Разработка технологии специализированных сухих пищевых концентратов напитков и оценка их потребительских свойств

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

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

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;

- 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.

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», октябрь 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>

Структурная схема исследования представлена на рисунке 1. Для оценки качественных и количественных показателей изучаемых объектов, использовали 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 15113.2-77.

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.

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 измельчение до порошкового состояния. На рисунках 2 и 3 приведены кривые сушки и скорости сушки.

Рисунок 2 – Кривые сушки свеклы и топинамбура: 1 - свекла 2 - топинамбур	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 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 определено содержание хлорогеновой кислоты в сравнении со свежим сырьем (таблица 1).

Таблица 1 – Содержание хлорогеновой кислоты в исследуемых образцах

Исследуемый образец	Содержание хлорогеновой кислоты, мг %
Свекла свежая	5,17
Порошок из свеклы	0,03
Топинамбур свежий	4,49
Порошок из топинамбура	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		Величина показателя
		порошок из свеклы	порошок из топинамбура
Сушка сырья: Конвективная сушилка
Температура сушки, 0С		68-70	68-70
Влажность, %		7,5	7,5
Скорость воздуха, м/с		6-8	6-8
Измельчение
проход через сито № 1,6 (25 ячеек на 1см 2), %		не менее 100	не менее 100
	сход с сита № 1 (49 ячеек на 1 см2), %	не более 15	не более 15
	Обжаривание порошка: Сушилка с кипящим слоем
	Температура воздуха, 0С	140	180
	Скорость витания частицы, м/с	1,3-1,8	1,3-1,8
	Конечная влажность продукта, %	4	4
	Время обжарки, мин	6	4
	Охлаждение:
	Температура, 0С	20	20