологии пектиносодержащих напитков функциональных назначения.

6.1 Разработка технологии функциональных напитков на основе плодово-ягодного сырья.

6.2 Разработка технологии витаминных напитков на основе дикорастущего сырья.

6.3 Конструирование функциональных напитков целевого

• назначения на основе лекарственного сырья.

6.4 Классификация функциональных пектиновых напитков.

6.5 Медико-биологическая оценка напитков и рекомендации по пектинопрофилактике населения.

7 Разработка технологии сухих пектиносодержащих изделий.

7.1 Научные основы конструирования сухих смесей на основе плодового и овощного сырья.

7.2 Исследования процесса сушки пищевых смесей, обогащенных обогащенных пектином.

7.3 Разработка технологии производства функциональных пектиносодержащих сухих продуктов целевого назначения.

8 Разработка технологии функциональных пектиносодержащих консервных продуктов.

8.1 Технология получения пектинопродуктов на основе цитрусового студнеобразующего пюре.

8.2 Конструирование функциональных напитков из плодовоягодного сырья.

8.3 Конструирование функциональных пектиновых продуктов из овощного сырья.

8.4 Принципиальная технология получения функциональных пектиносодержащих консервов.

Актуальность проблемы. Концепция государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации на период до 2005 года, утвержденная Постановлением Правительства РФ от 10 августа 1998 г. №917, предусматривает разработку технологий производства качественно новых безопасных пищевых продуктов общего и специального назначения. Такие продукты должны способствовать сохранению и укреплению здоровья, предупреждать заболевания, связанные с неправильным питанием и загрязненностью окружающей среды.

Ухудшение экологической обстановки, недостаток пищевых волокон, за-шлакованность организма вредными веществами (токсинами), повышает значимость профилактики, которая невозможна без создания продуктов питания нового поколения и биологически активных добавок, которые способствовали бы выведению из организма чужеродных веществ - радионуклидов, солей тяжелых металлов, пестицидов и т.п.

Важное место в современной пищевой технологии принадлежит созданию функциональных продуктов питания, в том числе с использованием пектиновых веществ. Пектины, являясь природными антипротекторами и антиок-сидантами, могут быть использованы для организации лечебного и лечебно-профилактического питания.

Фундаментальные исследования Г.Б. Аймухамедовой, 3. Дж. Ашубаевой, J1.B. Донченко, Г.М. Зайко, Н.С. Карповича, В.Г. Моисеевой, А.А. Кочетковой, Л.Б. Сосновского, Н.П. Шелухиной и других ученых внесли большой вклад в решение проблем технологии производства и применения пектинов.

Анализ состояния и тенденции развития современных технологий получения функциональных пектиносодержащих продуктов питания показал, что в основном их производство основано на использовании пектинов в виде порошка.

Проблема создания функциональных пектинопродуктов на основе гидра-топектинов практически не решена. Это объясняется отсутствием теоретических и экспериментальных исследований по разработке технологии пищевых гидратопектинов из различного растительного сырья. Следует отметить в связи с этим перспективность использования плодово-ягодного дикорастущего сырья, обладающего богатым комплексом биологически активных веществ.

Таким образом, развитие теоретических основ и создание технологии получения пищевых гидратопектинов с комплексом биологически активных веществ дикорастущего сырья, и на их основе функциональных пектиносодер-жащих продуктов, является актуальным и имеет важное практическое значение.

Актуальность научного направления подтверждена их включением в виде отдельных научных проектов в государственные научно-технические программы: О.Ц.ОЗО. «Развитие производства биологически полноценных продуктов на основе комплексного использования сырья и снижение его потерь» (ЦС 1428. Совершенствование технологии производства пектина, других пищевых продуктов, 1987-1991 гг.); ГНТП «Высокоэффективные процессы в перерабатывающих отраслях АПК» (постановление ГКНТ СССР №221 от 5.04.89 г.); Кубанского государственного аграрного университета «Совершенствование получения пектина и пектинопродуктов из растительного сырья (1996-2000 гг.)». В 2000 г. проект «Разработка теоретических основ и экспериментальное моделирование процессов создания натуральных пролонгаторов антибиотиков на основе природных полимеров - низкометоксилированных пектинов» - получил грант Российского фонда фундаментальных исследований (Р-2000 юг, №00-03-96031). Государственную программу Минпромнауки и Минсельхоза РФ «Функциональные продукты питания (2001-2003 гг.)» включением в программу НИР «Энтеральное питание в хирургии колоректального рака» Краснодарского краевого клинического госпиталя для ветеранов войн им. проф. В.К. Красовитова и Кубанского государственной медицинской академии (1999-2002 гг.).

Цель и задачи исследования. Основная цель исследования заключалась в теоретическом обосновании, экспериментальном исследовании, разработке технологии пищевых гидратопектинов и функциональных пектиносодержащих пищевых продуктов различного направления на их основе.

Реализация поставленной цели потребовала решения следующих задач исследования:

- разработать технологии предварительной подготовки различного растительного сырья к процессу экстрагирования пектиновых веществ;

- теоретически и экспериментально обосновать технологию пищевых гидратопектинов;

- исследовать влияние обработки ионообменными смолами на химический состав пищевых пектиновых экстрактов;

- составить классификацию дикорастущего пектиносодержащего сырья с определением рациональной области его применения с учетом комплексообра-зующих и студнеобразующих свойств пектиновых веществ;

- изучить влияние аналитических характеристик пектинов различных видов на их комплексообразующую способность;

- разработать математическую модель комплексообразования для пектинов различной степени этерификации;

- теоретически и экспериментально обосновать технологию сухих пектиносодержащих быстровосстанавливаемых смесей функционального назначения;

- разработать рецептуры и технологию получения консервных и других функциональных пектиносодержащих изделий на основе гидратопектинов;

- разработать нормативную документацию на новые виды функциональных продуктов питания для постановки на их производство.

Научная новизна исследований. В основу конструирования пектиносодержащих функциональных изделий был положен системный подход в решении логически взаимосвязанных задач от исследования сырья для производства пищевых гидратопектинов до разработки технологии, реализации ее в нормативной документации и медико-биологической оценки разработанных функциональных продуктов.

Составлена классификация дикорастущего, пряно-ароматического и лекарственного сырья , которая дает возможность сгруппировать сырье по технологическим параметрам с целью направления использования его в функциональных продуктах.

Установлены аналитические зависимости фракционного состава пектиновых веществ и вида растительного сырья для определения области его применения.

Создана детерминированная модель предварительной обработки пектиносодержащего сырья на основе дифференциального анализа кинетики процессов с учетом изменения аналитических характеристик пищевых гидратопектинов.

Установлено и подтверждено математически с использованием прямых и косвенных путей Райта влияние аналитических характеристик пектинов из различного вида сырья на их комплексообразующую способность.

Теоретически обоснована и экспериментально доказана необходимость применения ионообменных смол в технологии высокоочищенных гидратопектинов.

Разработанные на основе результатов исследований способы производства пектиносодержащих пищевых композиций защищены 22 патентами Российской Федерации на изобретения.

Практическая ценность. Решения, выводы и предложения диссертационной работы нашли практическое применение и использованы для:

- разработки технологических схем получения пектиновых экстрактов из различного растительного сырья и организации их производства;

- создания технологических схем получения пектиносодержащих жидких и сухих пищевых композиций различного функционального направления;

- разработки рецептуры и совершенствования технологии функциональных пектиносодержащих консервов из плодового и овощного сырья;.

- разработки нормативной документации для постановки на производство новых видов функциональных пектиносодержащих продуктов питания;

- создания технологических регламентов производства пектиновых экстрактов и пищевых композиций на их основе.

Реализация результатов исследований. Результаты исследований использованы при разработке и внедрении технологии получения пектиновых экстрактов в УНПЛК «Технолог» Кубанского госагроуниверситета и перерабатывающих предприятиях межгосударственной научно-производственной ассоциации «Пектин»; проектировании пектинового производства на ЗАО «Комбинат пищевых добавок» и научно-производственном комбинате «Функциональные добавки».

Результаты исследований использованы для выпуска опытных партий пектиносодержащих функциональных пищевых композиций в УНПЛК «Технолог» КГАУ, ЗАО «Гелиос», ЗАО «Тимашевский кондитерский комбинат», ООО «Пальмира-Юг».

Полученные результаты исследований использованы для разработки нормативной документации на пектиносодержащие продутсгы питания, утвержденных Министерством сельского хозяйства РФ; рекомендаций по пектино-терапии желудочно-кишечных заболеваний в Краснодарском госпитале ИВОВ и лечении детей, подверженных лучевой болезни, в санатории г. Омска.

Основные положения диссертации использованы в учебном процессе по курсу «Технология переработки растениеводческой продукции» и «Технология пектина и пектинопродуктов» на факультете перерабатывающих технологий КГАУ.

Апробация результатов исследований. Основные положения диссертационной работы докладывались, обсуждались и были одобрены на межрегиональной научной конференции «Продовольственная безопасность России. Качество продуктов питания - 99» (Воронеж, 1999 г.), VI международной научно-технической конференции (Киев, 2000 г.), региональной конференции «Проблемы экологической безопасности Северо-Кавказского региона» (Ставрополь, 2000 г.), Северо-Кавказской научно-практической конференции молодых ученых «Развитие социально-культурной сферы Северо-Кавказского региона» (Краснодар, 2000 г.), международной конференции «Функциональные продукты питания» (Краснодар, 2001 г.), международной научно-практической конференции «Агроэкологические проблемы современности» (Курск, 2001 г.), научно-практической конференции кафедры экономики и внешнеэкономической деятельности КубГАУ «Экономические проблемы развития АПК в условиях рынка» (Краснодар, 2001 г.), II региональной научно-практической конференции «Агропромышленный комплекс Юга России - сегодня» (Майкоп, 2002 г.), III региональной научно-практической конференции молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (Краснодар, 2002 г.), II Всероссийской научно-технической конференции «Современные достижения биотехнологии» (Ставрополь, 2002 г.), ежегодных научно-практических конференциях Кубанского государственного аграрного университета (Краснодар, 1997-2002 гг.).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 103 научных работы, в том числе 1 монография, 28 научных статей, получено 29 патентов РФ и 12 положительных решений на выдачу патентов на изобретение.

Разработано 28 пакетов нормативной технической документации на новые продукты питания.

Под руководством диссертанта выполнена защищенная кандидатская работа К.В. Чередниченко (2001 г.). Результаты совместных исследований вошли составной частью в кандидатские диссертации Л.Г. Влащик (2000 г.); М.Ю. Яхутль (2001 г.); Т.А. Инюкиной (2003 г.); которые выполнены при консультациях диссертанта.

Научные разработки удостоены 3 золотыми медалями на I и III международных Салонах инноваций и инвестиций, российской агропромышленной вы-ставке»Золотая осень» (г. Москва, 2001 г., 2003 г.); 2 серебряными медалями на 31-м салоне изобретений (г. Женева, 2003 г.) и международной выставке «Высокие технологии»(г. Санкт-Петербург, 2001 г.), дипломом на Международной выставке «Высокие технологии» (г. Шень-Чжень, КНР, 2002 г.).

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора, 8 разделов, списка использованной литературы и приложений. Основная часть работы выполнена на 422 страницах компьютерного текста, содержит 124 таблицы, 59 рисунков. Список литературы включает 520 наименований, в том числе 145 иностранных авторов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проанализировав обобщенный материал, направленный на разработку теоретических основ и практическую реализацию технологии конструирования пектиносодержащих пищевых изделий функционального питания, можно сделать следующие выводы.

1. Установлена и теоретически обоснована необходимость проведения предварительной обработки пектиносодержащего сырья перед гидролизом-экстрагированием с целью получения качественных пищевых гидратопектинов.

2. Создана детерминированная модель предварительной обработки пектиносодержащего сырья перед гидролизом-экстрагированием ПВ на основе изучения дифференциального уравнения кинетики данного процесса и с учетом изменений функционального состава целевого продукта.

3. Теоретически и экспериментально обоснована технология получения пищевых гидратопектинов с учетом способов модификации из традиционного и дикорастущего пектиносодержащего сырья.

4. На основании проведенных исследований и математического анализа составлена классификация дикорастущего плодово-ягодного и пряно-ароматического лекарственного сырья для определения областей его применения.

5. Результаты аналитических исследований показали, что исследуемое дикорастущее сырье перспективно использовать в качестве нутрицевтиков и парафармацевтиков в питании человека.

6. Полученные линейные и нелинейные модели регрессионной связи промышленной значимости растительного сырья по фракционному составу ПВ, а также графическая интерпретация показали, что наибольшей технологичностью обладает сырье из корзинок-соцветий подсолнечника.

7. Впервые изучено влияние функциональных групп пектина из различного сырья на комплексообразующую способность. Установлено и подтверждено математически с использованием рассчитанных коэффициентов прямой и косвенных путей Райта, что комплексообразующая способность зависит от вида используемого сырья, а также от количества свободных карбоксильных групп. Отмечено отрицательное влияние у большинства видов сырья меток-сильной составляющей, которая снижает комплексообразующую способность. Разработана математическая модель процесса прогнозирования функциональной направленности новых продуктов питания.

8. Теоретически обоснована и экспериментально доказана возможность применения ионообменных смол в технологии получения гидратопектинов. Математический анализ и разработанные модели первого и второго порядка позволяют сделать прогноз по режимам обработки гидратопектинов ионообменными смолами и установить их удельный оптимальный расход, что является исходной цифрой для разработки регламента на производство пектина. Данная очистка может исключить процесс осаждения пектинов алифатическими спиртами. Ионообменные смолы позволяют получать пектины с заданными свойствами.

9. Разработана и апробирована в производственных условиях технология функциональных напитков на основе пектиновых экстрактов из различного растительного сырья. Разработаны рецептуры и нормативная документация на 22 напитка и 6 купажных сиропов. Получено 29 патентов РФ и 12 положительных решений на выдачу патентов на изобретение.

10. Разработана технология получения сухих функциональных пектиносодержащих продуктов быстрого восстановления для лечебно-профилактического питания. На 8 поданы заявки на предполагаемые изобретения и получены приоритетные справки.

11. Разработаны рецептуры и уточнена технология функциональных пектиносодержащих консервов, из плодового и овощного сырья с использованием специальных студнеобразователей и гидратопектинов. На 6 функциональных продуктов разработана и утверждена нормативная документация.

12. Экономический эффект от реализации концентрированных гидратопектинов (ПВ = 3 %) составит 4,7 тыс. рублей.

1. О концепции государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации на период до 2005 г.: Постановление Правительства РФ от 10 авг. 1998 г. №917 // Собр. законодательства РФ.- 1998. №33. - Ст.4023.

2. О мерах по профилактике заболеваний, связанных с дефицитом йода: Постановление Правительства РФ от 5 окт. 1999 г. №119 // Собр. законодательства РФ. №99. - №42. - Ст.5037.

3. Айвазов Б.В. Практикум по химии поверхностных явлений и адсорбции.- М.: Высш. шк., 1973. 89 с.

4. Айвазов Б.В. Практическое руководство по хроматографии. М.: Высш. шк., 1968.-110 с.

5. Аймухамедова Г.Б., Шелухина Н.П. Пектиновые вещества и их значение в сельском хозяйстве // Тр. юб. науч. сес. АН Кирг. ССР. Фрунзе, 1958.- С.173-197.

6. Аймухамедова Г.Б., Шелухина Н.П. Пектиновые вещества и методы их определения. Фрунзе: Илим, 1964. - 118 с.

7. Аймухамедова Г.Б., Ашубаева З.Д., Умаралиев Э.А. Химическая модификация пектиновых веществ. Фрунзе: Илим, 1974. - 82 с.

8. Аксельруд Г.А., Лысянский В.М. Экстрагирование. Система твердое тело- жидкость. Л.: Химия, 1974. - 266 с.

9. Алейников В.И. Послеуборочная обработка семян подсолнечника. М.: Колос, 1979.- 143 с.

10. Андреев В.А., Науменко И.В., Паршакова Л.П. Способы получения и применения различных типов яблочного пектина // НТРС, консервная, овощесушильная и пищеконцентратная пром-сть. М.: ЦНИИТЭИпище-пром, 1981.- Вып. 16. - Сер.4. - 31 с.

11. Андрианов A.M., Шапошникова А.Д. Иониты и ионный обмен Л.: Hayка, 1975.- 120 с.

12. Апанасенко И.П. Будущее нашего питания. Минск: Ураджай, 1988. -110 с.

13. Архипова Т.Н. Применение ионообменных смол для очистки гидролиза-тов пектина // Агротехника и селекция садовых культур: Сб. науч. тр. -Новосибирск, 1983. С.88-97.

14. Аширов А. Ионообменная очистка сточных вод, растворов и газов. JI.: Химия, Ленинградское отделение, 1989. - 293 с.г 15. Балашов В.Е. Справочник по производству безалкогольных напитков.

15. М.: Пищ. пром-сть, 1979. 368 с.

16. Балтага С.В., Райк С.В. Пектиновые вещества и их значение в народном хозяйстве. Кишинев: Картя Молдовеняскэ, 1963. - 17 с.

17. Басамаков Д. Производство низкосахарных мармеладов в Народной Республике Болгарии // Хлебопекарная и кондитерская пром-сть. 1979. -№8. - С.42-43.

18. Беличенко A.M., Филонова Г.Л. Роль безалкогольного напитка в здоровом питании человека XXI века // Пиво и напитки. 1988. - №3. - С.39-41.

19. Бетева Е.А., Кочеткова А.А., Гернет М.В. Пектин, его модификации иприменение в пищевой промышленности // АгроНИИТЭИПП.--М.,1992. Сер. 17. - Вып.4. - 32 с.

20. Биологически активные вещества в безалкогольных напитках и методы их определения. М: ВНИИТЭИагропром, 1988. - Сер. 22 Пивовар.-безалкогол. пром-сть. - Вып. 9 - 15 с.

21. Биотехнологические основы производства яблочного и виноградного пектина / В.Н. Ежов, А.К. Полонская, А.С. Луканин. Ялта: Магарач, 1992.-50 с.

22. Богатырев А.Н. Проблемы здорового питания // Хранение и перераб. с.-х. сырья. 1997.- № 9. - С. 20-23.

23. Богатырев А.Н. Что нам есть и как жить дальше ? // Пищ. пром-сть.24