Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям
На правах рукописи
ДИКАРЕВА ЮЛИЯ МИХАЙЛОВНА
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ СОКА ИЗ ЯГОД ОБЛЕПИХИ ДЛЯ ПОВЫШЕНИЯ ПИЩЕВОЙ ЦЕННОСТИ И ПРИМЕНЕНИЯ В КОНДИТЕРСКОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ
Специальность 05.18.01 - Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции
и виноградарства
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Москва - 2012
Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования Московский государственный университет пищевых производств.
Научный руководитель: Алексеенко Елена Викторовна
кандидат технических наук, доцент
Официальные оппоненты: Дубцова Галина Николаевна,
доктор технических наук, профессор,
ФГБОУ ВПО Московский государственный
университет пищевых производств,
профессор кафедры Органическая, пищевая и биохимия
Харламова Лариса Николаевна
кандидат технических наук,
ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт пивоваренной, безалкогольной и винодельческой промышленности РАСХН,
заведующая лабораторией органолептического
анализа
Ведущая организация: ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт консервной и овощесушильной промышленности
Защита состоится: л01 ноября 2012 г в 10.00 часов на заседании Совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук Д 212.148.03 при ФГБОУ ВПО Московский государственный университет пищевых производств по адресу: 125080, Москва, А-80, Волоколамское шоссе, 11, корп. А, ауд. 302.
Просим Вас принять участие в заседании Совета или прислать отзыв в двух экземплярах с печатью учреждения по адресу: 125080, г. Москва, А-80, Волоколамское ш., д. 11, ФГБОУ ВПО МГУПП.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО МГУПП.
Автореферат разослан л____ ___________ 2012 г.
Ученый секретарь Совета
к.т.н., доцент И. Г. Белявская
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Важная роль в создании здоровых продуктов питания принадлежит плодово-ягодному сырью, которое, благодаря многообразию входящих в его состав полезных для здоровья человека микронутриентов и физиологически функциональных ингредиентов, способных регулировать многочисленные реакции организма, представляет исключительный интерес для здорового питания и является ценной сырьевой базой при создании высококачественных продуктов питания.
Среди большого разнообразия плодов и ягод, произрастающих на территории Российской Федерации, особого внимания заслуживают ягоды облепихи. Объясняется это наличием достаточной сырьевой базы, доступностью, экологической чистотой и уникальностью химического состава, который позволяет отнести эту ягодную культуру к категории суперфруктов.
Однако на сегодняшний день ресурсы облепихи востребованы лишь на 5-10%, причем большая часть собранного урожая - до 95% - перерабатывается на масло, лишь незначительная часть используется для производства консервированной продукции, и ежегодно до 50% урожая остается неубранным вообще. Возможно, это объясняется несовершенным техническим обеспечением, ограниченной научной базой и недостатком разработок новых высокоэффективных способов переработки ягод, которые дают возможность максимально использовать их природный биологический ресурс. И потому, следует признать, что потенциальные возможности ягод облепихи в пищевой промышленности реализуются пока еще не достаточно эффективно. В большей степени это связано с тем, что при переработке лишь часть биологически активных компонентов ягод переходит в соковую часть продукта, значительная доля находится в ассоциативной связи с компонентами клеточных стенок. Поэтому актуальными представляются исследования, направленные на разработку прогрессивных технологий переработки ягод облепихи, позволяющих наиболее полно и эффективно использовать их уникальный природный состав. Это может достигаться за счет ферментативной модификации структурных биополимеров, составляющих основу клеточных стенок ягод и формирующих белково-углеводно-фенольные комплексы.
Цель работы. Обоснование способа предобработки ягод облепихи при получении сока для увеличения его выхода, максимального извлечения в сок физиологически функциональных ингредиентов облепихи и разработка технологических аспектов его применения в кондитерской промышленности.
В соответствии с поставленной целью были определены задачи исследования:
- характеристика химического состава ягод облепихи с позиций пищевой ценности для обоснования целесообразности проведения ферментативной обработки ягод при получении сока;
- обоснование выбора ферментных препаратов (ФП) пектолитического и глюканазного действия для применения на стадии предобработки ягод облепихи при получении сока для увеличения выхода сока и наиболее полного извлечения входящих в состав ягод физиологически функциональных ингредиентов (ФФИ);
- разработка способа предобработки ягод облепихи с применением мультэнзимной композиции на основе ФП Фруктоцим-Колор и Laminex BG Glucanase Complex (МЭК);
- исследование и сравнительный анализ химического состава и антиоксидантной активности сока облепихи, полученного с использованием разработанного способа ферментативной предобработки ягод облепихи (СФО) и сока, полученного в тех же условиях без ферментативной обработки;
- разработка технологических решений для получения концентрата сока облепихи из СФО (КСФО);
- исследование химического состава, антиоксидантной активности, органолептических, физико-химических и микробиологических показателей качества КСФО для применения в составе пищевых продуктов;
- разработка технологической схемы и технологических рекомендаций по получению и применению КСФО в качестве источника природных красителей и ароматизаторов и для повышения пищевой ценности кондитерских изделий;
- разработка проекта технических условий на КСФО, проведение опытно-промышленной апробации по применению КСФО при производстве кондитерских изделий.
Научная новизна. Экспериментально обоснована целесообразность проведения предварительной обработки ягод облепихи ФП пектолитического и глюканазного действия для получения сока повышенной пищевой ценности.
Выявлены условия предобработки ягод облепихи комплексными ФП Фруктоцим-Колор и Laminex BG Glucanase Complex, способствующие увеличению выхода сока на 25% и снижению его вязкости.
Показано, что проведение предварительной обработки ягод облепихи МЭК на основе Фруктоцим-Колор и Laminex BG Glucanase Complex способствует увеличению выхода в соковую фракцию редуцирующих веществ, белка, липидов, органических кислот, витамина С - на 20-40%, по сравнению с соком, полученным без предобработки.
С использованием метода ГЖХ установлено, что в соке из ягод облепихи, полученном с применением предварительной ферментативной обработки, в жирнокислотной фракции содержится значительное количество моно- и полиненасыщенных жирных кислот (более 57%); при этом, по сравнению с соком, полученным без предобработки, содержание линоленовой кислоты больше в 1,7 раза, вакценовой - в 1,25 раза.
Доказано существенное влияние предобработки ягод облепихи препаратами Фруктоцим-Колор и Laminex BG Glucanase Complex на увеличение выхода в сок токоферолов (в 2,5 раза), каротиноидов (в 3,2 раза), флавоноидных соединений - катехинов, флавонов, флавонолов и флаванонолов (в 1,4-4,5 раза). С использованием методов ВЭЖХ и ГЖХ дана характеристика качественного и количественного состава каротиноидного комплекса и катехинов СФО. Выявлено наличие в СФО лютеина, криптоксантина и эпикатехин галлата, которые отсутствовали в соке, полученном без предобработки.
Установлена более высокая антиоксидантная активность СФО (в 4,3 раза) по сравнению с соком, полученным без применения ФП.
Практическая значимость. Разработан способ предварительной ферментативной обработки ягод облепихи при получении сока для увеличения выхода сока и максимального извлечения в сок ФФИ ягод облепихи.
Разработаны технологические рекомендации и технологическая схема получения концентрата соковой фракции из ягод облепихи в двух модификациях: концентрат облепиховый натуральный (45-50% с.в.) и концентрат облепиховый с сахаром (70-72% с.в.); обоснованы сроки и условия хранения КСФО, обеспечивающие микробиологическую безопасность, сохранение биологически активных веществ и потребительских характеристик.
Разработаны проекты технической документации: ТУ и ТИ на концентрат облепиховый.
Разработаны технологические рекомендации по применению концентрата облепихового при производстве кондитерских изделий (кондированные плоды тыквы, в качестве самостоятельного ингредиента и в составе кремового полуфабриката для песочных и слоеных тортов и пирожных, мармелад).
Проведены производственные испытания в условиях ОАО Хлебпром ОП г. Красногорск по применению КСФО при производстве тортов Творожник, Песочный, пирожного Берлинское. Разработаны рецептуры и внесены изменения в ТУ и ТИ на песочный торт Творожник и слоеное пирожное Берлинское; проведена наработка опытной партии этих изделий. Разработанные технологические рекомендации принимаются к внедрению на данном предприятии.
Показано, что применение вторичного продукта переработки ягод облепихи (жома) при получении КСФО в жировой начинке для вафель дает возможность повысить их пищевую ценность по содержанию витамина С, каротиноидов, токоферолов.
Новизна разработанных технических решений подтверждена патентом RU 2454880 С1 Способ получения концентрата облепихи.
Апробация работы. Результаты исследований были представлены на Всероссийской научно-практической конференции с международным участием Инновационные технологии в пищевой промышленности (Самара, 2009 г.); VII, VIII и IX международной научно-практической конференции и выставке Технологии и продукты здорового питания. Функциональные пищевые продукты (Москва, 2009, 2010, 2011 гг.); III Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых Пищевые продукты и здоровье человека (Кемерово, 2010 г.); 5th International Seabuckthorn Association Conference (China, Qinghai, Xining, 2011).
Публикации. По результатам диссертационной работы опубликовано 11 печатных работ, из них 1 - в зарубежном издании, 4 - в журналах, рекомендованных ВАК РФ, получен патент RU 2454880 С1 Способ получения концентрата облепихи.
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка литературы и 12 приложений. Основной текст работы изложен на 221 странице, содержит 37 рисунков и 56 таблиц. Список использованной литературы включает 241 источник, в том числе 122 зарубежных.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследований, определены основные направления реализации цели, показана научная новизна и практическая значимость результатов исследований.
- ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ
В обзоре литературы дано описание культуры облепихи. Приведены данные о химическом составе и рассмотрены некоторые биохимические и фармакологические аспекты действия на организм человека биологически активных веществ ягод облепихи. Обобщены данные о свойствах и строении некрахмальных полисахаридов, составляющих основу клеточных стенок растительного сырья. Рассмотрены современные представления о свойствах и механизме действия ферментов, гидролизующих некрахмальные полисахариды. Проведен анализ научно-технической литературы по применению ферментов для переработки плодово-ягодного сырья.
- ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
- Объекты и методы исследований
В качестве объектов исследований были использованы ягоды облепихи сортов Отрадная и Подарок саду урожая 2009/10 гг.; ФП Фруктоцим-колор (производитель ERBSLOEH Geisenheim AG, Германия); Ксибитен-Цел (производитель Biovet, Болгария); Laminexо BG Glucanase Complex, (производитель DANISCO, Бельгия). Характеристика ФП представлена в таблице 1.
Таблица 1 - Характеристика ФП Фруктоцим-колор, Laminex BG Glucanase complex и Ксибитен-Цел
Наименование ферментативной активности | Единица измерения | Величина ферментативной активности | ||
Фруктоцим-колор | Laminex BG Glucanase complex | Ксибитен-Цел | ||
Ксиланазная | ед ГцА/мл(г) | 290 | 180 | 1160 |
Экзоглюканазная | ед ЦАк/мл(г) | 770 | 1750 | 1255 |
Эндоглюканазная | ед ЦАх/мл(г) | 328 | 2940 | 2200 |
-глюканазная | ед /мл(г) | - | 540 | 330 |
Полигалактуроназная (пектиназная) | ед ПгА/мл(г) | 270 | 6 | 4 |
Пектинэстеразная | ед ПэА/мл | 478 | - | - |
Эндополигалактуроназная | ед ЭндоПгА/мл(г) | 35 | 14 | н/о |
Экзополигалактуроназная | ед ЭкзоПгА/мл(г) | 1744 | 86 | 30 |
Диапазоны действия | ||||
Температура (toпт) | C | 45-55 | 4050 | 4555 |
рНопт | ед. рН | 3,5-4,5 | 4,05,0 | 4,05,0 |
В ходе технологических исследований использовали пищевое сырье, отвечающее требованиям ГОСТ, ОСТ или ТУ.
Для определения активностей и изучения свойств ФП применяли общепринятые методики.
Содержание общего сахара определяли фотоколориметрическим методом; пектиновых веществ - карбазольным методом; целлюлозы - методом Кюршнера и Ганека; лигнина - методом Класона; редуцирующих веществ - методом Шорля; общего белка - методом Къельдаля, растворимого белка - методом Лоури; массовой доли жира - методом Сокслета; активную и титруемую кислотность - потенциометрическим методом; аминокислотный состав - с применением метода ВЭЖХ ОРА-производных; групповой состав липидов - методом тонкослойной хроматографии; состав жирных кислот, органических кислот - методом ГЖХ на хроматографе Shimadzu GC 2010 с массдетектором GCMS-QP 2010; содержание каротиноидов (в пересчете на Цкаротин), витамина К - спектрофотометрическим методом; полифенольных соединений - методом Фолина-Чокальтеу; проантоцианидинов - методом Бейта-Смита; флавонов и флавонолов (в пересчете на рутин) - спектрофотометрическим методом; флаванонолов (в пересчете на дегидрокверцетин) - методом ОФ ВЭЖХ с фотометрическим детектированием; групповой состав и содержание катехинов и галловой кислоты, оксикоричных кислот, каротиноидов, токоферолов - методом ВЭЖХ на хроматографе Agilent 1100 Series; содержание витамина С - по ГОСТ 24556; тиамина, рибофлавина - флуориметрическим методом, ниацина - методом, основанным на реакции с бромистым роданом в присутствии аминов; фолиевой кислоты - фотоколориметрическим методом; содержание золы - по ГОСТ 25555.4; содержание макро- и микроэлементов - атомно-абсорбционным методом на спектрометре Hitachi Z-9000; содержание тяжелых металлов - методом инверсионной вольтамперометрии; массовую долю влаги - методом Карла Фишера на установке л701-KF Titrino.
Антиоксидантную активность определяли по отношению к катион-радикалу ABTS.
КСФО получали на вакуумно-ротационном испарителе ИР-1М-3.
Органолептическую оценку проводили в соответствии с ГОСТ 53159. Микробиологическую оценку КСФО проводили в соответствии с ГОСТ 10444.11, ГОСТ 10444.12, ГОСТ 10444.15, ГОСТ Р 52816, ГОСТ Р 52814.
Перекисное число липидов определяли по ГОСТ Р 53024-2008; кислотное число липидов - по ГОСТ Р 50457-92.
Реологические и структурно-механические характеристики кондитерских изделий определяли на приборе Структурометр; консистенцию жировой начинки для вафель - с применением прибора ЭАК.
Математическое планирование и обработку экспериментальных данных осуществляли методом центрального униформ-ротатабельного планирования с последующей графической интерпретацией параметров оптимизации с помощью программ Excell, MatStat и Statistika.
2.2. Изучение химического состава ягод облепихи
Анализ химического состава ягод облепихи (сорт Отрадная, урожай 2009 г.) показывает, что ягоды облепихи обладают высокой пищевой ценностью и содержат в своем составе ценные природные компоненты и ФФИ, которые полезны для здоровья, способствуют его сохранению и укреплению (таблица 2).
Таблица 2 - Химический состав ягод облепихи сорта Отрадная (урожай 2009 г.)
Компонент | Содержание, | Компонент | Содержание, | |
Белок | 2,030,06 | Полифенольные соединения | 386,401,50 | |
ипиды | 5,110,17 | Флавоны и флавонолы | 208,702,30 | |
Целлюлоза | 2,260,11 | |||
Гемицеллюлоза | 0,330,08 | Витамины: (в пересчете |
18,30,8 | |
Пектиновые вещества, в т.ч. | 1,210,15 | |||
игнин | 0,270,05 | |||
Общий сахар, в т.ч. | 3,740,04 | Макро- и микроэлементы: | 193,009,65 | |
Органические кислоты | 2,580,12 | |||
Зола | 0,530,08 | |||
Вода | 81,600,94 | |||
Однако при переработке лишь часть ценных компонентов ягод переходит в соковую фракцию, значительная доля прочно удерживается структурными образованиями клеточной стенки, существенно обедняя готовый продукт. Поэтому для наиболее полного использования полезных для здоровья человека ингредиентов ягод перспективным представляется проведение предварительной ферментативной обработки, что позволит усилить экстрактивные свойства растительной ткани, существенно увеличить выход сока и повысить его пищевую ценность за счет перевода значительной части ФФИ ягод в соковую фракцию.
2.3 Разработка способа предварительной ферментативной обработки ягод облепихи при получении сока
2.3.1 Обоснование выбора ферментных препаратов для обработки ягод облепихи
С учетом данных химического состава ягод облепихи (таблица 2) для интенсификации сокоотделения были выбраны ФП различной субстратной специфичности: Фруктоцим-колор, содержащий комплекс пектолитических ферментов, и Ксибитен-Цел и Laminex BG Glucanase Complex с набором целлюлолитических и гемицеллюлазных ферментов (таблица 1).
Для изучения условий применения ФП вносили в мезгу ягод облепихи в различных концентрациях и вели гидролиз в течение 3-х часов в оптимальных для действия ферментов условиях (t 45оС).
Об эффективности применения ФП судили по выходу сока и ФФИ в СФО (рисунок 1, рисунок 2).
а) б)
Рисунок 1 - Динамика а) выхода сока; б) снижения вязкости сока под действием ферментного препарата Фруктоцим-колор при различных концентрациях (ед ПкА/г пектина) 1 - 3; 2 - 6; 3 - 13; 4 - 19; 5 - 25
а) б)
Рисунок 2 - Динамика выхода сока под действием ферментных препаратов при различных концентрациях: а) Laminex BG Glucanase Complex, (ед Цах/г клетчатки) 1 - 6,5; 2 - 13; 3 - 26; 4 - 39; 5 - 52; б) Ксибитен-Цел (ед ГцА/г гемицеллюлозы) 1 - 18; 2 - 36; 3 - 70; 4 - 106; 5 - 140
Как свидетельствуют представленные данные, проведение предварительной ферментативной обработки способствует увеличению выхода сока, причем наиболее заметные изменения наблюдаются в течение первых 1,5-2,0 ч: выход сока увеличивается на 3-18% (рисунок 1, рисунок 2). Наилучшие результаты получены с применением Фруктоцим-колор: внесение препарата в мезгу ягод в концентрациях 3-25 ед ПкА/г пектина через 1,5-2,0 ч гидролиза способствует увеличению выхода сока на 8-18% и снижению вязкости сока на 62-69% (рисунок 1 а, б). Данные, полученные с применением ФП глюканазного действия Laminex BG Glucanase Complex и Ксибитен-Цел, не выявили явных предпочтений по отношению ни к одному из исследуемых препаратов: внесение их в мезгу ягод облепихи в различных концентрациях через 1,5-2 ч гидролиза способствовало увеличению выхода сока на 3-14% и 2-12% соответственно (рисунок 2 а, б). Для дальнейших исследований был выбран Laminex BG Glucanase Complex, с которым были получены несколько лучшие результаты (рисунок 2а).
Таким образом, для разработки способа предобработки ягод облепихи были выбраны ФП различной субстратной специфичности Фруктоцим-колор и Laminex BG Glucanase Complex в концентрациях: 19 ед ПкА/г пектина и 26 ед ЦАх/г клетчатки соответственно. Через 1,5-2,0 часа гидролиза выход сока увеличивается на 14-16% и 10-12% соответственно. При этом установлено увеличение содержания в СФО титруемых кислот в 1,1-1,15 раза, редуцирующих сахаров в 1,05-1,08 раза, витамина С в 1,1-1,3 раза, каротиноидов (в пересчете на -каротин) в 2,3-2,7 раза по сравнению с соком, полученным без применения ФП.
2.3.2 Создание композиции ферментных препаратов на основе Фруктоцим-колор и Laminex BG Glucanase Complex для повышения эффективности предобработки ягод облепихи при получении сока
Результаты исследований, представленные в разделе 2.3.1, дают основание предполагать, что применение МЭК на основе Фруктоцим-колор и Laminex BG Glucanase Complex позволит получить больший эффект, чем при раздельном их использовании, с точки зрения выхода сока и ФФИ в СФО.
Для определения количественного состава МЭК и продолжительности предобработки применяли метод математического моделирования на основе униформ-ротатабельного планирования.
В качестве исследуемых факторов были выбраны: Х1 - соотношение ФП Фруктоцим-колор и Laminex BG Glucanase Complex в составе МЭК, %; Х2 - продолжительность ферментативной предобработки, ч. Критериями для оценки значимости влияния исследуемых факторов служили выход сока, % (Y1), содержание витамина С, мг/100 мл (Y2) и каротиноидов (в пересчете на -каротин), мг/100 мл (Y3).
На основании проведенных исследований были получены адекватные математические модели, графические интерпретации которых в виде поверхности отклика представлены на рисунке 3 а, б, в.
а)
Рисунок 3 - Влияние соотношения ФП Фруктоцим-колор и Laminex BG Glucanase Complex в составе МЭК и продолжительности ферментативного гидролиза на: а) выход сока;% б) содержание витамина С в СФО; в) содержание каротиноидов (в пересчете на -каротин) в СФО, мг/100мл
Применение методов математического моделирования позволило дифференцировать режимы предобработки ягод облепихи для максимального выхода сока, витамина С и каротиноидов в соковую часть СФО. Установлено, что предобработка ягод облепихи МЭК на основе Фруктоцим-колор и Laminex BG Glucanase Complex в соотношении 1:1 и концентрации вдвое меньше, чем при индивидуальном их применении, и продолжительности 2 часа способствует увеличению выхода сока на 25%, витамина С - в 1,4 раза, каротиноидов (в пересчете на -каротин) - в 3,2 раза.
2.3.3 Изучение влияния предварительной обработки ягод облепихи с применением МЭК на выход физиологически функциональных ингредиентов в СФО и антиоксидантную активность
Для исследования влияния предварительной обработки ягод облепихи на выход ФФИ в СФО проводили сравнительный анализ по их содержанию в СФО и в соке, полученном без применения ферментных препаратов (таблица 3, рисунок 4).
Таблица 3 - Влияние предварительной обработки ягод облепихи с применением МЭК на выход экстрактивных веществ
Компонент | Содержание, на 100 г ягод облепихи | |
Сок | СФО | |
Растворимые сухие вещества, г | 6,9 | 9,2 |
Растворимый белок, г | 0,46 | 0,63 |
ипиды, г | 1,7 | 2,2 |
Редуцирующие вещества (в пересчете на глюкозу), г | 1,57 | 1,98 |
Органические кислоты (в пересчете на яблочную), г | 1,73 | 2,08 |
Полифенольные соединения, мг | 138,4 | 285,2 |
Флавоны и флавонолы, мг | 5,11 | 22,8 |
Флаванонолы, мг | 0,72 | 3,15 |
Проантоцианидины, мг | 55,8 | 88,6 |
Катехины, мг | 22,6 | 30,67 |
Витамин С, мг | 46,14 | 64,78 |
Каротиноиды (в пересчете на -каротин), мг | 2,93 | 9,38 |
Токоферолы, мг, в т.ч., %: -токоферол -токоферол | 0,84 92,8 7,2 | 2,1 91,2 8,8 |
Рисунок 4 - Содержание некоторых компонентов в облепиховом соке и СФО, мг/100 г ягод облепихи
Полученные результаты показывают, что проведение предварительной ферментативной обработки ягод облепихи способствует существенному улучшению химического состава СФО. Установлено увеличение выхода: органических кислот, РВ, белка, липидов - в 1,2-1,4 раза; катехинов, проантоцианидинов - в 1,4-1,6 раза; флавонов, флавонолов, флаванонолов - в 4,4-4,5 раза; витамина С - в 1,4 раза, токоферолов - в 2,5 раза, каротиноидов - в 3,2 раза по сравнению с соком, полученным без предварительной обработки (таблица 3, рисунок 4).
Анализ результатов хроматографических исследований выявил существенные различия в комплексе каротиноидов и катехиновых соединений сока и СФО. В составе каротиноидов СФО дополнительно идентифицировано еще два каротиноида - лютеин и криптоксантин, а среди катехинов выявлен эпикатехин галлат, присутствие которых в соке обнаружено не было (таблица 4, таблица 5).
Таблица 4 - Состав каротиноидов
облепихового сока и СФО
Компонент | Содержание, % от общего количества каротиноидов | |
Сок | СФО | |
-каротин | 37,48 | 27,50 |
-каротин | 35,36 | 9,80 |
икопин | 27,16 | 14,10 |
ютеин | н/о | 27,10 |
криптоксантин | н/о | 21,50 |
Значительную часть липидной фракции сока и СФО составляют триглицериды - более 95% (таблица 6). Среди жирных кислот липидов СФО преобладают моно- и полиненасыщенные (более 57%), при этом содержание линоленовой кислоты в больше в 1,7 раза, а вакценовой - в 1,25 раза по сравнению с соком (таблица 7).
Представленные данные дают основание полагать, что проведение предварительной ферментативной обработки благоприятно сказывается не только на качестве СФО (их химический состав существенно улучшается), но будет обусловливать проявление им полезных для здоровья свойств. Принимая это во внимание, исследовали антиоксидантную активность облепихового сока и СФО по отношению к катион-радикалу ABTS и выражали в эквивалентах тролокса.
Установлена более высокая (в 1,5 и 4,3 раза) антиоксидантная активность СФО (липофильная и гидрофильная фракции) по сравнению с соком, полученным без ферментативной обработки, что является еще одним несомненным достоинством СФО (таблица 8).
Таблица 8 - Антиоксидантная активность облепихового сока и СФО
Фракция | Антиоксидантная активность, мкмоль ТЭ/дм3 | |
Сок | СФО | |
гидрофильная | 851,210,9 | 3648,9202,2 |
ипофильная | 22,40,9 | 34,41,0 |
2.4 Разработка технологических решений для получения концентрата сока из ягод облепихи
СФО, также как и сок, отжатый из ягод облепихи, имеет невысокие органолептические показатели - это мутный, неустойчивый коллоидный раствор, который расслаивается при хранении, что в значительной степени снижает его потребительскую привлекательность. Поэтому целесообразным представляется концентрирование СФО с целью получения концентрата (КСФО), что позволит комплексно решить задачу производства, хранения и транспортировки жидких продуктов с высоким содержанием натуральных ФФИ.
2.4.1. Разработка технологической схемы получения концентрата сока из ягод облепихи
При разработке технологической схемы получения концентрата сока из ягод облепихи в качестве основы была принята базовая технология производства неосветленного сока (рисунок 5). В качестве совершенного элемента технологии предложено использование разработанного способа предварительной обработки ягод облепихи МЭК при получении сока (глава 2.3.2) (рисунок 5).
Рисунок 5 - Технологическая схема получения концентрата облепихового
Рекомендовано концентрирование под вакуумом при температуре 50-55C. Такой щадящий режим обработки позволяет сохранить не только натуральный вкус, цвет, аромат ягод облепихи, но и ценные термолабильные компоненты.
2.4.2 Изучение органолептических, физико-химических показателей качества, химического состава и антиоксидантной активности концентрата сока из ягод облепихи
Проведенными исследованиями установлено, что полученный КСФО обладает высокими органолептическими и физико-химическими показателями и содержит уникальный набор ценных природных компонентов: белка, липидов с богатым групповым и жирнокислотным составом, органических кислот, фенолокислот, флавоноидов, витаминов, каротиноидов (таблица 9, таблица 10).
Установлено, что КСФО обладает благоприятным сочетанием минеральных веществ (K, Mg, Na, Ca, P, Mn и др.), которые, находясь в сбалансированной и усвояемой форме, дополняют спектр полезных свойств.
Гармоничное сочетание биологически активных веществ, содержащихся в КСФО, обусловливает проявление им высокой антиоксидантной активности (таблица 11).
Таблица 11 - Антиоксидантная активность КСФО
Продукт | Антиоксидантная активность, мкмольТЭ/дм3 | |
Гидрофильная фракция | ипофильная фракция | |
Концентрат облепиховый | 1540,680,9 | 39,30,8 |
Таким образом, КСФО содержит разнообразный набор природных компонентов и ФФИ и обладает высокой антиоксидантной активностью, что придает ему статус ценного сырьевого ингредиента в составе рецептур пищевых продуктов, способного придать привлекательный внешний вид, вкус и аромат готовым изделиям, существенно повысить их пищевую ценность и антиоксидантные свойства. В ориентации на кондитерскую промышленность КСФО может быть получен и с добавлением сахара (рисунок 5). Применение концентрата с сахаром в составе рецептур кондитерских изделий позволит уменьшить расход сахара, необходимый по рецептуре, сократить длительность технологического процесса за счет сокращения временных затрат на приготовление кондитерских полуфабрикатов и увеличить сроки хранения концентрата, поскольку сахар обладает консервирующими свойствами.
2.4.3 Исследование динамики изменения состава, органолептических, микробиологических характеристик концентрата и показателей качества липидов концентрата сока из ягод облепихи в процессе хранения
Известно, что в процессе хранения в продукте могут протекать процессы микробиологической порчи и ряд неферментативных реакций, оказывающих негативное влияние на потребительские характеристики продукта. В продуктах, содержащих жиры, идут процессы их гидролитического окисления и прогоркания, образующиеся продукты токсичны и могут инициировать окислительные процессы в витаминах и других биологически активных веществах продукта.
Принимая это во внимание, исследовали изменения, происходящие в КСФО в процессе хранения. Концентрат упаковывали асептически в полимерную непрозрачную тару и помещали в холодильную камеру с температурой 42C.
Проведенными исследованиями показано, что на протяжении всего срока хранения (45 суток - для КСФО натурального и 180 суток - для КСФО с сахаром) КСФО сохраняют высокие органолептические и физико-химические показатели, остаются микробиологически стабильными.
Установлено, что на протяжении всего срока хранения происходят незначительные изменения показателей качества липидов КСФО (кислотное число, перекисное число) и незначительные потери витамина С и каротиноидов (в пересчете на -каротин): соответственно 8,1 и 9,1% в КСФО натуральном и 18,9 и 16,4% в КСФО с сахаром.
2.5 Применение концентрата сока из ягод облепихи при получении кондитерских изделий
Кондитерские изделия - излюбленное лакомство для большинства россиян. Однако продукты кондитерского производства отличаются значительным содержанием углеводов, жиров, высокой калорийностью, в них практически полностью отсутствуют полезные для здоровья микронутриенты. В этой связи КСФО представляет несомненный интерес для кондитерской промышленности как источник эссенциальных микронутриентов, природных антиоксидантов и натуральных красителей.
2.5.1 Применение концентрата сока из ягод облепихи в технологии кондирования плодов тыквы
Разработаны технологические режимы кондирования плодов тыквы с внесением КСФО на 3-ем этапе кондирования в количестве 30% к массе питательного сиропа. Полученные изделия характеризуются гармоничным вкусом, насыщенным оранжевым цветом и привлекательным внешним видом (рисунок 6).
Готовые изделия обогащены витамином С и каротиноидами, отмечается существенное увеличение содержания органических кислот (в 4,5 раза) (таблица 12).
Таблица 12 - Содержание некоторых компонентов в кондированных плодах тыквы
Компонент | Содержание в 100 г готового изделия | |
Контроль | С применением КСФО с сахаром | |
Общий сахар, г | 63,0 | 62,0 |
Органические кислоты, г | 0,10,007 | 0,450,05 |
Витамин С, мг | 1,80,06 | 12,90,09 |
Каротиноиды (в пересчете на -каротин), мг | 17,70,05 | 21,70,03 |
2.5.2 Применение концентрата сока из ягод облепихи при получении тортов и пирожных
Проведена промышленная апробация в условиях ОАО Хлебпром (ОП г. Красногорск) по применению КСФО с сахаром при производстве тортов Песочный, Творожник и пирожного Берлинское. Полученные изделия характеризуются высокими органолептическими показателями качества и содержат в своем составе ценные природные компоненты, носителями которых являются ягоды облепихи (таблица 13).
Таблица 13 - Содержание некоторых ингредиентов в кондитерских изделиях, полученных с применением КСФО
Компонент | Содержание в 100 г | ||
Песочный с облепихой | Творожник с облепихой | Берлинское с облепихой | |
Белки, г | 4,05 | 4,35 | 4,26 |
Жиры, г | 11,7 | 20,03 | 17,72 |
Углеводы, г | 50,1 | 52,3 | 55,6 |
Органические кислоты, г | 2,5 | 0,6 | 0,9 |
Фенолокислоты, мг | 5,7 | 1,3 | 2,04 |
Флавоны и флавонолы (в пересчете на рутин), мг | 9,6 | 2,2 | 3,4 |
Флаванонолы (в пересчете на дегидрокверцетин), мг | 2,5 | 0,5 | 0,9 |
Проантоцианидины, мг | 31,8 | 7,3 | 11,4 |
Катехины, мг | 18,5 | 4,2 | 6,6 |
Витамин С, мг | 24,3 | 6,5 | 9,4 |
Токоферолы, мг | 0,38 | 0,09 | 0,13 |
Каротиноиды (в пересчете на -каротин), мг | 3,4 | 0,8 | 1,3 |
Энергетическая ценность, ккал | 307,0 | 360,8 | 377,8 |
Проведена наработка опытной промышленной партии тортов Творожник с облепихой и пирожных Берлинское с облепихой. Рецептуры этих кондитерских изделий приняты к внедрению на ОАО Хлебпром (ОП г. Красногорск).
2.5.3 Применение концентрата сока из ягод облепихи при получении желейного мармелада
Определены дозировки КСФО (натурального и с сахаром) при получении желейного формового мармелада - 0,56% и 0,4% к массе готовых изделий соответственно. Проведенными исследованиями установлено, что применение КСФО благоприятно влияет на структурно-механические свойства готовых изделий и позволяет сократить длительность процесса студнеобразования желейных масс. Применение КСФО позволяет полностью исключить из рецептуры ароматическую эссенцию и синтетический краситель и существенно улучшить состав готовых изделий за счет внесения биологически активных соединений, содержащихся в концентрате: флавоноидов, витамина С, токоферолов, каротиноидов, липидов с богатым групповым и жирнокислотным составом, минеральных веществ.
2.6 Применение жома ферментированных ягод облепихи при получении кондитерских изделий
При получении сока из ягод облепихи остается существенное количество побочного продукта - жома ферментированных ягод облепихи (ЖФО). Несмотря на то, что значительная часть ФФИ переходит в сок, в ЖФО остаются ценные природные компоненты, что позволяет отнести его к дополнительным сырьевым ресурсам при получении пищевых продуктов.
2.6.1 Изучение химического состава жома ферментированных ягод облепихи
Результаты проведенных исследований по изучению химического состава показывают, что ЖФО содержит существенные количества белка, липидов, пищевых волокон, органических кислот, минеральных веществ, биоактивных полифенольных соединений, витаминов (таблица 14).
Таблица 14 - Химический состав ЖФО
Компонент | Содержание в 100 г ЖФО |
Белок, г | 15,71,1 |
ипиды, г | 18,21,9 |
Целлюлоза, г | 20,11,7 |
Гемицеллюлоза, г | 7,20,1 |
Пектиновые вещества, г | 6,351,17 |
игнин, г | 16,801,32 |
Общий сахар, г | 4,350,09 |
Органические кислоты, г (в пересчете на яблочную кислоту) | 2,300,05 |
Полифенольные соединения, мг | 291,601,35 |
Флавоны и флавонолы (в пересчете на рутин), мг | 216,782,77 |
Флаванонолы (в пересчете на дегидрокверцетин), мг | 9,171,04 |
Катехины, мг | 37,040,32 |
Витамин С, мг | 63,360,61 |
Витамин Е, мг | 39,732,25 |
Каротиноиды (в пересчете на -каротин), мг | 34,280,56 |
Зола, г | 1,900,07 |
Вода, г | 6,201,15 |
Наличие важных биологически активных веществ в ЖФО позволяет рассматривать его как перспективный сырьевой ингредиент при получении продуктов питания повышенной пищевой и биологической ценности, обладающих детоксицирующими, радиопротекторными и антиоксидантными свойствами.
2.6.2 Применение ЖФО при получении вафель
На основании проведенных исследований определена дозировка ЖФО при получении жировой начинки для вафель Маринка (5% к массе жира в начинке).
Установлено, что по физико-химическим показателям вафли с внесением ЖФО соответствуют требованиям ГОСТ 14031-68, а реологические характеристики обеспечивают стабильный процесс формования вафель. Внесение ЖФО позволяет увеличить содержание витаминов С и Е и дополнить витаминную палитру готовых изделий присутствием каротиноидов, которых в базовом изделии обнаружено не было. Установлено, что в процессе хранения (60 суток) происходят незначительные потери витамина С и каротиноидов (12% и 4,6% соответственно) и эти ценные ФФИ присутствуют в готовом изделии до конца срока хранения.
ВЫВОДЫ
В результате проведенных исследований научно обоснованы и разработаны технологические рекомендации по проведению предобработки ягод облепихи для увеличения выхода сока, повышения его пищевой ценности и получения и применения концентрата сока в кондитерской промышленности:
1. Изучен химический состав ягод облепихи сорта Отрадная урожая 2009 г. Показано, что ягоды облепихи содержат существенные количества физиологически функциональных ингредиентов - витамина С, токоферолов, каротиноидов, биоактивных полифенольных соединений. С учетом достаточно высокого содержания в ягодах (более 20% СВ) некрахмальных полисахаридов, составляющих основу клеточных стенок ягод и формирующих белково-углеводно-фенольные комплексы, обоснована целесообразность проведения предварительной обработки ягод ферментными препаратами, гидролизующими некрахмальные полисахариды, для наиболее полного извлечения в соковую фракцию входящих в состав ягод полезных для здоровья ингредиентов.
2. Экспериментально обоснован выбор ферментных препаратов пектолитического и глюканазного действия - Фруктоцим-колор и Laminex BG Glucanase Complex, применение которых (в концентрациях соответственно 19 ед ПкА/ г пектина и 26 ед ЦАх/ г клетчатки) на стадии предобработки ягод облепихи способствует через 1,5-2,0 часа гидролиза увеличению выхода сока на 10-16% и ценных природных компонентов в СФО: в 1,05-1,3 раза витамина С, редуцирующих веществ (РВ) и титруемых кислот; в 2,3-2,7 раза каротиноидов.
3. С применением методов статистического моделирования разработан способ предобработки ягод облепихи с использованием МЭК на основе Фруктоцим-колор и Laminex BG Glucanase Complex, позволяющий увеличить выход сока на 25% и ФФИ в СФО: витамина С и каротиноидов в 1,4 и 3,2 раза соответственно.
4. Изучен химический состав и антиоксидантная активность СФО и проведен его анализ в сравнении с соком ягод облепихи, полученным в тех же условиях без ферментативной обработки.
Установлено:
Х увеличение выхода в СФО катехинов, проантоцианидинов, витамина С - в 1,4-1,6 раза, токоферолов - в 2,5 раза, каротиноидов - в 3,2 раза; флавонов, флавонолов и флаванонолов - в 4,4-4,5 раза; органических кислот, РВ, белка, липидов - в 1,2-1,4 раза;
Х наличие в составе СФО лютеина, криптоксантина и эпикатехин галлата, которые отсутствовали в соке, полученном без ферментативной обработки;
Х более высокая (в 4,3 раза) антиоксидантная активность СФО по сравнению с соком, полученным без ферментативной обработки.
5. Разработаны технологические решения для получения КСФО в двух модификациях (концентрат облепиховый натуральный (45-50% с.в.) и концентрат облепиховый с сахаром (70-72% с.в.) в ориентации на применение в кондитерской промышленности.
6. Изучен химический состав и антиоксидантная активность КСФО, его органолептические, физико-химические и микробиологические показатели качества. Установлено, что в процессе хранения (45 суток - для КСФО натурального и 180 суток - для КСФО с сахаром) концентрат сохраняет высокие потребительские характеристики; микробиологические показатели остаются стабильными; потери витамина С и каротиноидов к концу срока хранения составляют соответственно 8,1 и 9,1% в КСФО натуральном и 18,9 и 16,4% в КСФО с сахаром.
7. Разработана технологическая схема и технологические рекомендации по получению КСФО, технологические рекомендации по применению КСФО в качестве источника природных ФФИ, натуральных красителей и ароматизаторов при получении кондитерских изделий. Определены:
- режимы кондирования плодов тыквы - внесение КСФО в количестве 30% к массе питательного сиропа на 3-м этапе кондирования;
- оптимальные дозировки КСФО натурального и КСФО с сахаром при приготовлении желейного мармелада (0,56% и 0,4% к массе готовых изделий);
- варианты изменения рецептуры и исключения из рецептуры синтетических красителей, ароматизаторов, лимонной кислоты при использовании КСФО в качестве начинки и в составе кремовых полуфабрикатов для тортов и пирожных.
Показано, что введение КСФО в рецептуру кондитерских изделий способствует улучшению органолептических показателей качества и повышению их пищевой ценности за счет увеличения содержания каротиноидов, токоферолов, флавоноидов, витамина С.
Дана характеристика побочного продукта получения КСФО - жома ферментированных ягод облепихи (ЖФО) по химическому составу и показана возможность его применения в рецептуре жировой начинки для вафель (5% к массе кондитерского жира). Изделия отличаются (от базовых) повышенным содержанием токоферолов, витамина С, присутствием каротиноидов.
8. По результатам проведенных исследований разработаны и утверждены проекты ТД на концентрат облепиховый. Проведены производственные испытания в условиях ОАО Хлебпром ОП г. Красногорск по применению концентрата облепихового при производстве тортов Песочный, Творожник и слоеного пирожного Берлинское. Разработаны рецептуры и утверждены изменения в ТД на торт Творожник с облепихой и пирожное Берлинское с облепихой. Получен акт внедрения КСФО при производстве торта Творожник и слоеного пирожного Берлинское на данном предприятии.
Список работ, опубликованных по материалам диссертации:
- Алексеенко Е.В., Дикарева Ю.М., Траубенберг С.Е., Осташенкова Н.В.
Способ получения концентрата облепихи // Патент РФ № 2454880 С1 от 01.03.2012 г.
Материалы, опубликованные в журналах, рекомендованных ВАК:
- Алексеенко Е.В., Дикарева Ю.М., Осташенкова Н.В., Траубенберг С.Е. Применение ферментных препаратов для переработки плодов облепихи // Известия вузов. Пищевая технология. - 2011.- № 2-3. - с. 48-52.
- Акинделе Аденике Кехинде, Пискунова Н.А., Воробьева Н.Н., Дикарева Ю.М., Алексеенко Е.В., Траубенберг С.Е. Получение кондированной продукции из тыквы // Пищевая промышленность. - 2011. - № 8. - с. 34-35.
- Дикарева Ю.М., Алексеенко Е.В., Траубенберг С.Е., Богачук М.Н. Исследование биохимических характеристик облепихового концентрата // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2012. - № 2. - с. 21-25.
- Алексеенко Е.В., Дикарева Ю.М., Траубенберг С.Е., Осташенкова Н.В., Белявская И.Г. Влияние условий биокатализа ягод облепихи на выход сока и физиологически функциональных ингредиентов // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2012. - № 9. - с. 38-40.
Материалы, опубликованные в других изданиях:
- Дикарева Ю.М., Шендеров Б.А., Алексеенко Е.В., Осташенкова Н.В., Траубенберг С.Е. Применение плодов облепихи при получении функциональных продуктов питания // Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием Инновационные технологии в пищевой промышленности. - Самара: Самар. гос. техн. ун-т.
- 2009. - с. 79-81.
- Дикарева Ю.М., Алексеенко Е.В., Осташенкова Н.В., Траубенберг С.Е. Применение ферментных препаратов для повышения эффективности переработки плодов облепихи // Сборник материалов VII международной научно-практической конференции и выставки Технологии и продукты здорового питания. Функциональные пищевые продукты, конференции молодых ученых Инновационные технологии продуктов здорового питания. - М.: Издательский комплекс МГУПП, 2009. - с. 181-185.
- Дикарева Ю.М., Алексеенко Е.В., Осташенкова Н.В. Предварительная активация ферментного препарата Фруктоцим-Колор как фактор повышения эффективности его применения для биокатализа плодов облепихи // Сборник материалов VIII международной научно-практической конференции и выставки Технологии и продукты здорового питания. Функциональные пищевые продукты, конференции молодых ученых Инновационные технологии продуктов здорового питания. - М.: Издательский комплекс МГУПП, 2010. - с. 135-139.
- Дикарева Ю.М. Получение и применение ферментативных гидролизатов плодов облепихи // Пищевые продукты и здоровье человека: материалы III Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. - Кемерово, 2010. - с. 22-23.
- Дикарева Ю.М., Алексеенко Е.В., Траубенберг С.Е. Ферментативный катализ как основа для эффективного применения плодов облепихи в технологии продуктов здорового питания // Сборник материалов IХ международной научно-практической конференции и выставки Технологии и продукты здорового питания. Функциональные пищевые продукты, конференции молодых ученых Инновационные технологии продуктов здорового питания. - М.: Издательский комплекс МГУПП, 2011. - с. 178-181.
- Скобельская З.Г., Алексеенко Е.В., Дикарева Ю.М., Грекова А.В. Начинка для вафель, обогащенная биологически активными веществами // Кондитерское и хлебопекарное производство. - 2011. - № 8. - с. 32-33.
- Alekseenko E.V., Dikareva Y.M., Traubenberg S.E., Ostashenkova N.V. Biotechnological ways of processing seabuckthorn for foods manufacture // Abstract proceedings of the 5th International Seabuckthorn Association Conference (ISA2011), China, Qinghai, Xining. - 2011. - с. 121.
Список сокращений:
СФО | Ц сок из ягод облепихи, полученный с применением предварительной ферментативной обработки ягод; |
КСФО | Ц концентрат сока из ягод облепихи, полученный с применением предварительной ферментативной обработки ягод; |
ФФИ | Ц физиологически функциональный ингредиент; |
ФП | Ц ферментный препарат; |
ЖФО | Ц жом ферментированных ягод облепихи; |
МЭК | Ц мультэнзимная композиция; |
ГЖХ | Ц газо-жидкостная хроматография; |
ВЭЖХ | Ц высокоэффективная жидкостная хроматография; |
ОФ ВЭЖХ | Ц обращенно-фазовая высокоэффективная жидкостная хроматография; |
ОРА | Ц ортофталевый альдегид; |
РВ | Ц редуцирующие вещества; |
СВ | Ц сухие вещества; |
ABTS | Ц 2,2Т-азино-ди-{3-этилбензтиазолин сульфонат}. |
Авторефераты по всем темам >>
Авторефераты по техническим специальностям