На правах рукописи
ЧУМАК Анна Александровна
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ
СУХИХ ПИЩЕВЫХ КОНЦЕНТРАТОВ НАПИТКОВ И
ОЦЕНКА ИХ ПОТРЕБИТЕЛЬСКИХ СВОЙСТВ
Специальность 05.18.15 – Товароведение пищевых продуктов и
технология продуктов общественного питания
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Краснодар – 2009
2
Работа выполнена в ГОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет»
Научный руководитель:
доктор технических наук, профессор
Зайко Галина Михайловна
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор
Бутина Елена Александровна
кандидат технических наук
Купин Григорий Анатольевич
Ведущая организация: Научно – исследовательский институт биотехнологии и сертификации пищевой продукции Кубанского государственного
аграрного университета
Защита состоится «26» июня 2009 в 1500 часов на заседании диссертационного совета Д 212.100.03 при Кубанском государственном технологическом университете по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного технологического университета
Автореферат разослан 25 июня 2009 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета
кандидат технических наук, доцент
М. В. Жарко
3
1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
1.1 Актуальность темы. Специализированные пищевые продукты –
продукты с заданным химическим составом за счет обогащения другими пищевыми компонентами для различных категорий населения. В последнее
время большая потребность в таких продуктах возникла для работников
нефтяной отрасли, поскольку при анализе статистики чрезвычайных ситуаций, происходящих на территории Краснодарского края, выяснилось, что
розливы сырой нефти и дизельного топлива занимают второе место по количеству происшествий. Предприятия нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности относятся к основным источникам загрязнений атмосферы, и на их долю приходится 15,5 % от общих загрязнений. Одним из
самых распространенных продуктов переработки нефти является бензин. В
нефтяной отрасли края занято около 15 тысяч человек.
В связи с этим особую актуальность приобретают исследования,
направленные на разработку рецептур и технологий специализированных сухих концентратов напитков, содержащих защитные нутриенты для работников нефтяной отрасли и АЗС, а также населения, проживающего на экологически неблагоприятных территориях.
В соответствии с предпочтениями потребителей выбраны концентраты
горячих напитков со вкусом и ароматом кофе и холодные фруктовые напитки
с апельсиновым вкусом.
Диссертационная работа выполнена в рамках тематического плана НИР
кафедры технологии и организации питания Куб ГТУ «Совершенствование
технологии продуктов функционального назначения» (№ ГР 01.2007.00872).
1.2 Цель работы. Разработка технологии специализированных сухих
пищевых концентратов напитков и оценка их потребительских свойств.
1.3 Основные задачи исследований:
- изучение, анализ и систематизация научно-технической литературы и
патентной информации по теме исследования;
4
- проведение маркетинговых исследований для определения потребительских мотиваций;
- выбор нутриентов, нейтрализующих установленные токсичные вещества нефтяной отрасли для организма человека;
- разработка технологии получения порошков из корнеплодов со свойствами кофезаменителя;
- исследование полученных порошков из корнеплодов;
- разработка рецептур специализированных сухих концентратов напитков для работников нефтяной отрасли;
- определение потребительских свойств разработанных концентратов
напитков для работников нефтяной отрасли;
- установление допустимых сроков хранения;
- разработка комплекта технической документации на производство
концентратов напитков, включающего технические условия (ТУ) и технологические инструкции (ТИ);
- оценка экономической эффективности от внедрения и реализации
разработанных технологических решений.
1.4 Научная новизна. Впервые определены нутриенты с защитными
свойствами для работающих в нефтяной отрасли, способных эффективно
нейтрализовать токсичные вещества в организме человека, и обоснован выбор исходного сырья для сухих специализированных концентратов напитков.
Впервые выполнены маркетинговые исследования, на основании которых
определены потребительские мотивации и предпочтения при выборе ассортимента сухих концентратов напитков.
Разработаны и рекомендованы параметры тепловой сушки основных
компонентов - свеклы и топинамбура для получения порошков со вкусом и
ароматом кофе и оценено влияние условий сушки на защитные нутриенты.
Впервые предложено научное обоснование формированию кофейного вкуса и
аромата в полученных порошках.
5
Впервые количественно оценена зависимость вязкости тройной пищевой системы - пектин, лецитин и молочная сыворотка, от взаимного влияния
этих компонентов, определяющая органолептические свойства восстановленных напитков. Получены уравнения регрессии для прогнозирования детоксикационных свойств предложенной системы по отношению к ионам свинца.
Выявлено положительное влияние разработанных рецептурных компонентов
на потребительские свойства, в том числе пищевую и физиологическую ценность и сохранность продукта.
Новизна технических решений защищена 2 патентами РФ и решением о
выдаче патента РФ на изобретение.
1.5 Практическая значимость. Разработаны технологии получения
порошков из свеклы и топинамбура со свойствами кофезаменителя для использования в составе специализированных сухих концентратов напитков и
комплект технической документации, включающий ТУ и ТИ.
Разработаны рецептуры специализированных сухих концентратов
напитков для работников нефтяной отрасли и комплект ТУ и ТИ.
Теоретические положения работы использованы в учебном процессе по
дисциплине «Технология продуктов функционального питания» по специальности 260505 – Технология детского и функционального питания.
1.6 Реализация результатов исследований. Выработаны опытные
партии специализированных сухих концентратов напитков для работников
нефтяной промышленности в условиях НПФ «Росма – Плюс», г. Краснодар.
Ожидаемый экономический эффект от реализации одной тонны концентратов
составит 77 тыс. руб.
1.7 Апробация работы. Основные положения диссертационной работы
доложены и обсуждены на: Международной научно-практической конференции «Научные основы и практическая реализация технологий получения и
применения натуральных структурообразователей», май 2002, Краснодар;
Международной научно-практической конференции «Перспективы нано- и
биотехнологии в производстве продуктов функционального назначения», ок-
6
тябрь 2007г, Краснодар; Десятой международной научно-практической конференции «Современные проблемы техники и технологии пищевых производств», декабрь 2007г, Барнаул; III научно – практической конференции
«Качество продукции, технологий и образования», апрель 2008г, Магнитогорск; II международной научно – практической конференции «Пищевая
промышленность и агропромышленный комплекс: достижения, проблемы,
перспективы» май 2008г, Пенза; V Международной научно-практической
конференции «Пища. Экология. Качество», 2008, г. Новосибирск; IX Международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии», июнь 2008, г. Казань.
1.8 Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 18 научных работ, в том числе 5 научных статей в журналах, рекомендуемых ВАК, 10 материалов конференций, получен 1 патент РФ на изобретение, 1 патент РФ на полезную модель, 1 решение о выдаче патента РФ на
изобретение.
1.9 Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературных источников отечественных и
зарубежных авторов и приложений. Основная часть работы выполнена на 164
страницах, включает 57 таблиц и 31 рисунок.
2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ
2.1 Методы исследований. Объектами исследований служили: корнеплоды (свекла, топинамбур); сухая молочная сыворотка; цикорий сушеный;
фруктоза; лецитин подсолнечный порошкообразный марки «Витол»; образцы
пектинов, производства Herbstreith & Fox серии Classic; порошки из овощей
(свеклы, топинамбура); модельные системы, приготовленные с использованием лецитина, молочной сыворотки и пектина; разработанные образцы концентратов напитков в сухом и восстановленном виде.
Структурная схема исследования представлена на рисунке 1. Для оценки качественных и количественных показателей изучаемых объектов, исполь-
7
зовали следующие методы: массовую долю инулина, редуцирующих сахаров
определяли гексоцианоферратным методом; массовую долю бетаина, хлорогеновой кислоты - колориметрическим; качественные характеристики пектина и связывающую способность – титрометрическим методом; вязкость и молекулярную массу пектина - вискозиметрическим методом.
Определение массовой доли сухих веществ, жира, клетчатки, золы, белка, витаминов проводили по общепринятым методикам.
Насыпную плотность порошков определяли по ГОСТ Р 51462-99; индекс растворимости - по ГОСТ 30305.4-95; дисперсионный состав - методом
прямого микроскопирования; сыпучесть и текучесть концентратов - методом
Липатова Н.Н., Тарасова К.И.; массовую долю примесей - по ГОСТ 15113.277.
При исследовании восстановленных концентратов определяли полноту
растворения концентратов методом оптической плотности; размер частиц
восстановленных концентратов - оптическим методом по оптической мутности; диспергирование нерастворимой фазы - методом седиментационного
анализа; органолептическую оценку – профильным методом; содержание
нитратов и нитритов - методом капиллярного электрофореза на приборе «Капель 103Р».
Экспериментальные
исследования
проведены
в
научно-
исследовательских лабораториях кафедры технологии и организации питания, кафедры процессов и аппаратов пищевых производств Кубанского государственного технологического университета. Обработку результатов исследований осуществляли методами математической статистики и регрессионного анализа с использованием компьютерного пакета Statistica 6,0, Microsoft
Office Excel 2003, Mathcad 11,0.
8
Изучение, анализ и систематизация патентной информации и научнотехнической литературы по теме исследований, проведение
маркетинговых исследований
Обоснование выбора сырья и основных защитных нутриентов с учетом
влияния токсичных веществ нефтяной отрасли
Разработка технологии
получения порошков из свеклы
и топинамбура
Анализ физико-химических
показателей дополнительно
вводимых защитных нутриентов
Изучение физико-химических
показателей порошков из
свеклы и топинамбура
Изучение взаимного влияния
нутриентов на вязкость и
детоксикационные свойства
системы
Разработка рецептур и технологий сухих специализированных
концентратов напитков
Изучение потребительских свойств разработанных специализированных
концентратов напитков
Исследование качества и
безопасности сухих
концентратов
Исследование качества
восстановленных концентратов
Разработка комплекта технической документации на производство
специализированных концентратов напитков
Оценка экономической эффективности от внедрения разработанных
технологических решений
Рисунок 1 - Структурная схема исследования
9
2.2 Обоснование выбора сырья и основных защитных нутриентов с
учетом токсичных веществ нефтяной отрасли. На основании анализа
научно – технической и медицинской литературы были определены наиболее
токсичные компоненты нефтепродуктов для организма человека: ароматические углеводороды, сернистые соединения, тетраэтилсвинец, содержащийся
в бензине, вызывающие заболевания крови, печени, поражающие нервную и
иммунную системы. Влияние этих токсичных компонентов может быть
нейтрализовано липотропными веществами, витаминами группы В и С, полноценными по аминокислотному составу белками, ионами кальция и пектином.
С учетом выявленных данных был обоснован выбор основного сырья:
свекла сорта «Бордо 237» и топинамбур сорта «Интерес». Свекла является источником бетаина, пектина, железа, клетчатки; топинамбур – источник пектина и инулина. Предварительными исследованиями было выявлено, что указанные корнеплоды при высушивании приобретают кофейный вкус. Также
выбраны цикорий – источник инулина; молочная сыворотка, содержащая сывороточные белки, кальций, лактозу; пектин; фосфолипидный продукт «Витол» производства НПФ «Росма – Плюс», являющийся липотропным веществом и источником холина. Для обеспечения вкуса и аромата холодных
напитков использовали сухие концентраты плодово-ягодных соков со вкусом
апельсина производства фирмы «ETOL», Словения.
2.3 Разработка технологии получения порошкообразных продуктов
из свеклы и топинамбура. Разработана технология получения порошков из
корнеплодов со свойствами кофезаменителя, для использования в рецептурах
горячих напитков. Другие компоненты рецептур концентратов напитков производятся пищевой промышленностью в высушенном виде.
При разработке оптимального режима сушки для получения порошков
из свеклы и топинамбура со вкусом и ароматом кофе, были изучены кинетические закономерности процесса сушки. Известная технология сушки корнеплодов не предполагает получение продукта с кофейным ароматом и его из-
10
мельчение до порошкового состояния. На рисунках 2 и 3 приведены кривые
сушки и скорости сушки.
0,005
Скорость сушки, кг/кг*с
Влагосодержание, %
700
600
500
400
300
1
200
2
100
0,004
0,003
0,002
2
0,001
60
00
50
00
40
00
30
00
20
00
0
10
00
0
1
Время сушки, с
Рисунок 2 – Кривые сушки
свеклы и топинамбура:
1 - свекла
2 - топинамбур
0
0 100 200 300 400 500 600 700
Влагосодержание, %
Рисунок 3 – Кривые
скорости сушки:
1- свекла
2- топинамбур
Экспериментально определено, что критическое влагосодержание свеклы
– 160 %, топинамбура - 140 %. Это доказывает, что свекла и топинамбур относятся к термолабильным материалам. При высокотемпературной сушке они
быстро нагреваются, но медленно отдают содержащуюся в них влагу. Поэтому режимы сушки должны быть щадящими.
В результате проведенных исследований установлено, что при температуре воздуха 68-70 0С, скорости воздуха - 6-8 м/с возможно высушивание
продукта до влажности 7,5 %, необходимой для его измельчения до порошка.
Цвет полученного полуфабриката из свеклы – бордовый, запах – свекольный;
цвет полуфабриката из топинамбура - светло бежевый, запах – ореховый.
Поскольку полученные продукты не обладают органолептическими
свойствами кофейных напитков, полученный полуфабрикат - порошок из
11
свеклы и топинамбура подвергали последующему обжариванию в сушилке с
«кипящим» слоем. Обжаривание проводили в диапазоне температур от 800 С
до 2000 С, с температурным интервалом в 200 С. Для установления необходимой температуры обжаривания, исследуемые образцы оценивали органолептически, определяли ультрафиолетовые (УФ) спектры поглощения и количество экстрактивных веществ.
По органолептическим показателям лучшими условиями для обжаривания свеклы оказались – температура 140 0С в течение 6 минут, а для топинамбура - 180 0С – в течение 4 минут. Количество экстрактивных веществ в этих
условиях соответствовало стандартному значению для кофейных нерастворимых напитков. УФ – спектры водных экстрактов порошков, обжаренных
при указанных условиях, имели пик поглощения в диапазоне 285-290 нм. Образцы, полученные при более низких температурах, оказались спектрально
прозрачными. Для идентификации цвето - и вкусообразующих веществ было
проведено сравнение УФ спектров поглощения экстрактов порошков из корнеплодов и экстрактов кофе растворимого «Neskafe», кофейного напитка
«Невский», жареных зерен ржи и ячменя, используемых в производстве кофейных напитков. Все исследуемые экстракты имеют пик поглощения в диапазоне 285 - 290 нм. На основании полученных результатов сделано предположение о наличии в этих продуктах меланоидинов, обладающих цветом и
вкусом кофе.
Для подтверждения наличия этих соединений исследован УФ – спектр
модельной системы «глюкоза + глицин», при нагревании которой образуются
меланоидины. Было показано, что максимум поглощения модельной системы
также находится в интервале 285-290 нм и подтверждает наличие меланоидинов в обжаренных порошках из свеклы и топинамбура.
Известно, что характерный аромат жареного кофе формируется на основе хлорогеновой кислоты, которая в процессе обжаривания кофе при температуре 200-215 0С разлагается с образованием кофейной и хинной кислот.
Для обоснования кофейного вкуса и аромата в порошках из корнеплодов
12
определено содержание хлорогеновой кислоты в сравнении со свежим сырьем (таблица 1).
Таблица 1 – Содержание хлорогеновой кислоты в исследуемых образцах
Исследуемый образец
Свекла свежая
Порошок из свеклы
Топинамбур свежий
Порошок из топинамбура
Содержание хлорогеновой кислоты, мг %
5,17
0,03
4,49
1,31
Как следует из таблицы 1, содержание хлорогеновой кислоты в свежем
сырье снижается при сушке и обжаривании из-за ее распада, в результате чего
формируется аромат свойственный кофе.
На основании проведенных исследований были установлены основные
технологические режимы процессов получения порошков из свеклы и топинамбура со вкусом и ароматом кофе (таблица 2) и технологическая линия
производства (рисунок 4). Изменения в известной схеме отмечены пунктиром.
Таблица 2 – Технологические режимы получения порошков из корнеплодов
Наименование стадии процесса
или показателя
Сушка сырья:
Конвективная сушилка
Температура сушки, 0С
Влажность, %
Скорость воздуха, м/с
Измельчение
проход через сито № 1,6 (25 ячеек на
1см 2), %
сход с сита № 1 (49 ячеек на 1 см2), %
Обжаривание порошка:
Сушилка с кипящим слоем
Температура воздуха, 0С
Скорость витания частицы, м/с
Конечная влажность продукта, %
Время обжарки, мин
Охлаждение:
Температура, 0С
Величина показателя
порошок из
порошок из
свеклы
топинамбура
68-70
7,5
6-8
68-70
7,5
6-8
не менее 100
не менее 100
не более 15
не более 15
140
1,3-1,8
4
6
180
1,3-1,8
4
4
20
20
13
3
4
4
3
5
6
7
8
9
10
13
6
14
2
1
15
19
18
17
16
11
12
Рисунок 4 - Технологическая линия производства порошков из свеклы и топинамбура производительностью 80 кг/ч:
1 - гидротранспортер, 2 - ковшовый элеватор, 3 – бункер, 4 - весы, 5 - ротационная моечная машина, 6 - сребковый транспортер, 7 - турникет, 8 - паровая очистительная машина, 9 - барабанная моечно-очистительная машина,
10 - конвейер дочистики, 11 - решетчатый барабан, 12 - отстойник, 13 - элеваторная моечная машина, 14 - овощерезка,
15 - установка сушильная двухкамерная, 16 - сортировочный транспортер, 17 - дробилка, 18 - аэродинамическая сушилка с «кипящим» слоем, 19 - расфасовочный аппарат
14
2.4 Изучение качественных характеристик порошков из свеклы и
топинамбура. При производстве сухих специализированных концентратов
напитков для работников нефтяной отрасли необходимо сохранение в них
защитных нутриентов - пектина, бетаина, клетчатки, инулина и железа, поэтому было исследовано содержание этих веществ в полученных порошках
(таблица 3).
Таблица 3 – Изменение содержания защитных нутриентов в корнеплодах в
процессе получения порошков
Наименование компонентов
Инулин, %
Пектин, %
Бетаин, %
Железо, мкг/100г
Клетчатка, %
Содержание компонентов
свекла
топинамбур
свежая
порошок свежий порошок
отсутствует
2,3
1,07
0,21
0,38
0,16
0,38
1,5
0,6
отсутствует
1380
1370
710
705
6,6
6,2
2,1
1,9
Показано, что предполагаемая технология способствует сохранению необходимых нутриентов в полученных порошках. Однако произошло снижение содержания бетаина и инулина, которые вероятно вступают в реакцию
меланоидинобразования после гидролиза. Количество пектина увеличилось
за счет перехода нерастворимой фракции протопектина в растворимую. Содержание железа и клетчатки практически не изменилось.
2.5 Изучение взаимного влияния нутриентов на вязкость и детоксикационные свойства системы. При разработке рецептур напитков необходимо учитывать их консистенцию, поскольку пектин и лецитин влияют на
вязкость системы.
Выбор вида пектина для исследований основывался на оценке его физико-химических свойств. Были исследованы образцы цитрусовых и яблочных пектинов. Для дальнейших исследований выбран низкоэтерифицированный (36-37 %) яблочный пектин марки Classic AU 701 производства компании Herbstreith & Fox KG, обладающий наибольшей связывающей способностью по отношению к ионам свинца.
15
Органолептическими исследованиями установлено, что хорошая консистенция напитка достигается при его динамической вязкости от 3 до 4 спз.
Указанному диапазону значений соответствует концентрация пектина от 0,1
до 0,4 %. При добавлении сухой молочной сыворотки (СМС) требуемая вязкость достигается при концентрации пектина - 0,2 % и СМС - 2,5 %. При добавлении лецитина 0,2 % вязкость системы «пектин - СМС – лецитин» не меняется при концентрациях пектина - 0,2 %, СМС - 2,5 %.
С целью обоснования детоксикационных свойств напитков изучено
влияние основных рецептурных компонентов (СМС и лецитина) на связывающую способность пектина. В качестве независимых переменных выбраны:
концентрация пектина (фактор Х1), концентрация СМС (фактор Х2); зависимой переменной (Y) – связывание ионов свинца (Pb2+ ), %. Факторы варьировали с учетом реального содержания вышеуказанных компонентов в проектируемых напитках на пяти равностоящих уровнях: Х1 в пределах от 0 до 0,4
%, Х2 - от 0 до 4 % .
Изменение связывания Pb2+ в системе «пектин – молочная сыворотка –
свинец» приведено на рисунке 5.
4,260
7,395
10,530
13,664
16,799
19,933
23,068
26,203
29,337
32,472
above
Рисунок 5 – Связывание Pb2+ в системе
«пектин – молочная
сыворотка – свинец»
В результате обработки экспериментальных данных получено адекватное уравнение в фактических переменных, показывающее зависимость меж-
16
ду величиной связанных в исследуемой системе ионов свинца и концентрацией выбранных пищевых компонентов:
Y = 1,126+135,149 Х1+9,126 Х2 – 197,571 Х12– 3,83 Х1Х2- 1,361 Х22
Установлено, что в исследуемых системах количество связанных ионов
свинца зависит в большей степени от концентрации пектина. Однако на этот
процесс оказывает некоторое влияние и молочная сыворотка, при ее добавлении значения связывания ионов свинца повышается на 12-14 %. Наиболее вероятно, это происходит за счет того, что сывороточные альбумины, приобретая отрицательный заряд взаимодействуют с катионами свинца, что и приводит к увеличению их связывания. Наибольшее значение связывания металла
наблюдается при концентрациях пектина от 0,2 до 0,4 % и молочной сыворотки от 2,5 до 4 %.
Поскольку в составе разрабатываемых напитков предполагается использование лецитина, нами определено связывание свинца и в системе «пектин - молочная сыворотка – лецитин – свинец». Выбранные факторы в модельных растворах варьировали в следующих пределах: Х0 (пектин) const,
Х0 = 0,2 %; Х1 (молочная сыворотка) от 0 до 4 %; Х2 (лецитин) от 0 до
0,4%. Получено адекватное уравнение регрессии в натуральных величинах:
Концентрация лецитина, %
У= 17,389 +18,5 Х1+58,333 Х2-3,708Х12+1,25Х1Х2-145,833Х22
0,4
0,3
0,2
0,1
0,0
0
1
2
3
4
Концентрация молочной сыворотки,%
19,803
22,658
25,512
28,367
31,222
34,077
36,932
39,786
42,641
45,496
Рисунок 6 - Изменение связывания в Pb2+ системе «пектин –
молочная сыворотка – лецитин свинец»
17
Из рисунка 6 видно, что добавление лецитина в количестве 0,05 – 0,3%,
при содержании молочной сыворотки от 1,6 до 3,5 % способствует увеличению связывания свинца от 42 до 47 %, дальнейшее повышение концентрации
лецитина понижает это значение.
В результате исследования установлено соотношение компонентов, при
котором связывание свинца находится на достаточно высоком уровне (50 %),
и сохраняется требуемая динамическая вязкость: пектин – 0,2 %; СМС –
2,5%; лецитин - 0,2 %.
В связи с тем, что сухие концентраты кофейных напитков перед употреблением разводятся водой, определено влияние температурного фактора
на сохранение связывающей способности пектина по отношению к ионам
свинца. Улучшение связывания отмечается при нагревании системы до 400 С.
Вероятно, что в этих условиях лецитин полностью растворяется в системе и
оказывает синергическое действие на пектин.
2.6 Разработка рецептур сухих специализированных концентратов
напитков для работников нефтяной отрасли. Обобщение результатов экспериментов послужило основанием для разработки рецептур специализированных концентратов напитков для работников нефтяной отрасли.
Разработаны рецептуры горячих кофейных напитков и холодного
фруктового напитка с использованием сухого концентрата апельсинового сока. Рецептуры сухих концентратов напитков приведены в расчете на разовую
норму потребления (таблица 4). Разовая норма потребления составляет 10 г
концентрата («Любимый» - 12 г), разведенные в 150 мл воды.
С целью обогащения напитков витаминами группы В и С, в разработанные рецептуры вводили витаминный премикс «Элевит С2» производства
ООО НПП «Сентоза Факторинг» (Россия), содержащий витамины В3, В6, РР,
фолиевую кислоту (Вс) и С. Рассчитано, что введение премикса в количестве
0,16 % от массовой доли основы обеспечит удовлетворение витаминами на
10-15 % от адекватного уровня потребления.
18
Таблица 4 – Рецептуры сухих концентратов напитков на разовую норму
потребления
Наименование
компонентов
Порошок из свеклы
Порошок из
топинамбура
Цикорий
Фруктовый порошок
Фруктоза
Сахар
Молочная сыворотка
Пектин
Лецитин «Витол»
Витаминный премикс
«Элевит С2»
ИТОГО
Кофейный
6,0
Содержание компонентов, г
Ориги- Терпкий Любинальный
мый
4,0
2,6
2,5
Летний
-
3,6
0,4
-
2,0
3,6
0,4
-
1,0
3,0
3,0
0,4
-
1,0
2,0
3,6
2,5
0,2
0,2
3,5
3,6
2,5
0,2
0,2
0,0126
10
0,0126
10
0,0126
10
0,0126
12
0,0126
10
Технологический процесс производства концентратов напитков заключается в подготовке сырья, дозировании, смешивании, фасовке и упаковке.
2.7 Изучение качества сухих концентратов напитков. Для оценки качества сухих концентратов установлен дисперсионный состав кофейных
напитков, определены коэффициенты текучести концентратов напитков - 2850, показатель насыпной массы без уплотнения равный 500 - 600 кг/м3 и
насыпной массы с уплотнением - на 20-30 % больше. Повышенная плотность
концентратов позволяет снизить содержание воздуха и применить более
компактную упаковку - герметичные разовые стики и сашеты из ламинированных термосваривающихся материалов на основе алюминиевой фольги и
металлизированной пленки.
Для установления допустимых сроков хранения упакованные концентраты хранили при температуре 25±20 С при относительной влажности воздуха не более 75 %. Контролировали 1 раз в три месяца содержание микроорганизмов и органолептические показатели. После 15 месяцев хранения
число микроорганизмов находилось в пределах разрешенных СанПиН
19
2.3.2.1078-01, однако органолептические показатели по аромату напитка снизились. На основании проведенных исследований установили срок хранения - 12
месяцев.
Пищевая и энергетическая ценность сухих концентратов напитков в разовом потреблении приведена в таблице 5.
Таблица 5- Пищевая и энергетическая ценность разового потребления сухих
концентратов напитков
Наименование
показателей
Энергетическая
ценность, кДж
Белок, %
Жиры, %
Углеводы, %
Витамины, мг
В1
В2
РР
С
Вс
В3
В6
Минеральные
вещества, мг
натрий
калий
кальций
магний
фосфор
железо
Наименование концентрата напитка
Кофейный Ориги- Терпкий Любимый Летний
нальный
27,2
0,54
6,28
22,1
0,34
5,54
36,0
0,53
0,63
6,98
48,5
0,94
0,68
9,64
36,0
0,65
0,34
7,58
0,01
20,05
7,9
0,03
1,3
0,3
0,01
0,01
20,03
7,9
0,03
1,3
0,3
0,01
0,01
20,04
7,9
0,03
1,3
0,3
0,02
0,09
20,07
7,8
0,03
1,3
0,3
0,01
0,06
20,05
7,8
0,03
1,3
0,3
20,64
69,12
8,88
10,32
10,32
0,32
12,38
41,47
5,33
6,19
6,19
0,19
18,58
62,21
7,99
9,29
9,29
0,29
25,75
35,52
69,33
12,87
45,87
0,21
18,99
26,44
44,58
9,3
30,12
0,18
2.8 Изучение качества восстановленных концентратов напитков.
Для оценки потребительских свойств восстановленных концентратов изучена скорость растворения в зависимости от температуры воды. Рекомендованная температура растворения кофейных напитков - 80-900 С, фруктового 200 С. Установленные температурные режимы не понижают детоксикационных свойств напитка, установленных ранее.
20
Известно, что организмом усваиваются частицы с поперечником менее
150 нм. Определены размеры коллоидных частиц восстановленных концентратов на примере напитка «Кофейный», не содержащего лецитин и молочную сыворотку, и напитка «Любимый», в рецептуру которых входят указанные компоненты, таблица 6.
Таблица 6 – Физико-химические свойства восстановленных концентратов
Наименование показателя
Наименование напитка
«Кофейный»
«Любимый»
Соотношение мутности к объемной
концентрации при предельном разбавлении
Диаметр частицы, см 10 -5
688,4
659,2
5,52
2,52
Объем частицы, см310 -14
8,807
0,843
Из таблицы видно, что разработанные концентраты имеют средний поперечник частиц дисперсной фазы менее 150 нм. Это показывает, что напитки могут полностью усваиваться организмом и нести функциональную
нагрузку. Концентраты, в состав которых входит лецитин, имеют размер частиц приблизительно в два раза меньше по сравнению с частицами напитка
«Кофейный», по-видимому, лецитин способствует разрушению связей в связано-дисперсной системе до свободно-дисперсной, что и могло сказаться на
улучшении диспергирования.
Определен индекс растворимости концентратов кофейных напитков –
0,5-0,6 мл; фруктового - 0,9-0,95 мл сырого осадка, что показывает на присутствие осадка. Поскольку осадок может находиться во взвешенном состоянии, исследовали твердую фазу напитков. Твердая фаза исследуемых восстановленных концентратов практически двухдисперстная, что обуславливает
формирование грубодисперстной суспензии. Суммарная удельная поверхность твердой фазы от 360 до 380 см2/г, что позволяет адсорбировать вредные вещества из организма.
Содержание защитных нутриентов в разовой норме потребления восстановленного концентрата напитка приведено в таблице 7.
21
Таблица 7 – Содержание защитных нутриентов в разовой норме потребления
восстановленного концентрата напитка
Основной
защитный
нутриент
Пектин, г
Лецитин, г
Бетаин, г
Кальций, мг
Инулин, г
Витамин С, мг
Витамин В6, мг
Витамин Вс, мг
Адекватный
уровень
потребления
по МР
2.3.1.19150-04
2,0
7,0
3,0
1250
10,0
70,0
2,0
0,4
Содержание защитных нутриентов
Кофейный
0,43
0,036
8,88
7,9
0,3
0,03
Ориги- Терп
нальный кий
0,43
0,024
8,33
0,02
7,88
0,3
0,03
0,45
0,015
11,9
0,045
7,89
0,3
0,03
Любимый
Летний
0,22
0,2
0,015
74,33
0,03
7,83
0,3
0,03
0,2
0,2
45,9
8,33
0,33
0,032
Установлено, что по содержанию пектина и витаминов напитки можно
отнести к функциональным.
Органолептическая оценка проводилась по пятибалльной шкале по показателям: вкус, цвет, аромат, консистенция профильным методом. Общий балл
4,9.
2.9 Разработка комплекта технической документации на концентраты напитков. Разработан и утвержден комплект технической документации: ТУ 9164-256-02067862-08 «Корнеплоды сушеные. Порошок»; ТУ 9198 –
257-02067862-08 «Концентраты пищевые. Напитки функционального назначения на основе порошков из корнеплодов» и технологические инструкции
на их производство.
Ожидаемый экономический эффект от реализации одной тонны концентратов напитков составит 77 тыс. руб.
22
ВЫВОДЫ
1. На основании теоретического анализа, статистических данных по
Краснодарскому краю, установлены основные вредные вещества нефтяной
отрасли для организма человека. Накоплению токсичных элементов препятствуют липотропные вещества, витамины группы В и С, полноценные белки,
кальций и пектин. Обоснован выбор сырья для разрабатываемых сухих концентратов напитков.
2. Разработана технология получения порошков из свеклы и топинамбура со вкусом и ароматом кофе, включающая: конвективную сушку измельченного сырья до влажности 7,5 % (температура воздуха - 68-700 С; скорость
воздуха – 6-8 м/с); измельчение до порошка; обжаривание порошка в сушилке с кипящим слоем до влажности 4% (порошок из свеклы: температура воздуха – 1400 С, время – 6 минут; порошок из топинамбура: t воздуха – 1800 С;
время – 4 минуты); охлаждение порошка до 200 С.
3. Определены оптимальные соотношения основных защитных компонентов, входящих в рецептуру концентратов – пектин - 0,2 %; сухая молочная
сыворотка - 2,5 %; лецитин – 0,2 %, обеспечивающие детоксикационные
свойства и необходимую динамическую вязкость.
4. Разработаны рецептуры специализированных концентратов напитков с введением витаминного премикса «Элевит С2», обеспечивающего удовлетворение витаминами группы В и С на 10-15 % от адекватного уровня потребления.
5. Определена температура растворения концентратов кофейных
напитков - 80-900 С, фруктового - 200 С, обеспечивающая сохранение их детоксикационных свойств.
Индекс растворимости концентратов кофейных
напитков – 0,5 - 0,6 мл; фруктовых – 0,9-0,95 мл сырого осадка.
6. Проведена органолептическая оценка восстановленных концентратов напитков. Общий балл – 4,9 по пятибалльной системе.
7. Определен допустимый срок хранения сухих концентратов - 12 месяцев при относительной влажности воздуха 75 % и температуре 25 ±20 С.
23
8. Исследованы свойства восстановленных концентратов: размер поперечника дисперсной фазы менее 150 нм; твердая фаза практически двухдисперстная, грубодисперстная. Суммарная удельная поверхность твердой
фазы от 360 до 380 см2/г.
9. Разработаны комплекты технической документации на получение
порошков из корнеплодов и на производство концентратов напитков на их
основе, выработана опытная партия концентратов на предприятии НПФ «Росма – Плюс» (г. Краснодар). Апробация напитков проведена в санатории
«Нефтяник Кубани» и подтвердила его положительный эффект. Расчетный
экономический эффект от внедрения разработанной технологии сухих концентратов напитков составляет 77 тыс. рублей на одну тонну. Основной эффект от реализации результатов работы определяется как социальный, позволяющий обеспечить работников нефтяной промышленности продуктами с
защитными свойствами.
Основные положения диссертации опубликованы в работах:
1. Зайко Г.М. Использование пектина в рационе энтерального питания/
Г.М. Зайко, А. А. Гриценко (Чумак)// Известия вузов. Пищевая технология.2000. - №5-6. - С.88-90.
2. Гриценко (Чумак) А.А. Пищевые концентраты с пектином для лечебного и профилактического питания/ А.А. Гриценко, Г.М. Зайко// Международная научно-практическая конференция «Научные основы и практическая реализация технологий получения и применения натуральных структурообразователей», Краснодар, 24-25 мая 2002.
3. Гриценко (Чумак) А.А. О проблеме энтерального питания// Известия
вузов. Пищевая технология.- 2003. – №7. - 14с. – Библиогр. 18 назв. - Рус. Деп. в ВИНИТИ (07.07.2003, №1283-В2003).
4. Гриценко (Чумак) А.А Разработка технологии продуктов для лечебно-профилактического питания/ А.А. Гриценко, Г.М. Зайко// Сборник тезисов научных работ студентов, отмеченных наградами на внешних и внутренних конкурсах.- Краснодар: Изд-во КубГТУ.- Вып. 4, 2004.- 94с.
5. Чумак А.А. Концентраты лечебно-профилактического питания для
работников нефтяной отрасли и населения проживающего в близлежащих
24
районах// А.А. Чумак, Г.М. Зайко, Н.С. Гриценко// Материалы международной научно-практической конференции «Перспективы нано- и биотехнологии в производстве продуктов функционального назначения», г. Краснодар,
11 октября 2007.
6. Шамкова Н.Т. Использование термотропного геля в производстве
продуктов функционального назначения/ Н.Т. Шамкова, А.А. Чумак, Г.М.
Зайко// Материалы международной научно-практической конференции
«Перспективы нано- и биотехнологии в производстве продуктов функционального назначения», г. Краснодар, 11 октября 2007.
7. Чумак А.А. Защитные нутриенты пищи для работников нефтяной
промышленности / А.А. Чумак, Г.М. Зайко, Н.С. Гриценко// Известия Вузов.
Пищевая технология.- Краснодар, 2007. – 36с.: ил. – Библиогр. 128 назв. –
Рус. - Деп. в ВИНИТИ (10.12.2007, №1149-В2007).
8. Чумак А.А., Питание людей в условиях чрезвычайных ситуаций
/А.А. Чумак, Г.М. Зайко, Н.С. Гриценко, А.Г. Тетенева// Сборник трудов III
научно – практической конференции «Качество продукции, технологий и образования» г. Магнитогорск, 9-10 апреля 2008.
9. Чумак А.А. Разработка пищевых продуктов функционального
назначения для работников нефтяной промышленности /А.А. Чумак, Г.М.
Зайко, Н.С. Гриценко // Современные проблемы техники и технологии пищевых производств: Материалы Десятой международной научно-практической
конференции, г. Барнаул, 11-12 декабря 2007.
10. Рябуха В.Ю. Влияние технологических режимов на вязкость восстановленного пищевкусового концентрата / В.Ю. Рябуха, А.А. Чумак// Современные проблемы техники и технологии пищевых производств: Материалы
Десятой международной научно-практической конференции, г.Барнаул, 11-12
декабря 2007.
11. Чумак А.А. Изучение связывания ионов свинца в модельных системах « пектин-молочная сыворотка – лецитин – металл» / А.А. Чумак, Г.М.
Зайко, А.Г. Тетенева, Н.С. Гриценко // Сборник статей II международной
научно – практической конференции «Пищевая промышленность и агропромышленный комплекс: достижения, проблемы, перспективы» г. Пенза, май
2008.
12. Чумак А.А. Особенности заболеваемости работников нефтедобывающей и нефтеперерабатывающей промышленности и служащих АЗС / А.А.
Чумак, Г.М. Зайко, Н.С. Гриценко// Безопасность жизнедеятельности.- 2008.№7.- С.5-7.
13. Чумак А.А. Продукты с защитными свойствами для работников
нефтяной отрасли /А.А. Чумак, Г.М. Зайко, А.Г. Тетенева//Пища. Экология.
Качество. Труды V Международной научно-практической конференции
/РАСХН. Сибирское отделение. ГНУ СибНИПТИП.- Новосибирск, 2008.
14. Чумак А.А. Разработка технологии обогащенных продуктов питания
/ А.А. Чумак, Е.В. Малюга// IX Международная конференция молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии», г.Казань, 3-5 июня 2008.
25
15. Чумак А.А. Кинетические закономерности процесса сушки свеклы и
топинамбура/А.А. Чумак, В.И. Мамин, Г.М. Зайко, Н.С. Гриценко// Известия
вузов. Пищевая технология.- 2008.- №4.- С.76-77.
16. Патент на изобретение №2175479 от 12.10.1999г «Сухой концентрат для лечебного питания» Зайко Г.М., Гриценко (Чумак) А.А.
17. Патент на полезную модель № 75543 от 20.08.2008. «Технологическая линия для производства сухих порошковых полуфабрикатов из корнеплодов» Чумак А.А., Зайко Г.М., Тетенева А.Г., Гриценко Н.С.
18. Решение о выдаче патента на изобретение от 20.01.09 по заявке
2007144814 от 3.12.07 «Способ получения порошкового продукта из свеклы»,
Зайко Г.М., Чумак А.А.
