На правах рукописи ЦАРАХОВА Эльза Николаевна РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ БЕЗАЛКОГОЛЬНЫХ
advertisement
На правах рукописи ЦАРАХОВА Эльза Николаевна РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ БЕЗАЛКОГОЛЬНЫХ ПРОФИЛАКТИЧЕСКИХ НАПИТКОВ ИЗ ДИКОРАСТУЩИХ ПЛОДОВ, ЯГОД И МИНЕРАЛЬНЫХ ВОД РЕСПУБЛИКИ СЕВЕРНАЯ ОСЕТИЯ-АЛАНИЯ 05.18.01 – Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства. АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Краснодар-2009 2 Работа выполнена в ГОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет» и в ФГОУ ВПО «Горский государственный аграрный университет» Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Касьянов Геннадий Иванович Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Зайко Галина Михайловна кандидат технических наук Троянова Татьяна Леонидовна Ведущая организация: ФГОУ ВПО « Кубанский государственный аграрный университет» Министерства сельского хозяйства Российской Федерации Защита состоится 10 декабря 2009 г в 14. 00 часов на заседании диссертационного совета Д 212. 100.05. в Кубанском государственном технологическом университете по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская 2, корпус А, конференц-зал С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного технологического университета Автореферат разослан 10 ноября 2009 г. Ученый секретарь диссертационного совета, канд. техн. наук В.В. Гончар 3 1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 1.1 Актуальность темы. Безалкогольные профилактические напитки относятся к повседневным продуктам питания, оказывающим воздействие на организм человека в течение всей его жизни. Большинство производителей безалкогольной продукции применяют технологии, основанные на использовании синтетических компонентов: заменителей сахара, ароматизаторов, красителей, консервантов и других, что наносит непоправимый вред здоровью людей, поскольку в организме человека отсутствует механизм утилизации этих веществ. В то же время, подтвержден факт положительного влияния безалкогольных напитков, содержащих природные вещества растительного происхождения, на эндоэкологическую реабилитацию организма человека. Медики многих стран, в том числе и России, определяют напиток как оптимальную форму пищевого продукта, используемую для обогащения организма биологически активными веществами. Исследования рынка безалкогольных напитков Республики Северная Осетия-Алания показали, что здесь сохраняется общая тенденция, выявленная на общероссийском рынке, преобладания в ассортименте напитков с синтетическими компонентами. Безалкогольные напитки на натуральном растительном сырье выпускаются в небольшом объеме и не удовлетворяют спрос населения. Учитывая то, что Республика Северная Осетия-Алания является неблагополучным в экологическом отношении регионом, производство безалкогольных напитков профилактического назначения, с актуально. По использованием данным натуральных Госкомприроды, ингредиентов возможности весьма заготовки дикорастущих плодов и ягод в Республике Северная Осетия-Алания находятся на уровне 1000 тонн в год. На территории Республики насчитывается более 200 источников целебных минеральных вод. Диссертационная работа выполнялась в соответствии с НТП Минобрнауки 4 РФ «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», № госрегистаци 01200109253. 1.2 Цель работы: Целью работы явилась разработка технологии безалкогольных профилактических напитков из дикорастущих плодов, ягод и минеральных вод Республики Северная Осетия-Алания. 1.3 Основные задачи исследований: – теоретически обосновать возможность создания и производства безалкогольных профилактических напитков из дикорастущих плодов, ягод и минеральных вод РСО-Алании; – исследовать химический состав и пищевую ценность дикорастущих плодов и ягод, произрастающих на территории РСОАлания; – изучить химический состав минеральных вод РСО-Алания, отобранных для изготовления безалкогольных напитков, проанализировать возможность их использования в качестве основы профилактических напитков; – разработать рецептуры безалкогольных профилактических напитков из дикорастущих плодов, ягод и минеральных вод РСО-Алании, с применением стевии и юглона и технологии сохраняющие биологически активные вещества компонентов; исследовать влияние ультразвука на время экстрагирования; – исследовать качество и безопасность и сохраняемость разработанных профилактических напитков; – произвести опытно-производственную апробацию новой технологии и рецептур безалкогольных профилактических напитков в производственных условиях; – разработать техническую документацию на новые безалкогольные профилактические напитки; 5 – рассчитать экономическую эффективность от внедрения новой технологии 1.4 и рецептур Научная новизна конструирования в Республике работы. безалкогольных Северная Научно Осетия-Алания. обоснована профилактических технология напитков из растительных компонентов, в том числе из дикорастущих плодов, ягод, стевии, натурального юглона, профилактическое действие которых усиливается слабоминерализованными минеральными водами РСО- Алания, позволяющая сохранить биологически активные вещества напитков. Впервые химического выполнен состава и глубокий безвредности сравнительный анализ слабоминерализованных минеральных вод Северной Осетии-Алании: «Горная прохлада», «Тиб-2», «Кармадон», «Урсдон», «Заманкул» и «Ариана», который позволил оценить свойства вод, включая: макро и микроэлементы, специфические вещества, рН, наличие газов, уровень минерализации, тип вод и выбрать по всем этим показателям, воды, которые лучше всего подходят для производства профилактических напитков. В процессе анализа 3 из 6 вод оказались непригодными для использования. Новизна предлагаемых решений подтверждается 3 патентами Российской Федерации на изобретение, патентом на полезную модель и компьютерной программой. 1.5 Практическая значимость работы. Определена пищевая и биологическая ценность дикорастущих плодов и ягод, произрастающих в РСО-Алания; - разработаны рецептуры новых безалкогольных профилактических напитков из дикорастущих плодов, ягод и минеральных вод Республики Северная Осетия-Алания с применением натуральных растительных ингредиентов: подсластителя стевии и консерванта юглона, без применения синтетических компонентов (патент РФ на изобретение №2356361); 6 разработана - безалкогольных дикорастущего оригинальная технология профилактических растительного напитков сырья, приготовления из позволяющая натурального максимально сохранить в них биологически активные вещества (патент РФ на изобретение №2337590); - разработана установка для производства брикетов льда из смеси ми -неральной воды и натурального сока, полученного из дикорастущих плодов и ягод, позволяющая транспортировать напитки на далекие расстояния (патент РФ на полезную модель №2007141146). - разработана техническая документация на напитки ТУ 9163-1230480 1346-08 «Напитки безалкогольные, профилактические, низкокалорийные из дикорастущих плодов и ягод на минеральной воде». 1.6 Апробация работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований по теме диссертации автором изложены на заседаниях научно-технического совета Горского ГАУ (г. Владикавказ, 2006, 2008 г), на международной конференции «Актуальные вопросы экологии и природопользования» (г. Ставрополь, 2005), на международной конференции «Рациональное использование биоресурсов в АПК» (г. Владикавказ, 2006), на международной научно-практической конференции «Научное обеспечение устойчивого развития агропромышленного комплекса горных и предгорных территорий» (г. Владикавказ, 2008), Международной конференции «Инновационные технологии в области холодильного хранения и переработки пищевых продуктов» (г. Краснодар, 2008), на научо-практи- ческой конференции «Теория и практика суб – и сверхкритической флюидной обработки сельскохозяйственного сырья». (Краснодар, 2009). 1.7 Публикации. По материалам диссертации опубликовано 17 статей, в т.ч. 2 статьи в рецензируемых изданиях, рекомендованными ВАК РФ, получено 3 патента РФ на изобретения, патент на полезную модель и свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ. 7 1.8 Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех глав, выводов, списка использованной литературы и приложения. Основное содержание диссертации изложено на 135 страницах компьютерного текста, содержит 14 рисунков и 26 таблиц. Список литературных источников включает 154 наименования, в том числе 37 –зарубежных авторов. 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 2.1 Объекты исследований Дикорастущие плоды и ягоды, произрастающие на территории Республики Северная Осетия-Алания, в том числе: калина, которая по строению классифицируется как плод, и ягоды, которые по строению могут быть настоящими и ложными, облепиха, смородина, черника, черноплодная рябина, малина, ежевика используемые в разрабатываемых безалкогольных напитках как в свежем, так и в замороженном виде. Природные минеральные воды РСО-Алания : «Горная прохлада», «Тиб-2», «Кармадон», «Урсдон», «Заманкул» и «Ариана», имеющие низкий уровень минерализации и безалкогольные напитки из дикорастущих плодов, ягод и минеральных вод. 2.2 Методы исследований. При исследовании качественных показателей сырья (дикорастущих плодов, ягод и минеральных вод), а также конечного продукта (безалкогольных профилактических напитков) были использованы стандартные методики, предусмотренные ГОСТ на эти объекты, а также современные методы физико-химического анализа: атомно-абсорбционный, спектрофотометрический, масс- спектрометрический и ГФХ. Органолептические показатели сырья (ягод, плодов) – ГОСТ 5531; напитков – ГОСТ 23268.1-91, ГОСТ 6687.5-86. Физико-химические показатели напитков – ГОСТ 13273-83 и 28188-89, содержание витамина С – методом количественного определения по Тильмансу, содержание минеральных веществ – методом пламенной абсорбции, а также с использованием масс-спектрометра с 8 индуктивносвязанной плазмой НР 4500 и системы капиллярного электрофореза. Статистическую обработку экспериментальных данных проводили методом регрессионного анализа с использованием программы «STATISTICA 6» фирмы Microsoft. Структурная схема научных исследований приведена на рисунке 1. Анализ научно-технической и патентной литературы по теме исследований Объекты, схема и методы исследований Исследование химического состава дикорастущего сырья и минеральных вод РСО-Алания Дикорастущие плоды и ягоды РСО-Алании Природные минеральные воды РСО-Алани Изучение органолептических показателей и пищевой ценности минеральных вод и дикорастущих плодов, ягод РСО-Алания Разработка рецептур новых безалкогольных профилактических напитков Определение химического состава разработанных безалкогольных напитков Определение качественных показателей разработанных безалкогольных напитков Разработка технической документации и промышленная апробация разработанных безалкогольных напитков, оценка экономической целесообразности технологических решений Рисунок 1 – Структурная схема научных исследований 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 9 3.1 Обоснование выбора сырья. При разработке технологи и рецептур безалкогольных профилактических напитков в качестве сырья использовали дикорастущие плоды, ягоды и минеральные воды РСОАлания. Дикорастущие плоды и ягоды активно влияют на обменные процессы в организме, способствуют выделению радионуклидов, ионов тяжелых металлов, подавляют в организме окислительные процессы, что способствует обновлению тканей, снижению холестерина в крови. Биологически активные вещества, содержащиеся в их составе, проявляют антиоксидантные свойства, улучшают обмен веществ и замедляют процессы старения. Преимущество использования ягод в напитках проявляется еще и в том, что отпадает необходимость использования красителей, поскольку ягоды сами дают цвет. Для разработки профилактических напитков отобрано семь видов дикорастущих плодов и ягод, произрастающих на территории РСО-Алания и доступных для промышленных заготовок: калина, малина, ежевика, смородина, облепиха, черника, рябина черноплодная. Впервые подробно изучен их химический состав. Соотношение ягод менялось в зависимости от их вкусовых качеств и кислотности. Возможность ежегодных заготовок дикорастущих плодов и ягод оценивается в 30-40 тонн. Наличие большого количества разнообразных источников минеральных вод на территории Республики, а также широкое применение их в лечебно-профилактическом питании для нормализации водно-солевого обмена и оптимизации общей химической структуры рациона послужило причиной выбора этих вод в качестве компонента профилактических напитков. Эти воды содержат в составе жизненно важные элементы – кальций, магний, калий, селен и другие. Для разработки профилактических напитков на первом этапе исследований было отобрано 6 наименований минеральных вод: «Ариана», «Урсдон», «Кармадон», «Тиб-2», «Заманкул», «Горная прохлада», имеющих низкий уровень минерализации. 10 Для снижения калорийности разрабатываемых безалкогольных профилактических напитков, вместо сахара использовали натуральный подсластитель стевию, которую диетологи и фармакологи оценивают как шаг к оздоровлению нации. Стевиозид устойчив к тепловой обработке, имеет низкий Исследования уровень разложения специалистов при разных значениях Научно-исследовательского рН. института питания АМН РФ показали, что при регулярном употреблении стевиозида снижается содержание сахара, радионуклидов и холестерина в организме, улучшается регенерация клеток и коагуляция крови, укрепляются кровеносные сосуды, тормозится рост новообразований, восстанавливается липидный, белковый и водно-солевой обмен. В качестве консерванта в напитках, нами предложено использовать юглон, выделяемый из околоплодника грецкого ореха. Исследования последних лет подтвердили его безопасность и эффективность использования в качестве консерванта для безалкогольных напитков. Юглон обладает высокой антимикробной активностью в отношении микрофлоры. 3.2 Исследование химического состава и пищевой ценности дикорастущих плодов и ягод, произрастающих на территории РСО-Алания При производстве профилактических напитков дикорастущие плоды и ягоды представляют большую ценность как источник биологически активных веществ, кроме того полифенольные соединения ягод участвуют в создании потребительской ценности напитков, т.е. образовании вкуса, аромата и цвета. Результаты определения химического состава ягод и плодов представлены в таблице 1. Таблица 1 – Химический состав исследуемых ягод и дикорастущих плодов Наименование показателей Сухие вещества, % витамин С мг/100 г Наименование ягод кали на 17,23 92,4 смродина 20,84 224,4 малин а 12,04 79,2 облепиха 20,72 171,8 рябина чернопл 20,42 66,0 черни ка 12,91 47,5 еже вика 9,93 52,8 11 общие сахара, % Органические кислоты, % Полтфенольные вещества, % Пектиновые вещества, % Содержание золы, % калий, мг/кг кальций ,мг/кг магний, мг/кг натрий, мг/кг железо, мг/кг фосфор, мг/кг марганец, мг/кг медь, мг/кг никель, мг/кг кобальт, мг/кг цинк мг/кг 7,28 1,62 8,09 1,93 6,035 1,74 5,86 2,33 7,93 1,28 7,41 1,31 5,11 2,82 2,14 0,71 1,33 4,62 0,54 5,69 5,97 1.06 2,47 196,1 53,26 31,54 0.,25 32,88 240,3 5,98 0,23 2,19 0,39 9,29 1,54 4,23 255,3 21,84 5,26 35,61 65,15 127,7 11,32 0,30 2,72 0,89 9,57 1,49 3,65 222,4 31,95 11,87 25,12 58,26 327,1 13,28 0,19 2,81 0,67 8,92 2,23 1,81 183,5 11,54 12,14 27,41 299,7 11,60 0,51 2,04 0,17 9,95 0,80 2,38 163,02 53,76 42,18 0,21 45,48 230,8 15,46 0,20 2,77 0,49 10,0 0,77 0,80 382,33 0,37 2,53 39,72 4,72 119,6 6,70 0,16 0,89 0,07 3,61 0,54 1,90 127,7 14,95 26,75 47,14 153,8 23,05 0,21 2,42 0,48 8,87 Данные таблицы показывают наличие в них большого количества витамина С, макро- и микроэлементов, пектиновых веществ, органических кислот, углеводов. Перечисленные ингредиенты оказывают положительное влияние на организм человека каждый сам по себе и усиливают действие друг друга, а при разработке профилактических продуктов это условие является определяющим, т.е и сам продукт и каждая его составляющая должны оказывать положительное влияние. 3.3 Исследование химического состава и возможности использования природных минеральных вод Республики Северная Осетия-Алания в качестве компонента профилактических напитков. При исследовании качества и свойств природных минеральных вод РСО-Алании нами оценивались и анализировались их органолептические и физико-химические показатели, изучены показатели безвредности и безопасности, рассмотрены требования, которым должны соответствовать минеральные воды для возможности быть использованными в производстве безалкогольных профилактических напитков. При отборе минеральных вод для производства напитков можно использовать только слабоминерализованные воды, и только после изучения их полного химического состава, включая и микроэлементы, 12 поскольку минеральные воды всегда имеют в составе повышенное содержание тех или иных компонентов (макроэлементов, микроэлементов, органических соединений, газов, радиоактивность и др.) и даже при низкой минерализации, из-за повышенного содержания какого-нибудь одного компонента могут оказывать лечебное воздействие на организм. Кроме того они должны обладать определенными органолептическими и физикохимическими свойствами, должны отличаться сохранением химического состава и микробиологической чистотой. Полезность и лечебные свойства минеральных вод находящихся в обуславливаются ионизированном содержанием состоянии, в них газовым солей, составом, повышенным содержанием биологически активных веществ. Результаты исследования органолептических и физико-химических показателей минеральных вод приведены в таблице 2. Таблица 2 – Качественные показатели исследуемых вод Показател и качества минеральн . вод Требования ГОСТ к качеству минераль. воды ПрозрачПрозрачная ность, жидкость, без цвет посторонних включений, с незначит. осадком Вкус, Характерные запах для растворенных в воде веществ Тип Определяется минеральн содержанием ой воды основных ионов, с учетом их количества Уровень Сумма Образцы природных минеральных вод «Тиб-2» «Заманкул» «Горная прохлада» Прозрачная жидкость без цвета, посторонних включений, без осадка Пресный, без запаха Бесцветная, прозрачная, с легкой опалесценцией жидкость Прозрачная, без цвета и без осадка жидкость Пресный, без запаха Пресный, без запаха Слабоуглекис лая, слабоминерали зованная,гидро карбонатномагни евокалиевая 1,3-3,0 Маломинерализ ованная, сульфатно – хлорид ная гидрокарбонатн ая, натриевокальци евая 1,2-2,0 Слабоминера лизованная, гидрокарбона тно-натриевая 0,85-0,95 13 минерализ ации, г/л Основные ионы Специфич компонен ты Содержание мироэлеме нтов Величина РН) растворенных в воде веществ НCO3, SO4, Cl, НCO3, SO4, Cl, Ca ,Mg, Na+K Ca ,Mg, Na+K СО2, микроэле- СО2 менты,превы шающие ПДК Мn Zn Cu Ni Cr J Br Cl F Zn (6,0-9,0) HCO3, SO4,Cl HCO3 ,Cl, Na, Ca, Mg SO4, Na+K – – 7,2 6,7 Мn Zn Cu Ni Cr J Br Cl F Sr Co Al Pb Se Mo Hg Cd 8,2 Fe Pb Cl J Br Si 7,6 Исследованы 6 разновидностей минеральных вод, которые имели хорошие органолептические свойства, т. е. были прозрачными, бесцветными, без посторонних включений, осадка, не имели запаха, имели пресный вкус, кроме воды «Кармадон», которая имела солоноватый вкус и поэтому оказалась непригодной для использования в производстве напитков. Физико-химические показатели исследовали уже для 5 вод и оценивали: тип воды и уровень минерализации, основной ионный состав, содержание специфических компонентов и микроэлементов. Тип и уровень минерализации, содержание основных ионов и микроэлементов не препятствовали использованию всех оставшихся исследуемых вод профилактических биологически в качестве напитков, активных но компонента при компонентов безалкогольных исследовании минеральная содержания вода «Урсдон» содержала повышенное количество борной кислоты (71 мг/л), при допустимом (гигиенические нормы безвредности) уровне 5мг/л., в связи с чем данная вода также не могла быть использована в производстве напитков. Минеральная минерализацию(0,65мг/л), вода при «Ариана», этом напротив не имела обладала низкую никакими положительными характеристиками, в связи с чем была также отклонена в качестве компонента напитка. Таким образом, в качестве компонента 14 безалкогольных профилактических напитков отобраны минеральные воды: «Тиб-2», «Заманкул» и «Горная прохлада», причем первые две воды на наш взгляд ценны в качестве компонента профилактических напитках тем что улучшают обменные процессы в организме, обладают противовоспалительными свойствами и рекомендованы при ожирении (результаты РСО-Алании). исследования медицинской академии Минеральная вода «Горная прохлада» по заключению Института восстановительной медицины и курортологии АМН РФ, рекомендована к употреблению в качестве столового напитка, а также для приготовления безалкогольных напитков, разбавления соков, концентратов и др. Для напитков эта вода идеальна тем, что не содержит ни кальция, ни магния, т.е не образует солей жесткости (осадка), не содержит железа, что является также важной технологической характеристикой, но содержит 17 микроэлементов, в том числе медь, цинк, селен, кобальт, никель, марганец и др., значение которых для жизнедеятельности и обмена веществ очень велико. При исследовании соответствия отобранных нами для изготовления напитков минеральных вод требованиям по безвредности и безопасности, все воды отвечали нормам и не превышали значений ПДК ни по одному показателю. 3.4 Разработка рецептур безалкогольных профилактических напитков. В процессе разработки рецептур профилактических напитков, учитывали то, что многие из веществ, определяющих биологическую ценность ягод, являются водорастворимыми и сравнительно легко переходят в потребления водные настои. нутриентов Учитывали (суточную физиологические норму), а также нормы то, что функциональными считают напитки, содержащие в 200 мл от 10 до 50 % суточной рекомендуемой дозы витаминов, минеральных веществ и др. При разработке рецептур безалкогольных профилактических напитков в качестве растительного сырья, источника биологически 15 активных веществ, использовали дикорастущие плоды и ягоды, а в качестве подсластителя – стевию. В качестве экстрагента была использована минеральная вода. Соотношение рецептурных компонентов, дикорастущих плодов, ягод и листьев стевии, а также оптимальные параметры экстрагирования определяли методом математического планирования эксперимента, меняя соотношение компонентов на 100 дал. экстрагента (минеральной воды). Оптимальное соотношение ягод и листьев стевии – 96:4. Соотношение – сырьё : экстрагент – 1,5: 10. Рецептура безалкогольных профилактических напитков приведена в таблице 3. Исследования показали, что наиболее гармоничный вкус напитки имели при внесении ягод от 125 до 135 кг, стевии – 4-5 кг, на 1000 л минеральной воды. Готовые напитки для улучшения вкуса и лучшей сохранности насыщали СО2. Из данных таблицы видно, что расход СО2 на 1000 л минеральной воды составил 4 л. Выход готовой продукции – безалкогольных профилактических напитков, по заданным рецептурам составляет 108 дал Таблица 3 – Рецептуры безалкогольных профилактических напитков № серии 1 2 1 2 50 25 50 Расход сырья минераль стевия юглон ная вода (кг) (г) (л.) - - 125 1000 Калина Облепиха Смородина 2 1 2 - 50 25 50 125 Калина Черника Смородина Рябина 2 2 2 1 - 35 35 35 20 125 Сочетание ягод Малина Рябина Черника всего: 2 всего: 3 всего: соотношени е ягод ягоды (кг) (части) СО2 (л) - 4-5 0,7 4 1000 4-5 0,7 4 1000 4-5 0,7 4 16 На рецептуру безалкогольного профилактического напитка «Лесной аромат» получен патент РФ на изобретение №2007106129/13. 3.5 Разработка технологии безалкогольных профилактических напитков. Нами разработана технология приготовления профилактических напитков (патент РФ на изобретение №2007113304). Для сохранения термолабильных веществ ягод и свойств минеральных вод, которые также могут изменяться в процессе нагревания, мы отказались от термического воздействия на компоненты напитка. По традиционной технологии напитки получают, смешивая компоненты в виде экстрактов, настоев, сиропов, концентрированных соков, полученных путем термической обработки. При этом теряется большая часть биологически активных веществ исходного сырья. По предложенной нами усовершенствованной технологии компоненты напитка помещали в смеситель-измельчитель, туда же подавалась минеральная вода, после чего компоненты измельчали и подвергали экстрагированию. Измельчение ягодного сырья в среде минеральной воды предохраняет его от окисления, а также предотвращает потери сока при использовании замороженных ягод, что позволяет лучше сохранить биологически активные вещества компонентов, в том числе витамин С. Все остальные технологические операции выполнялись технологическая схема согласно общепринятой производства схеме. профилактических Полная напитков представлена на рисунке 2 и включает следующие операции: свежие или замороженные ягоды и листья стевии дозировано подавали в смесительизмельчитель. Минеральная вода Ягоды Фильтрование Инспекция Обеззараживание Мойка Охлаждение Стекание воды 17 Насыщение СО2 Смешивание Измельчение Дозирование Настаивание Инспекция Дозирование Отжим Стевия Инспекция Фильтрация Юглон Деаэрация Охлаждение Сатурирование Укупоривание Хранение Рисунок 2 – Технологическая схема получения новых профилактических напитков Сырье заливали минеральной водой, согласно рецептуре, измельчали и настаивали при комнатной температуре и постоянном перемешивании. Через 5 часов настаивания в смеситель вводили водный раствор юглона и выдерживали экстракт около 2 часов. После экстрагирования, сырье отжимали, настойку отстаивали, фильтровали, подавали на деаэрацию, охлаждали (до 100С), сатурировали. Далее напиток подавался на розлив в стеклянную тару и на хранение, при температуре 5-180С. Срок хранения напитка составляет 30 дней. Для повышения пищевой и биологической ценности напитков, а также более полного извлечения экстрагируемых веществ сырья, снижения затрат на производство напитков за счет сокращения времени технологического процесса нами предложено использование ультразвуковых устройств, с частотой излучения 22 кГц. Кроме того, 18 можно предварительно не обеззараживать минеральную воду, поскольку процесс экстрагирования и обеззараживания продукта ультразвуком протекает одновременно. На рисунке 3 приведена зависимость изменения концентрации сухих веществ напитков в зависимости от способа обработки сырья, которая показывает, что процесс экстрагирования с применением ультразвука протекал примерно в 2,5-3 раза быстрее, чем без него что доказывает, влияние ультразвука на скорость экстрагирования. На технологию напитков с применением ультразвука получен патент РФ на изобретение (решение о выдаче патента на изобретение, заявка №2007124254/13). Нами получен также патент РФ № 69711 на полезную модель для производства брикетов льда из смеси минеральной воды и натурального сока, Это устройство обеспечивает наибольшую эффективность перевозки разработанных напитков на дальние расстояния. Содержание сухих веществ, % 12 10 8 без ультразвука 6 с ультразвуком 4 2 0 0 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 7,5 8 Продолжительность настаивания, ч Рисунок 3 – Зависимость изменения концентрации сухих веществ в напитке в зависимости от способа обработки сырья 3.6 Исследование безалкогольных качества и профилактических безопасности напитков. созданных Качество 19 безалкогольных профилактических напитков определяли, оценивая органолептические, физико-химические микробиологические показатели, а также безвредность. Оценка органолептических показателей новых профилактических минеральных напитков, вод из РСО-Алании, дикорастущих с плодов, использованием ягод и натурального подсластителя стевии и натурального консерванта юглона, была проведена специалистами кафедры товароведения и экспертизы товаров Горского государственного аграрного университета. Оценка напитков проводилась по 25 балльной системе. Результаты этой оценки представлены в таблице 4. Наличие в составе дикорастущих плодов и ягод полифенолов сформировало важнейшие потребительские свойства напитков, определило их цвет, вкус и аромат. В процессе исследования органолептических показателей напитков выявлено, что напитки имели приятный, кисло-сладкий, хорошо выраженный ягодный вкус, приятный аромат ягод, красивый насыщенный цвет, от красного до темно-рубинового, хорошую насыщенность углекислым газом. Анализируя данные таблицы 5 можно отметить, что дегустационная комиссия высоко оценила органолептические показатели разработанных профилактических напитков, которые получили оценку от 23 до 24 баллов по 25-балльной шкале. Результаты исследования физикохимических показателей новых профилактических напитков, их пищевой ценности приведены в таблице 5. Исследования позволяют сделать выводы о том, что разработанные напитки имеют низкую калорийность (18-23,1 ккал), и могут быть использованы как в обычном рационе, так и в качестве диетических. Таблица 4 – Органолептические показатели профилактических напитков Характеристика напитков Наименование показателя малиноворябиновочерничный калиновооблепиховосмородиновый калиново-рябино во-смородиновочерничный - 20 Прозрачнос ть, цвет, внешн. вид. 1–7 баллов Вкус, аромат Прозрачная, темнорубинового цвета жидкость 7 Приятный, кислосладкий, выраженный, характерный ягодам, с легким послевкусием стевии; чистый характерный ягодам 11 Обильное, непродолжительно е, выделение пузырьков, 5 23 6–12 баллов Насыщенность СО2 3– 6 баллов Общ сумма балл. (до25) Слегка мутноватая, темно-красного цвета жидкость 7 Кисло-сладкий, чистый, характерный ягодам, с легким послевкусием стевии; хорошо выраженный, характерный ягодам 10 Обильное продолжительное выделение пузырьков, 6 23 Низкая энергетическая ценность Прозрачная, темнорубинового цвета жидкость 7 Приятный, кислосладкий, выраженный, характерный ягодам, с легким послевкусием стевии; аромат выраженный, свойственный ягодам 11 Обильное продолжительное выделение пузырьков, 6 24 объясняется использованием стевии, которая, придавая напиткам сладость, не увеличивает их калорийности. Напитки содержат витамин С, в количестве, определенном для профилактических напитков оптимальным (16мг/100см3). Присутствие аскорбиновой кислоты в напитках способствует регулированию окислительно-восстановительных процессов и укреплению иммунной системы организма. Анализируя минеральный состав напитков, следует отметить то, что из макроэлементов в их составе преобладает калий, натрий, магний и кальций. Наличие в напитках одновременно железа, цинка, меди, марганца играет важную роль в деятельности сердечнососудистой системы, способствует лучшему усвоению витаминов организмом. Кобальт и никель- микроэлементы способные повысить интенсивность биоэнергетических процессов и защитных реакций организма. Селен является мощным антиоксидантом. Органических кислот 21 в напитках содержится 0,3-0,4%, но они проявляют противовоспалительное антисептическое действие, тем самым, Таблица 5 – Химический состав разработанных безалкогольных профилактических напитков Наименование показателя Энергетическая ценность, ккал Сухой остаток, % Зола, % Сахара общие, % Пектиновые вещ-ва, г/100см3 Полифенольные вещества, % Органические кислоты, %, в расчете на лимоную Витамин С, мг/100 см3. Малиноворябиновочерничный Калиновооблепиховосмородиновый Калиноворябиновосмородиновочерничный 16,0 23,1 23,1 10,0 0,25 7,1 0,88 1,31 13,0 0,27 6,4 1,27 1,33 12,0 0,34 6,4 1,17 1,02 0,36 0,33 0,29 15,2 14,5 15,7 32,2 42,3 7,2 5,3 31,0 37,6 7,8 5,5 7,5 0,016 0,49 1,7 0,001 а некоторые 15,7 0,022 2,0 1,4 0,001 из них Минер.вещества , Макроэлементы, мг/100см3 натрий 45,1 калий 57,9 кальций 7,1 магний 6,4 Микроэлементы, мг/л железо, мг/л 2,79 никель 0,012 марганец 0,97 кобальт 1,2 селен 0,001 увеличивая их профилактические свойства, способствуют увеличению срока хранения напитков. Содержание пектиновых веществ в напитках составило 0,9-1,3 г/100 см3, т.е. покрывает 1/3 суточной рекомендуемой дозы (4г). Пектиновые вещества связывают ионы тяжелых металлов, и выводят их наружу. Небольшое количество, содержащихся в напитках полифенольных веществ (1,0-1,3 %), придает им пикантность и свежесть вкуса, а также антиоксидантные свойства. В целом, содержание минеральных, пектиновых и полифенольных веществ, 22 натурального витамина С, органических кислот оказывает положительное влияние на организм человека. Напитки обладают антиоксидантными свойствами, что объясняется их химическим составом (витамина С, минеральных веществ, а также полифенольных соединений, находящихся в ягодах и стевии). Ценность напитков заключается в том, что в их составе нет ни одного синтетического компонента, все составные природного растительного происхождения, гармонично сочетающихся и дополняющих друг друга, обладающих антиоксидантными свойствами, способными замедлить процессы старения, и улучшить обмен веществ, предупредить болезни и укрепить иммунитет. Они способствуют улучшению пищеварения, деятельности сердечно-сосудистой системы, улучшают нервно-эмоциональное состояние. Срок хранения напитков составляет 30 суток при температуре от 1 до 180 С, что обусловлено использованием в напитках консерванта юглона. Хорошей сохраняемости напитков также способствуют содержание СО2, некоторых органических кислот, содержащихся в напитках и полифенольные соединения. 3.7 Определение показателей безопасности безалкогольных профилактических напитков. Результаты исследования показателей безопасности разработанных нами профилактических напитков в сравнении с допустимыми нормами (СанПиН 2.3.2.1078-01) представлены в таблице 6. Из данных таблицы, очевидно, что ни по одному из контролируемых показателей не выявлено превышение значение ПДК. Таблица 6 – Токсикологические показатели разработанных напитков Наименование показател я ПДК Напиток мг/л малиноворябиновочерничный свинец мышьяк кадмий медь 0,4 0,2 0,03 5,0 0,032 0,015 0,0041 0,059 Напиток калиновооблепи хово смородиновый 0,044 0,013 0,0058 0,066 Напиток калиноворябиновосмородиновочерничный 0,024 0,016 0,0031 0,066 23 цинк 10,0 0,32 0,35 0,27 барий 0,7 0,09 0,070 0,11 При микробиологическом исследовании новых профилактических напитков, определялись три показателя: бактерии группы кишечная палочка в 1 дм3 (коли-индекс); патогенные микробы, в том числе сальмонеллы в 1дм3, дрожжи и плесени в 1см3. Нами получены удовлетворительные результаты, показывающие, что напитки отвечают требованиям микробиологической чистоты, которые предъявляются к подобным напиткам. Результаты исследования представлены в таблице 7. Таблица 7 – Микробиологические показатели разработанных напитков Калиновокалиново- рябиМалиновооблепиховоново-смородирябиновосмородиновы ново-черничй ный Наименование черничный показателя в день чере в день чере в день через ПДК выраб з вырабо з выра 30 мг/л отки 30 тки 30 ботки дней дней дней Бактерии группы 3 – 1 – 2 – 1 кишечная палочка в 1 дм3 (коли-индекс) Патогенные – – – – – – – микробы, в т.ч.сальмоне ллы в 1 дм3 Дрожжи и плесени в 40 – 10 – 12 – 9 1 см3 (клеток) На напитки разработаны технические условия ТУ 9163-123-04801346-08 «Напитки безалкогольные, профилактические, низкокалорийные из дикорастущих плодов и ягод на минеральной воде». Промышленную апробацию технологии и рецептур разработанных напитков осуществляли на агрофирме «Казбек», ст. Змейская, РСО-Алания. Расчетный экономический эффект от внедрения усовершенствованной технологии составит 1,4 тыс. руб на 100 дал продукции. ВЫВОДЫ 24 1 Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность создания безалкогольных профилактических напитков из дикорастущих примененем плодов, ягод и растительных минеральных подсластителя вод и РСО-Алании, с консерванта, без синтетических добавок. 2 Исследован и впервые установлен химический состав и пищевая ценность дикорастущих плодов и ягод, произрастающих в РСО-Алании: калины, ежевики, малины, облепихи, черники, черноплодной рябины, смородины. В ягодах определено высокое содержание витамина С от 48 в чернике до 230 мг/100г. в смородине. Они содержат ценные микроэлементы: марганец, медь, никель,, кобальт, и др, органические кислоты от 1,3 до 2,3 %, полифенольные вещества от 0,7 до 6%, пектиновые вещества около 2%, сахаров от 6 до 8%. 3 Проанализирован химический состав слабоминерализованных минеральных вод: «Горная прохлада», «Кармадон», «Урсдон», «Заманкул», «Тиб 2» и «Ариана», в том числе, содержание основных ионов, биологически активных веществ и микроэлементов. Проанализированы и составлены требования к оценке минеральных вод, используемых в качестве основы напитка. В процессе анализа 3 из 6 вод признаны непригодными в качестве компонента напитков. Дана оценка безвредности, безопасности минеральных вод, согласно, требованиям ГОСТ 13273-88. Требованиям отечественного стандарта отвечали все минеральные воды, отобранные для производства напитков. 4 Разработана рецептура безалкогольных профилактических напитков для употребления в обычном и диетическом рационе питания, в т.ч для диабетиков; получен патент РФ на изобретение безалкогольного напитка «Лесной аромат» № 2007106129. 5 Разработана технология получения безалкогольных профилактических напитков, позволяющая сохранить их пищевую и биологическую ценность, с использованием натуральных или 25 замороженных ягод и минеральных вод. Получен патент на «Способ приготовления профилактических безалкогольных напитков» РФ на изобретение; №2337590 6 Предложено использование ультразвука для ускорения процесса экстрагирования компонентов из растительного сырья и лучшего сохранения их биологической ценности, повышения эффективности производства, сокращения операций технологического процесса. Продолжительность процесса экстрагирования сокращается в 2,5-3 раза. 7 Проведены комплексные исследования качества и безопасности новых видов напитков. Установлено, что напитки имеют повышенное содержание биологически активных веществ и обладают хорошими органолептическими свойствами и пищевой ценностью. Безопасность напитков отвечает требованиям, ни по одному из контролируемых показателей безопасности не выявлено превышение значения ПДК. Срок хранения напитков составляет 30 суток, из-за использования консерванта юглон. 8 Произведена опытно-промышленная апробация технологии и рецептур разработанных напитков в консервном цехе агрофирмы «Казбек», (ст. «Змейская», РСО-Алании). 9 Разработана техническая документация на напитки ТУ 9163-1230480 1346-08 «Напитки безалкогольные, профилактические, низкокалорийные из дикорастущих плодов и ягод на минеральной воде». 10 Рассчетный экономический эффект составил 1,4 тыс. руб, на 100 дал продукции. Список публикаций по теме диссертационной работы 1 Царахова Э.Н. Анализ потребительского рынка минеральных вод РСОАлания [Текст] / Э.Н. Царахова //Матер. межд. научно-практич. конф. «Современные проблемы торговли, расширения ассортимента и контроля 26 качества потребительских товаров и продуктов общественного питания. – Санкт-Петербург, – 2002. – С. 3-5. 2 Царахова Э.Н. Упаковка и окружающая среда [Текст] / Э.Н. Царахова // Известия ФГОУ ВПО «Горский государственный аграрный университет». –Владикавказ, – 2004. – Т.42. – С 153-154. 3 Царахова Э.Н. О безвредности и безопасности минеральных вод РСО-Алании. [Текст] / Э.Н Царахова //Сборник научных трудов АНВШ РФ. – Владикавказ, – 2005. – №2, Вып.4. – С. 112-115. 4 Царахова Э.Н. Дикорастущие плоды и ягоды - богатый источник здоровья [Текст] / Э.Н. Царахова // Матер. межд. конф. «Рациональное использование биоресурсов в АПК». – Владикавказ, 2006.– С.148-149. 5 Царахова Э.Н. Использование натуральных компонентов при производстве продуктов питания – «шаг к оздоровлению нации» [Текст] /Э.Н. Царахова //Матер. межд. конф. « Рациональное использование биоресурсов в АПК». – Владикавказ, 2006. – С.140-150. 6 Царахова Э.Н. О качестве и конкурентоспособности некоторых мине -ральных вод РСО-Алании [Текст] / Э.Н. Царахова // Известия ФГОУ ВПО «Горский аграрный университет». – Владикавказ, 2006. – Т.43. – С.116-117. 7 Царахова Э.Н. Природные антиоксиданты, их влияние на организм человека [Текст] / Э.Н. Царахова // Матер. межд. конф. «Актуальные вопросы экологии и природопользования».– Ставрополь, 2005. – С. 433 435. 8 Царахова Э.Н., Касьянов Г.И. Требования к минеральным водам как к основе напитка [Текст] / Э.Н. Царахова, Г.И. Касьянов // Известия вузов. Пищевая технология, - 2007. – № 1. – С. 15-17. 9 Царахова Э.Н. Свойства профилактических напитков, приготовленных на основе природных минеральных вод, дикорастущих плодов, 27 ягод [Текст] / Э.Н. Царахова //Матер. межд. конф. «Инновационные технологии в области холодильного хранения и переработки пищевых продуктов». – Краснодар, 2008. – С. 247-249. 10 Царахова Э.Н. Ультразвук и его применение в пищевой промышленности [Текст] / Э.Н.Царахова // Матер. межд. науч-практич. конф. «Научное обеспечение устойчивого развития агропромышленного комплекса горных и предгорных территорий». – Владикавказ, 2008. – С. 567-569. 11 Царахова Э.Н. Технология напитков на основе природных минеральных вод, дикорастущих плодов и ягод [Текст] / Э.Н Царахова, Г.И Касьянов // Известия вузов. Пищевая технология, 2009. – №4, – С. 64– 66. 12 Царахова Э.Н. Напитки на основе газированных минеральных вод [Текст] / Э.Н Царахова, Г.И. Касьянов //Сб. матер. межд. науч-практич. конф. «Теория и практика суб – и сверхкритической флюидной обработки сельскохозяйственного сырья». – Краснодар, 2009. – С. 158-162. 13 Патент РФ № 69711 на полезную модель «Установка для производства брикетов льда из смеси минеральной воды и натурального сока», зарегистрировано в Государственном реестре 10 января 2008 г., заявка № 2007141146 // Касьянов Г.И., Царахова Э.Н., Кулиева Р.Г. 14 Патент РФ на изобретение №2337590 «Способ приготовления профилактических безалкогольных напитков» /Царахова Э.Н., Касьянов Г.И., Моргоева А.С., Заявка № 2007113304, 09.04.07. 15 Патент РФ на изобретение № 2356361 «Безалкогольный напиток «Лесной аромат», заявка № 2007106129/13 от 14.01.09 /Царахова Э.Н., Касьянов Г.И., Агузаров Т.Т., Цугкиев Б.Г., Моргоева А.С. 16.Решение о выдаче патента РФ на изобретение, заявка №2007 1242 54/ 13 (заявлен 27 06.07.) «Способ получения безалкогольного напитка» / Царахова Э.Н. 28 17.Свидетельство на программу для ЭВМ «Средство построения таблиц летальности микроорганизмов» (WinLrt) № 2006612883, ГОУ ВПО КубГТУ /Русанова Л.А., Бородихин А.С., Щубко А.С., Царахова Э.Н.
