Разработка технологии функциональных продуктов питания из плодов косточковых культур 05. 18. 01 Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства

05.18.01 – Технология обработки, хранения и переработки

злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов,

плодоовощной продукции и виноградарства

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Краснодар – 2011

Р

абота выполнена в ФГОУ ВПО «Кубанский государственный

аграрный университет» и ГОУ ВПО «Майкопский государственный

технологический университет»

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного технологического университета, а с авторефератом на сайте http://kubstu.ru

Автореферат разослан: « 29 »августа 2011 г.
Ученый секретарь

диссертационного совета,

канд. техн. наук В. В. Гончар

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
1.1 Актуальность темы. В последние десятилетия наблюдается ухудшение экологической обстановки во многих регионах России, что в свою очередь, негативно сказывается на здоровье населения страны. Для улучшения состояния здоровья и снижения риска возникновения различных заболеваний важное влияние уделяется разработке новых продуктов питания, содержащих физиологически активные ингредиенты. Доктрина продовольственной безопасности Российской Федерации в области здорового питания предусматривает разработку технологий качественно новых продуктов питания функционального назначения.

Одним из вариантов решения данной проблемы является производство пектиносодержащих функциональных продуктов питания, основным функциональным ингредиентом которых являются пектиновые вещества. Способность пектинов как природных полимеров связывать и выводить из организма тяжелые металлы, радиоактивные вещества, снижать накопление в организме холестерина подтверждена в работах Н.П. Шелухиной, И.А. Карповича, Л.В. Донченко, Г.М. Зайко, И.А. Ильиной, Л.Я. Родионовой, И.В. Соболь и других.

Несмотря на различные разработанные технологии и рецептуры пектиносодержащих продуктов питания функциронального назначения. В составе таких продуктов плоды косточковых культур до настоящего времени не использовались, в то время, как пищевая ценность их достаточно высока.

В связи с этим разработка технологии функциональных пектиносодержащих продуктов питания с использованием плодов косточковых культур является актуальной.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с тематикой НИР кафедры технологии хранения и переработки растениеводческой продукции КубГАУ (№ 01.2.006.06834) и явилась составной частью НИР КубГАУ выполняемых в рамках инновационной образовательной программы «Производство, переработка и сертификация растениеводческой продукции» (при-

каз Министерства образования и науки РФ № 118 то 19.05.2006 г.)

В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи исследований:

• 
  исследовать биохимическую характеристику плодов косточковых культур (алычи садовой, сливы и абрикоса) и определить фракционный состав содержащихся в них пектиновых веществ;
  
• 
  исследовать влияние технологических параметров процесса гидролиза-экстрагирования плодов косточковых культур на выход и качественные характеристики пектиновых веществ и подтвердить достоверность исследований математическим анализом;
  
• 
  разработать технологию получения пектинового экстракта и пектина из плодов косточковых культур;
  
• 
  определить аналитические характеристики пектиновых веществ выделяемых из плодов косточковых культур;
  
• 
  разработать технологии и рецептуры получения продуктов функционального назначения, в том числе низкокалорийных, из плодов косточковых культур (напитки, соусы, приправа);
  

− разработать комплекты технической документации на производство новых видов пищевых продуктов функционального назначения;

− провести промышленную апробацию технологии и рецептур производства разработанных функциональных продуктов питания;

– рассчитать экономическую эффективность и конкурентоспособность разработанных продуктов питания.

культур на содержание пектиновых веществ в плодах.

Впервые определены фракционный состав и аналитические характеристики пектиновых веществ плодов косточковых культур, выращиваемых в Краснодарском крае, что явилось основанием для разработки технологии новых пищевых пектиносодержащих функциональных продуктов питания из данного сырья.

Исследовано влияние технологических параметров процесса гидролиза-экстрагирования исследуемого пектиносодержащего сырья – плодов косточковых культур (алычи садовой, сливы и абрикоса) на выход и качественные показатели выделяемых из него пектиновых веществ. На основе теоретических и экспериментальных исследований разработана технология получения пектинового экстракта и пектина из плодов косточковых культур.

На основании комплексных исследований физико-химических и аналитических характеристик пектиновых веществ плодов косточковых культур дано теоретическое и экспериментальное обоснование их применения в производстве пищевых продуктов функционального назначения без выделения из плодов пектиновых веществ в чистом виде.

Новизна технологических решений подтверждена патентом РФ на изобретение.

Результаты исследований были использованы при выработке опытно-промышленных партий пектиносодержащих продуктов питания функционального назначения в учебно-научно-инновационном комплексе «Технолог» КубГАУ и на предприятии ЧП «Беречетов», что подтвердило возможность производства таких продуктов в промышленных условиях.

Таблица 1 – Биохимическая оценка плодов косточковых культур, выращенных на Крымской опытной станции

Краснодарского края

№ п/п	Наименование сорта	Показатели качества
		РСВ, %	Сахар, %	Кислот- ность, %	Витамин С, мг/%	Антоцианы, мг/%	Сумма ПВ, % (на а.с.м.)	РП, % (на а.с.м.)	ПП, % (на а.с.м.)
АЛЫЧА
	Кремень	11,00	9,70	2,17	6,52	784	5,55	3,70	1,85
	Кубанская комета	10,20	6,70	1,60	9,52	378	12,28	6,98	5,30
	Гек	13,10	8,10	2,27	6,22	-	7,49	4,89	2,60
	Обильная	13,20	7,90	2,59	9,22	339	7,24	4,01	3,23
	Путешествиница	12,10	6,90	2,31	7,22	477	6,81	3,54	3,27
	Глобус	14,60	8,90	1,96	4,94	448	5,60	2,80	2,80
	Дынная	11,70	10,00	1,09	5,29	348	6,22	3,76	2,26
	Подарок Сад-Гиганту	14,80	8,50	1,35	5,28	679	5,58	3,31	2,27
	Жемчужина	13,20	8,40	1,99	6,11	784	6,83	3,64	3,19
	Десертная	13,50	6,50	1,44	14,30	497	10,91	5,75	5,16
	Аштаракская №2	13,10	8,20	1,39	8,85	430	9,69	5,72	3,97
	Неберджайская ранняя	11,40	6,70	2,00	8,60	323	6,07	3,34	2,73
	Риони	13,80	7,20	2,91	9,95	192	5,65	3,40	2,51
АБРИКОС
	Краснощекий	14,60	8,60	0,98	1,80	-	5,60	3,42	2,19
	Россиянин	15,00	9,60	1,09	1,60	-	7,87	4,67	3,20
СЛИВА
	Венгерка итальянская	12,40	9,40	0,69	4,80	115	6,04	4,19	1,85
	Венгерка домашняя	12,05	8,20	0,59	4,00	98	5,89	3,73	2,16

РСВ – растворимые сухие вещества; ПВ – пектиновые вещества; РП – растворимый пектин; ПП – протопектин

Установлено, что у плодов косточковых культур содержание растворимых сухих веществ колеблется от 10,0 до 14,8 %, сахаров – от 6,7 до 10,0 %; титруемая кислотность изменяется в широком диапазоне от 1,69 до 2,91 %. Наиболее высокая кислотность отмечена у плодов алычи садовой. Плоды алычи садовой содержат от 5 до 14 мг в 100 г аскорбиновой кислоты, сливы ~ 5 мг в 100 г, абрикос – 2 мг в 100 г. Количество антоцианов у алычи садовой составляет 192–784 мг в 100 г, у слив количество антоцианов отлично – до 115 мг в 100 г., у абрикос антоцианы отсутствуют.

Высокая титруемая кислотность плодов алычи садовой явилась поводом для определения качественного состава органических кислот Установлено, что в плодах алычи в основном преобладает яблочная кислота (свыше 80 % от общего количества титруемых кислот), небольшое количество лимонной, а также микроколичества уксусной и молочной кислот.

Определение фракционного состава пектиновых веществ (ПВ) содержащихся в плодах косточковых культур показало, что на процессы биосинтеза ПВ существенное влияние оказывает сортовая принадлежность. У всех исследуемых плодов содержание растворимого пектина преобладало над протопектином и составляло от 53 до 69 % от суммы ПВ. По сумме ПВ выделялись плоды алычи садовой: от 5,55 до 12,28 %, у плодов абрикос и слив этот показатель ниже: от 5,60 до 7,87 %.

Условное разделение, принятое в производстве исследуемых плодов алычи садовой по срокам созревания показало, что в плодах раннего срока созревания среднее содержание суммы ПВ составляет 5,03 %; среднего срока созревания – 7,64 %, у позднего срока созревания – 7,91 %.

В качестве гидролизующего агента исследовали влияние соляной и лимонной кислот и, учитывая высокую титруемую кислотность плодов алычи садовой, питьевой воды (автогидролиз) при следующих параметрах: температура 70 °С, 80 °С и 90 °С, продолжительность 2 часа, гидромодуль – 1 : 3. При этом получали пектиновых экстракт из которого выделяли пектин.

Выход пектина из плодов косточковых культур (в расчете на а.с.м.) при использовании разных гидролизующих агентов представлен в таблицах 2, 3, 4.

Таблица 2 – Выход ПВ из плодов разных косточковых культур при

использовании в качестве гидролизующего агента соляной кислоты

Наименование	Выход пектина, %
	температура гидролиза, °С
	70	80	90
АЛЫЧА
Аштаракская №2	7,57	10,19	10,19
Подарок Сад-Гиганту	4,72	4,72	5,35
Кубанская комета	10,80	12,28	12,77
Обильная	4,67	6,03	6,78
Риони	3,99	4,98	5,41
Неберджайская ранняя	4,39	4,39	6,15
СЛИВА
Венгерка домашняя	4,76	4,94	5,09
АБРИКОС
Краснощекий	4,45	4,89	5,40

Таблица 3 – Выход ПВ из плодов разных косточковых культур при

использовании в качестве гидролизующего агента лимонной

кислоты

Наименование	Выход пектина, %
	температура гидролиза, °С
	70	80	90
АЛЫЧА
Аштаракская №2	6,48	7,47	8,39
Подарок Сад-Гиганту	4,18	4,72	5,35
Кубанская комета	7,66	11,78	12,77
Обильная	5,35	6,71	6,78
Риони	3,56	4,91	4,98
Неберджайская ранняя	4,39	4,37	6,15
СЛИВА
Венгерка домашняя	4,35	4,76	5,00
АБРИКОС
Краснощекий	4,24	4,62	5,10

Анализ полученных данных говорит о том, что при использовании соляной кислоты извлечение ПВ составляет 80–90 % от его общего количества.

Таблица 4 – Выход ПВ из плодов разных косточковых культур при

автогидролизе

Влияние температуры на выход ПВ значительно различается на уровне 70 °С и 80 °С, а при температуре 80 °С и 90 °С разница по выходу ПВ выражена меньше. Динамика извлечения ПВ с использованием лимонной кислоты аналогична гидролизу с соляной кислотой (наибольший выход наблюдается при температуре 90 °С по всем сортам). Однако, в целом, выход ПВ на 8–11 % ниже, чем при использовании соляной кислоты.

Использование автогидролиза показало хорошие результаты на алыче садовой. Степень экстрагирования ПВ составила 56–80 % от общего количества. Можно предположить, что в плодах алычи протопектин легко переходит в растворимую форму под влиянием высокой температуры. Вероятно, это связано с повышенной кислотностью этих плодов.

По сливе и абрикосам выход ПВ значительно ниже.

Исследования по изучению влияния вида гидролизирующего агента на выход ПВ показали, что по алыче садовой возможно применение автогидролиза. Для плодов абрикоса и сливы предпочтительнее применение кислотного гидролиза с использованием лимонной кислоты.

С целью оптимизации процесса гидролиза изменяли гидромодуль: 1 : 3, 1 : 5, 1 : 7. Опыты проводили при следующих параметрах гидролиза: продолжительность – 2 ч, температура – 90 °С, гидролизующий агент − вода (таблица 5).

Таблица 5 – Влияние гидромодуля на количество ПВ, выделяемых в

процессе гидролиза-экстрагирования

Исследованиями установлено, что наибольший выход ПВ отмечен при гидромодуле 1 : 3.

Дальнейшие исследования по извлечению пектиновых веществ из плодов алычи и оптимизации этого процесса были направлены на изменение продолжительности гидролиза (1,0; 1,5; 2,0 и 2,5 ч). Исследования проводили на сортах алычи: Кубанская комета и Обильная (рисунок 2).

Рисунок 2 – Выход ПВ из плодов алычи разных сортов

Таким образом, на основании проведенных исследований установлено: что получение пектинового экстракта и выделение пектиновых веществ возможно при следующих режимах: гидролиз-экстрагирование с использованием 0,5 % лимонной кислоты, длительность 2 часа, гидромодуль 1 : 3.

Для подтверждения достоверности проведенных опытов по установлению оптимальных режимов выделения пектиновых веществ из плодов алычи была проведена математическая обработка полученных данных и получено множественное регрессионное уравнение, которое имеет вид:

где у – выход пектиновых веществ, %;

х₁ – гидролизующий агент;

х₂ – температура гидролиза;

х₃ – сорт алычи.
Из данного уравнения при коэффициенте детерминации R²=87 % видно, что наибольшую долю влияния имеет гидролизующий агент (доля влияния 17,65 %), на втором месте температура (доля влияния 12,12 %) и лишь третье место занимают сорта алычи (доля влияния 6,98 %). Эта зависимость отмечена как в линейной, так и в нелинейной части модели.

Таким образом, при гидролизе протопектина плодов алычи с целью дальнейшего использования в продуктах питания без удаления гидролизной массы (безотходная технология), эффективен автогидролиз при температуре 90 °С, длительности – 2 часа, и гидромодуле 1 : 3.