На правах рукописи КРАСНОСЕЛОВА Екатерина Анатольевна РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ
advertisement
На правах рукописи КРАСНОСЕЛОВА Екатерина Анатольевна РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ КОМПЛЕКСНОЙ ПЕРЕРАБОТКИ ЯБЛОК ЛЕТНИХ И ОСЕННИХ СОРТОВ С ПОЛУЧЕНИЕМ ПЕКТИНА И ПЕКТИНОПРОДУКТОВ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО НАЗНАЧЕНИЯ 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 – 2007 2 Работа выполнена в НИИ «Биотехпереработка» и на факультете перерабатывающих технологий ФГОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Донченко Людмила Владимировна Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Зайко Галина Михайловна, Кубанский государственный технологический университет кандидат технических наук, доцент Хатко Зурет Нурбиевна, Майкопский государственный технологический университет Ведущая организация ООО «НПК Функциональные добавки», г. Краснодар Защита состоится 04 октября 2007 г. в 14.00 на заседании диссертационного совета Д 212.100.05 в Кубанском государственном технологическом университете по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, ауд. 229, конференц-зал С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет» Автореферат разослан 03 сентября 2007 г. Ученый секретарь диссертационного совета, канд. техн. наук В.В. Гончар 3 1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 1.1 Актуальность исследования. Важнейшим направлением развития современного пищевого производства является создание безотходных технологий, позволяющих производить конкурентоспособную продукцию, в том числе функционального назначения. В наибольшей степени этим требованиям отвечает производство пектина и пектинопродуктов из вторичных растительных сырьевых ресурсов. Изменение экологической ситуации во многих регионах России, сопровождающееся загрязнением окружающей среды и пищевых продуктов токсическими веществами, требует, помимо обеспечения их безопасности, также проведения профилактических мероприятий, что, в свою очередь, обусловливает необходимость расширения производства пектина. Ежегодно в консервной отрасли России и стран СНГ образуется яблочных выжимок – около 275 тыс. т, из которых используется на промышленную переработку только 37 тыс. т. Следует отметить, что под промышленной переработкой понимается использование выжимок для выработки кормов. На производство пектина выжимки в настоящее время в промышленных масштабах не используются. Пектин, получаемый из яблочных выжимок, составляет 30 - 35% мирового объема производства и вырабатывается в США, Великобритании, Дании, Италии, Германии, Австрии, Болгарии и Польше. В России собственного пектинового производства в настоящее время нет. В то же время важное место в увеличении выпуска пектиносодержащих пищевых изделий функционального назначения в России принадлежит, в основном, яблочному пектину. В России имеется достаточная сырьевая база для организации производства яблочного пектина. Так, общая площадь яблоневых насаждений составляет 147,9 тыс. га, в том числе в Краснодарском крае – 23,7 тыс. га. При этом летние сорта яблок занимают 15%, осенние – 25% и зимние – 60%. Наибольшая коммерческая ценность как товарного продукта принадлежит зимним сортам яблок. Осенние и летние сорта яблок направляются в основном на переработку. При этом летние 4 сорта не рассматриваются в качестве промышленного источника пектиновых веществ; в то время как, потребность России в пектине значительно превышает объемы его закупок за рубежом. Следует отметить, что в настоящее время ежегодная закупка пектина в России составляет в среднем 3,0 - 3,5 тыс. т, что в 20 раз меньше потребности. Основы науки о пектиновых веществах из яблочных выжимок были заложены в трудах отечественных и зарубежных ученых: Е.В. Сапожниковой, В.А. Андреева, С.А. Балтага, Е.Г. Симховича, В.М. Моисеевой, Г.М. Зайко, Н.С. Карповича, Л.В. Донченко, К. Гершера, Л. Кертеса, Х. Крачанова и ряда других. Однако проведенные исследования были направлены, в основном, на разработку и совершенствование технологии извлечения пектина преимущественно из зимних сортов яблок без учета его функциональных свойств. Таким образом, разработка технологии и организация комплексной переработки яблок летних и осенних сортов с получением пектина и пектинопродуктов функционального назначения являются в современных условиях весьма актуальными. Актуальность темы исследования подтверждается включением ее в государственную программу Министерства, промышленности и науки РФ и Министерства сельского хозяйства РФ «Функциональные продукты питания» на 2001 – 2003 гг., (№ госрегистрации 011125894), в тематику НИР научно-исследовательского института «Биотехпереработка» и кафедры Технологии хранения и переработки растениеводческой продукции Кубанского государственного аграрного университета (№ госрегистрации 13/021 КГАУ), а также совместных НИР Кубанского госагроуниверситета и Украинского национального университета пищевых технологий, инновационную образовательную программу «Производство, переработка и сертификация продукции растениеводства» (Договор о реализации приоритетного национального проекта «Образование» в части государственной поддержки ВУЗов, внедряющих инновационные образовательные программы № 272 от 05.07.2006 г.). 1.2 Цель и задачи исследования. Целью работы явилось научное обоснование и экспериментальное подтверждение технологии комплексной переработки 5 яблок летних и осенних сортов с получением пектина и пектинопродуктов функционального назначения. В соответствии с поставленной целью решались следующие задачи: изучить фракционный состав пектиновых веществ яблок летних и осенних сортов; определить диффузионную проводимость яблочных выжимок исследуемых сортов яблок при различных технологических режимах извлечения пектина; разработать технологию получения яблочного пектина с высокими качественными показателями; провести аналитическое моделирование процесса гидролиза-экстрагирования пектиновых веществ из яблочного сырья; разработать технологию комплексной переработки яблок летних и осенних сортов с получением пектина и пектинопродуктов функционального назначения; провести промышленную апробацию и медико-биологическую оценку разработанных пектинов и пектиносодержащих пищевых композиций; определить экономическую эффективность разработанной технологии и конкурентоспособность разработанных пектиносодержащих продуктов. 1.3 Научная новизна. Научно обоснована и экспериментально подтверждена технология комплексной переработки яблок летних и осенних сортов с получением пектина и пектинопродуктов функционального назначения. Впервые исследованы аналитические характеристики пектиновых веществ яблок летних и осенних сортов. Изучена диффузионная проводимость яблочных выжимок исследуемых сортов яблок при различных технологических режимах извлечения пектина, что позволило оптимизировать технологию получения пектинопродуктов. Установлено, что в качестве гидролизующего агента лучшим при извлечении пектинов для летних сортов яблок является лимонная кислота, а для осенних сортов – азотная. С помощью методов компьютерного моделирования получены адекватные математические зависимости и создана математическая модель влияния техноло- 6 гических параметров извлечения на выход пектиновых веществ и студнеобразующую способность. Доказаны функциональные свойства разработанных напитков на основе изучения адаптогенных свойств, комплексообразующей способности напитков. 1.4 Практическая значимость работы. Результаты исследований, выводы и предложения вытекающие из диссертационной работы нашли практическое применение в разработке научно обоснованной технологии получения яблочного пектина и пектинопродуктов с высокими качественными показателями, рецептур пектиносодержащих напитков с подтвержденными адаптогенными и антимутагенными свойствами. Разработанные продукты и технология успешно прошли производственные испытания в учебно-научно-инновационном комплексе «Технолог» Кубанского государственного аграрного университета, ООО «Пектопродукт», ЗАО «Северский пектиновый завод», НПО «Комбинат пищевых добавок», ООО «ПальмираЮг». Разработаны технические условия на «Напиток Пектиновый из яблок» (ТУ9185-002-77238321-50) и «Напиток Яблочный с мякотью» (ТУ 9185-004-7723832150). Определена конкурентоспособность пектиносодержащих продуктов функционального назначения на потребительском продовольственном рынке страны. 1.5 Реализация результатов исследования. Проверка основных теоретических положений, результатов исследования и практических рекомендаций проведена в лабораториях НИИ «Биотехпереработка» и факультета перерабатывающих технологий Кубанского государственного аграрного университета. Медико-биологические испытания, подтверждающие функциональную направленность разработанных напитков, проведены в Киевском НИИ экспериментальной медицины и Краснодарском краевом госпитале инвалидов и ветеранов войн 1.6 Апробация работы. Основные материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались на заседаниях кафедры Технологии хранения и переработки растениеводческой продукции КубГАУ, расширенных научных заседани- 7 ях НИИ «Биотехпереработка» (2002–2007 гг.), ежегодных научных конференциях факультета перерабатывающих технологий КубГАУ (2002–2007 гг.), региональных научно-практических конференциях «Агропромышленный комплекс Юга России – сегодня» и «Наука – ХХ1 веку». (г. Майкоп, 2002 г.), международной конференции «Функциональные продукты питания: гигиенические аспекты и безопасность (Кубань 2003)» (г. Краснодар, 2003 г.), всероссийской научной конференции молодых ученых и студентов «Современнее состояние и приоритеты развития фундаментальных наук в регионах» (Краснодар, 2004 г.). Разработанные функциональные продукты питания экспонировались на Всероссийской выставке «Золотая осень» (2006 г.), где были удостоены золотой медали. По итогам краевого конкурса на лучшую научную и творческую работу среди аспирантов (соискателей) высших учебных заведений Краснодарского края разработка в 2003 г. отмечена дипломом II степени. 1.7 Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 11 научных работ, в том числе 2 в реферируемых журналах. 1.8 Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора литературы, 4-х глав экспериментальной части, выводов и рекомендаций, списка использованных источников и приложения. Основная часть работы изложена на 120 страницах компьютерного текста, содержит 33 таблицы, 35 рисунков, 11 формул. Список использованных литературных источников включает 122 наименования, в том числе 11 – иностранных авторов. 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ 2.1 Объекты исследования. В качестве объектов исследования были выбраны районированные 10 летних (Белый налив, Боровинка, Боровинка Сергеева, Квинти, Мантет, Мелба, Ред Мелба, Рейнджер, Старк Эндрю, Суйслепское) и 10 осенних (Валентин, Голден Граймз, Грив Руж, Память Есаулу, Пармен зимний золотой, Пирма, Ренет Ландсбергский, Слава Победителям, Уэлси, Эрлиблэйз) сортов яблок; сок и экстракт, полученные из исследуемых сортов при разных технологических параметрах. 2.2 Методы исследования. При проведении экспериментальных исследований использовали современные методы анализа общепринятые в пектиновом производстве. Определяли следующие показатели: массовая доля сухих (СВ) и 8 спиртоосаждаемых пектиновых веществ, общих и редуцирующих сахаров плодов и сока; величина рН экстракта, титруемая кислотность плодов и сока – по стандартным методикам; студнеобразующая способность (СС) – на реджелиметре, комплексообразующая способность (КС) – трилонометрическим титрованием, аналитические характеристики пектиновых веществ – кондуктометрическим титрованием. Адаптогенные свойства разработанных напитков оценивали на основе контроля изменения клеток живого организма при введении циклофосфамида и пектиновых жидких композиций. Детоксикационная способность – путем определения комплексообразующей способности. При обработке опытных данных применяли многофакторный регрессионный анализ с оценкой статистической достоверности коэффициентов долей их влияния на отклик комплексной детерминации. Использовали пакеты программ сравнения показателей качества пектина по сопряженным признакам ASS и STEP 1. Структурная схема исследования приведена на рисунке 1. 3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ 3.1 Определение химического состава исследуемых сортов яблок и полученных из них соков проводили по следующим показателям: массовая доля сухих веществ и сахаров, титруемая кислотность, содержание витамина С. Выбор данных показателей обусловлен требованиями продовольственного потребительского рынка. Полученные данные по сахарокислотному индексу стали основой для классификационной систематизации яблок исследуемых сортов по данному показателю, применение которой позволит оптимизировать процесс купажирования напитков, приготовляемых на соковой основе из данных сортов яблок по органолептическим показателям. Купажируя соки с разным кислотно-сахарным индексом, можно достигнуть оптимальных органолептических показателей с учетом потребительского рынка различных регионов. Нами проведены также дополнительные исследования по определению выхода сока из яблок изучаемых сортов, который у изучаемых сортов в среднем 9 СВ Массовая доля сахаров Титруемая кислотность Массовая доля сахаров Яблоки летних и осенних сортов Титруемая кислотность Дробление и прессование СВ Сок РП Выход ПВ Выжимки ПП/ПВ ПП Вид гидролизующего агента Гидролиз-экстрагирование ПВ СС СВ Балластные вещества Экстракт КС Аналитические характеристики Содержание спиртоосаждаемого пектина Математическое моделирование процессов извлечения ПВ из яблочного сырья Конструирование рецептурного состава напитков и оценка их качества Оценка пищевой ценности и функциональной направленности разработанных напитков Оценка конкурентоспособности разработанных пектиносодержащих напитков Рисунок 1 – Схема проведения исследования 10 колебался от 60 до 70%, что согласуется с опытно-промышленными данными по данному показателю. 3.2 Определение фракционного состава пектиновых веществ. Результаты исследования показали, что по наибольшему содержанию гидратопектина среди летних сортов выделяется Белый налив (0,69%), осенних – Голден Граймз (0,78%). Наименьшее содержание – отмечается у сорта Мелба (0,17 %) и Прима (0,02%). В остальных сортах содержание гидратопектина колеблется в пределах 0,25 – 0,60% (летние) и 0,09 – 0,59 % (осенние). По наибольшему содержанию протопектина выделяется сорт Старк Эндрю (2,59 %), по наименьшему – сорт Боровинка (0,89%); среди осенних - сорт Валентин (4,05%) и Грив руж (1,05 %) соответственно. При этом, общее содержание пектиновых веществ в изучаемых сортах яблок составляет – 1,02 – 2,58 % и 1,99 - 3,25 %. Однако, важной характеристикой пектиносодержащего сырья, помимо массовой доли пектина, является соотношение протопектина (ПП) и растворимого пектина (РП), обуславливающее различие в технологических параметрах извлечения пектина. Из приведенных в табл. 1 опытных данных видно, что практически все изучаемые летние сорта яблок отличаются низким соотношением ПП/РП (4,24) по сравнению с осенними сортами (9,89). Таблица 1 – Соотношение ПП/РП в исследуемых сортах яблок Группа Показатель ПП/РП I > 13 II 6 – 13 III <6 Сорта Валентин, Пармен зимний золотой, Прима, Ренет Ландсбергский, Уэлси, Эрлиблейз Голден Граймз, Слава Победителям, Мелба, Старк Эндрю Белый Налив, Боровинка, Боровинка Сергеева, Квинти, Мантет. Ред Мелба, Рейнджер, Суйслепское, Грив Руж, Память Есаулу 3.3 Исследование кинетики процесса извлечения пектиновых веществ. Известно, что основной технологической стадией извлечения пектина является 11 гидролиз-экстрагирование. Для обеспечения химических условий протекания процесса гидролиза применяли различные гидролизующие агенты: минеральная (азотная) и органическая (лимонная) кислоты. Установлено, что для всех изучаемых сортов яблок наблюдается достаточно высокий выход спиртоосаждаемых пектиновых веществ (10,25 %). При этом выход пектина из летних сортов яблок был выше при использовании лимонной кислоты. Однако, показателем эффективности технологического процесса является содержание чистого пектина в товарном продукте. Выход чистого пектина на а.с.м. в % к массе сырья при использовании в качестве гидролизующего агента лимонной кислоты выше в среднем в 1,7 раз. При этом, наблюдается очевидная закономерность – выход чистого пектина из яблок летних сортов при использовании данного агента выше, чем из осенних в 1,9 раз. Исключение составляет сорт Боровинка (в 1,5 раза). Для определения оптимальной концентрации лимонной кислоты при извлечении пектина из яблок летних сортов нами проведены исследования при следующих концентрациях гидролизующего агента: 0,025%; 0,05%; 0,10%; 0,15%. Дальнейшее увеличение концентрации экономически нецелесообразно. При концентрации лимонной кислоты ниже 0,1% наблюдается снижение выхода чистого пектина практически для всех исследуемых сортов. При концентрации 0,15% выход чистого пектина также снижался из-за частичной деструкции пектиновой молекулы. По результатам экспериментальных исследований нами была принята концентрация – 0,1%. 3.4 Исследование диффузионной проводимости сырья. Одним из основных процессов определяющим эффективность технологии извлечения пектиновых веществ из растительного сырья является экстрагирование. Наиболее существенными факторами, влияющими на данный процесс, являются температура и продолжительность экстрагирования. Нами определены основные кинетические коэффициенты процесса: коэффициент диффузии пектиновых веществ D и коэффициент массоотдачи . 12 Нами установлено, что коэффициент диффузии пектиновых веществ из выжимок яблок летних сортов яблок меньше (2,1237), чем из осенних (2,1847). Для ускорения процесса экстрагирования пектиновых веществ, исходя из общих положений теории экстрагирования в системе твердое тело–жидкость, необходимо увеличить движущую силу и уменьшить сопротивление его протеканию. Экспериментально подтверждено, что с повышением температуры коэффициент диффузии возрастает, так как под влиянием температуры и в результате извлечения из клеточных оболочек растворимых пектиновых веществ в ткани происходят физико-химические изменения. Для более полного представления о кинетике экстрагирования нами рассчитан также коэффициент массоотдачи в зависимости от продолжительности процесса. Характер изменения коэффициента массоотдачи процесса аналогичен изменению коэффициента диффузии D. Это вполне согласуется с реальными условиями протекания процесса – сырье меняет свои свойства: под воздействием температуры теряет упругость. Одновременно возрастает концентрация пектиновых веществ в экстрагенте, благодаря чему увеличивается вязкость. Все эти факторы ухудшают циркуляцию жидкости, т.е. гидродинамические условия массообменного процесса, что и приводит к снижению коэффициента массоотдачи. Результаты проведенных исследований кинетики процесса экстрагирования из исследуемых сортов яблок согласуются с общими положениями теории массообмена в системе растительное сырье-жидкость. 3.5 Изучение аналитических характеристик пектиновых веществ. Промышленную значимость пектиносодержащего сырья оценивают не только по содержанию пектиновых веществ, но и по их аналитическим характеристикам, которые, в свою очередь, определяли целевую направленность выделенных пектинов. Известно, что студне- и комплексообразующая способности обусловливают применение пектинов в пищевой промышленности для производства продуктов питания с различной консистенцией, в том числе лечебно-профилактических. Высокая степень этерификации обусловливает увеличение значения рН, температуры и содержания сухих веществ в системе пектин – сахар – кислота, при которых начинается студнеобразование. Продолжительность процесса студнеобра- 13 зования при этом снижается. Не менее значимым фактором, оказывающим влияние на процесс студнеобразования, является содержание ацетильных групп. При увеличении их количества в пектиновой молекуле студнеобразование ухудшается. С учетом данных закономерностей нами проведены исследования по определению содержания метоксильной и ацетильной составляющих в исследуемых сортах яблок – летних и осенних (рисунки 2- 5). Рисунок 2 – Содержание метоксильной составляющей в молекуле пектина, выделенного из выжимок яблок исследуемых летних сортов, % Анализ полученных данных показал, что наибольшее содержание метоксильной составляющей наблюдается у яблок летних сортов – сорта Суйслепское (13,8%), осенних – сорта Эрлиблэйз (7,7%). Наименьшее – у яблок летних сорта Мелба (5,0%) и Валентин (1,1%). По содержанию ацетильной составляющей изучаемые сорта яблок практически не отличаются. Численное значение количества ацетильных групп колеблется для обеих групп в пределах 0,3 до 0,6%. При этом пектиновые вещества изучаемых летних сортов яблок содержат данных групп больше, чем осенние. Такое содержание ацетильной составляющей приводит к снижению прочности студня. 14 10 8 6 4 2 0 Валентин Голден Граймз Грив Руж Память Есаулу Пармен зимний золотой Прима Ренет Ландсбергский Слава Победителям Уэлси Эрлиблэйз Рисунок 3 – Содержание метоксильной составляющей в молекуле пектина, выделенного из выжимок яблок исследуемых осенних сортов, % Рисунок 4 – Содержание ацетильной составляющей в молекуле пектина, выделенного из выжимок яблок исследуемых летних сортов, % 15 0,6 0,3 0 Валентин Голден Граймз Грив Руж Память Есаулу Пармен зимний золотой Прима Ренет Ландсбергский Слава Победителям Уэлси Эрлиблэйз Рисунок 5 – Содержание ацетильной составляющей в молекуле пектина, выделенного из выжимок яблок исследуемых осенних сортов, % Однако, экспериментальные данные доказывают возможность применения пектинов летних сортов в качестве студнеобразователя, поскольку по численному значению студнеобразующая способность соответствует установленным требованиям (145 – 155 оSAG). Одним из важнейших свойств пектиновых веществ является их комплексообразующая способность, которое дает основание рекомендовать пектин в качестве детоксиканта. Известно, что комплексообразующие свойства пектиновых веществ зависят от содержания свободных карбоксильных групп, т.е. степени этерификации карбоксильных групп метанолом. Установлено, что содержание свободных карбоксильных групп выше в пектинах осенних сортов яблок. При этом наибольшее количество – в сортах Валентин и Голден Граймз (4%), наименьшее – Пармен зимний золотой, Прима, Ренет Ландсбергский и Эрлиблэйз (2%). В остальных сортах содержание свободных карбоксильных групп составляет около 3%. 16 Пектины яблок летних сортов имеют практически одинаковое содержание свободных карбоксильных групп (1%). Исключение составляет Ред Мелба, что, вероятно, связано с биохимическими особенностями данного сорта. По степени этерификации практически все пектины изучаемых сортов следует отнести к высокоэтерифицированным. При этом степень этерификации пектиновых веществ яблок летних сортов выше (92,51%), чем осенних (80,07%). Это согласуется с данными о содержании свободных карбоксильных групп. Для организации производства функциональных пектиносодержащих продуктов питания не менее важным является такой показатель, как содержание чистого пектина в товарном порошке. Нами проведены дополнительные исследования по определению количественного значения данного показателя в пектинах исследуемых сортов яблок. Содержание чистого пектина в выжимках яблок летних сортов колеблется в пределах 39 – 59%, осенних сортов – изменяется от 45 до 65%. Таким образом, выжимки летних сортов яблок по содержанию и аналитическим характеристикам пектиновых веществ практически не уступают осенним сортам. 3.6 Аналитическое моделирование процесса гидролиза-экстрагирования пектиновых веществ. Проводили путем определения зависимости выхода чистого пектина и студнеобразующей способности от технологических режимов. Установлено, что по методу сопряженных средних значений достижение высокого выхода чистого пектина из яблок летних сортов достигается при использовании в качестве гидролизующего агента лимонной кислоты, что согласуется с экспериментальными данными. Для определения зависимости выхода чистого пектина и студнеобразующей способности использовали множественный регрессионный анализ. Нами получены линейные уравнения (1 – 4) для летних и осенних сортов яблок соответственно: по выходу чистого пектина 90% 2.5% 5% y1=14.9-4.5x2-0.01x3+0.2x4 92% 1% (1) 7% y2=2.9+1.11x2+0.001x3+0.1x4 (2) 17 по студнеобразующей способности 25.5% 48% 3% y3=262.2-7.4x2-1.3x3-0.6x4 21.1% 27% (3) 1% y4=155.1+8.2x2-0.2x3-0.3x4 где (4) y1 – выход чистого пектина в летних сортах y2 – выход чистого пектина в осенних сортах y3 – студнеобразующая способность в летних сортах y4 – студнеобразующая способность в осенних сортах Из приведенных линейных уравнений видно, что существенное влияние на выход чистого пектина оказывает вид гидролизующего агента (x2). Доля влияния данного технологического фактора составляет 90 – 92%. На студнеобразующую способность выделенных пектинов значимое влияние оказывает температура; доля влияния x3 колеблется от 27 до 48 %. Коэффициенты детерминации полученных уравнений достаточно высокие (R27=98; R28=99; R29=77; R210=27), что позволяет считать их прогностическими. Для исследуемых летних и осенних сортов проведено сравнение по влиянию лимитирующих факторов на выход чистого пектина (рисунки 6, 7) и студне- выход пектина, % образующую способность (рисунки 8, 9). 17 16 15 14 13 12 11 10 90 80 t, С 70 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 , час 10-11 11-12 12-13 13-14 14-15 15-16 16-17 Рисунок 6 – Влияние внешних факторов на выход чистого пектина из выжимок яблок летних сортов при использовании в качестве гидролизующего агента лимонной кислоты выход пектина, % 18 12 11 10 9 8 7 6 90 t, C 80 70 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 , час 6-7 7-8 8-9 9-10 10-11 11-12 Рисунок 7 – Влияние внешних факторов на выход чистого пектина из выжимок яблок осенних сортов при использовании в качестве гидролизующего агента азотной кислоты 180 170 160 150 SAG 140 130 120 110 100 85 t C 70 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 , час 100-110 150-160 110-120 160-170 120-130 170-180 130-140 140-150 Рисунок 8 – Влияние внешних факторов на студнеобразующую способность пектина, полученного из выжимок яблок летних сортов при использовании в качестве гидролизующего агента лимонной кислоты Установлено, что при использовании лимонной кислоты достигается высокий выход чистого пектина из выжимок яблок летних сортов, что подтверждается экспериментальными данными. По студнеобразующей способности пектиновые вещества летних сортов яблок практически не уступают пектинам осенних сортов. 19 180 170 160 150 SAG 140 130 120 110 100 90 85 t, C 70 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 час 90-100 140-150 100-110 150-160 110-120 160-170 120-130 170-180 130-140 Рисунок 9 – Влияние внешних факторов на студнеобразующую способность пектина из выжимок осенних сортов яблок при использовании в качестве гидролизующего агента азотной кислоты Таким образом, результаты экспериментальных и аналитических исследований дают основание для вывода о промышленной значимости выжимок из яблок летних сортов в качестве источника коммерческого пектина. 3.7 Разработка технологии комплексной переработки яблок летних и осенних сортов с получением пектина и пектинопродуктов функционального назначения. Результаты проведенных исследований явились основой для разработки технологической схемы комплексной переработки летних и осенних сортов яблок, предусматривающая получение следующих целевых продуктов - прессовый, диффузионный и концентрированный соки; экстракт и концентрат гидратопектина; паста студнеобразующая; сухой пектиновый экстракт и коммерческий пектин (рисунок 10). Возможность выработки различных пектинопродуктов обусловливает гибкость и многофункциональность разработанной аппаратурнотехнологической схемы. На основе соков и жидких пектинопродуктов нами разработаны пектиносодержащие напитки, на которые разработана нормативная документация: «Напи- 20 яблоки Подготовка сырья к прессованию Прессование Выжимки Выжимки Экстрагирование Гидролизэкстрагирование пектина Разделение гидролизной смеси Пектиновый экстракт Купажирование, розлив и фасовка Купажирование, розлив, фасовка Прессовый сок Диффузионный сок концентрирование На производство напитков Прогидролизованные выжимки Измельчение Протирка Обработка Концентрирование Паста студнеобразующая Концентрированный пектиновый экстракт Сушка Очистка сухого экстракта (двухстадийная) Сушка пектина Измельчение, фасовка, упаковка пектина Пектин товарный Рисунок 10 – Технологическая схема комплексной переработки яблок летних и осенних сортов 21 ток пектиновый из яблок» (ТУ 9185-002-77238321-50) и «Напиток яблочный с мякотью» (ТУ 9185-004-77238321-50). 3.8 Промышленная, медико-биологическая и экономическая оценка разработанных пектиносодержащих композиций. Промышленная апробация технологической схемы получения пектинопродуктов и пектина из выжимок яблок летних сортов проведена на предприятиях НПО «Комбинат пищевых добавок» и ЗАО «Северский пектиновый завод»; комплексной переработки – в УНИК «Технолог» Кубанского госагроуниверситета, пектиносодержащих напитков – на предприятиях ООО «Пектопродукт» и ООО «Пальмира–Юг». Медико-биологическая оценка и функциональная направленность разработанных пектиносодержащих напитков проводились на основе изучения адаптогенных свойств. В качестве индикатора изменения адаптогенных свойств организма использовали изменение клеток животного организма при введении циклофосфамида в дозе 20 мкг/кг и пектина. Установлено, что уровни поврежденных клеток при введении пектиновых продуктов снижаются в среднем на 2 – 4 пункта. Оценка конкурентоспособности разработанных напитков по методу Е.И. Лебедева показала их высокий уровень (22 – 25%). При этом ее можно увеличить, если расширить рекламу и защитить товарный знак (коэффициент весомости 5). ВЫВОДЫ 1. Научно и экспериментально обоснована технология комплексной переработки яблок летних и осенних сортов с получением пектина и пектинопродуктов функционального назначения. 2. Исследован фракционный состав пектиновых веществ новых и районированных яблок 10 сортов летних и 10 осенних. Общее содержание пектиновых веществ составило в яблоках летних сортов 1,0 – 1,8 % против 2,0 – 3,5 % в осенних. При этом в летних сортах – соотношение протопектина и гидратопектина меньше в 1,8 –2 раза. 3. Впервые изучена диффузионная проводимость выжимок яблок летних и осенних сортов. Установлено, что коэффициент диффузии пектиновых веществ, 22 получаемых из выжимок яблок летних сортов яблок меньше (2,1237.), чем из осенних (2,1847). 4. Изучено влияние основных технологических факторов на кинетику процесса гидролиза-экстрагирования пектиновых веществ из яблочных выжимок. Установлено, что выход чистого пектина из выжимок яблок летних сортов выше в 1,7 раза при использовании в качестве гидролизующего агента лимонной кислоты. 5. Впервые исследованы аналитические характеристики пектинов яблок летних сортов. Полученные данные дают основание для вывода о коммерческой ценности выделенного пектина. 6. Установлено, что по студнеобразующей способности пектин, полученный из выжимок яблок летних сортов практически не уступает пектиновым веществам яблок осенних сортов. 7. Экспериментально подтверждено, что из выжимок яблок летних сортов технологически целесообразно производство пектиновых экстракта и концентрата. 8. Получены адекватные математические зависимости и линейные уравнения влияния технологических параметров извлечения на выход пектиновых веществ и студнеобразующую способность, подтвердившие результаты экспериментальных данных. 9. Разработана технология комплексной переработки яблок летних и осенних сортов с получением пектина и пектинопродуктов функционального назначения. 10. Разработаны рецептуры пектиносодержащих напитков с высокими органолептическими показателями на основе использования соков и жидких пектиновых концентратов. 11. Доказаны функциональные свойства разработанных напитков на основе исследования их комплексообразующей способности. антимутагенных и адаптогенных свойств. 12. Разработаны технические условия на «Напиток Пектиновый из яблок» (ТУ-9185-002-77238321-50) и «Напиток Яблочный с мякотью» (ТУ 9185-00477238321-50). 13. Оценка конкурентоспособности разработанных напитков показала ее высокий уровень (22 – 25%). 23 Список работ, опубликованных по теме диссертации 1. Красноселова Е.А. Влияние вида гидролизующего агента на качествен- ные показатели пектина / Красноселова Е.А. // 4-й регион. научно-практич. конф. молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса»: Тез. докл. – Краснодар, КГАУ, 2002. – С. 84-85. 2. Красноселова Е.А. Влияние сорта яблок на выход прессового и диффузи- онного сока / Красноселова Е.А., Донченко Л.В. // V11 Неделя науки МГТИ. Регион. научно-практич. конф. «Агропромышленный комплекс Юга России – сегодня» и «Наука – ХХ1 веку»: Тез. докл. – Майкоп: Издательство МГТИ, 2002. – С. 42-44. 3. Богус А.М. Свойства пектина, осажденного из раствора импульсным вращающимся электрическим полем / Богус А.М., Ачмиз А.Д., Красноселова Е.А. // Вестник Российской Академии с/х наук. – 2002. - № 6. – С. 80. 4. Красноселова Е.А. Технологическая оценка летних сортов яблок как пек- тиносодержащего сырья / Красноселова Е.А. // 5-я регион. научно-практич. конф. молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса»: Тез. докл.. – Краснодар, КГАУ, 2003 . – С. 160-161. 5. Красноселова Е.А. Фракционный состав ПВ летних сортов яблок / Крас- носелова Е.А., Донченко Л.В., Чекрыгин В.В. // Межд. конф. «Функциональные продукты питания: гигиенические аспекты и безопасность (Кубань 2003)». – Краснодар, 2003. – С. 86-87. 6. Горлов С.М. Оценка антимутагенных свойств пектинсодержащих пище- вых композиций / Горлов С.М., Красноселова Е.А., Чаклия Г.Д. // Всерос. науч. конф. молодых ученых и студентовизд-во «Просвящение-Юг»: Тез. докл., г. Краснодар 2004. – С. 110-111. 7. Горлов С.М. Оценка комплексообразующей способности пектиновых напитков / Горлов С.М., Красноселова Е.А., Кондратенко Т.Ю. //. Всерос. науч. конф. молодых ученых и студентов изд-во «Просвящение-Юг»: Тез. докл, г. Краснодар 2004. – С. 107-108. 8. Горлов С.М. Радионуклидсвязывающая активность пектиновых напитков / Горлов С.М., Красноселова Е.А. // Всерос. науч. конф. молодых ученых и студентов изд-во «Просвящение-Юг»: Тез. докл., г. Краснодар 2004 – С. 108-110. 9. Донченко Л.В. Особенности процесса гидролиза протопектина из расти- тельной ткани / Донченко Л.В., Фирсов Г.Г., Красноселова Е.А. // Труды КубГАУ, Вып. 1. – Краснодар, 2006. – С. 288-297. 24 10. Ивершин Д.А. Комплексообразующая способность как фактор функциональности напитков на соковой основе / Ивершин Д.А., Красноселова Е.А., Горбова В.В. // Научное обеспечение агропромышленного комплекса: матер. 8-й регион. научн-практ. конф. молодых ученых – Краснодар: КубГАУ, 2006. – С. 191-193. 11. Красноселова Е.А. Напитки функционального назначения – ведущее направление в оздоровлении населения России /. Красноселова Е.А, Ивершин Д.А., Донченко Д.Ю., Перекотий Е.В. // Научное обеспечение агропромышленного комплекса: матер. 8-й регион. научн-практ. конф. молодых ученых – Краснодар: КубГАУ, 2006. – С. 203-204.
