На правах рукописи КАРДОВСКИЙ Александр Анатольевич СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И РАЗРАБОТКА

На правах рукописи
КАРДОВСКИЙ Александр Анатольевич
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ И РАЗРАБОТКА
НОВЫХ ВИДОВ КУПАЖИРОВАННЫХ СОКОВ ИЗ СВЕКЛЫ
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 – 2008
2
Работа выполнена в ГОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет»
Научный руководитель:
кандидат технических наук, доцент
Кожухова Марина Александровна
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор
Зайко Галина Михайловна;
доктор сельскохозяйственных наук,
профессор
Причко Татьяна Григорьевна
Ведущая организация:
«ГУ Краснодарский НИИ хранения
и переработки сельскохозяйственной
продукции РАСХН»
Защита состоится 26 декабря 2008 года в 14:00 часов на заседании
диссертационного совета Д 212.100.05 при Кубанском государственном
технологическом университете по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, ауд. Г-251
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного технологического университета
Автореферат разослан 26 ноября 2008 г.
Ученый секретарь диссертационного
совета, канд. техн. наук
В.В. Гончар
3
1 ОБЩАЯ ХРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
1.1 Актуальность работы. Задачей государственной важности является реализация программы в области здорового питания, утвержденной Правительством
РФ в рамках национального проекта «Развитие АПК». Она предполагает разработку качественно новых пищевых продуктов с заданным составом и функциональными свойствами, оказывающими положительное влияние на различные системы
человеческого организма и его состояние в целом.
Источником комплекса биологически активных веществ являются фруктовые и овощные соки, их регулярное употребление – один из наиболее целесообразных путей в улучшении структуры питания населения.
Ценным сырьем для производства соков является столовая свекла, которая отличается высоким содержанием витаминов, в частности фолиевой кислоты, азотистых веществ, сахаров, минеральных солей, наличием биологически активных соединений, в том числе бетаина и бетанина. Свекольный сок усиливает митоз клеток
кроветворной системы, выделение пищеварительных соков и желчи, снижает кровяное давление, регулирует обмен веществ, однако отечественной промышленностью он выпускается в мизерных объемах и в ограниченном ассортименте. Это сопряжено с рядом технологических проблем: низкий выход сока, повышенное количество отходов, ухудшение естественной окраски и органолептических показателей
при тепловой обработке, наличие характерного «свекольного» привкуса.
Анализ мирового опыта свидетельствует о существенных различиях в подходах к переработке свеклы на сок, реализуемых отдельными производителями,
что связано с установившимися технологическими традициями, уровнем технической оснащенности и научного обеспечения производства, сортовыми особенностями используемого сырья. В научно-технической литературе отсутствуют четкие рекомендации по применению новых физико–химических методов, а также
биотехнологических процессов при получении различных видов соков из столовой
свеклы. В связи с этим актуальными задачами являются оптимизация процессов
переработки столовой свеклы, расширение ассортимента выпускаемых соков,
установление взаимосвязи между их потребительскими характеристиками и тех-
4
нологическими параметрами производства, а также биохимическими особенностями сырья.
Работа выполнена в соответствии с приоритетным направлением развития
науки, технологий и техники «Технология живых систем», а также тематикой НИР
кафедры Технологии молочных и консервированных продуктов КубГТУ на 2003 –
2007 гг: «1.4.01 – 05 – Создание новых продуктов питания на основе методов биотехнологии и пищевой инженерии».
1.2 Цель исследований – совершенствование технологии и разработка
новых видов купажированных соков из столовой свеклы, обладающих высокими
органолептическими показателями, биологической ценностью и профилактическими свойствами.
1.3 Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- провести сравнительный анализ химико-технологических свойств новых районированных сортов столовой свеклы;
- установить влияние технологических факторов на красящие вещества
столовой свеклы (температура, рН, продолжительность тепловой обработки,
степень измельчения сырья, влияние ионов металлов);
- исследовать влияние процесса электрохимической активации на стабильность беталаиновых пигментов свекольного сока;
- определить эффективность применения биотехнологических методов
при производстве свекольного сока и оптимизировать технологические режимы
его получения;
- разработать научно-обоснованные рецептуры и технологии новых видов
купажированных соков из столовой свеклы;
- разработать техническую документацию на новые виды свекольнофруктовых соков;
- апробировать разработанные рецептуры и технологию в производственных условиях и оценить экономический эффект.
1.4 Научная новизна. В результате исследований оценены химикотехнологические свойства новых районированных сортов столовой свеклы и по-
5
казана перспективность сорта Рокет по уровню накопления беталаиновых пигментов и их стабильности под действием технологических факторов.
Получена математическая модель, позволяющая прогнозировать изменение
окраски свекольного сока в диапазоне температур от 20 до 100 °С, рН от 2 до 7, и
продолжительности процесса от 5 до 60 минут.
Впервые установлено, что безреагентный способ снижения рН свекольного
сока с применением электрохимической активации является стабилизирующим
фактором при концентрировании свекольного сока.
Впервые проведен сравнительный анализ ферментных препаратов нового
поколения для обработки столовой свеклы с целью увеличения выхода сока, для
наиболее эффективных из них оптимизированы режимы ферментативной обработки, что позволило увеличить выход сока на 14−17 %.
Определена эффективность заквасок прямого внесения при получении
ферментированного свекольного сока и установлено предпочтительное применение концентрата бифидобактерий mix probiotic.
Обоснованы критерии и разработана методология проектирования рецептур новых видов купажированных соков, получаемых из столовой свеклы, имеющих более сбалансированный состав, высокие органолептические показатели,
стабильность при технологической обработке и хранении.
Новизна технологических решений подтверждена выдачей 3 патентов
№2337591 РФ, МПК 51 С1 А23L 2/08 Способ производства концентрированного
сока, № 2333702 РФ, МПК 51 С1 А23L 2/02 , А23N 1/00 Способ производства купажированного сока, № 2333703 РФ, МПК 51 С1 A 23 L 2 / 02, А23N 1/00 Способ
получения купажированного сока.
1.5 Практическая значимость. На основе анализа и обобщения результатов теоретических и экспериментальных исследований разработаны рецептуры и
технология новых видов купажированных соков из столовой свеклы, усовершенствована технология концентрированного свекольного сока с применением без-
6
реагентного способа снижения рН; разработаны рекомендации по производству
свекольного сока, сброженного пробиотическими бактериальными культурами.
Разработана и утверждена техническая документация на купажированные
соки из столовой свеклы «Соки свекольно-фруктовые» ТУ 9162-239–020-678622007, ТИ 012-020-67862-2007 и «Нектары свекольно-фруктовые» ТУ 9162-240-02067862-2007, ТИ 013-020- 67862-2007.
Полученные результаты используются в учебном процессе при проведении
лабораторных работ по УИРС и выполнении научно-исследовательских ВКР.
Проведена промышленная апробация предложенной технологии купажированных соков на ООО Консервном заводе «Динской».
1.6 Апробация работы. Основные положения, изложенные в диссертационной работе, были представлены на: Всероссийской научно – практической конференции с международным участием «Пищевая промышленность: Интеграция
науки, образования и производства» (г. Краснодар, 2005); VII Региональной научно – практической конференции молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (г. Краснодар, 2005); XXXIII Научной конференции студентов и молодых ученых вузов Южного федерального округа (г. Краснодар,
2005); VI Международной научно – практической конференции «Топинамбур и
другие инулиносодержащие растения – проблемы возделывания и использования»
(г. Тверь, 2006); на научно – методических семинарах кафедры технологии молочных и консервированных продуктов КубГТУ (2003-2007).
1.7 Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в 21
научной работе, в том числе в 2 статьях в реферируемых журналах, рекомендуемых ВАК, получено 3 патента РФ на изобретения.
1.8 Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора, объектов, методов и результатов исследований, выводов, списка литературы (175 источников, в том числе 26 зарубежных авторов) и 4 приложений. Текст диссертации изложен на 153 страницах, содержит 18 таблиц и 52
рисунка.
7
2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ
В качестве объектов исследования были использованы: корнеплоды столовой
свеклы сортов «Бордо 237», «Цилиндра», «Рокет» и полученные из них соки;
плоды облепихи, вишни, шефердии, сливы, персика и яблок урожая 2003–2006
гг.; ферментные препараты пектолитического действия, разрешенные к применению органами санэпиднадзора РФ; бактериальные препараты и концентраты
лакто и бифидобактерий отечественного и зарубежного производства.
Схема исследований представлена на рисунке 1.
Для оценки качественных и количественных показателей изучаемых объектов, использовали следующие методы: активную и титруемую кислотность определяли потенциометрически; массовую долю сухих веществ – рефрактометрически; редуцирующие вещества и общий сахар – гексацианоферратным методом;
фракционный состав углеводов - методом последовательной обработки
различными экстрагентами с последующим анализом фракций на содержание сахаров; растворимых и нерастворимых пектиновых веществ – объемным Cu-пектатным методом; содержание целлюлозы – йодометрическим методом; содержание беталаиновых пигментов в соке и водных экстрактах
– спектрофотометрическим методом; активность пероксидазы и полифенолоксидазы – по кинетике окисления бензидина и пирокатехина соответственно; витаминов В1, В2 – флуорометрическим методом, витамин РР – колориметрическим
методом, витамин С – титрованием 2,6 – дихлорфенолиндофенолом; содержание
органических кислот, нитратов и нитритов – методом капиллярного электрофореза на приборе «Капель 103 Р» с последующей обработкой на компьютере с
установленной ОС Windows ХР и программным обеспечением «Мультихром».
Обработку результатов исследований осуществляли методами математической статистики и регрессионного анализа с использованием компьютерного пакета Statistica 6.0, моделирование рецептур купажированных соков − с
использованием обобщенной функции желательности Харрингтона и программы MS Excel. Повторность экспериментов трех – пятикратная.
8
Анализ информационно – патентной литературы по проблеме с использованием фондов научных библиотек и глобальной системы Internet
Исследование закономерностей действия ферментных препаратов на свекольную мезгу
Изучение особенностей действия различных ферментных препаратов (ФП)
Изучение изменений в процессе
ферментативной
обработки (ФО)
Ионы
металлов
Степень
измельчения
Обоснованный выбор ФП
Определение оптимальных условий процесса ФО
рН
среды
температура
дозировка
ФП
продолжитель ностьФО
степень
измельче ния сырья
Предвари тельное
бланширо вание
Оптимальные параметры ферментации свекольной мезги
Изучение влияния технологических факторов
на беталаиновые пигменты свеклы
Оптимальные
параметры
обработки
сырья
рН
среды
температура
продолжитель
ность тепловой обработки
Выбор регулятора
рН
Исследование процесса концентрирования свекольного сока
Выбор
закваски
Исследование влияния различных заквасок на динамику сквашивания и
качество ферментированного сока
Отработка технологических режимов производства свекольного сока прямого отжима, концентрированного и ферментированного
Разработка рецептур и технологий новых видов купажированных свекольно-фруктовых соков, оценка их качества
Химический состав
Показатели безопасности
Органолептическая оценка
Разработка технической документации на новые виды соков. Апробация технологии в производственных условиях
Рисунок 1 - Схема исследований
9
3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ
3.1 Влияние различных технологических факторов на красящие вещества столовой свеклы. Анализ литературных источников показал, что потери
интенсивности природной окраски свекольного сока могут быть инициированы
рядом технологических факторов: применением высоких температур, величиной
рН, продолжительностью тепловой обработки, ионами некоторых металлов, а
также ферментной системой сырья.
В связи с этим изучали влияние вышеуказанных факторов на красящие
вещества столовой свеклы традиционных и новых районированных сортов. Известно, что беталаиновые пигменты свеклы представлены красноокрашенными
бетацианами и желтыми бетаксантинами, при этом максимум поглощения бетацианов зафиксирован при длине волны 535 нм, бетаксантинов – при 465 нм.
В результате проведенных исследований было установлено, что красящие
вещества изученных сортов столовой свеклы имеют идентичные спектры (рисунок 2 а), но отличаются по количественному содержанию и стабильности к действию температуры (рисунок 2 б).
D, при 535 нм опт. ед.
D, опт. ед.
0,4
0,35
0,3
0,25
0,2
0
57
0
54
0
51
0
48
45
0
0,15
0,1
Длина волны, нм.
Рокет
Бордо 237
0,38
0,33
y = -0,0545x + 0,3703
R2 = 0,9966
y = -0,063x + 0,3833
0,28
0,23
R2 = 0,9917
y = -0,0435x + 0,4137
R2 = 0,9926
0,18
0
15
30
Продолжительность
термообработки (t=80 С) сока,
мин.
Цилиндра
а)
б)
Рисунок 2 – Спектральные характеристики беталаиновых пигментов (а) и
термоустойчивость бетацианов в разных сортах свеклы (б)
10
В процессе переработки красной свеклы происходит контактирование сырья с
материалом тары и промышленного оборудования. На рисунке 3 отображено вли-
Рокет
Бордо 237
n
Z
l
A
u
C
Sn
ол
К
он
тр
Fe
0,5
0,45
0,4
0,35
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0
ь
D, опт. ед.
яние ионов Zn, Cu, Al, Sn, Fe на бетацианы различных сортов столовой свеклы.
Цилиндра
Рисунок 3 – Влияние ионов металлов на изменение бетацианов в свекольном
соке в процессе хранения при t = 4 ºС в течение двух суток
Установлено, что при хранении происходит обесцвечивание сока, причем
активность ионов металлов по отношению к красящим веществам свеклы убывает в ряду: Zn  Cu  Al  Sn  Fe. Наиболее устойчивым к действию ионов металлов является сорт Рокет. Эти данные необходимо учитывать при разработке
рецептур купажей, выборе тары, подборе и проектировании технологического
оборудования.
Совокупность полученных экспериментальных данных, а также анализ
биологических и агротехнологических характеристик, приведенных в литературе, позволили сделать вывод, что наиболее предпочтительным из представленных сортов столовой свеклы является сорт Рокет, который и был выбран для
дальнейших исследований.
Исследование активности пероксидазы и полифенолоксидазы в различных
сортах столовой свеклы показало, что изменение окраски мезги и сока лишь частично можно объяснить действием данных ферментов. Определенная роль принадлежит неидентифицированным ферментам, вызывающим обесцвечивание
красных пигментов и их переход в желтые. Термостатирование свежеотжатого
свекольного сока при различных температурах и значениях рН позволило установить, что наиболее интенсивно ферментативные изменения происходят при 40 °С
и рН=5,4 (рисунок 4). Повышение температуры свыше 60 °С приводило к инак-
11
0,5
тивации ферментов, но одновре-
0,4
менно усиливались нефермента-
D, тивные процессы, приводящие к
опт.
разрушению красящих веществ.
0,2 ед.
0,3
Было установлено, что внесение
3,6
рН
5,4
7,4 100
80
60
40
0,1
в свекольную мезгу аскорбино-
0
вой кислоты (АК) в виде 0,5 %
20
раствора предотвращает неже-
Т, С
лательные ферментативные из-
Рисунок 4 – Термоустойчивость бетацианов
при различных значениях рН
менения, а также снижает потери бетацианов при последую-
щей тепловой обработке.
Изменения качества свекольного сока наиболее выражены при тепловой
обработке – пастеризации, стерилизации, причем существенное влияние на стабильность окраски оказывают рН среды и продолжительность температурного
воздействия.
С целью определения оптимальных условий, при которых потери интенсивности окраски будут минимальными, был реализован трехфакторный эксперимент.
Основными технологическими факторами являются: температура
(t, ºС) – фактор Х1, продолжительность тепловой обработки (τ, мин.) – фактор Х2 и рН – фактор Х3. Критериями оценки влияния факторов на красящие вещества свекольного сока были приняты изменения оптической
плотности при λ = 535 нм и λ = 465 нм, что отражает содержание красных
и желтых пигментов соответственно.
На основании обработки экспериментальных данных получены следующие уравнения регрессии, адекватно описывающие влияние вышеуказанных
факторов на содержание бетацианов (А) и бетаксантинов (В):
А=-3,73+0,0752Х1+0,001Х1Х2-00,01372Х2Х3-0,0005Х 12 -0,0537Х 32
(1)
В=-2,61+0,0589Х1+0,04661Х2+0,0001Х1Х2-0,00561Х2Х3-0,0004Х 12 0,0015Х 22 -0,0217Х 32
(2)
12
Анализ полученных графических зависимостей, в том числе представленных на рисунке 5, показывает, что максимальное сохранение красных пигментов сока достигается при следующих условиях: рН=3,5−4,2;
τ=14–18 минут; t=70–82 С; желтые пигменты проявляют стабильность в
более широком диапазоне температур и значений рН. Различная чувствительность бетацианов и бетаксантинов к тепловой обработке сказывается
на окраске сока.
а)
б)
Рисунок 5 – Влияние рН и продолжительности тепловой обработки на содержание бетацианов (а), рН и температуры тепловой обработки
на содержание бетаксантинов (б)
В результате изучения факторов, влияющих на беталаиновые пигменты,
были определены технологические принципы, позволяющие стабилизировать
натуральную окраску свекольного сока. К ним относятся: поддержание рН на оптимальном уровне, использование антиокислителей и смягчение режимов тепловой обработки. Они послужили основой для совершенствования технологии получения сока из свеклы и разработки рецептур новых видов купажированных соков на основе свекольного.
В ходе исследований установлено, что для регулирования кислотности
свекольного сока на различных этапах технологического процесса могут быть
использованы соки, мезга и пюре плодов, являющихся природными концентратами органических кислот: вишни, облепихи, шефердии, алычи. Внесение указан-
13
ных натуральных подкислителей в свекольный сок или мезгу не только стабилизировало окраску, но и значительно улучшало вкус и аромат получаемого продукта.
В тоже время наличие добавки в свекольном соке не всегда приемлемо с точки зрения его дальнейшего использования. В связи с этим была
исследована возможность применения безреагентного способа регулирования рН сока путем электрохимической активации. Установлено, что на
электрохимическом активаторе марки ВЭХА-0,03 при напряжении 25 В в
течение 16 минут рН свекольного сока можно понизить до 3,9−4,2. Наиболее рационально проводить электрохимическую обработку при производстве концентрированного свекольного сока, так как перед подачей в вакуум-выпарную установку достаточно снизить рН до 5,0−5,2, пропустив через электроактиватор 30 % исходного сока.
Из данных, представленных на рисунке 6, следует, что при хранении
образцы концентрированного сока, полученные по предложенному способу, имели лучшие показатели цветности, чем образцы сравнения.
D, опт. ед.
0,37
0,32
y = -0,0157x + 0,359
2
R = 0,9998
0,27
y = -0,0199x + 0,338
0,22
R2 = 0,9986
y = -0,0192x + 0,317
1
2
3
4
R2 = 0,9996
Продолжительность хранения, мес.
С электроактивированным свекольным соком
С облепиховым соком
С лимонной кислотой
Рисунок 6 – Устойчивость бетацианов при хранении концентрированных соков из столовой свеклы с различными стабилизирующими добавками
На основании полученных результатов был разработан способ производства концентрированного свекольного сока – продукта, удобного для
14
хранения, транспортировки и использования, востребованного в соковом
производстве и других отраслях пищевой промышленности.
3.2 Эффективность биотехнологических методов при производстве
свекольного сока. Использование биотехнологических методов при производстве
соков позволяет существенно повысить глубину промышленной переработки сырья, качество продукции, биологическую ценность и вкусовые достоинства. К таким
методам относятся применение ферментных препаратов и бактериальных культур.
3.2.1 Применение ферментных препаратов. Исследование различных
способов повышения выхода сока из свеклы позволило сделать вывод, что обработка свекольной мезги пектолитическими ферментами является более эффективным способом повышения выхода сока по сравнению с бланшированием и
замораживанием – оттаиванием. Он позволяет увеличить выход сока на 14 % по
отношению к контролю (рисунок 7 а).
70
Выход сока, %
Выход сока, %
50
40
30
20
10
60
50
40
30
20
10
0
1
2
3
4
1-Без предварительной обработки
(контроль), 2-Бланширование, 3Замораживание-оттаивание, 4-ФО
0
1
2
3
4
5
1- Fructozym P6-L, 2 - Fructozym Color, 3 Fructozym MA-X-Press, 4 - Pectinex S6-L,
5 - Контроль
а)
б)
Рисунок 7 – Влияние различных способов обработки мезги (а) и видов
ферментных препаратов на выход сока из свеклы (б)
Анализ данных, представленных на рисунке 7 б, показывает, что наибольший эффект достигается при использовании ферментных препаратов Fructozym
Color и Fructozym MA-X -Press, выход сока при этом составляет 66−68% .
Данные ферментные препараты до настоящего момента в производстве
овощных соков не использовались, поэтому представляло интерес определить
оптимальные условия обработки свекольной мезги ферментным препаратом
15
Fructozym MA-X-Press, показывающим наибольшую активность. С этой целью
был реализован четырехфакторный эксперимент.
Основными факторами, влияющими на процесс ферментации, являются:
активная кислотность обрабатываемого сырья (рН) – фактор Y, температура (t, ºС)
– фактор T, продолжительность (τ, мин.) – фактор τ и дозировка ферментного препарата (c, %) – фактор C.
После обработки экспериментальных данных получено уравнение регрессии, которое адекватно описывает влияние технологических факторов на выход сока (W).
W=-76,771+38,1992Y+0,0289-0,4YТ+0,03333Y+12,5ТС-3,41Y²–0,0005² (3)
Пространственные поверхности, отображающие изменение выхода сока и содержания красящих веществ при различных условиях проведения процесса показаны на рисунке 8. Оптимальные параметры: t=36−40°C, τ=120−140 мин.,
рН=3,5−5,0, количество фермента 350 см³/1000 кг.
а)
64
62
60
58
56
54
52
50
б)
Рисунок 8 – Влияние активной кислотности среды и температуры ферментации
на выход сока (а) и содержание бетацианов в соке (б)
Под действием ферментных препаратов происходит биотрансформация
компонентов сырья, главным образом полисахаридов, в результате чего
увеличивается выход сока и изменяется его состав. В связи с этим представляло
16
интерес определить показатели химического состава свекольной мезги и сока до и
после ферментации (таблица 4).
Анализ табличных данных показывает, что ферментативная обработка
свекольной мезги сопровождается повышением экстрагируемости органических
кислот, особенно яблочной, частичным гидролизом структурных полисахаридов
– целлюлозы, гемицеллюлозы, изменениями в составе растворимых углеводов:
содержание растворимого пектина и сахарозы уменьшается – глюкозы и
фруктозы увеличивается.
Таблица 4 – Показатели химического состава свекольной мезги и сока
(сорт Рокет) до и после ферментации
Показатели
До ферментации
После ферментации
48±0,16
9±0,10
1,11±0,02
4,25±0,04
0,6±0,04
66±0,10
12±0,10
1,22±0,14
4,14±0,04
0,6±0,13
0,019±0,006
0,218±0,10
5,112±0,10
1,599±0,12
0,353±0,08
0,976±0,06
5,122±0,13
1,709±0,12
8,06±0,12
0,21±0,02
1,18±0,11
2,17±0,13
3,65±0,10
4,62±0,18
0,20±0,08
0,15±0,08
0,05±0,002
2,56±0,12
1,93±0,06
0,26±0,12
0,07±0,006
0,19±0,09
1,45±0,11
1,47±0,10
Сок
Выход сока, %
Сухие вещества (по рефрактометру), %
Бетанин, г/100г
Активная кислотность (рН)
Титруемая кислотность, %
Органические кислоты, г / дм³:
янтарная
яблочная
лимонная
щавелевая
Растворимые углеводы, %:
сахароза
фруктоза
глюкоза
Пектины, %:
общий
растворимый
протопектин
Целлюлоза, %
Гемицеллюлоза,%
Мезга
Показателем, который строго нормируется и контролируется при производстве продуктов из столовой свеклы, является содержание нитратов и нитритов, оказывающих негативное влияние на организм человека. В процессе технологической
17
обработки сырья нитраты способны переходить в нитриты, поэтому было определено их содержание в соке на основных стадиях переработки корнеплодов.
Из фрагментов электрофореграмм, представленных на рисунке 9, видно, что
при тепловом воздействии на свекольную мезгу количество нитратов и нитритов в
соке несколько возрастает, но в процессе ферментации их содержание снижается.
В целом содержание нитратов и нитритов оставалось ниже допустимых значений,
а их соотношение в ходе технологического процесса не изменялось.
а)
б)
в)
Рисунок 9 – Содержание нитратов и нитритов (мг/дм³) в свекольном соке: свежеотжатом – а, после бланширования – б, после ферментации – в
3.2.2 Получение ферментированных (сброженных) соков. Одним
из наиболее перспективных способов улучшения органолептических показателей и биологической ценности овощных соков является их сбраживание заквасочными культурами лакто- и бифидобактерий. В процессе сбраживания сок
обогащается продуктами метаболизма микроорганизмов, в том числе органическими кислотами, незаменимыми аминокислотами, витаминами, повышаются
его антиоксидантные свойства.
Для сбраживания были использованы закваски прямого внесения, различающиеся по видовому составу, которые вносили в пастеризованный свекольный сок, охлажденный до температур заквашивания.
Изучение динамики сквашивания (рисунок 10) показало, что интенсивное
изменение титруемой и активной кислотности происходит во временном интервале 4−16 часов.
6,5
6,3
6,1
5,9
5,7
5,5
5,3
5,1
4,9
4,7
4,5
Титруемая кислотность, %
Активная кислотность, ед.
18
0,7
0,65
0,6
0,55
0,5
0,45
0,4
0,35
0,3
0,25
0
4
16
21
Время сквашивания, ч.
0
4
16
21
Время сквашивания, ч.
1
3
2
4
а)
б)
Рисунок 10 – Изменение активной (а) и титруемой (б) кислотности в процессе сквашивания свекольного сока различными видами за
квасок: Str. cremoris − 1, kefir-dc −2, mix probiotic (B.longum) – 3,
L. plantarum – 4
Образцы сока, сквашенные kefir-dc и концентратом бифидобактерий
mix probiotic, отличались гармоничным вкусом и получили высокую дегустационную оценку. Предпочтение было отдано закваске прямого внесения «mix probiotic», которая обеспечивала не только высокую скорость сквашивания, но и
обогащение продукта пробиотическими микроорганизмами. Количество клеток
бифидобактерий в конце сквашивания составляло не менее 106 КОЕ/1г.
На основании полученных данных были разработаны рекомендации по
производству соков из свеклы, сброженных с применением пробиотических заквасок прямого внесения и предназначенных для профилактического питания.
3.3 Разработка рецептур и технологий новых видов купажированных соков из свеклы. Одним из эффективных путей улучшения органолептических показателей свекольного сока, помимо сквашивания лакто- и бифидобактериями, является его купажирование с фруктовыми соками.
С учетом принципов пищевой комбинаторики и данных, полученных в ходе исследований, разработаны рецептуры и технология новых видов свекольнофруктовых соков и нектаров. Создание новых продуктов было ориентировано на
решение двух задач: 1 − получение купажированных соков с высокими органо-
19
лептическими показателями и профилактическими свойствами; 2 − сохранение
природной окраски свекольного сока при технологической обработке за счет повышения кислотности. Для купажирования использовали соки и пюре вишни,
облепихи, слив, шефердии, персиков и яблок.
С целью моделирования и оптимизации рецептур купажированных соков
была использована функция желательности Харрингтона. Основными критериями для оценки различных композиций и определения частных функций желательности служили: содержание красных пигментов не ниже 0,9 мг %, титруемая
кислотность в интервале 0,60 −,65 %, сахаро-кислотный индекс – 10 − 15. На рисунке 11 приведены варианты купажей и выделены зоны оптимальных значений
вышеуказаннных показателей.
21
0,95
1,05
0,95
0,9
0,85
0,9
св. - вишневый
св. - сливовый
св. - облепиховый
св. - яблочный
св. - персиковый
св. - шефердиевый
0,8
0,75
0,7
Сахаро - кислотный индекс
0,85
Титр. кислотность, %
Содержиние пигментов, мг %
0,9
1
0,8
0,75
0,7
0,65
0,6
0,55
0,5
1
1,5 2
2,5 3
Соотношение компонентов в частях
а)
17
15
13
11
9
0,45
0,4
0,65
19
7
1 1,5 2 2,5 3
Соотношение компонентов в
частях
б)
1
1,5 2 2,5 3
Соотношение
компонентов в частях
в)
Рисунок 11 – Содержание пигментов (а), титруемая кислотность (б) и сахаро-кислотный индекс (в), в различныхобразцах свекольно-фруктовых
соков
Для промышленного производства рекомендованы следующие виды купажированных соков из столовой свеклы, отмеченных высокими дегустационными
оценками: свекольно - вишневый 2 и 2,5:1, свекольно - сливовый 1 и 1,5:1, свекольно
- шефердиевый 1,5:1 и свекольно - облепиховый 2:1 с добавлением сахара. Химический состав наиболее удачных образцов в сравнении с уже существующим свекольно-яблочным соком (1:1) приведен в таблице 5.
20
Из табличных данных можно сделать вывод, что экспериментально
подобранные
и
оптимизированные
опытные
модели
свекольно-
фруктовых соков обладают Р-витаминной активностью и отличаются
более высоким содержанием калия, фолиевой и никотиновой кислот.
Смешивание плодовой и свекольной мезги перед бланшированием позволяет не только улучшить микронутриентный состав и вкусовые свойства, но и стабилизировать беталаиновые пигменты и сохранить природную окраску при тепловой обработке.
Углеводы, г
Титруемая кислотность, %
Витамины, мг:
С
РР
Р
Фолиевая кислота, мкг
Минеральные вещества:
Fe, мг
К, мкг
Пищевая ценность, ккал
Свекольнооблепиховый сок (2:1)
Свекольно
сливовый
сок (1:1)
Свекольно вишневый
сок (2:1)
Показатели
Свекольнояблочный
сок (1:1)
Таблица 5 – Химический состав свекольно - фруктовых соков в сравнении
со свекольным
9,3
0,60
9,4
0,62
9,2
0,67
12,8
0,76
13
0,25
46
7,0
11,6
0,27
152
10
10
0,4
65
7,2
43
0,26
84
11,6
1,7
239
38,8
1,09
277
39,3
1,1
251
38,4
0,9
268
53,5
Современным подходом к созданию технологических линий является многофункциональность, гибкость и универсальность, что предполагает производство различных продуктов и полуфабрикатов из одного
вида сырья. Исходя из этого, была разработана технологическая схема
переработки свеклы с получением натурального концентрированного,
ферментированного и купажированных соков из свеклы, которая представлена на рисунке 12.
21
Купажированные соки
I
Смешивание
Бланширование
(t=80 − 82 ºС,
τ=5-6 мин)
Охлаждение
(t=35 − 36 ºС)
Ферментативная
обработка
(τ=120 мин)
Мезга
Извлечение сока
Фильтрация
Стерилизация
Охлаждение
Фасование в
асептических
условиях
Подготовка
плодовой
мезги, пюре
Пюре
II
I
Свекольный сок
прямого отжима
или восстановленный
Смешивание
Гомогенизация
Деаэрация
Стерилизация
Охлаждение
Фасование в
асептических
условиях
Свекла
Доставка
Приемка
Хранение
Сортировка
Мойка
Мойка
Инспекция
Обрезка концов
Паротермическая
Очистка
Инспекция
и дочистка
Ополаскивание
Измельчение
Фильтрация
70 %
Электроактивация
Концентрирование
(СВ 50 %)
Пастеризация
Охлаждение
Фасование
Хранение
Мезга
0,5 % р-р АК
Восстановление
Ферментированный
сок
Бланширование
(t=80 − 82 ºС,
τ=5 − 6 мин)
Извлечение сока
Выжимки на
производство
красителей
30 %
Сок
Пастеризация
(t=80 − 85 ºС)
Охлаждение
(t=37±2 ºС)
Сквашивание
Активирование
концентрата
бифидобактерий
(τ=21 час)
Охлаждение
(t = 4 ±2 ºС)
Фасование
Рисунок 12 – Технологическая схема производства купажированных (I – без мякоти, II − с мякотью) ферментированного и концентрированного
соков из столовой свеклы
Выводы:
1. Разработаны технологические принципы и научно-обоснованные рецептуры
производства купажированных, ферментированного и концентрированного соков из
столовой свеклы, обеспечивающие максимальное сохранение красящих веществ, высокие органолептические свойства и биологическую ценность конечного продукта.
22
2. Изучено влияние различных технологических факторов на беталаиновые
пигменты сортов столовой свеклы: Бордо 237, Цилиндра и Рокет. Показана перспективность сорта Рокет как сырья для производства соков. Установлены оптимальные
параметры процесса тепловой обработки, позволяющие минимизировать потери
природной окраски: t =70–82 °C, τ=14–18 мин., рН=3,5–4,2.
3. Экспериментально установлено, что внесение 0,5 % раствора аскорбиновой
кислоты в измельченную свекольную мезгу снижает потери пигментов под действием ферментативных процессов и способствует лучшему сохранению красящих
веществ в свекле при бланшировании.
4. Впервые исследовано влияние электрохимической активации на свекольный
сок. Установлено, что процесс электроактивации позволяет снизить рН свекольного
сока до 3,9−4,2, что способствует сохранению беталаиновых пигментов. Предложено использовать электроактивированный свекольный сок в качестве стабилизирующей добавки при производстве концентрированного свекольного сока, что позволяет наиболее полно сохранить красящие вещества.
5. Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность применения ферментативного способа получения сока из свеклы. Установлено, что ферментативная обработка позволяет увеличить выход сока на 14−17 % и
получить высококачественный продукт. С использованием математического моделирования определены оптимальные технологические параметры обработки свекольной мезги ферментным препаратом Fructozym MA-X-Press: t=36−40°C,
τ=120−140 мин., рН=3,5−5,0.
6. Определены закономерности сквашивания свекольного сока пробиотическими культурами. Установлено, что высокую скорость накопления кислот, благоприятные органолептические показатели и функциональные свойства конечного продукта обеспечивает применение бактериального концентрата «mix probiotic». Ферментированный свекольный сок рекомендован для профилактического питания.
7. Разработаны технологии и рецептуры новых видов купажированных соков
без мякоти и с мякотью (нектаров) из столовой свеклы: свекольно-вишневого, свекольно-сливового, свекольно-облепихового, свекольно-шефердиевого. Проведены
комплексные исследования качества и безопасности новых видов купажированных
23
соков. Установлено, что купажированные соки имеют более сбалансированный
микронутриентный состав, обладают Р−витаминной активностью, высокими органолептическими характеристиками и могут быть использованы для общего и профилактического питания.
8. На новые виды купажированных соков составлена техническая документация (ТУ и ТИ), которая апробирована в производственных условиях на ООО Консервном заводе «Динской». Экономический эффект от производства 1 тонны купажированных соков составляет: для свекольно-вишневого – 3557,6 руб. на тонну; для
свекольно-облепихового – 773,8 руб. на тонну; для свекольно-шефердиевого –
3124,7 руб. на тонну; для свекольно-сливового – 8064,2 руб. на тонну.
По теме диссертации опубликованы следующие работы:
1. Кардовский А.А. Совершенствование технологии и разработка продуктов на основе свекольного сока / А.А. Кардовский, М.А. Кожухова // Сборник материалов II Международного симпозиума «Пищевые биотехнологии: проблемы и перспективы в XXI веке». – Владивосток, 2004. –
С. 143-144.
2. Кардовский А.А. Влияние аскорбиновой кислоты на свойства беталаиновых пигментов
красной свеклы при технологической обработке / А.А. Кардовский, М.А. Кожухова, К.Г. Исаев //
Сборник докладов всероссийской науч–технич. конф.-выставки «Высокоэффективные пищевые
технологии, методы и средства для их реализации».Часть 1. – Москва, 2004. - С. 52-54.
3. Кардовский А.А. Влияние температуры на свойства беталаиновых пигментов красной
свеклы при технологической обработке / А.А. Кардовский, М.А. Кожухова, К.Г. Исаев // Материалы Всероссийской науч-практ. конф. с международным участием «Пищевая промышленность:
интеграция науки, образования и производства». - Краснодар, 2005. – С. 324-325.
4. Кардовский А.А. Влияние бланширования на сохранность красящих веществ в свекле /
А.А. Кардовский, М.А. Кожухова // Материалы IV Междунар. научной конференции «Живые системы и биологическая безопасность населения». - Москва. 2005. – С.118-120.
5. Кардовский А.А. Совершенствование технологии производства свекольного сока / А.А.
Кардовский, М.А. Кожухова, Л.Ю. Солод, А.В. Коваленко // Материалы VII регион. науч.-практ.
конф. молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса». – Краснодар,
2005. – С. 173-174.
6. Кардовский А.А. Совершенствование технологии получения свекольного сока / А.А. Кардовский, М.А. Кожухова, А.В. Коваленко, Л.Ю. Солод // Тезисы докладов XXXIII науч. конф. студентов и молодых ученых вузов Южного федерального округа. Часть 2. – Краснодар, 2005. – С .131.
7. Кожухова М.А. Оптимизация технологических режимов получения свекольного сока /
М.А. Кожухова, А.А. Кардовский, А.В. Коваленко, Л.Ю. Солод // Изв. Вузов. Пищевая технология. - 2006. - №4. – С. 76-77.
8. Кардовский А.А. Получение свекольного сока с использованием ферментных препаратов
/ А.А. Кардовский, М.А. Кожухова, А.В. Коваленко, Л.Ю. Солод // Изв. Вузов. Пищевая технология. - 2006. - №6. – С. 99-100.
9. Кардовский А.А. Использование ферментных препаратов при производстве овощных
соков / А.А. Кардовский, М.А. Кожухова, А.Н. Теркун, Л.Ю. Солод // Материалы 6-й Международной науч.-практич. конф. «Топинамбур и другие инулиносодержащие растения – проблемы
возделывания использования». - Тверь, 2006. – С.119 -121.
24
10. Кардовский А.А. Разработка рецептур плодоовощных купажированных соков на основе
свекольного сока / А.А. Кардовский, М.А. Кожухова, А.в. Коваленко, Л.Ю. Солод, С.Е. Лысенко //
Труды IV Международной научной конференции. Часть 1. «Инновации в науке и образовании 2006».- Калининград, 2006.- С. 351.
11. Кардовский А.А. Влияние различных факторов на содержание красных пигментов при
производстве свекольного сока / А.А. Кардовский, Л.Ю. Солод // Материалы VIII регион. науч.практ. конф. молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса». – Краснодар, 2006. – С. 193.
12. Меркулова Е.П. Функциональные продукты на основе молочной сыворотки с растительными добавками / Е.П. Меркулова, А.А. Кардовский, Л.А. Чиркова // Материалы VIII регион.
науч.-практ. конф. молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса». –
Краснодар, 2006. – С.212-213.
13. Кардовский А.А. Разработка новых видов овощефруктовых соков для функционального питания / А.А. Кардовский, М.А. Кожухова, Е.П. Меркулова, Л.А. Губарь // Тезисы докладов
XXXIV науч. конф. студентов и молодых ученых вузов Южного федерального округа. Часть 2. –
Краснодар, 2007. – С .139-140.
14. Кардовский А.А. Синбиотические напитки на основе молочной сыворотки / Е.П. Меркулова,
А.А. Кардовский, М.А. Кожухова, И.В. Снеговская // Тезисы докладов XXXIV науч. конф. студентов и
молодых ученых вузов Южного федерального округа. Часть 2. – Краснодар, 2007. – С .150-151.
15. Кардовский А.А. Ферментативная обработка – перспективный способ увеличения выхода
сока из свеклы / М.А. Кожухова, А.А. Кардовский // Сборник трудов научно – практической конференции «Качество продукции, технологий и образования». – Магнитогорск, 2007. – С..58-59.
16. Кардовский А.А. Рациональная переработка овощного сырья на основе биотехнологии / М.А.
Кожухова, А.А. Кардовский, Е.П. Меркулова // Сборник материалов Всероссийской науч. – техн. конференции «Наука – производство – технология – экология». Том 3.- Киров, 2007.- С.160-162.
17. Кожухова М.А. Биотрансформация растительного сырья в технологии овощных соков и
напитков / М.А. Кожухова, А.А. Кардовский, А.И. Гудима // Сборник материалов международной
научно-практической конференции «Инновационные технологии в области холодильного хранения и переработки пищевых продуктов».- Краснодар, 2008.-С130-131.
18. Кожухова М.А. Совершенствование биотехнологии овощных соков и напитков / М.А.
Кожухова, А.А. Кардовский, Е.П. Меркулова // Материалы международной научно-практической
конференции «Новые технологии в экспериментальной биологии и медицине».-Ростов-на-Дону,
2008.-С.137-138.
19. Пат. 2337591 РФ, МПК 51 С1 А23L 2/08 Способ производства концентрированного
сока / Кожухова М.А., Кардовский А.А, .№ 2007106683/13, Заяв. 21.02.2007; Опубл. 10.11.2008,
Бюл№31, 2008.
20. Пат . 2333702 РФ, МПК 51 С1 А23L 2/02 , А23N 1/00 Способ производства купажированного сока / Кожухова М.А., Кардовский А.А , № 2007104502/13, Заяв. 05.02.2007; Опубл.
20.09.2008, Бюл.№26, 2008.
21. .Пат. 2333703 РФ, МПК 51 С1 A 23 L 2 / 02, А23N 1/00 Способ получения купажированного сока / Кожухова М.А., Кардовский А.А., № 2007104503/13, Заяв. 05.02.2007; Опубл.
20.09.2008, Бюл.№26, 2008.