автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.01, диссертация на тему:Технологии получения и применения функциональных продуктов из мелкоплодных яблок Восточной Сибири

004603461

На правах рукописи

Типсина Нэлля Николаевна

Технологии получения и применения функциональных продуктов из мелкоплодных яблок Восточной Сибири

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

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

2 3 СЕН 2010

Красноярск-2010

004608461

Диссертация выполнена в ФГОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет», в производственных условиях ОАО «Краскон» и ОАО «Минусинская кондитерская фабрика».

Научный консультант: доктор технических наук, профессор

Цугленок Николай Васильевич

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор,

академик Российской академии естествознания, член-корреспондент Россельхозакадемии Мотовилов Константин Яковлевич

доктор технических наук, профессор Литвинова Елена Викторовна

доктор технических наук, профессор Буянов Олег Николаевич

Ведущая организация НИИ медицинских проблем

Севера СО РАМН

Защита диссертации состоится « 15 » октября 2010 г. в 10.00 часов на заседании диссертационного совета Д 220.037.03 при ФГОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет» по адресу: 660049, г. Красноярск, проспект Мира, 90, ауд. 3-15. Факс: (3912) 27-86-52

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет»

Автореферат разослан «01 » Сшлпл 2010 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Л/, ~ ЯноваМ.А.

Актуальность проблемы. Программой социально-экономического развития северо-восточных территорий Российской Федерации предусмотрено использование местного сельскохозяйственного растительного сырья для промышленного производства функциональных продуктов, способствующих оздоровлению и повышению качества жизни людей. В современных условиях возрастают требования к качеству выпускаемых изделий и их ассортименту. Инновационное развитие пищевой промышленности региона возможно в результате создания высокоэффективных технологий, обеспечивающих выпуск конкурентоспособной продукции. В северных районах Красноярского края огромное значение имеет рацион питания населения, направленный на сохранение здоровья его жителей. Важным условием модернизации производства продуктов массового питания в регионе является наиболее полное, рациональное и научно обоснованное использование местных источников растительного сырья, в том числе плодов и ягод.

Решение задачи разработки безотходных технологий и применения функциональных продуктов в условиях северных районов страны и Восточной Сибири должно осуществляться за счет максимального использования местного сырья. Внимание к проблеме увеличения потребления плодов и ягод связано с тем, что они играют особую роль в обеспечении населения биологически активными веществами, в том числе витаминами и микроэлементами. Большой резерв в решении этой проблемы представляет собственная сырьевая база Красноярского края, который располагает необходимыми ресурсами для получения высокоценных плодовых полуфабрикатов. Рациональное использование природных ресурсов предполагает комплексность переработки их с учетом частичной или полной безотходной технологии производства. Изучению этих вопросов до сих пор не уделялось должного внимания. Необходимы научно обоснованные практические рекомендации по технологии производства и рациональному использованию в массовом питании сырья из мелкоплодных яблок.

Важная народнохозяйственная проблема разработки эффективных технологий получения функциональных продуктов на основе сибирских мелкоплодных яблок определила научное направление диссертационной работы. Исследования выполнены по тематике, включённой в ГНТП Российской Федерации «Высокоэффективные процессы в перерабатывающих отраслях АПК», и согласуются с приоритетными направлениями развития науки в кондитерской отрасли, а также соответствуют основным принципам государственной политики в области здорового питания населения.

Цель и задачи исследования. Разработка технологии получения и применения функциональных продуктов из мелкоплодных яблок Восточной Сибири для улучшения качественного питания населения.

Задачи исследования. 1. Дать анализ современного состояния вопроса получения и применения функциональных продуктов для повышения пищевой ценности питания населения Красноярского края, изучить свойства мелкоплодных яблок в качестве сырья для выработки кондитерских кулинарных изделий с желейной структурой и сладких блюд.

2. Разработать методологию - модели и методику исследований для обоснования эффективных технологических процессов получения и применения про-

дуктов из мелкоплодных яблок с учётом физико-химических показателей сырья.

3. Провести исследования и разработать технологию приготовления пюре и получения пектина из мелкоплодных яблок. Изучить физико-химические показатели сырья для выделения наиболее перспективных сортов мелкоплодных яблок в промышленной переработке.

4. Провести исследования и разработать технологию получения антоциано-вого красителя и применения пектиносодержащих продуктов с использованием интегрированных научно-технологических методов.

5. Провести исследования и разработать ассортимент рецептур и технологию приготовления кондитерских изделий на основе пюре из мелкоплодных яблок, мармелада для отделки кондитерских изделий.

6. Выявить возможности экономической эффективности внедрения в промышленное производство функциональных полуфабрикатов и новых видов изделий из мелкоплодных яблок.

Теоретическое и практическое решение поставленных задач позволили разработать технологии производства высококачественных кондитерских, кулинарных изделий и сладких блюд с применением пектиносодержащего сырья из мелкоплодных яблок; решить одну из проблем сырьевой базы края - удешевить и повысить качество изделий пищевой промышленности.

Научная концепция. В основу научного решения проблемы создания эффективных технологий получения и применения функциональных продуктов из мелкоплодных яблок Восточной Сибири положен комплексный подход к формированию развивающихся технологий получения пюре, пектина, пищевого красителя; исследования их физико-химических свойств; развития механизма влияния на процессы основных стадий производства; анализа функционирования технологических процессов производства; внедрения результатов исследования.

Защищаемые положения. 1. Методология технологических процессов производства пектиновых полуфабрикатов и их использование в кондитерских изделиях. Установление технологичесаких параметров СВЧ-обработки плодов.

2. Модели и методика формирования эффективных технологий производства функциональных продуктов из мелкоплодных яблок.

3. Эффективность технологических процессов получения пюре, пектина и антоцианового красителя из мелкоплодных сибирских яблок зависит от физико-химических свойств плодов яблок, в том числе от содержания пектиновых веществ в сырье.

4. Технологические инструкции и рецептуры приготовления группы пектиновых полуфабрикатов и ассортимента кондитерских изделий из мелкоплодных яблок.

Научная новизна заключается в методологии использования эффективных технологий получения и применения функциональных продуктов из мелкоплодных яблок Восточной Сибири по схеме: сырье-производство-продукция, в технологиях получения пюре, пектина и антоцианового красителя из сырья, математических моделях производственных технологических процессов. Разработанные способы получения пюре из мелкоплодных яблок, антоцианового

пищевого красителя из растительного сырья, получения пектина и пектиносо-держащей пасты в системе процессов производства кондитерских изделий зарегистрированы Федеральной службой по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам в виде четырёх патентов (№ 2281306, 2335140, 2329663,2323589).

Практическая значимость результатов исследования. Полученные результаты исследования способствуют решению важной народнохозяйственной задачи - использования местного сельскохозяйственного растительного сырья для промышленного производства функциональных продуктов с учетом безотходных технологий, способствующих оздоровлению и повышению качества жизни людей. Предложенная технология получения пектина и пектинового полуфабриката из сырья с высоким содержанием фенольных соединений апробирована в промышленных условиях Минусинского овощеконсервного завода. Разработанная технология получения пюре из мелкоплодных яблок используется на Красноярском кондитерском объединении «Краскон», Минусинской кондитерской фабрике, Абаканском плодоперерабатывающем предприятии. Материалы научных исследований включены в учебные программы ФГОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет» по дисциплине «Технология кондитерских изделий»; электронный курс «Инновационные технологии в кондитерском производстве», а также в программу профессиональной переподготовки и повышения квалификации КрасИПК для специалистов кондитерской промышленности.

Апробация работы. По теме диссертации опубликовано 263 научно-методические работы; из них 98 научных статей, в том числе 30 работ в ведущих рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК Российской Федерации. Соискатель имеет 4 монографии; получено 4 патента Российской Федерации на изобретения и 3 акта внедрения результатов исследования в производство и учебный процесс. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на научно-технических и научно-практических конференциях разного уровня: «Совершенствование методов и форм управления торговлей и общественным питанием» (Красноярск, 1984); «Студент и научно-технический прогресс» (Красноярск, 1988); Всероссийская научно-практическая конференция «Кондитерская промышленность - XXI век» (Москва, 1998); Международная научно-техническая конференция «Техника и технология пищевых ресурсов» (Могилев, 1998); Международная научно-техническая конференция «Хлеб 99» (Москва, 1999); Международная конференция «Сырье для кондитерской промышленности 2000» (Москва, 2000); Научно-технический семинар «Новое в технике и технологии в пищевой и перерабатывающей промышленности» (Улан-Удэ, 2000); Научно-практический семинар «Сырье 2001» (Москва, 2001), Региональная научная конференция, посвященная 65-летию НГАУ (Новосибирск, 2002); Всероссийская научно-техническая конференция-выставка с международным участием «Высокоэффективные пищевые технологии и методы и средства для их реализации» (Москва, МГУПП, 2003; 2008); Всероссийская конференция (Пенза, 2004); Международная конференция «Инноватика - 2005» (Москва, 2005); Региональная научная конференция «Аграрная наука - на рубеже веков» (Красноярск, 2005,

2006, 2007, 2009); Научная конференция «Энтузиазм и творчество молодых учёных в развитии фундаментальной и прикладной науки» (Пенза, 2006); Межрегиональная конференция «Здоровое питание - основа жизнедеятельности человека» (Новосибирск 2006; 2008); Всероссийская очно-заочная научно-практическая и научно-методическая конференция с международным участием «Инновации в науке и образовании: опыт, проблемы, перспективы развития» (Красноярск, 2007, 2008, 2009); конгресс по питанию с международным участием «Питание и новое направление» (Москва, 2009); Научно-методический семинар НИИ Аналитического мониторинга и моделирования при ФГОУ ВПО КрасГАУ «Математическое моделирование и оптимизация технологических процессов в АПК» (Красноярск, 2010).

Объем и структура диссертации. Диссертация изложена на 375 страницах машинописного текста, состоит из введения, 6 глав, выводов, списка литературы и приложения. Работа иллюстрирована 86 таблицами и 42 рисунками. Список литературы включает 357 наименований, в том числе 121 - зарубежных авторов.

Личный вклад автора. В основу диссертационной работы положены исследования, проведённые с 1982 по 2009 г. Материал исследования собран и проанализирован автором по разработанной им же программе выбора объектов исследования и обработке полученных данных. Автору принадлежит решение всех поставленных задач, обоснование защищаемых положений и научных выводов.

Место проведения работы. Работа выполнена в Институте агробизнеса пищевой и перерабатывавающей промышленности ФГОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет»; в производственных условиях Красноярского кондитерского объединения «Краскон» и Минусинской кондитерской фабрики.

Основное содержание работы

Во введении обосновывается актуальность проведенных исследований, сформулированы цель и задачи исследований, научная новизна и практическое значение.

В первой главе «Современное состояние вопроса получения и применения функциональных полуфабрикатов из мелкоплодных яблок» проведён аналитический обзор отечественной и зарубежной литературы, который раскрывает технические возможности и энергетическую ценность применения функциональных продуктов из мелкоплодных яблок.

Выяснено, что широкому использованию мелкоплодных яблок препятствует отсутствие инновационных технологий получения и применения функциональных продуктов. Сделан вывод о перспективности изучения их технологических свойств и необходимости разработки научных рекомендаций по их использованию (рис. 1).

Анализ физико-химических и технологических свойств мелкоплодных яблок Восточной Сибири показал, что по содержанию пектиновых веществ они превосходят большинство сортов крупноплодных яблок других регионов страны.

На этом основании определена перспектива получения пектиносодержа-

щих полуфабрикатов с целью их использования для изделий диетического питания, что сократит использование дорогостоящего привозного сырья.

Рисунок 1. Структурная схема исследований

Во второй главе «Теоретическое обоснование эффективных технологических процессов получения и применения продуктов из мелкоплодных яблок» определены объекты, методология и методы исследования технологических процессов переработки и получения продуктов из мелкоплодных яблок, выращиваемых в садах Восточной Сибири. При получении пектиносодержащих продуктов (пюре, пектин, антоциановый краситель) учитывались биохимические показатели разных сортов яблок. Полученные в результате инновационных технологических процессов кондитерские и хлебобулочные изделия являются продуктами высокой пищевой ценности для населения. В результате многолетних исследований выявлена закономерность накопления пектина в раз-

личных сортах мелкоплодных яблок разных климатических зон, погодных условий, стадий зрелости плодов. Установлено, что в плодах, выращенных в экстремальных условиях, накапливается высокое содержание пектиновых веществ.

Методология научно-практического исследования заключается в создании научно обоснованной комплексной структуры инновационных технологий получения и применения пектинсодержащих продуктов из мелкоплодных яблок в Красноярском крае по схеме: сырье-производство-продукция. В работе применялись специальные физические, физико-химические, биохимические, органо-лептические методы исследования свойств сырья, полуфабрикатов и готовых изделий, в том числе количественное и качественное определение антоцианов методом экстрагирования, хроматографии, химических, спектральных и других методов, общая кислотность, содержание аскорбиновой кислоты методом титрования, содержание общих Сахаров фотоколориметрическим методом, методы математического моделирования. Использован метод микроволнового нагрева сырья (Цугленок Н.В., 1988; Цугленок Г.И., 2003; Халанская А.П., 2003; Юсупова Г.Г., 2005; Головина Т.А., 2005).

Для обоснования комплексного подхода к формированию развивающихся технологий получения пюре, пектина, антоцианового красителя (рис. 2-4), изображения механизма влияния технологических приёмов на физико-химические свойства сырья использован аппарат дифференциальных уравнений Колмогорова А.Н. переходных процессов в системе с непрерывным временем и дискретными состояниями. В качестве функции состояния Фх^х) звена X, зависящей от параметра времени г и содержания сухих веществ х, примем массу перерабатываемого в момент * сырья. Интенсивности Я.х((,х) и соот-

ветственно входящего в звено и выходящего из звена потоков проинтерпретируем как скорости входящей и выходящей масс.

Рисунок 2. Аппаратурная схема производства пюре из мелкоплодных яблок: транспортёр инспекционный (1); машина моечная А9-КМ2-Ц (2); опрокидыватель плодов (3); ванна для замачивания плодов (4); транспортёр (5); паровой бланширова-тель транспортёрного типа (6); протирочиая машина Е1-КП2-Х (7); смеситель (8); шнековый дозатор с устройством весового дозирования (9)

Рисунок 3. Аппаратурная схема производства пектина из выжимок мелкоплодных яблок:

ленточный транспортер (1); бисерная мельница (2); экстрактор с ректификационной колонной (3); трубопровод (4); насос (5); кизельгуровый фильтр с горизонтальными фильтрующими элементами (6); вакуум-выпарная установка ВВУ (7); универсальная инфракрасная сушилка шкафного типа (8)

Рисунок 4. Аппаратурная схема производства антоцианового красителя

из тёмноокрашенных сортов мелкоплодных яблок: мойка плодов (1); опрокидыватель для плодов (2); приёмная ванна для замачивания (3); ленточный транспортёр (4); оборудование для резки плодов (5); пресс со встроенной центробежной мембраной (б); центробежный насос (7); трубопровод (8); кизельгуровый фильтр с горизонтальными фильтрующими элементами (9); вакуум-выпарная установка (10); смеситель (11); автомат розлива красителя (12)

Для описания технологических процессов производства пюре из мелкоплодных яблок введём обозначения: А — плоды мелкоплодных яблок (входной сигнал для системы); 5 - подготовка плодов (сортировка); М - мойка; I -замачивание плодов; В - пар; Я - шпарение; Т - протирание; Р - пюре; V - выжимки; К - производство кондитерских изделий; N - консервирование (бензонат Ка); Я - расфасовка; О - реализация (рис. 5).

Динамика состояний звеньев и всей технологической системы в целом представляется следующей системой дифференциальных уравнений:

ш

—=¿М-^„М-^М-^М.

= Хт{1,х)^н{1,х)-1гр(},х\Ц'т{их)-1гг{1,х)-lVj.lt,х),

с начальными условиями: :)=а (начало процесса - в начальный момент времени / = 0), УГм(0,х)=0, Жв(0,х)=Ь, Ж2(0,х)=0, ГУ„(0,х)=0; }Гг(0,х)=0; Г,(0,*)=0; 0^(0,*)=0; Цгц(о,х)=0.

В результате вычислительного эксперимента с моделью системы при различных значениях интенсивностей процессов протирания ранеток и различных начальных данных по подаче сырья в технологическую линию установлено, что теоретически возможный выход пюре с учётом содержания сухих веществ лежит в пределах 120,32... 128,75% от загружаемой массы сырья (рис. 6).

Рисунок 5. Технологические процессы произ- Рисунок 6. Производительность участка водства пюре из мелкоплодных яблок получения пюре, /л = 1,28

Для технологических процессов производства пектина из выжимок мелкоплодных яблок введём обозначения: А - яблочные выжимки (входной сигнал для системы); й - замачивание; X) - дробление до размера частиц 1,5.. .2,0 мм; М - промывка при температуре 20.. .30 °С; в - гидролиз-экстрагирование при температуре 80...90 °С; Р - фильтрация гидролизата; К - концентрирование экстракта; 5 - сушка пектина при температуре 55...60 °С; Р - пектин (рис. 7).

Методом вычислительного эксперимента с моделью, описывающей технологию получения пектина, показано, что при различных интенсивностях процесса сушки расчёт на компьютере даёт значения содержания пектина в диапазоне 8,52... 10,49% от загруженной массы (рис. 8).

О 1 1,82 1,ч'

Рисунок 7. Технологические процессы производства пектина из выжимок мелкоплод- Рисунок 8. Производительность участка по-ных яблок лучения пеютна, ц = 0,86

Для описания технологических процессов производства антоцианового красителя из мелкоплодных яблок обозначим: А - плоды мелкоплодных яблок (входной сигнал для системы); Я - сортировка плодов с отходами N; М -мойка плодов; 2 - замочка плодов; I - измельчение; Р - прессование; С -жмых; Р - фильтрация с осадком О; Т — центрофугирование; О - декантирование с осадком Е; I - сушка; I - измельчение (фруктовая мука); К -концентрирование (уплотнение сока под вакуумом); в - консервирование бен-зонатом натрия В; Я - розлив красителя в тару (рис. 9).

Переходные процессы между звеньями записаны в виде следующей сис-

темы:

ш

^ = ГГМ-^ЬхУъЬх),

аг

ш

с1\Ур Л

^ = лМ-ГГр(1,х)-Л^.х)- !Г0(с,х), = ЛРг((,х)-Wj.it,х)-Лю(с,х)- 1Гг{1,х)-Лп^,х)- 1Уг(},х),

ш

¿Ее и

с11¥т

^ Лп^,хУш^,х)-Л^,х)^,х),

л

= ХМ-^(/.х)- Хка{их)Щг,х),

=ямЫ-ЪА'А яЕ{1,х)-хи(их)^,х),

л

¿ЦТ

с начальными условиями: = ЖА,(о,х)=0, }Ум(0,х)=0,

№2(0,Х) = 0, ГГ;(0,х) = 0, 1Ур(0,Х)=0, Жс(0,Х) = 0, ТГг{0,Х) = 0, Го(М) = 0, Щ(0,х) = 0, ^(0,*)=0, ЖЕ(0,х) = 0, ГУо{0,х) = 0, Фк(0,х) = 0, Г£(0,*) = /•, Га(0,х) = Ь, }Гв{0,х) = 0, Г„(0,*) = г, ^М = 0.

Эксперимент на ЭВМ показал, что при различных интенсивностях процессов декантирования расчёты дают значения массы красителя от 41,72 до 49,38% от массы сырья (рис. 10).

А —Б |—* М г

о 0 т г 1 р 1

в Е о 0

Рисунок 9. Технологические процессы производства антоцианового красителя из мелкоплодных яблок

Рисунок 10. Динамика производства антоцианового красителя, /л = 0,42

Статистический анализ комплекса технологических и физико-химических показателей сырья из мелкоплодных яблок 50 сортов мелкоплодных яблок Красноярского края на основе опытных данных за период 1980-2009 гг. показал, что основными регулируемыми физико-химическими факторами, влияющими на биологическую и пищевую ценность перерабатываемого материала являются: х1 - содержание сухих веществ, %; х2 - титруемая кислотность, град; х, - кислотность, рН; x^ - средняя масса плодов, г; х1 - общее содержание Сахаров, %. За основные контролируемые показатели приняты: и, - содержание аскорбиновой кислоты, мг; иг - содержание фруктозы, %; и3 - содержание катехинов, мг; ы4 - содержание лейкоантоцианов, мг; и5 - содержание ан-тоцианов, мг. В качестве результатных показателей используются: у\ - общее содержание полифенолов, мг; уг - общее содержание пектиновых веществ, мг.

Теснота корреляционной связи общего содержания полифенолов у, с факторами группы и отражается видом корреляционного поля и уравнением регрессии у1(щ,и2,щ,и4,и5)=+Ь2и2 +63м3 +6„н4 +Ь5и5+е, при котором достигается

максимальное значение коэффициента детерминации (96,60%) с коэффициентами: ь, = -0,0829 ; Ь, = 2.147 ; Ь, = 0,899 ; ЬА = 1,006: Ъ. = 1,076 .

Теснота корреляционной связи общего содержания пектиновых веществ V, с двумя группами факторов х и и на диаграмме Гартогса отражается видом корреляционного поля и максимальным значением коэффициента детерминации (89.64%), достигаемом при выборе экспонециального уравнения связи

у, (.V,.....Х;,и,.....II; ) = е"Ь' " " + £ .

Схема определения содержания аскорбиновой кислоты (и,,.иг) в зависимости от содержания сухих веществ (*,,%) и титруемой кислотности (х2,град) представлена следующей функцией:

щ(х1,х1) = Ь0 +Ь, 1пх, + 1п: х1 +Ь, 1п3дг, + Ьлх2 +Ь5х\ + Ъ6х\ +Ь.х* + \х. где - коэффициенты регрессии, к = \,...,8. В диапазоне 40,20...68,10.^% коэффициент детерминации для этой функции составляет 99,99%, а относительная погрешность не превосходит 0,12%.

Схема определения содержания антоцианов (и.,,иг) в зависимости от содержания сухих веществ (х,,%) и титруемой кислотности (х,,град.) представлена следующей функцией (рис. 11):

и5(_г,,х,) = Ь0 +Ь, 1п.г, +6, 1гг .V, +Ь, 1л3.т, +Ь41п" х1 +6,1п5.1, +Ь6х: +Ь7х\ +Ь$х2, где Ьк - коэффициенты регрессии, А = 0,...,8. В диапазоне 23,40...82,06¿иг% коэффициент детерминации для этой функции составляет 99,99%, а относительная погрешность не превосходит 0,28%.

Схема определения общего содержания пектинов (у2,мг) в зависимости от содержания сухих веществ (*,,%) и титруемой кислотности (х2,град.) представлена следующей функцией (рис. 12):

уг(х^хг)=Ьа +—+—■ + + + +ЬЪ 1п" х2 + Ь- 1п5;с. +681п"1 х,, х, х,~ х, х,

где Ьк - коэффициенты регрессии, к = 0.....8. В диапазоне 0,84... 2,31.иг % коэффициент детерминации для этой функции составляет 99,97%, а относительная погрешность не превосходит 0,53%.

Рисунок 11. Содержание антоцианов в зави- Рисунок 12. Общее содержание пектинов в симости от содержания сухих веществ и тит- зависимости от содержания сухих веществ и руемой кислотности титруемой кислотности

Схема динамики накопления пектина (у:,.чг) для сорта «Горноалтайское» при раннем сроке созревания с 07 июня по 27 августа в зависимости от временного параметра (¡,сут) представлена функцией (рис. 13):

V,(/) = /)„ + ++Ь/ +Ь/ тЛ/+Я/;,

где Ьк - коэффициенты регрессии, к = 0.....7. Коэффициент детерминации для

функции составляет 98,99%, а относительная погрешность не превосходит

Рисунок 13, Накопление пектинов в плодах сорта «Горноалтайское»

Схема динамики накопления пектина (у2,мг) для сорта «Ранетка Пурпуровая» при среднем сроке созревания с 07 июня по 07 сентября в зависимости от временного параметра (t,cym) представлена функцией (рис. 14):

y2{t)=Ь0 + bf+Ь/ + Ь/ + Ь/ + Ь/ + Ь/ + Ъ/, где Ък - коэффициенты регрессии, к = 0,...,7. Коэффициент детерминации составляет 96,42%, а относительная погрешность не превосходит 6,68%.

Рисунок 14. Накопление пектинов в плодах сорта «Ранетка Пурпуровая»

Схема динамики накопления пектина (у2,мг) для сорта «Пепинка Алтайская» при среднем сроке созревания с 07 июня по 07 сентября в зависимости от временного параметра (1,сут) представлена функцией (рис. 15): Уг(') = Ьо+ Ь11 + + Ь/ + ь/ + Ь/ + Ь/ + Ь/ + Ь/, 14

где Ьк - коэффициенты регрессии, к = 0,...,8. Коэффициент детерминации со-

Рисунок 15. Накопление пектинов в плодах сорта «Пепинка Алтайская»

Схема динамики накопления пектина (у2, мг) для сорта «Алтайское Новогоднее» при позднем сроке созревания с 07 июня по 17 сентября в зависимости от временного параметра (г,сут) представлена функцией (рис. 16): У1 (0 = К + V + Ь/ + Ъ/ + ь/ + Ь/ +Ь/+ ь/,

где Ък - коэффициенты регрессии, к = 0.....7. Коэффициент детерминации составляет 99,83%, а относительная погрешность не превосходит 1,46%.

Рисунок 16. Накопление пектинов в плодах сорта «Алтайское Новогоднее»

Схема определения степени экстрагирования (5",%) пектиновых веществ в зависимости от времени гидролиза (г,.ммн) и рН-гидролизата (р.мл) представлена функциональной зависимостью (рис. 17):

5(?„ц) = Ь0 + 6,/ + Ъ/ + Ь/ + Ь,,и + Ь5ц2 + + Ь^ц + ¿>8г^2 + Ъ/ц, где Ь„ - коэффициенты регрессии, к = 0,...,9. Коэффициент детерминации для функции составляет 98,74%, а относительная погрешность не превосходит 5,19%.

Схема определения прочности студня (2, г) для пюре заданного ранга (г) из мелкоплодных яблок в зависимости от рН-кислотности (р) представлена функциональной зависимостью:

в(г,р) = Ь0+Ь,г + Ь2гЛ + \ААА, р р р р р

где Ьк - коэффициенты регрессии, к = 0.....7. Значение /- = 1 соответствует сорту

«Добрыня», значение г = 2 - купажу из мелкоплодных яблок сортов «Ранетка Пурпуровая» и «Забайкальская», г = 3 соответствует купажу сортов «Фонарик» и «Ранетка Ермолаева». Коэффициент детерминации для функции составляет 95,24%, а относительная погрешность не превосходит 6,81%.

Схема определения прочности студня (2, г) для пюре заданного ранга (г) из мелкоплодных яблок в зависимости от содержания сахара (5) представлена функциональной зависимостью (рис. 18):

Г Г Э « Г 5 5

где ¿, - коэффициенты регрессии, /г = 0,...,7. Значение г = 1 соответствует сорту «Добрыня», значение г = 2 - купажу из мелкоплодных яблок сортов «Ранетка Пурпуровая» и «Забайкальская», г = 3 соответствует купажу сортов «Фонарик» и «Ранетка Ермолаева». Коэффициент детерминации для функции составляет 96,32%, а относительная погрешность не превосходит 6,31%.

Рисунок 17. Степень экстрагирования пек- Рисунок 18. Прочность студня из мелко-тина плодных яблок заданного ранга в зависимо-

сти от содержания Сахаров

В третьей главе «Результаты исследования технологии приготовления пюре и получения пектина из мелкоплодных яблок Восточной Сибири» предложены схемы приготовления пюре из мелкоплодных яблок (на основе рекомендаций по переработке крупноплодных яблок; Пугленок, Типсина, 2007) с использованием высокопроизводительного оборудования при централизованном производстве.

Все технологические инструкции и установленные нормы потерь и выхода пюре, а также физико-химические показатели готового полуфабриката рас-

считаны на переработку крупноплодного сырья. Обработка мелкоплодных яблок традиционным способом снижает бактериальную обсемененность яблочной массы. Фракционное деление на мякоть и растворимые вещества позволяет повысить объем выхода «полезного» продукта. Химико-технологические свойства пюре определяются содержанием сухих веществ (табл. 1) в плодах мелкоплодных яблок (12,9-24,6 %) и в пюре (11,6-24,1 %).

Наименьшее содержание сухих веществ имело пюре из плодов «Сибирский румянец» - 12,1%, «Живинка» - 12,9%; наибольшее содержание сухих веществ было в пюре из плодов сортов: «Фонарик» - 19,1%; «Воспитанница» -20,5%; «Добрыня» - 19,8%; «Ранетка Ермолаева» - 23,0%; «Ранетка пурпуровая» - 24,1% и другие.

Таблица 1

Содержание сухих веществ в плодах и пюре из мелкоплодных яблок

Наименование сорта Содержание сухих веществ, %

в плодах в пюре

«Замена» 19,4 + 0,08 18,8+0,34

«Салют» 18,9+1,10 17,8+0,06

«Добрыня» 21,2+0,31 19,8+0,63

«Ранетка пурпуровая» 24,6+ 0,23 24,1+0,15

«Ранетка Ермолаева» 23,8+ 0,61 23,0+ 0,29

«Смена» 18,1+1,40 17,0+0,46

«Зорька» 20,3+ 0,00 18,1+0,03

«Байкал» 16,1+0,15 15,3+0,64

«Забайкальская» 14,8+0,28 13,2+0,13

«Юность» 17,9+0,14 16,8+0,50

«Барнаулочка» 15,6+0,06 14,3+ 0,38

«Фонарик» 20,4+1,30 19,1+0,64

«Аленушка» 17,1+0,87 16,0+ 0,17

«Кызыкуль» 14,5+ 0,61 12,9+0,25

«Красноярское сладкое» 16,1+0,53 14,8+0,02

«Сибирский румянец» 13,9± 0,12 12,1± 0,70

«Лада» 15,6+ 1,03 16,2+0,14

«Даренка» 17,1+0,51 15,9+ 0,23

«Тугус» 18,8+0,26 17,9+0,00

«Живинка» 14,2+0,18 12,9+0,44

«Барнаульское раннее» 15,1+0,76 14,2+ 0,28

«Красная гроздь» 13,6+0,27 12,1+0,32

«Кузнецовское» 12,9+0,12 11,6+0,05

«Мана» 19,1+0,19 18,8+ 0,91

«Вега» 17,9+ 0,35 17,2+0,46

«Красноярское зимнее» 19,1+ 0,21 17,8+ 0,28

«Красноярский снегирек» 20,2+0,51 18,6+0,13

«Светлое» 17,6+0,30 16,5+ 0,00

«Воспитанница» 22,1+ 0,46 20,5+ 1,04

«Горноалтайская» 17,4+0,11 16,3+ 0,32

Содержание пектиновых веществ определяет студнеобразующую способность полуфабриката - опытную желейную пробу (табл. 2). Коэффициент корреляции между общим содержанием пектиновых веществ в яблочном пюре и его студнеобразующей способностью равен 0,95. Коэффициент корреляции между студнеобразующей способностью шоре и содержанием в нем водорас-

творимого пектина равен 0,51. Особенно высокое значение желейной пробы дает пюре из яблок «Ранетка Ермолаева» (548 г), «Добрыня» (511 г), «Смена» (459 г), «Ранетка Пурпуровая» (410 г).

Таблица 2

Желейная проба и содержание пектиновых веществ в пюре

из мелкоплодных яблок урожая, в % на сырую массу _

Наименование сорта Содержание пектиновых веществ ПП Желейная проба, г

ВП ПП Общий пектин Общий пектин

«Ранетка пурпуровая» 1,16+0,11 0,97+0,30 2,13+0,41 45,5 410+4,33

«Добрыня» 1,29+0,24 0,06+0,16 2,35+0,40 45,1 511+3,67

«Смена» 1,15+0,03 1,11+0,69 2,26+0,72 48,1 459+1,31

«Байкал» 0,65+0,35 0,47+0,07 1,12+0,42 41,9 169+2,00

«Зорька» 0,59+0,00 0,51+0,13 1,10+0,18 46,3 174+1,98

«Салют» 1,09+0,18 0,91+0,24 2,00+0,42 44,5 383+2,15

«Замена» 0,85+0,30 0,63+0,02 1,48+0,32 42,5 321+1,73

«Ранетка Ермолаева» 1,41+0,47 1,09+0,40 2,50+0,87 43,0 548+2,34

«Мана» 0,10+0,08 1,03±0,16 2,13+0,24 48,3 463+3,01

«Фонарик» 1,00+0,25 0,98+0,09 1,98+0,34 49,3 391+2,25

«Кызыкуль» 1,12+0,01 0,89+0,21 2,01+0,22 44,2 408+1,67

«Даренка» 0,54+0,40 0,47+0,03 1,01+071 46,5 273+1,54

«Сибирский румянец» 0,38+0,07 0,24+0,11 0,62+0,18 38,7 126+0,86

«Аленушка» 0,79±0,36 0,29+0,00 1,08+0,38 26,8 264+2,13

«Забайкальская» 0,89+0,04 0,86+0,45 1,75+0,49 49,1 363+2,08

«Горноалтайская» 0,99+0,29 0,93±0,63 1,92+0,92 48,4 422+3,05

«Юность» 0,73+0,09 0,36±0,01 1,09+0,10 33,0 254+1,05

«Вега» 0,71+0,00 0,65+0,14 1,36+0,24 46,7 272+1,62

«Лада» 0,47+0,53 0,34+0,06 0,81+0,59 41,9 245+1,44

«Барнаулочка» 0,47+0,12 0,46+0,34 0,93+0,46 49,3 216+1,19

«Красноярское сладкое» 0,48+0,01 0,40+0,15 0,88+0,1 б 40,8 259+2,06

Пюре с наиболее высоким содержанием полифенолов получено из сортов мелкоплодных яблок: «Добрыня» - 396,62 мг на ЮОг, «Зорька» - 266,78 мг на ЮОг, «Замена» - 263,26 мг, «Забайкальская» - 396,03, «Байкал» - 248,99 мг, «Красная гроздь» - 331,1мг на 100 г и т.д. (табл. 3).

Таблица 3

Содержание полифенолов в пюре из мелкоплодных яблок _ урожая года на сырую массу_

Наименование сорта Содержание полифенолов, мг на ЮОг

Анто цианы Лейкоантоцианы Катехины Сумма

«Фонарик» 8,22+0,03 91,15+1,93 34,32+0,06 133,69+1,18

«Зорька» 2,48+0,00 153,57+2,71 110,72+2,44 266,78+2,36

«Живинка» 5,05+0,21 29,98+1,04 138,29+0,79 173,28+1,19

«Замена» 6,12+0,08 149,1+2,07 108,04+0,63 263,26+2,14

«Юность» 1,65+0,01 58,84+1,42 38,25+0,19 110,31+1,30

«8-59-14» 3,50+0,09 70,13+0,83 47,17+0,24 120,80+1,83

«Байкал» 8,01+0,01 111,81+1,86 129,17+2,17 248,99+3,09

«Уральское наливное» 1,89+0,00 47,86+0,74 47,37+0,06 97,12+0,81

«Добрыня» 27,85+0,14 259,56+2,91 108,97+1,35 396,62+3,06

«Забайкальская» 16,47+0,21 224,28+2,68 143,28+1,92 396,03+2,84

«Красная гроздь» 4,81+0,07 208,08+1,17 118,21+1,10 331,10+3,11

«Лада» 2,74+0,02 68,83+0,60 29,45+0,13 101,02+0,42

Желирующая способность пюре должна быть не ниже 200 г (по Валенту) для обеспечения качества готовых изделий. Студнеобразующие свойства пюре зависят от кислотности. Отмечено, что плоды мелкоплодных яблонь отличаются повышенной кислотностью (табл. 4). Сравнительно высокая кислотность (рН=3,0 - 4,02) позволяет во всех случаях использовать это сырье без дополнительного подкисления.

Таблица 4

Активная кислотность пюре по годам сбора__'

Наименование рН по годам сбора плодов Ср. знач рН

сорта 1987 1992 1997 2002 2007

«Ранетка Ермо- 3,37+0,26 3,06+0,01 3,60+0,24 3,47+0,29 3,21+0,11 3,34

лова»

«Добрыня» 3,20+0,03 3,08+0,09 3,31+0,01 3,36+0,06 3,01+0,02 3,19

«Ранетка пур- - 2,72+0,14 3,23+0,11 3,36+0,14 2,85+0,07 3,04

пуровая»

«Забайкаль- - - - 3,091+1,3 3,20+0,04 3,14

ская»

«Зорька» - - - 3,54+0,11 3,29+0,01 3,41

«Байкал» - - - 3,12+0,09 3,06+0,06 3,09

«Замена» - - - 3,21+0,08 3,85+0,06 3,53

«Смена» - - 2,98+0,01 3,30+0,09 3,14

«Мада» 3,4+0,40 3,42+0,01 3,46+0,3 3,49+0,08 3,61+0,13 3,47

«Живинка» - - - 3,76+0,12 3,54+0,14 3,65

«Красная - - - 4,51+0,16 3,53+0,02 4,02

гроздь»

«Лада» - - - 3,12+0,07 3,15+0,06 3,13

«Фонарик» 3,2+0,32 3,08+0,16 3,26+0,12 3,38+0,04 3,12+0,01 3,21

«Юность» - - - 2,69+0,00 3,63+0,05 3,16

Содержание Сахаров (табл. 5) колеблется в плодах (6,98-10,84 %) и пюре мелкоплодных яблок (6,13-10,27 %). Благоприятное сочетание кислотности и Сахаров технологически выгодно при производстве изделий с желейной структурой.

Таблица 5

Содержание Сахаров в плодах н пюре мелкоплодных яблок _Красноярского края (на сырую массу)_

Наименование сорта Содержание Сахаров, %

в плодах в пюре

«Уральское наливное» 9,89+1,23 9,45+0,74

«Байкал» 10,84+0,66 10,27+0,17

«Зорька» 8,67+0,26 8,72+0,31

«Добрыня» 9,52+0,86 7,44+0,09

«Замена» 9,47+1,95 8,67+0,13

«Фонарик» 9,13+0,18 9,02+0,28

«Ранетка пурпуровая» 6,98+0,18 6,13+0,00

«Аленушка» 8,90+0,36 8,11+0,05

Пюре из мелкоплодных яблок повышает биологическую ценность изделий, отпадает необходимость применения буферных солей. Пектин, полученный как из ранеток, так и из полукультурок, имеет невысокие физико-химические показатели.

Предложена технология приготовления пюре СВЧ-обработкой. Электро-

магнитное ноле высокой и сверхвысокой частот находит применение в обеззараживании сырья мелкоплодных яблок при изготовлении пюре. Физическая основа дезинфекции под воздействием микроволновой энергии состоит в том, что при достаточной мощности происходит повышение температуры в отличие от ионизирующих излучений, которые приводят к химическим изменениям. В основе экспериментов по СВЧ-обработке мелкоплодных яблок (рис. 19) лежит методика активного планирования, которая позволяет минимизировать необходимый объем опытов, сократить материальные затраты на проведение исследований и сохранить удовлетворительные статистические характеристики (Цуг-ленок, 2003).

"Светлое" "Красное" "Уральское" "Пипинчик"

Рисунок 19. Вязкость конфетного студня в зависимости от сорта и способов приготовления пюре (шпарка и СВЧ-обработка) Эффективность каждого из исследуемых методов обработки сырья мелкоплодных яблок зависит от сорта использованных плодов. Обеззараживание традиционным способом имеет наиболее эффективное действие на сорт «Светлое», а СВЧ-обеззараживание - на сорт «Уральское наливное».

Важнейшим показателем яблок, предназначенных для переработки, является содержание в них пектиновых веществ. Желируюшие свойства продуктов переработки яблок зависят от содержания пектина и кислотности исходного сырья. Для мелкоплодных яблок является характерным высокое содержание пектиновых веществ у сортов с более высокой кислотностью. Многие физико-химические показатели пектина (рассчитанные на сухое вещество), полученного из выжимок полукультурок, выше, чем для ранеток (табл. 6, 7).

Таблица б

Физико-химические показатели пектина из ранеток___________

Пектин

Показатель «Ранетка «Добрыня» «Ранетка |

Пурпуровая» Ермолаева» j

Влажность.% 14,0 13,7 13,5

Свободные карбоксильные группы (Кс),% 5,0 5,2 5,0

Связанные карбоксильные группы(Км).% 5,3 5,5 5,3

Ацетильные группы. % 0.22 0,44 0,80

Степень этерификации.% 50.4 49,3 47,4

: Метоксильные группы. % :

Средняя молекулярная масса.ед. 51000 47000 49000

1 Желирующая способность .мм рт.ет. 290 272 265

1 Желирующая способность, ч 410 - 511 _548

! Степень чистоты пектина, % 36.2 37,8 36,3

Таблица 7

Физико-химические показатели пектина из полукультурок_

Показатель Пектин

«Фонарик» «Горноалтайское» «Зорька»

Влажность,% 13,7 13,5 14,0

Свободные карбоксильные группы, % 5,8 5,7 5,5

Связанные карбоксильные группы, % 6,1 6,0 5,7

Степень этерификации, % 49,7 49,2 49,8

Содержание метоксияьных групп, %

Содержание ацетильных групп, % 0,37 0,47 0,25

Средняя молекулярная масса, ед. 53000 50000 52000

Желирующая способность, мм рт. ст. 309 300 303

Желирующая способность, ч 391 422 274

Степень чистоты пекпша,% 41,7 41,2 39,2

Получение более качественного пектина из яблок-полукультурок также связано с содержанием полифенолов. В процессе исследований было установлено, что определяющей стадией получения пектина из выжимок мелкоплодных яблок является отделение пектина от полуфенольных веществ, которое может быть осуществлено с использованием ионообменной сорбции. Использование ионообменных смол для выделения полифенольных веществ из гидро-лизата позволило упростить подготовку сырья и подтвердило целесообразность изменения процесса гидролиза-экстрагирования пектина. Далее стадии переработки гидролизата с целого получения пектина могут осуществляться по технологической схеме (рис. 20).

Пектиновые вещества яблочных выжимок характеризуются большим содержанием протопектина и небольшим - растворимого пектина, поскольку последний в большом количестве удаляется вместе с пюре или соком. Анализ технологического процесса получения пектина с целью его усовершенствования целесообразно начать с последней стадии: выделение пектина из гидролизата. Известные коагулянты пектина: хлористый алюминий, этиловый спирт, ацетон - не обладают необходимой селективостью и одновременно вымывают практически все балластные вещества из гидролизата. Поиск селективного коагулянта является малоперспективным из-за наличия большого количества ограничений к реагентам, применяемым в пищевой промышленности.

В пищевой, витаминной, медицинской и других отраслях промышленности широко применяют адсорбционные и ионообменные способы очистки жидких продуктов от различных примесей (Цугленок Н.В., Типсина H.H., 2007). Имеются сведения о возможности выделения полифенольных веществ из раствора на адсорбентах, но при этом возникают большие затруднения с их регенерацией. Это позволяет рекомендовать для выделения полифенольных веществ из гидролизата ионообменные смолы. Выбор ионитов обосновывался природой балластных веществ гидролизата, а также большим количеством ионов экстрогента. Поэтому целесообразно было взять аниониты, которые способны поглощать вышеприведённые примеси. В связи с этим нами были выбраны смолы ЭДЭ-ЮПГ, АВ-17-2п, АВ-17Мп, которые находят применение в пищевой промышленности, что исключает дополнительное исследование на

токсичность. Из полученных данных следует, что наилучшая очистка была достигнута при использовании анионитов ЭДЭ-ЮПГ, АВ-17 Мп, но при этом отмечался неприятный запах полученного пектина, что недопустимо для пищевых продуктов. При использовании анионита АВ-17-2п для очистки экстракта получен пектин по органолептическим показателям, удовлетворяющий требованиям ОСТ 111-3-82 «Пектин яблочный сухой». Приведенные выше факты определили выбор именно этого анионита для очистки гидролизата пектина, несмотря на меньшую в 1,5 раза сорбционную емкость.

Рисунок 20, Технологическая схема получения пектина

Во всех опытах при пропускании гидролизата пектина при рН=3,1 было отмечено, что верхний слой смолы в колонке приобретает синий цвет Исходя из данных исследования по очистке гидролизата от полифенолов, следует считать обоснованным кислотный режим гидролиза. Но не менее важным является правильный выбор длительности ведения процесса гидролиза - экстрагирования. Анализом проб, отобранных через 10 минут, было установлено, что в сис-

теме «выжимки - гидролизат» практически устанавливается равновесие в течение одного часа (табл. 8).

Таблица 8

Степепь экстрагирования пектина из выжимок ранеток в зависимости от времени гидролиза

Время гидролиза Степень экстрагирования пектина,%

РН гидролизата

1,8:2,0 2,5:3,0 4,5:5,0 2,5:3,0

10 21,5 23,0 18,6 24,0

20 34,0 37,0 32,2 36,1

30 43,8 49,2 41,3 50,6

40 45,4 50,1 42,0 рН=4,5:5,0 56,2

50 49,2 52,0 42,4 59,6

60 50,8 52,4 42,2 63,0

70 50,7 52,5 - 63,4

Гидролизат, полученный при выдержке в течение часа с рН=3, легко фильтровался в отличие от гидролизата с рН=1,2-1,8, что свидетельствует о предпочтительном ведении процесса гидролиза при рН=3. К тому же неожиданно было установлено более высокое содержание пектина в гидролизате с рН=3.0 По-видимому, это связано с потерей части пектина при фильтрации гидролизата с рН=1,2-1,8 из-за осаждения его полифенольными веществами. Увеличение выхода пектина при проведении процесса гидролиза в две стадии (при рН=3 и рН=5) подтверждает влияние полифенолов на выход пектина. Выбранный режим гидролиза с точки зрения очистки гидролиза от полифеноль-ных веществ даёт более высокий выход пектина и по этим причинам может считаться вполне обоснованным. Для определения влияния масштаба установки на эффективность выделения пектина из яблочных выжимок были проведены испытания предлагаемого технологического процесса в промышленных условиях. В качестве ионообменника была использована цилиндрическая вертикальная емкость, открытая сверху диаметром 500 мм с перфорированным ложным дном, приваренным выше конического днища.

В четвёртой главе «Результаты исследования технологии получения ан-тоциановых пигментов из темноокрашенных сортов мелкоплодных яблок» рассматриваются технологические схемы получения антоциаяового красителя как в лабораторных, так промышленных условиях (табл. 9).

Таблица 9

Физико-химические показатели мелкоплодных яблок_

Показатель Добрыня Пурпуровая Ранетка Ермолаева Греза

Содержание сухих веществ, % 21,6 19,8 16,80 20,8

Кислотность титруемая, % по яблочной кислоте 0,16 0,16 0,17 0,20

Активная кислотность (рН) 3,09 2,96 3,01 2,81

Сахара, %: общие -редуцирующие 7,35 6,05 4,39 3,90 8,60 6,34 5,99 4,95

Витамин С, мг/100г 24,10 54,30 31,90 51,40

Р-аюивные вещества, мг/100г: Антоцианы Лейкоалто цианы Катехины 23,31 281,32 184,09 28,36 167,40 158,50 32,20 81,84 172,18 38,74 255,44 141,23

Исследованы технологические особенности циклов схемы, повышающих качество продукции. Эффективность антоцианового красителя зависит от физико-химических показателей мелкоплодных яблок.

Содержание сухих веществ, Сахаров, антоцианов, лейкоантоцианов, кате-хинов является важнейшим показателем для оценки технологических свойств яблок при их переработке (рис. 21).

Рисунок 21. Технологическая схема получения красителя из мелкоплодных яблок

Полученный из мелкоплодных яблок краситель представляет собой сиропообразную жидкость темно-красного цвета, кислого, слегка терпкого вкуса и запаха, соответствует принятым оргонометрическим критериям и стандартам качества.

Исследованы органолептические и биохимические свойства антоцианового красителя. Он содержат сравнительно большое количество красящих веществ - 13,1 - 31,8 г/л. Активная кислотность (рН) находится в пределах — 1,9 — 2,1. Микробиологическая оценка качества красителя показала, что в свежеприготовленном красителе не обнаружены сальмонеллы, плесени и дрожжи. Полное отсутствие микрофлоры в красителях можно объяснить повышенной кислотностью (рН =2,0...2,5) и наличием бактерицидных веществ (табл. 10).

Таблица 10

Физико-химические показатели антоцианового красителя_

Показатель Сорт ранеток

«Пурпуровая» «Добрыня» Ранетка Ермолаева «Греза»

Содержание сухих веществ, % 60,35 60,20 60,27 60,29

Относительная плотность при 20°С 1,43 1,40 1,41 1,42

Титруемая кислотность, % по яблочной кислоте 0,78 0,74 0,80 0,71

Активная кислотность (РН) 2,11 2,05 1,88 2,08

Сахара, %: общие_редупирующие 15,33 13,84 24,84 21,61 30,73 24,62 21,77 19,27

Витамин С, мг/100г 187,33 100,15 134,70 178,55

Содержание красящих веществ по Со50„-7Н20,г/л 26,62 15,25 13,08 31,79

Растворимость в воде Полная (без осадка) Полная(без осадка) Полная (без осадка) Полная (без осадка)

Р-активные вещества, мг/100 г

Антоцианы 136,56 111,32 155,26 200,29

Лейкоантоцяаны 720,10 1102,03 389,16 1152,39

Катехины 673,24 759,54 828,22 677,29

В результате проведенных исследований установлены сроки хранения красителей -12 месяцев со дня выработки и температурный режим 3.. .5°С.

В пятой главе «Разработка ассортимента рецептур получения кондитерских изделий» определены физико-химические состояния мармеладного студня по содержанию кислоты сахара и пюре и разработаны технические условия для получения мармеладного студня и рецептуры мармелада из пюре мелкоплодных яблок. Полученный в производственных условиях Минусинского овоще-консервного завода пектиновый полуфабрикат и выделенный из него пектин были использованы как желирующие вещества. Выработанный мармелад отвечал требованиям ГОСТ 6442-69 «Мармелад» (табл. 11,12).

Таблица 11

Рецептура фруктового формового мармелада_

Наименование сырья Содержание сухих в-в, % Расход сырья на 1т готовой продукции, кг

в нативном выражении в сух.в-вах

Сахар-песок 99,85 697,1 694,4

Пюре из мелкоплодных яблок 10,0 1114,3 111,43

Итого - 1811,4 805,83

Выход 79,0 1000,0 790,00

Таблица 12 Рецептура фруктового пластового мармелада

Наименование сырья Содержание сухих в-в, % Расход сырья на 1 т готовой продукции, кг

в натуральном выражении в сух. в-вах

Сахар-песок 99,85 614,1 612,42

Пюре из мелкоплодных яблок 10,00 980,8 98,08

Итого - 1594,9 710,5

Выход 70,0 1000,0 700,0

По разработанной рецептуре крема «Зефир» с использованием пектина из выжимок мелкоплодных яблок были выработаны торты. На основании проведенных исследований были разработаны технологические инструкции и рецеп-

туры по приготовлению мармелада формового и пластового как отделочных полуфабрикатов для тортов, пирожных, рулетов. Содержание сахара в рецептуре (в % к массе пюре) снижено до 62% вместо 80%. Экспертная оценка этих изделий показала их высокие органолитические качества - 29,67 баллов по 30-бальной системе.

В шестой главе «Технико-экономические показатели технологических схем производства функциональных продуктов из мелкоплодных яблок Восточной Сибири» даны результаты лабораторных и производственных испытаний безотходных технологических схем получения функциональных продуктов и экономическая эффективность предложенного комплекса технологий на основе местного растительного сырья. Для получения 1 тонны пектинового полуфабриката (с содержанием пектина 2%) требуется 3175 кг яблочных выжимок. При получении сока образуется 1160 т выжимок, что позволит выработать 365 т пектинового полуфабриката. Себестоимость 1 т пектинового полуфабриката, согласно калькуляции, составит 552,6 руб. (табл. 19). Таким образом, общие затраты на производство продукции составили 201700 руб. В соответствии с рецептурой выработки мармелада формового на 1 т готовой продукции идёт 13 кг пектина или 300 кг пектинового полуфабриката, т.е.365 т которого позволит заменить 15,8 т пектина на сумму 252800 рублей. Общий экономический эффект от применения пектинового полуфабриката вместо пектина составит 51100 рублей, или на 1 т полуфабриката - 140 рублей.

Общие выводы

1. На основе выполненного аналитического обзора литературных источников установлено, что мелкоплодные сорта яблок по содержанию биологически активных веществ и пектинов превосходят большинство сортов, выращиваемых в Молдавии, на Кавказе, Украине и Средней Азии. Проведённый анализ растительного сырья Восточной Сибири показал, что высокое содержание пектиновых веществ в местных сортах яблок позволяет использовать их при производстве отделочных полуфабрикатов для кондитерских изделий и в качестве сырья для приготовления многих сладких блюд; использование гаоре из мелкоплодных яблок позволяет исключить из рецептур дорогостоящие и биологически малоактивные желирующие вещества и буферные смеси; интенсивная окраска многих сортов мелкоплодных яблок позволяет исключить при изготовлении отделочных полуфабрикатов и сладких блюд пищевые красители; использование пюре из мелкоплодных яблок позволяет централизовать производство отделочных полуфабрикатов и сырья для производства сладких блюд. Анализ сырьевой базы Восточной Сибири показал, что имеются большие резервы для реализации технологий с использованием местных мелкоплодных сортов яблок в кондитерской промышленности и массовом питании.

2. Предложенная концепция и схема исследований по безотходной технологии переработки мелкоплодных яблок на основе местного растительного сырья с высоким содержанием пектиновых и натуральных биологически активных веществ позволила выявить закономерности накопления пектина в пятидесяти районированных сортах мелкоплодных яблок разных климатических зон, в зависимости от погодных условий, стадии зрелости плодов.

3. Предложенная методология научно-практического исследования позволила создать комплексную структуру инновационных технологий получения и применения пектиносодержащих продуктов из мелкоплодных яблок в Красноярском крае по дифференцированной схеме: сырье-производство-продукция. Установлено, что в плодах, выращенных в экстремальных условиях, накапливается высокое содержание пектиновых веществ. Предложенные математические модели технологических процессов переработки и получения продуктов из мелкоплодных яблок позволили установить изменение выходов пюре, пектина и пищевого красителя в зависимости от физико-химических показателей сырья. В результате вычислительного эксперимента с моделью технологической системы при различных значениях интен-сивностей технологических процессов и различных начальных данных по подаче сырья в технологическую линию установлено, что теоретически возможный выход пюре с учётом содержания сухих веществ лежит в пределах 120,32...128,75% от загружаемой массы сырья, значения содержания пектина - в диапазоне 8,52... 10,49% от загруженной массы, значения массы красителя - от 41,72 до 49,38% от массы сырья.

4. Разработанная технология приготовления пюре из мелкоплодных яблок с использованием микроволнового нагрева, отличающаяся от базовой технологии минимальным временем обработки и высокой степенью микробного обеззараживания, позволяет получить пектин из выжимок мелкоплодных яблок из вторичного, более дешёвого сырья.

5. Эффективность предложенных технологий поддерживается за счёт качества и количества местного растительного сырья, снижения сахароёмкости при производстве кондитерских изделий от 15-30%, использования природных органических кислот, замещающих лимонную кислоту на 1% массы изделий, и сокращения эксплуатационных издержек.

6. Физико-химические состояния мармеладного студня из пюре мелкоплодных яблок показали максимальную прочность студня (до 539 г по Валенту) при активной кислотности пюре 3,4, содержанию сахара 57,5% от массы и содержанию пектиновых веществ в пюре в диапазоне 1,1-2,3% от массы для различных сортов и кулажей ранеток. Разработаны условия для получения мармеладного студня и группа рецептур мармелада с пониженным до 62% содержанием сахара (вместо 80% по традиционной рецептуре). В предложенные рецептуры с использованием пюре мелкоплодных яблок не вводятся: органические кислоты, буферные смеси, красители, студнеобразователи, что приводит к экономии сырья в денежнем эквиваленте 521 руб./т готовой продукции.

7. Лабораторные и производственные испытания показали эффективность предложенных образцов «Мармалед формовой» и «Мармелад пластовый», доказана несущественность расхождений реализуемых на практике и в теории условий. Относительная погрешность лабораторных измерений конечной влажности (30,5%), кислотности (1,2 град), времени уваривания (12,5 мин), содержания редуцирующих веществ (15,5%), продолжительности студнеобразования (17,5 мин), конечной температуры уваривания (107,5°С), температуры охлаждающего воздуха (зимнего - 17,5°С, летнего - 27,5°С) от установленного теоретического уровня не превышают 5%.

8. В результате лабораторных опытов с мармеладной массой и производственных испытаний группы рецептур мармелада установлено, что при высоком содержании сухих веществ в пюре (21%) процесс уваривания сокращается в среднем в 1,9 раза по сравнению с традиционным сырьём, что приводит к увеличению выработки мармелада в 1,4 раза и, как следствие, - к уменьшению потерь биологически активных и минеральных веществ при сокращении времени термической обработки мармеладной массы. При уваривании зефирной массы из шоре ранеток аналогичный технологический процесс даёт сокращение потерь биологически активных и минеральных веществ по сравнению с традиционной технологией.

9. Формирование экономического эффекта предприятий пищевой промышленности на основе новых технологий с использованием местного растительного сырья из мелкоплодных яблок взамен менее эффективного и более дорогостоящего привозного сырья повышает финансовую устойчивость предприятия. При реализации комплекса предложенных технологий по приготовлению пюре и пектина (антоциановых пегментов и преложенных рецептур кондитерских изделий) общие затраты на производство сократились с 692,60 до 552,60 руб/т, то есть экономический эффект от внедрения инновационных технологий с использованием местного растительного сырья составил 140 руб./т. Полученный годовой экономический эффект от реализации мармелада фруктового на ОАО «Минусинская кондитерская фабрика» составляет 1,5 млн руб. в год.

Практические рекомендации

1. Среди 50 исследуемых сортов мелкоплодных яблок по содержанию анто-цианового пегмента, натуральных биологически активных веществ и жиз-ненноважных микроэлементов наилучшими для промышленного использования являются ранетки «Ранетка Пурпуровая», «Добрыня», «Ранетка Ермолаева», «Грёза» и полукультурки «Фонарик», «Кызыкуль», «Алёнушка», «Горноалтайское».

2. Для промышленного получения пюре из мелкоплодных яблок рекомендовать вместо операции шпарения для размягчения и обеззараживания плодов использовать микроволновой нагрев.

3. Для переработки плодов мелкоплодных яблок в промышленном использовании рекомендовать безотходные технологии.

Список основных научных трудов

1. Типсина, H.H. Пектин - важное растительное сырье для промышленности / H.H. Типсина // Вестник КрасГАУ. - Красноярск, 2003. - №3. - С. 270-272.

2. Типсина, H.H. Характеристика и использование мелкоплодных яблок / H.H. Типсина // Вестник КрасГАУ. - Красноярск, 2003. - №3. - С. 272-274.

3. Цугленок, Н.В. Экология мелкоплодной яблони / Н.В. Цугленок, H.H. Типсина, B.JI. Колесников // Вестник КрасГАУ. - Красноярск, 2004. - №4. -С. 110-112.

4. Цугленок, Н.В. Технология приготовления пюре из мелкоплодных яблок Сибири и его химико-технологическая оценка / Н.В. Цугленок, H.H. Типсина // Вестник КрасГАУ. - Красноярск, 2004. - №5 - С. 191 -196.

5. Типсина, H.H. Использование фруктово-ягодных полуфабрикатов в рецептурах для диетического питания / H.H. Типсина, Л.А. Наумова // Вестник КрасГАУ. - Красноярск, 2004. - №6 - С. 198-200.

6. Типсина, H.H. Технология приготовления фруктовой муки из мелкоплодных яблок / H.H. Типсина, О.Ю. Катасанова, И.С. Новиков // Вестник КрасГАУ. - Красноярск, 2004. - №6. - С. 200-202.

7. Типсина, H.H. Пищевые волокна в производстве тортов и пирожных / H.H. Типсина // Вестник КрасГАУ. - Красноярск, 2005. - №7. - С. 259-265.

8. Типсина, H.H. Функциональные пищевые продукты / H.H. Типсина // Вестник КрасГАУ. - Красноярск, 2005. - №8. - С. 276-278.

9. Типсина, H.H. Научные основы технологий кондитерских изделий с применением растительного сырья / H.H. Типсина, Н.В. Цугленок // Вестник КрасГАУ. - Красноярск, 2005. - №8. - С. 283-288.

10. Типсина, H.H. Совершенствование технологии хлебобулочных изделий из замороженных полуфабрикатов с частичной выпечкой / H.H. Типсина, Т.Ф. Варфоломеева // Вестник КрасГАУ. - Красноярск, 2005. - №9. -С. 258-262.

11. Цугленок, Н.В. Эффективные технологии производства пектина и его использование в пищевой промышленности / Н.В. Цугленок, H.H. Типсина, О.Ю. Катасанова // Вестник КрасГАУ. - Красноярск, 2006. - №10. - С. 331334.

12. Типсина, H.H. Использование в продуктах питания добавок, содержащих пищевые волокна / H.H. Типсина, Н.В. Цугленок // Вестник КрасГАУ. -Красноярск, 2006. - №11. - С. 245-248.

13. Типсина, H.H. Технология функциональных пищевых продуктов и инновационная политика в их реализации / H.H. Типсина // Вестник КрасГАУ. -Красноярск, 2006. - №11. - С. 249-251.

14. Типсина, H.H. Яблоки в Сибири / H.H. Типсина // Вестник КрасГАУ. -Красноярск, 2006. - №12. - С. 467-469.

15. Типсина, H.H. Использование пектиносодержащих продуктов при отравлении солями тяжелых металлов / H.H. Типсина, Е.М. Типсина // Вестник КрасГАУ. - Красноярск, 2006. - №14. - С. 181-184.

16. Типсина, H.H. Разработка рецептур мучных кондитерских изделий и отделочных полуфабрикатов с добавлением дикорастущего растительного лекарственного сырья, произрастающего в Красноярском крае / H.H. Типсина, Б.А. Струпан // Вестник КрасГАУ. - Красноярск, 2006. - №15. - С. 301-305.

17. Типсина, H.H. Сравнительная характеристика технологий переработки мелкоплодных яблок / H.H. Типсина, З.К. Воробьева // Вестник КрасГАУ. -Красноярск, 2006. - №15. - С. 306-312.

18. Типсина, H.H. Изменение химического состава сибирских мелкоплодных яблок под действием микроволновой энергии / H.H. Типсина // Вестник КрасГАУ. - Красноярск, 2007. - №2. - С 236-243.

19. Типсина, H.H. Пектин из мелкоплодных яблок как энтеросорбент / H.H. Типсина // Вестник КрасГАУ. - Красноярск 2007. - №3. - С. 242-246.

20. Типсина, H.H. Научное обоснование использования растительного сырья с

целью повышения пищевой ценности мучных изделий и экономии сырьевых ресурсов / H.H. Типсина, Т.Ф. Варфоломеева, Г.К. Селезнева // Вестник КрасГАУ. - Красноярск, 2007. - №6. - С. 259-266.

21. Типсина, H.H. Влияние СВЧ-нагрева на состав полуфабрикатов из мелкоплодных яблок Сибири / H.H. Типсина // Хранение и переработка сельхоз-сырья. - М, 2007. -№12. - С. 25-27.

22. Струпан, Е.А. Основные направления повышения пищевой ценности кондитерских изделий / Б.А. Струпан, H.H. Типсина // Вестник КрасГАУ. -Красноярск, 2007. - №6. - С. 271-275.

23. Типсина, H.H. Использование СВЧ-нагрева для получения полуфабрикатов из мелкоплодных яблок Сибири / H.H. Типсина, А.Е. Туманова // Хранение и переработка сельхозсырья. - М., 2008. - № 2. - С. 20-22.

24. Типсина, H.H. Пищевые волокна в производстве функциональных продуктов / H.H. Типсина, А.Е. Туманова // Кондитерское и хлебопекарное производство.-М., 2008.-№ И.-С.16-19.

25. Типсина, H.H. Технологические особенности пектиносодержащего сырья / H.H. Типсина, О.Ю. Комарова, Е.А. Струпан // Вестник КрасГАУ. - Красноярск, 2008. - №1. - С. 253-260.

26. Типсина, H.H. Пищевые волокна в кондитерском производстве / H.H. Типсина, Н.В. Присухина // Вестник КрасГАУ. - Красноярск, 2009. - №9. -С. 166-171.

27. Типсина, H.H. Детоксицирующие свойства пектина из мелкоплодных яблок Сибири / H.H. Типсина, А.Е. Туманова // Хранение и переработка сельхоз-сырья.-М., 2009. - № 1.-С.19-21.

28. Типсина, H.H. Мелкоплодные яблоки Сибири в кондитерских изделиях пищевой промышленности и массовом питании: монография / H.H. Типсина. -Красноярск, 1998. - 103 с.

29. Типсина, H.H. Технологии получения пектиносодержащих продуктов из мелкоплодных сибирских яблок: монография / H.H. Типсина, Н.В. Цугле-нок. - Красноярск, 2007. - 191 с.

30. Типсина, H.H. Новые виды хлебобулочных изделий с использованием нетрадиционного сырья: монография / H.H. Типсина. - Красноярск, 2009. -260 с.

31. Типсина, H.H. Новые виды кондитерских изделий с местным растительным сырьем: монография / H.H. Типсина. - Красноярск, 2009. - 168 с.

Патенты

32. Патент РФ № 2281306 от 10.08.2006 г. Способ получения антоцианового пищевого красителя из растительного сырья / Н.В. Цугленок, H.H. Типсина, И.С. Новиков.

33. Патент РФ № 2335140 от 10.10. 2008 г. Способ получения пектиносодержа-щей пасты / Н.В. Цугленок, H.H. Типсина, О.Ю. Катасанова.

34. Патент РФ № 2329663 от 27.07. 2008 г. Способ получения пектина / Н.В. Цугленок, H.H. Типсина.

35. Патент РФ № 2323589 от 10.05. 2008 г. Способ получения пюре из мелкоплодных яблок / Н.В. Цугленок, H.H. Типсина.

Санитарно-эпидемиологическое заключение № 24.49.04.953.П. 000381.09.03 от 25.09.2003 г. Подписано в печать 7.06.2010. Формат 60x84/16. Бумага тип. № 1962 Печать-ризограф. Усл. печ. л. 2,0 Тираж 100 экз. Заказ № 552 Издательство Красноярского государственного аграрного университета 660017, Красноярск, ул. Ленина, 117

Введение

Глава 1. Современное состояние вопроса получения и применения функциональных полуфабрикатов из мелкоплодных яблок.

1.1. Существующие направления развития комплекса технологий получения и применения функциональных продуктов.

1.2. Использование пищевых волокон при получении функциональных полуфабрикатов из фруктов.

1.3. Анализ растительного сырья и сырьевой базы мелкоплодных яблок Восточной Сибири.

1.4. Выводы.Г.

Глава 2. Теоретическое обоснование эффективных технологических процессов получения и применения продуктов из мелкоплодных яблок. $

2.1. Объекты, методология и методы исследований технологических процессов переработки и получения продуктов из мелкоплодных яблок.

2.2. Моделирование технологических" процессов переработки и получения продуктов на основе сырья из мелкоплодных яблок.

2.3. Моделирование комплекса физико-химических показателей сырья из мелкоплодных яблок.

2.4. Выводы.

Глава 3. Результаты исследования технологии приготовления пюре и получения пектина из мелкоплодных яблок Восточной Сибири.

3.1. Технология приготовления и химико-технологические свойства пюре из мелкоплодных яблок.

3.2. Технология получения пектина из мелкоплодных яблок.

3.3. Выводы.

Глава 4. Результаты исследования технологии получения анто-циановых пигментов из темноокрашенных сортов мелкоплодных яблок.-.

4.1. Определение биохимических показателей натурального пигмента по содержанию антоцианов и кислотности.

4.2. Технология получения красителя из темноокрашенных сортов мелкоплодных яблок в лабораторных условиях.

4.3. Органолептические и биохимические показатели антоцианового пищевого красителя.

4.4. Выводы.

Глава 5. Разработка ассортимента рецептур получения кондитерских изделий.

5.1. Определение физико-химических состояний мармеладного студня по содержанию кислоты, сахара и пюре

5.2. Разработка условий для получения мармеладного студня и рецептур мармелада из пюре мелкоплодных яблок

5.3. Лабораторные и производственные испытания кондитерских изделий на основе рецептур с применением пектиновых веществ мелкоплодных яблок.

5.4. Выводы.

Глава 6. Технико-экономические показатели технологических схем производства функциональных продуктов из мелкоплодных яблок Восточной Сибири.

6.1. Результаты производственных испытаний безотходных технологических схем получения функциональных продуктов из мелкоплодных яблок и рекомендации для пищевой промышленности края.

6.2. Экономическая эффективность предложенного комплекса технологий (приготовления пюре и получения пектина, антоциановых пигментов и кондитерских изделий) на основе растительного сырья

6.3. Выводы.

Актуальность проблемы. Программой социально-экономического развития северо-восточных территорий Российской Федерации предусмотрено использование местного сельскохозяйственного растительного сырья для промышленного производства функциональных продуктов, способствующих оздоровлению и повышению качества жизни людей. В современных условия возрастают требования к качеству выпускаемых изделий и их ассортименту. Инновационное развитие пищевой промышленности региона возможно в результате создания высокоэффективных технологий, обеспечивающих выпуск; конкурентоспособной продукции. В1 северных " районах Красноярского края? огромное значение имеет рацион питания населения, направленный?нахохранение здоро-, вья его жителей: Важным: условием« модернизации? производства' продуктов массового питаният^регионе являетсяшаиболее полное; рациональное и научно» обоснованное использование местных источников растительного сырья, в том: числе плодов и ягод.

Необходимость, решения задачи разработки безотходных технологий и применениям функциональных продуктов в. условиях северных районов страны -и Восточной: Сибири должно осуществляться за счет максимального использования местногосырья; Внимание кшроблемё увеличения потребленияшлодовш ягод связано; с тем, что они играют особую роль в обеспечении населения? биологически активными веществами; в : том-; числе витаминами и микроэлементами. Большойфезерв вфешении'этой проблемы представляет собственная сырьевая база Красноярского края;. который располагает необходимыми: ресурсами для получения высокоценных плодовых полуфабрикатов; Рациональное ист ' пользование природных ресурсов предполагает комплексность переработки их с учетом частичной или полной безотходной технологии производства. Изучению этих вопросов до сих пор не'уделялось должного внимания; Необходимы , научно обоснованные практические рекомендации по технологии производства. и рациональному использованию в массовом питании сырья из мелкоплодных яблок.

Решение важной народнохозяйственной проблемы разработки эффективных технологий получения функциональных продуктов на основе сибирских мелкоплодных яблок определило научное направление диссертационной работы. Исследования выполнены по тематике, включённой в ГНТП Российской Федерации «Высокоэффективные процессы в перерабатывающих отраслях АПК», и согласуются с приоритетными направлениями развития науки в кондитерской отрасли, а также соответствуют основным принципам государственной политики в области здорового питания населения.

В' последнее время в, рационе питания населения, увеличивается доля рафинированных продуктов, (сахара; хлеба из муки высших, сортов и т.д.), практ тически лишенных витаминов. Уменьшается поступление^ организм не только углеводов и жиров, но и ряда биологически активных веществ - витаминов, микроэлементов, пектина. На этом фоне особое значение приобретает увеличение реализации плодов, ягод и продуктов их переработки.

Решение этой: задачи в условиях северных районов страны и Сибири должно проводиться не только за- счет увеличения реализации.дорогостоящего привозного сырья (цитрусовых, южных сортов яблок и т.д.),„но и за счет максимального использования1 местного сырья. Такое внимание к проблеме увеличения потребления плодов и ягод связано с тем, что они играют особую роль в обеспечении населения биологичесюгактивнымивеществами.

В условиях Сибири значительные трудности представляет круглогодичное обеспечение населения фруктами и изделиями из.них. В Красноярском крае потребление плодов и ягод, важнейшего источника биологически активных веществ, еще далеко от норм, и продуктами переработки этого сырья (пастило-мармеладные изделия, сладкие, блюда) спрос населения удовлетворяется еще далеко не полностью. Одной из причин этого является необеспеченность края хорошо желирующим плодовым сырьем, а привозное яблочное пюре

Молдавия, Средняя Азия, Кавказ) дорого и не всегда обладает хорошими же-лирующими свойствами. Местные мелкоплодные сорта яблок использовались, главным образом, для производства соков и плодово-ягодных вин. Большой резерв в решении этой проблемы представляет местная сырьевая база. Красноярский край располагает необходимыми ресурсами для получения высокоценных плодовых полуфабрикатов из местного сырья для пищевой промышленности. В Красноярском крае под садами занято более 10 тысяч гектаров. Производство яблочного пюре из мелкоплодных яблок (ранеток и полукультурок) местных сортов с успехом может быть организовано в местах их выращивания.

Рациональное использование природных ресурсов предполагает комплексность переработки их с учетом* частичной» или полной безотходной технологии производства. Получение пюре из мелкоплодных яблок и соковое производство дают отходы-до 30% от перерабатывающей продукции, которые практически не используются, а яблочные выжимки являются* ценным продуктом для получения пектинового полуфабриката.

Цель и задачи исследования. Разработка технологии получениями применения, функциональных продуктов из мелкоплодных яблок Восточной Сибири для улучшения качественного питаниянаселения.

Задачи« исследования. 1. Дать анализ современного состояния! вопроса получения и применения функциональных продуктов для- повышения пищевой1 ценности питания населения Красноярского края, изучить свойства мелкоплодных яблок в качестве сырья для выработки кондитерских кулинарных изделий с желейной структурой и сладких блюд.

2. Разработать методологию - модели и методику исследований для обоснования эффективных технологических процессов получения и применения-продуктов из мелкоплодных яблок с учётом физико-химических показателей сырья.

3. Провести исследования и разработать технологию приготовления пюре и получения пектина из мелкоплодных яблок. Изучить физико-химические показатели сырья.для выделения наиболее перспективных сортов мелкоплодных яблок в промышленной переработке.

4. Провести исследования и разработать технологию получения* антоциано-вого красителя и применения пектино содержащих продуктов с использованием> интегрированных научно-технологических методов.

5. Провести исследования и разработать ассортимент рецептур и технологию приготовления кондитерских изделий на основе пюре из мелкоплодных яблок, мармелада для отделки кондитерских изделий.

6. Выявить возможности экономической эффективности внедрения в промышленное производство функциональных полуфабрикатов и новых видов изделий из мелкоплодных яблок.

Теоретическое1 и практическое решение поставленных задач позволили, разработать технологии производства высококачественных кондитерских, кулинарных, изделий и сладких блюд с применением пектиносодержащего сырья из мелкоплодных яблок; решить одну из проблем сырьевой- базы края — удешевить и повысить качество изделий пищевой промышленности.

Научная концепция. В' основу научного решения проблемы создания, эффективных технологий получениями применения функциональных продуктов* из мелкоплодных яблок Восточной-Сибири положен комплексный подход к формированию развивающихся технологий получения^ пюре, пектина, пищевого красителя; исследования« их физико-химических свойств; развития механизма влияния» на процессы основных стадий производства; анализа функционирования технологических процессов производства; внедрения*результатов-исследования.

Защищаемые* положения. 1. Методология технологических процессов производства пектиновых полуфабрикатов и их использование в кондитерских изделиях. Установление технологичесаких параметров СВЧ-обработки плодов.

2. Модели и методика формирования эффективных технологий производства функциональных продуктов из мелкоплодных яблок.

3. Эффективность технологических процессов получения пюре, пектина и антоцианового красителя из мелкоплодных сибирских яблок зависит от физико-химических свойств плодов яблок, в том числе от содержания пектиновых веществ в сырье.

4. Технологические инструкции и рецептуры приготовления группы пектиновых полуфабрикатов и ассортимента кондитерских изделий из мелкоплодных яблок.

Научная новизна заключается в методологии использования эффективных технологий получения и применения функциональных продуктов из мелкоплодных яблок Восточной- Сибири* по! схеме: сырье-производство-продукция, в технологиях получения пюре, пектина и антоцианового красителя из сырья, математических моделях производственных технологических процессов. Разработанные способы получения пюре из мелкоплодных яблок, антоцианового пищевого красителя из растительного'сырья, получения пектина и пектиносо-держащей пасты в системе процессов производства кондитерских изделий зарегистрированы Федеральной службой по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам в виде" четырёх патентов« (№ 2281306, 2335140, 2329663, 2323589).

Практическая^ значимость результатов исследования. Полученные результаты. исследования? способствуют решению важной народнохозяйственной задачи - использования*, местного сельскохозяйственного растительного сырья для промышленного производства функциональных продуктов с учетом безотходных технологий, способствующих оздоровлению4 и повышению качества жизни людей. Предложенная технология« получения пектина и пектинового полуфабриката из сырья с высоким содержанием фенольных соединений апробирована в промышленных условиях "Минусинского овощеконсервного завода. Разработанная технология получения пюре из мелкоплодных яблок используется на Красноярском кондитерском объединении «Краскон», Минусинской кондитерской фабрике, Абаканском плодоперерабатывающем предприятии. Материалы научных исследований включены в учебные программы ФГОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет» по дисциплине «Технология кондитерских изделий»; электронный курс «Инновационные технологии в кондитерском производстве», а также в программу профессиональной переподготовки и повышения квалификации КрасИПК для специалистов кондитерской промышленности.

Апробация работы. По теме диссертации опубликовано 263 научно-методические работы; из них 98 научных статей, в том числе 30 работ в ведущих рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК Российской Федерации. Соискатель имеет 4 монографии; получено 4 патента Российской Федерации на изобретения^ и 3 акта внедрения- результатов исследования в производство и учебный, процесс. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались.на научно-технических и научно-практических конференциях разного уровня: «Совершенствование методов и форм управления торговлей и общественным, питанием» (Красноярск, 1984); «Студент и научно-технический прогресс» (Красноярск, 1988); Всероссийская научно-практическая конференция* «Кондитерская промышленность — XXI век» (Москва, 1998); Международная научно-техническая конференция «Техника и технология пищевых ресурсов» (Могилев, 1998); Международная научно-техническая конференция «Хлеб 99» (Москва, 1999); Международная-конференция «Сырье для кондитерской промышленности 2000» (Москва, 2000); Научно-технический семинар «Новое в технике и технологии в пищевой и перерабатывающей промышленности» (Улан-Удэ, 2000); Научно-практический семинар «Сырье 2001» (Москва, 2001);* Региональная научная конференция, посвященная 65-летию НГАУ (Новосибирск, 2002); Всероссийская научно-техническая конференция-выставка с международным участием «Высокоэффективные пищевые технологии и методы и средства для их реализации» (Москва, МГУПП, 2003; 2008); Всероссийская конференция (Пенза, 2004); Международная конференция «Инноватика - 2005» (Москва, 2005); Региональная научная конференция «Аграрная наука - на рубеже веков» (Красноярск, 2005, 2006, 2007, 2009); Научная конференция» «Энтузиазм и творчество молодых учёных в развитии фундаментальной и прикладной науки» (Пенза, 2006); Межрегиональная конференция «Здоровое питание — основа жизнедеятельности человека» (Новосибирск 2006; 2008); Всероссийская очно-заочная научно-практическая и научно-методическая конференция с международным участием «Инновации в науке и образовании: опыт, проблемы, перспективы развития» (Красноярск, 2007, 2008, 2009); конгресс по питанию с международным участием «Питание и новое направление» (Москва, 2009); Научно-методический семинар НИИ Аналитического мониторинга и моделирования при ФГОУ ВПО КрасГАУ «Математическое' моделирование и оптимизация технологических процессов>в АПК» (Красноярск, 2010).

Объем и структура* диссертаций".' Дйссертация изложена на 375 страницах машинописного текста, состоит из введения, 6 глав, выводов, списка.литературы и приложения. Работа иллюстрирована 86 таблицами и 42 рисунками. Список литературы включает 357 наименований, в том числе 121 - зарубежных авторов.

Общие выводы

1. На основе выполненного аналитического обзора литературных источников установлено, что мелкоплодные сорта яблок по содержанию биологически активных веществ и пектинов превосходят большинство сортов, выращиваемых в Молдавии, на Кавказе, Украине и Средней Азии. Проведённый анализ растительного сырья Восточной Сибири показал, что высокое содержание пектиновых веществ в местных сортах яблок позволяет использовать их при производстве отделочных полуфабрикатов для кондитерских изделий и в качестве сырья для приготовления многих сладких блюд; использование пюре из мелкоплодных яблок позволяет исключить из рецептур дорогостоящие и биологически малоактивные желирующие вещества и буферные смеси; интенсивная окраска многих сортов мелкоплодных яблок позволяет исключить при изготовлении отделочных полуфабрикатов и сладких блюд пищевые красители; использование пюре из мелкоплодных яблок позволяет централизовать производство отделочных полуфабрикатов и сырья для производства сладких блюд. Анализ сырьевой базы Восючной Сибири показал, что имеются большие резервы для реализации технологий с использованием местных мелкоплодных сортов яблок в кондитерской промышленности и массовом питании.

2. Предложенная концепция и схема исследований по безотходной технологии переработки мелкоплодных яблок на основе местного растительного сырья с высоким содержанием пектиновых и натуральных биологически акгивных веществ позволила выявить закономерности накопления пектина в пятидесяти районированных сортах мелкоплодных яблок разных климатических зон в зависимости от погодных условий, стадии зрелости плодов.

3. Предложенная методология научно-практического исследования позволила создать комплексную структуру инновационных технологий получения и применения пектиносодержащих продуктов из мелкоплодных яблок в Красноярском крае по дифференцированной схеме: сырье-производствопродукция. Установлено, что в плодах, выращенных в экстремальных условиях, накапливается высокое содержание пектиновых веществ. Предложенные математические модели технологических процессов переработки и получения продуктов из мелкоплодных яблок позволили установить изменение выходов пюре, пектина и пищевого красителя в зависимости от физико-химических показателей сырья. В результате вычислительного эксперимента с моделью технологической системы при различных значениях интенсивностей технологических процессов и различных начальных данных по подаче сырья в технологическую линию установлено, что теоретически возможный выход пюре с учётом содержания сухих веществ лежит в пределах 120,32. 128,75% от загружаемой массы сырья; значения содержания пектина - в диапазоне 8,52. 10,49% от загруженной массы, значения массы красителя — от 41,72 до 49,3 8% от массы сырья.

4. Разработанная технология приготовления пюре из мелкоплодных яблок с использованием микроволнового нагрева, отличающаяся от базовой технологии минимальным временем обработки и высокой степенью микробного обеззараживания, позволяет получить пектин из выжимок мелкоплодных яблок из вторичного, более дешёвого сырья.

5. Эффективность предложенных технологий поддерживается за счёт качества и количества местного растительного сырья, снижения сахароёмкости при производстве кондитерских изделий от 15—30%, использования природных органических кислот, замещающих лимонную кислоту на 1% массы изделий, и сокращения эксплуатационных издержек.

6. Физико-химические состояния мармеладного студня из пюре мелкоплодных яблок показали максимальную прочность студня (до 539 г по Вален:у) при активной кислотности пюре 3,4, содержанию сахара 57,5% от массы и содержанию пектиновых веществ в пюре в диапазоне 1,1-2,3% от массы для различных сортов и купажей ранеток. Разработаны условия для получения мармеладного студня и группа рецептур мармелада с пониженным до 62% содержанием сахара (вместо 80% по традиционной рецептуре). В предложенные рецептуры с использованием пюре мелкоплодных яблок не вводятся: органические кислоты, буферные смеси, красители, студнеобразователи, что приводит к экономии сырья в денежнем эквиваленте 521 руб/т готовой продукции.

7. Лабораторные и производственные испытания показали эффективность предложенных образцов «Мармалед формовой» и «Мармелад пластовый», доказана несущественность расхождений реализуемых на практике и в теории условий. Относительная погрешность лабораторных измерений конечной влажности (30,5%), кислотности (1,2 град), времени уваривания (12,5 мин), содержания редуцирующих веществ (15,5%), продолжительности студнеобразования (17,5 мин), конечной температуры уваривания (107,5°С), температуры охлаждающего воздуха (зимнего - 17,5°С, летнего - 27,5°С) от установленного теоретического уровня не превышает 5%.

8. В результате лабораторных опытов с мармеладной массой и производственных испытаний группы рецептур мармелада установлено, что при высоком содержании сухих веществ в пюре (21 %) процесс уваривания сокращается в среднем в 1,9 раза по сравнению с традиционным сырьём, что приводит к увеличению выработки мармелада в 1,4 раза и, как следствие, - к уменьшению потерь биологически активных и минеральных веществ при сокращении времени термической обработки мармеладной массы. При уваривании зефирной массы из пюре ранеток аналогичный технологический процесс даёт сокращение потерь биологически активных и минеральных веществ по сравнению с традиционной технологией.

9. Формирование экономического эффекта предприятий пищевой промышленности на основе новых технологий с использованием местного растительного сырья из мелкоплодных яблок взамен менее эффективного и более дорогостоящего привозного сырья повышает финансовую устойчивость предприятия. При реализации комплекса предложенных технологий по приготовлению пюре и пектина (антоциановых пигментов и предложенных рецептур кондитерских изделий) общие затраты на производство сократились с 692,60 до 552,60 руб/т, то есть экономический эффект от внедрения инновационных технологий с использованием местного растительного сырья составил 140 руб/т. Полученный годовой экономический эффект от реализации мармелада фруктового на ОАО «Минусинская кондитерская фабрика» составляет 1,5 млн руб. в год.