На правах рукописи

ХРУНДИН ДМИТРИЙ ВИКТОРОВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ЖЕЛЕЙНОЙ НАЧИНКИ

НА ОСНОВЕ ИЗУЧЕНИЯ И РЕГУЛИРОВАНИЯ СВОЙСТВ ПЕКТИНОВ

Специальность 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

Москва – 2009

Работа выполнена на кафедре технологии пищевых производств Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Казанский государственный технологический университет»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Решетник Ольга Алексеевна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Ильина Ольга Александровна кандидат технических наук, вед.н.с.

Тарасова Людмила Петровна

Ведущая организация: ГНУ НИИ Кондитерской промышленности Россельхозакадемии

Защита диссертации состоится « 16 » октября 2009 г. в « » часов на заседании Совета Д.212.122.02 по защите докторских и кандидатских диссертаций при ГОУ ВПО «Московский государственный университет технологий и управления» (адрес:

109803, Москва, ул. Талалихина, 31, ауд. 36).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО МГУТУ

Автореферат размещен на сайте ГОУ ВПО МГУТУ www.mgutm.ru Автореферат разослан « 16 » сентября 2009 г.

Ученый секретарь Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.122.02, д.т.н., профессор Р.К. Еркинбаева ВВЕДЕНИЕ* Актуальность темы. Концепция государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации предусматривает разработку технологий производства качественно новых безопасных пищевых продуктов общего и специального назначения. Такие продукты должны способствовать сохранению и укреплению здоровья, предупреждать заболевания, связанные с неправильным питанием и загрязненностью окружающей среды.

Ухудшение экологической обстановки, зашлакованность организма вредными веществами повышают значимость профилактики, которая невозможна без создания продуктов питания нового поколения и биологически активных добавок, способствующих выведению из организма чужеродных веществ – солей тяжелых металлов, радионуклидов и т.п.

Пектины входят в состав клеток растений и являются ценным сырьем для кондитерской промышленности. Они обладают специфическим свойством – способностью образовывать гелеобразные структуры. Пектины также способствуют связыванию в организме человека вредных веществ – радионуклидов, тяжелых металлов, поэтому применение пектинов при изготовлении продуктов питания является необходимым условием получения продукции лечебно-профилактического назначения.

Янтарная кислота присутствует во всех живых клетках как промежуточное соединение цикла Кребса. Превращение янтарной кислоты в организме связано с продукцией энергии, необходимой для обеспечения жизнедеятельности. При возрастании нагрузки на любую из систем организма поддержание ее работы обеспечивается преимущественно за счет окисления янтарной кислоты. Именно это обеспечивает широкий диапазон ее неспецифического действия.

Использование янтарной кислоты в комбинации с углеводами позволяет поддерживать стабильный уровень энергообеспечения клеток при нагрузке. Янтарная кислота оказывает защитное действие на организм при нагрузке, а углеводы усиливают ее действие.

--------------Автор выражает искреннюю благодарность доценту, к.т.н. Романовой Наталье Константиновне за помощь, оказанную при написании диссертации Тем не менее, при уникальной разносторонности проявления биологической активности янтарной кислоты сфера ее применения в пищевой промышленности остается пока еще очень узкой.

Актуальным является получение желейных изделий с улучшенными технологическими и функциональными свойствами на основе биологически активных природных веществ, обладающих широким спектром действия.

Цель и задачи исследований. Целью данной диссертационной работы явилась разработка научно обоснованных технологических решений по созданию желейных термостабильных начинок на основе пектина, специально предназначенных для выработки хлебобулочных сдобных изделий с начинкой, обладающих сорбционной способностью по отношению к ионам тяжелых металлов.

Для достижения поставленной цели решали следующие задачи:

- изучить функциональные особенности высокоэтерифицированных пектинов;

- изучить влияние температурного фактора на студнеобразующую и сорбционную способности пектинов;

- исследовать взаимосвязь прочности пектиновых гелей и типа применяемой кислоты;

- изучить влияние различных типов кислот на сорбционную способность пектинов по отношению к тяжелым металлам;

- исследовать термостабильные свойства и сорбционную способность желейной начинки по отношению к ионам тяжелых металлов;

- разработать технологию получения изделий с желейной начинкой;

- провести промышленную апробацию результатов, технико-экономическое обоснование применения предложенных технологических решений и разработать нормативную документацию для практической реализации.

Научная новизна. Научно обоснована и экспериментально подтверждена возможность и целесообразность использования янтарной кислоты в технологии желейных начинок на основе высокоэтерифицированного пектина для улучшения термостабильных свойств изделия и повышения его сорбционной способности по отношению к ионам тяжелых металлов.

Выявлено влияние температурной обработки (нагревания и замораживания) на изменение физико-химических свойств пектинов (вязкости, молекулярной массы, степени этерификации), приводящее к изменению студнеобразующей способности и сорбционных свойств пектинов.

Выведено уравнение, описывающее зависимость сорбционной способности пектинов от концентрации раствора полимера и температуры воздействия, на основании которых были построены графические иллюстрации в виде поверхностей и линий равного уровня, позволяющих судить об изменениях сорбционной способности пектинов.

Методом световой микроскопии выявлено влияние температурной обработки растворов пектинов на структурную организацию молекул полимеров, приводящих к изменению свойств пектинов.

Определено влияние пищевых (винной, лимонной, янтарной) кислот на свойства пектинов, заключающееся в способности данных кислот изменять прочность пектиновых гелей и сорбционную способность по отношению к ионам тяжелых металлов.

Установлено влияние пищевых кислот на свойства желейной начинки, на изменение ее сорбционной способности по отношению к ионам тяжелых металлов и качество хлебобулочных изделий, заключающееся в улучшении термостабильных свойств начинки, изготовленной с применением янтарной кислоты, увеличении количества поглощаемых ионов металлов, повышении реологических свойств изделия.

Практическая ценность. Разработаны рецептура и технология приготовления начинки термостабильной желейной на основе пектина и янтарной кислоты для производства хлебобулочных сдобных изделий с наполнителями, которые обеспечивают получение готового продукта высокого качества.

Выявлены рациональные режимы приготовления начинки, позволяющие сохранить высокие функциональные свойства пектинов и улучшить качество продукта.

Разработан и утвержден пакет нормативной документации «Технические условия для производства начинки термостабильной желейной» (ТУ 9193-001-29240564-08), позволяющий вырабатывать желейный полуфабрикат с улучшенными технологическими и функциональными свойствами.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены в период 2005-2008 г на отчетных ежегодных научных сессиях Казанского государственного технологического университета; IX Всероссийском форуме молодых ученых и студентов «Конкурентоспособность территории и предприятий во взаимозависимом мире» (Екатеринбург, 2006); конференции «Биология – наука ХХI века», 10-я Пущинская школа-конференция молодых ученых (Пущино, 2006); Международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии» (Казань, 2007); Х международной научно-практической конференции «Мосоловские чтения» (ЙошкарОла, 2008).

Реализация результатов исследований. Разработанные технологии апробированы на ОАО «Казанский булочно-кондитерский комбинат». На новые виды продуктов разработаны технические регламенты.

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 12 работ, в том числе 3 в ведущих рецензируемых научных журналах.

Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка использованных источников и приложений. Работа содержит 160 страниц машинописного текста, 44 таблицы, 46 рисунков. Библиография включает 184 наименования. Приложения к диссертации представлены на 17 страницах.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Осуществлен аналитический обзор данных литературы, касающихся состояния развития технологий желейных начинок на основе пектинов.

Проанализированы свойства пектиновых веществ и их роль в технологии желейных изделий, обобщены данные, касающиеся влияния пектинов на организм человека.

Проведен анализ современного состояния применения пищевых карбоновых кислот в технологии сахаристых желейных изделий. Показано, что перспектива использования янтарной кислоты реализована недостаточно и вопрос о возможности ее использования в технологии желейных начинок на основе пектинов и улучшении свойств продукта чрезвычайно актуален. На основе проведенного анализа сформулированы цель и задачи исследований.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Исследования проводили в лабораториях кафедры «Технологии пищевых производств» Казанского государственного технологического университета, в лабораториях внедрения пищевых добавок Центра разработки эластомеров КГТУ.

Порядок проведения эксперимента, объекты и методы исследований представлены на рисунке 1.

В соответствии с целями и задачами работы объектами исследования служили:

а) пектины: цитрусовый (производства корпорации «Herbstreith und Fox», Германия); яблочный (производства компании «PEKTOWIN», Польша).

б) кислоты: винная кислота (ГОСТ 5817-77); лимонная кислота (ГОСТ 908янтарная кислота (ТУ 2634-007-33880306-98).

в) кристаллогидрат CuSO4·5H2O (ГОСТ 19347-99).

г) хлорид никеля (ГОСТ 4038-79).

В работе применяли как общепринятые, так и специальные методы оценки сырья, полуфабрикатов и готовой продукции.

О физико-химических свойствах пектинов судили по показателям: содержание свободных и этерифицированных карбоксильных групп, степени этерификации, определяемым титрованием; относительной вязкости (с использованием капиллярного вискозиметра Оствальда); молекулярной массе, определяемой графическим методом на основе расчета приведенных чисел вязкости и уравнения Куна-Марка.

Условные обозначения: 1 – содержание свободных карбоксильных групп, 2 – содержание этерифицированных групп, 3- степень этерификации, 4 – относительная вязкость, 5молекулярная масса, 6 – СС по отношению к никелю, 7- СС по отношению к меди, 8 – СОС, 9 – общая кислотность, 10 – СВ, 11 – содержание редуцирующих веществ, 12 – термостабильность.

Студнеобразующую способность пектинов определяли на приборе ТаррБейкера, путем приготовления стандартного студня и определение его прочности на разрыв.

Сорбционную способность пектинов определяли оптическим методом на спектрофотометре СФ-2000.

Определение микроструктуры растворов пектинов проводили с использованием микроскопа МИКРОМЕД С-1.

Методы исследования свойств желейной начинки включали: термостабильные свойства – по методу МГУПП (А.Ю. Колесов, Т.А. Духу и др., 2004); общая кислотность – по ГОСТ 5898-87; массовая доля редуцирующих веществ – феррицианидным методом по ГОСТ 5903-89; содержание сухих веществ – рефрактометрическим методом по ГОСТ 28562-90; содержание свинца – по ГОСТ 30178-96; содержание мышьяка – по ГОСТ 26930-86; содержание кадмия – по ГОСТ 30178-96; содержание ртути – по МУ 5178-90; содержание патулина – по ГОСТ 28038-89; содержание нитрата натрия – по ГОСТ 29270-95; содержание КМАФАнМ – по ГОСТ 10444.15-94; содержание БГКП (колиформы) – по ГОСТ Р 50474-93; содержание патогенных микроорганизмов – по ГОСТ Р 50480-93; содержание плесени, дрожжей – по ГОСТ 10444.12-88.

Математическую обработку экспериментальных данных проводили с использованием стандартного пакета программы Microsoft Excel с помощью встроенных статических функций анализа данных.

2.4.1 Исследование влияния технологических факторов на свойства пектинов В рамках данной диссертационной работы были исследованы свойства яблочного и цитрусового пектинов. Основными свойствами, определяющим ценность пектинов являются их студнеобразующая и сорбционная способность по отношению к ионам тяжелых металлов, токсинов.

Способность связывать ионы тяжелых металлов и прочность пектиновых гелей определяются в основном строением пектинов, степенью этерификации, молекулярной массой.

являлись высокоэтерифицированными.

Цитрусовый пектин отличался большей степенью этерификации и большей молекулярной массой по сравнению с яблочным пектином, что и определило большую прочность образованного им геля (195,6 °ТБ против 190,5 °ТБ у яблочного пектина).

меди и никеля показали, что цитрусовый пектин связывал ионы металлов лучше по сравнению с яблочным пектином (рисунок 2).

Доля связанных ионов меди, % Большая сорбционная способность цитрусового пектина связана с особенностями строения молекулы полимера. Ионы металла связывались пектином, в основном, за счет свободных карбоксильных групп. При диссоциации молекул пектина образовывались карбоксил-ионы COО-, и молекула пектина в целом приобретала отрицательный заряд, благодаря чему становилась возможной реакция взаимодействия с положительными ионами металла.

В тоже время отрицательно заряженные диссоцированные группы СОО-, взаимодействуя друг с другом, способствовали «распрямлению» цепи полимера. В яблочном пектине функциональные группы располагаются по длине полимера равномерно, а в цитрусовом пектине распределение функциональных групп имеет неупорядоченный, хаотичный характер. Молекулы яблочного пектина теряют подвижность и гибкость в большей степени по сравнению с молекулами цитрусового пектина, т.к. длина молекул яблочного пектина меньше, а концентрация гидроксил-ионов – выше. Поэтому не все диссоциированные группы яблочного пектина могут принять участие в реакции с ионами металла и доля связанных ионов металлов снижется.

Таким образом, студнеобразующая и сорбционная способности пектинов во многом определяются строением молекул полисахарида, наличием в ней свободных и метилированных (этерифицированных) карбоксильных групп, характером распределения этих групп в цепи полимера, а также длинной самого полимера. Чем выше степень этерификации и полимеризации молекул пектина, тем прочнее образуемый им студень.

Металлсорбционная способность пектинов зависит от степени этерификации его молекул и распределения карбоксильных групп. Чем больше доступных диссоцированных карбоксильных групп, тем эффективнее сорбционная способность пектина.

При изучении влияния нагревания на студнеобразующую способность пектина, растворы полимера нагревали до температур 40, 60°С (что соответствует режиму сушки мармеладных изделий) и до 100°С (что соответствует температуре в центре мучных кондитерских и булочных изделий при выпечке).

Было установлено, что при повышении температуры максимальная прочность гелей опытных образцов снижалась на 10–15 % по отношению к контролю, пропорционально увеличению температуры. Снижение прочности пектиновых студней связано с изменениями структуры молекулы под действием нагревания.

Анализ микроструктуры цитрусового и яблочного пектиновых гелей при нагревании (рисунок 3) выявил сходные тенденции в их поведении.

Рисунок 3 – Микроструктура участка растворов пектинов (1-цитрусовый, 2-яблочный) не подвергавшихся тепловой обработке (а) и после тепловой обработки (б,в,г) х В обоих случаях при температуре 40 °С происходило уплотнение пектиновых зерен, частичная потеря связей между ними в связи с разрушением нитевидных структур, с одновременным равномерным распределением гранул.

С увеличением температуры воздействия до 60 °С гранулы пектина приобретали более аморфную структуру и плохо удерживали используемый краситель, что может свидетельствовать о частичном разрушении связей в структуре зерен пектина. Повышение температуры до 100 °С приводило к увеличению количества гранулярных структур, их размеров, уменьшению расстояния между ними. Кроме того, увеличилось количество нитевидных структур, связывающих гранулы пектина.

Таким образом, при повышении температуры воздействия на пектины от 40 до 100 °С происходило разрыхление пектиновых зерен, увеличение их размеров, сближение, наряду с этим увеличивалось их взаимодействие за счет увеличения нитевидных структур, удерживающих зерна пектина в конгломератах.

Под действием отрицательных температур студнеобразующая способность пектинов снижалась относительно контрольных образцов. Данные изменения связаны, повидимому, с частичным разрывом молекулярных связей между молекулами полимера вследствие изменения фазового состояния воды. При переходе воды в лед, образовавшиеся кристаллы льда вызывали необратимые повреждения структуры пектина. Короткие цепочки пектиновых молекул оказывались неспособными образовать такое же количество зон связывания (как и в случае контроля), что приводило к снижению прочности гелей.

На степень повреждения молекул полимера большое влияние оказывала температура замораживания. При замораживании растворов пектина до температуры минус °С снижение прочности студня по сравнению с контролем составило для цитрусового пектина 10,1 %, для яблочного – 12,0 %. При замораживании опытных растворов до температуры минус 32 °С снижение прочности студня составило 6,5 % и 6,6 % соответственно. В процессе микроструктурного анализа гелей, подвергнутых действию отрицательных температур, выявлена схожая картина поведения яблочного и цитросового пектинов (рисунок 4).

По сравнению с контролем (без низкотемпературной обработки) в обоих гелях при минус 18 °С наблюдали слипание пектиновых зерен в конгломераты, при чем в случае с яблочным пектином этот процесс выражен сильнее. Это может быть результатом Рисунок 4 – Микроструктура участка растворов пектинов (1-цитрусовый, 2-яблочный) не подвергавшихся замораживанию (а), после замораживания (б) разрыхления самих гранул пектина, соответственно, высвобождения свободных связей и их взаимопритяжения. Наблюдалась частичная утрата ламилярных структур, при чем в цитрусовом геле их доля оставалась большей.

Замораживание при минус 32 °С не приводило к слипанию гранулярных структур гелей обоих используемых пектинов. При таком режиме обработки не образовывалось конгломератов, зерна пектинов оставались плотно упакованными с незначительным набуханием и равномерно распределеными.

Результаты исследования влияния нагревания на сорбционную способность пектинов показали, что, в целом, степень поглощения ионов меди и никеля пектинами увеличивается. Однако ионы металлов поглощались в большей степени при нагревании до относительно невысоких температур (40 и 60 °С).

При изучении влияния отрицательных температур на сорбционную способность образцов пектинов было установлено, что в результате замораживания количество связанных ионов металлов увеличивалось по отношению к контролю (таблица 1).

Оценка изменения металлсорбционной способности яблочного пектина под действием тепловой обработки показала, что количество связанных ионов меди изменилось относительно контроля менее чем на 1,0 %.

В случае использования яблочного пектина, сорбционная способность опытных образцов также увеличивалась относительно контроля. Большее количество связанных ионов металлов наблюдали у образцов, подвергнутых замораживанию до минус 18 °С (таблица 2).

Таблица 1 – Зависимость сорбционной способности цитрусового пектина от температуры Концентрация раствора Темпера- пектина, тура обработ- % ки, °С Таблица 2 – Зависимость сорбционной способности яблочного пектина от температуры Концентрация раствора Темпера- пектина, тура обработ- % ки, °С Таким образом, результаты проведенных исследований показали, что действие отрицательных температур способствует улучшению металлсобрционной способности пектинов, что объяснятся разрушающим действием образующихся при замораживании кристаллов льда на молекулы пектина. При этом большее количество ионов металлов связывалось при температуре минус 18 °С.

Тепловая обработка растворов пектинов, в целом, способствует увеличению сорбционной способности пектинов по отношению к ионам меди и никеля. Большее количество ионов металлов связывалось при температурах 40 и 60 °С.

Нами было изучено влияние различных пищевых кислот (винной, лимонной и янтарной) на студнеобразующую способность пектинов и прочность образованных ими гелей. По мере увеличения содержания кислоты в смеси, прочность студней возрастала до максимального значения, затем наблюдалось снижение прочности гелей (рисунок 5).

СОС, град. Тарр-Бейкера В целях получения информации об изменениях, происходящих на уровне структурной организации различных пектиновых студней в присутствии трех органических кислот, был использован метод световой микроскопии.

Анализ показал (рисунок 6), что в присутствии различных органических кислот размеры гранул цитрусового пектина больше яблочного, что особенно заметно в присутствии винной кислоты. Кроме того, наблюдалась большая рыхлость зерен цитрусового пектина, о чем свидетельствовала меньшая концентрация красителя вокруг конгломератов, а также наличие большого количества ламеллярных (линейных) структур наряду с гранулярными.

При замене винной кислоты на лимонную и, особенно, янтарную упаковка гранул уплотнялась в случае обоих тестируемых пектинов, происходила редукция линейных аморфных структур. Наибольшая степень концентрирования пектиновых зерен выявлена для яблочного образца, приготовленного с янтарной кислотой, что выражалось в образовании плотных структур без выраженных ламеллярных включений.

Образование более «жесткой», упорядоченной структуры желе, вероятно, вызвано более тесным сближением молекул пектина под действием более сильных лимонной, и, особенно, винной кислот. В случае применения янтарной кислоты, пектины образовывали более «текучий» гель, по сравнению с гелями, содержащими винную и лимонную кислоты.

Рисунок 6 – Микроструктура участка гелей пектинов (1-цитрусовый, 2-яблочный) с винной (а), лимонной (б), янтарной (в) кислотами Таким образом, применение янтарной кислоты позволяет получать гели на основе пектинов и сохранять структурную организацию молекул в гелях в форме, приближенной к нативной, что позволит лучше сохранить свойства пектинов.

2.4.3 Исследование влияния пищевых карбоновых кислот Известно, что сорбционная способность пектинов сильно зависит от рН-среды.

Оптимальное значение рН-среды для каждого типа пектина индивидуальное и зависит от вида пектинсодержащего сырья. Высокая сорбционная способность у всех пектинов наблюдается в интервале рН = 4-12.

Технологией производства желейных изделий с применением высокоэтерифицированных пектинов предусматривается обязательное использование пищевой кислоты (чаще всего лимонной или винной), при этом оптимальным для образования студня значением рН является 3,0. Поэтому сорбционные свойства пектинов могут изменяться.

Кроме того, применение лимонной кислоты способствует «вымыванию» кальция из организма человека, что приводит к нарушению обменных процессов, а также работе почек. Винная кислота приводит к образованию «винного камня» - трудновыводимого, устойчивого соединения.

Поскольку янтарная кислота является естественным метаболитом, распадающимся в организме до углекислого газа и воды, она принципиально не может оказывать токсичного влияния на организм, что подтверждено нормативными документами экспертов ФАО/ВОЗ.

яблочного пектинов в присутствии карбоновых кислот представлены на рисунке 7.

Доля связанных ионов металлов, % Рисунок 7 – Зависимость сорбционной способности пектинов от типа кислоты Из данных (рисунок 7) следует, что сорбционная способность пектинов по отношению к ионам меди и никеля сохраняется в большей степени в присутствии янтарной кислоты.

Снижение сорбционной способности пектинов в присутствии винной кислоты было вызвано, по-видимому, уменьшением диссоциации карбоксильных групп молекул пектина, что способствовало снижению отрицательного заряда молекул полимера и ослабляло действие сил электростатического притяжения между ионами металлов и анионами пектина.

Количество поглощенных ионов никеля также увеличивалось пропорционально содержанию пектина в смеси. Следует отметить, что ионы никеля связывались в большем количестве по сравнению с ионами меди. Это объясняется, вероятно, меньшими размерами ионов никеля, что облегчало подход ионов никеля к молекулам пектина.

В случае использования лимонной кислоты количество связанных ионов металлов было выше по сравнению с системами, содержащими винную кислоту. Это объясняется тем, что лимонная кислота является более слабой по сравнению с винной (константа диссоциации лимонной кислоты – 8,4·10-4, винной кислоты – 1,30·10-3). Поэтому в присутствии лимонной кислоты молекулы пектина сохраняли свою первоначальную конформацию, а, следовательно, и сорбционные свойства в большей степени.

При использовании янтарной кислоты связывающая способность пектина была наибольшей, по сравнению с растворами, содержащими винную и лимонную кислоты.

Янтарная кислота является самой слабой из данных кислот (константа диссоциации 1,6·10-5). Слабодиссоциированные кислотные остатки молекул янтарной кислоты в водной среде в меньшей степени способствуют сближению молекул пектина, поэтому отрицательно заряженные молекулы пектинов реагируют с ионами металлов лучше, чем в присутствии более сильных кислот (винной и лимонной).

Таким образом, наибольшее количество поглощенных металлов наблюдалось в присутствии янтарной кислоты.

2.4.4 Разработка технологии желейной термостабильной начинки и промышленная апробация результатов исследования Результаты проведенных исследований указали на возможность получения нового вида изделия с повышенными функциональными свойствами. Дальнейшие исследования были направлены на разработку рецептуры изделия и подбор оптимальных технологических параметров его приготовления.

Из данных литературы известно, что одним из основных показателей, определяющим реологические и технологические свойства желейных изделий, является содержание сухих веществ в готовом продукте. Нами были изготовлены изделия, содержащие 75 %, 80 % сухих веществ. При содержании сухих веществ меньше, чем 75 % желейные изделия обладают низкой вязкостью, что приводит к их растеканию на поверхности тестовой основы. Кроме того, повышенное содержание влаги способствует возникновению синерезиса и закипанию начинки при выпечке. Завышенное содержание сухих веществ (более 80 %) приводило к получению желейной массы с плотной структурой, что усложняло ее дозирование (из-за высокой вязкости). Для получения желе с высоким содержанием сухих веществ требуется больше времени и энергии для уваривания, что способствует увеличению затрат на производство. Продолжительное уваривание также приводит к разрушению структуры пектина и снижению качества готового изделия.

%) подвергались анализу. Вследствие отсутствия данных о сорбционной способности желейных изделий на основе пектина по отношению к ионам меди и никеля, представлялось целесообразным проведение исследований в этой области (рисунок 8).

Доля связанных Рисунок 8 – Сорбционная способность начинок по отношению к ионам металлов:

янтарной кислоты, обуславливалась, вероятно, большей доступностью карбоксильных групп пектина по сравнению с начинками, изготовленными с применением винной и лимонной кислот. Кроме того, ионы металлов, по-видимому, дополнительно связывались за счет образования донорно-акцепторной связи между ионом металла и кислородом карбоксильной группы янтарной кислоты.

Таким образом, образцы начинок, выполненных с использованием янтарной кислоты обладают повышенными сорбционными свойствами по отношению к ионам меди и никеля по сравнению с традиционными желеобразными полуфабрикатами, изготовленными с применением винной или лимонной кислот.

В связи с тем, что ранее янтарная кислота не использовалась при производстве желейных начинок, представлялось целесообразным изучить термостабильные свойства желейных начинок с ее применением.

По результатам исследования, лучшими термостабильными свойствами обладала начинка, изготовленная с применением янтарной кислоты (таблица 3).

Таблица 3 – Сравнительная характеристика термостабильных свойств начинок обработки, °С Поверхность ровная, однородная. Форма ровная. Консиконтроль (без нагревания) тая, с выраженны- ная, без вздутий, ровная, без вздуми признаками за- по краям следы за- тий. Форма ровкипания по краям. кипания. Конси- ная, правильная, расплывчатая. верхность гладкая, Отсутствие приКонсистенция не- без разрывов. Кон- знаков закипания Таким образом, применение янтарной кислоты способствует улучшению термостабильных свойств желейной начинки, повышению сорбционных свойств пектина по отношению к ионам меди и никеля.

Путем подбора качественного и количественного состава ингредиентов разработана рецептура желейной начинки (таблица 4) и технология ее получения (рисунок 9).

Рисунок 9 – Схема производства желейной начинки Проведенная оценка начинки по микробиологическим и токсикологическим показателям безопасности показала ее полное соответствие требованиям нормативной документации.

Таблица 4 – Рецептура приготовления начинки желейной термостабильной Янтарная кислота Было проведено определение химического состава и расчет энергетической ценности рулета: содержание (г/100г продукта) белков – 5,8, жиры – 4,9, углеводы – 61,6. Энергетическая ценность рулета – 314 ккал.

Нами также было определено содержание пектина в готовом продукте (г/100г), полученное в пересчете на сухое вещество. Содержание пектина составило 5,4 г, что позволит покрыть суточную потребность организма человека в пектине (рекомендуемая суточная доза потребления пектина составляет 2-3г).

При реализации 1 тонны начинки желейной термостабильной ожидаемый экономический эффект составит 877,7 руб.

Начинку предлагается использовать в качестве наполнителя при изготовлении хлебобулочного сдобного изделия – рулета с начинкой. Разработанная технология (рисунок 10) была успешно апробирована в условиях ОАО «Булочно-кондитерский комбинат» г. Казани.

Результаты проведенной дегустации выявили хорошие сенсорные свойства изделий. Было отмечено равномерное распределение начинки внутри всего изделия. Начинка имела нежную консистенцию, без отдельных комков и сгустков желе.

Рисунок 10 – Схема производства рулетов с начинкой

ВЫВОДЫ ПО РАБОТЕ

1) Изучено влияние функциональных особенностей пектина на его сорбционную способность по отношению к ионам меди и никеля. Установлено, что цитрусовым пектином связывалось большее количество ионов металлов по сравнению с яблочным.

2) Изучено влияние температурного фактора на студнеобразующую способность пектинов. Показано, что под действием замораживания при температуре минус 18 °С студнеобразующая способность пектинов снижалась на 10-12 %; при замораживании до температуры минус 32 °С – на 6,5 %.

3) Выявлена зависимость студнеобразующей способности от нагревания растворов пектинов. Установлено, нагревание при 40 и 60°С вызывало снижение прочности гелей на 16 °ТБ, при 100 °С – на 30 °ТБ относительно контроля.

4) Показано влияние температурной обработки на сорбционную способность пектинов. Низкотемпературная обработка (при температуре минус 18°С, минус 32°С) способствовала увеличению сорбционной способности пектинов (цитрусового пектина по отношению к ионам меди – на 5%, никеля – на 4% соответственно; яблочного пектина – на 2%). Нагревание (при температурах 40, 60, 100 °С) приводило к увеличению сорбционной способности пектинов по отношению к ионам металлов в среднем на 2%.

5) Изучено влияние пищевых карбоновых кислот на сорбционную способность пектинов по отношению к ионам меди и никеля. Установлено, что в присутствии янтарной кислоты связывалось большее количество ионов металлов, чем при использовании винной и лимонной кислот.

6) Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность применения янтарной кислоты в производстве желейных начинок, обладающих улучшенными термостабильными свойствами и сорбционной способностью по отношению к ионам меди и никеля.

7) Разработаны рецептура и технология получения начинки термостабильной желейной на основе пектина и янтарной кислоты, обладающей улучшенными функциональными свойствами. Проведены комплексные исследования реологических, физико-химических показателей качества и безопасности разработанной начинки.

8) Проведены промышленные испытания применения начинки при производстве рулетов с наполнителями. Выявлены хорошие термостабильные и сенсорные свойства изделий.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Хрундин Д.В. Влияние температурного фактора на функциональные и технологические свойства пектина [Текст] / Хрундин Д.В., Романова Н.К., Решетник О.А. // Известия Вузов. Пищевая технология. – 2009. №1. – С.26-29.

2. Хрундин Д.В. Изучение влияния нагревания на сорбционную и студнеобразующую способности пектинов [Текст] / Хрундин Д.В., Романова Н.К., Решетник О.А. // Естественные и технические науки. – 2008. – №3. – С.356-359.

3. Хрундин Д.В. Факторы, влияющие на прочность гидроколлоидных пектиновых структур [Текст] / Хрундин Д.В., Романова Н.К., Решетник О.А. // Хранение и переработка сельхозсырья. – 2008. – №3. – С.24-26.

4. Хрундин Д.В. Влияние пищевых кислот и солей на студнеобразующую способность пектинов [Текст] / Хрундин Д.В., Романова Н.К., Решетник О.А. // Техника и технология. – 2008. – №2. – С.53-57.

5. Хрундин Д.В. Пектин: освоенные и потенциальные возможности применения / Хрундин Д.В., Романова Н.К., Решетник О.А. // Известия Санкт-Петербургского университета пищевых и низкотемпературных технологий. – 2008. – №2. – С.31-35.

6. Хрундин Д.В. Влияние криообработки на комплексообразующую способность пектина [Текст] / Хрундин Д.В., Романова Н.К., Решетник О.А. // Мат-лы международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы совершенствования технологии производства и переработки продукции сельского хозяйства» вып Х, ЙошкарОла, 2008. – С.611-612.

7. Хрундин Д.В. Анализ влияния карбоновых кислот на свойства пектина в технологии сахаристых изделий и полуфабрикатов [Текст] / Хрундин Д.В., Романова Н.К., Решетник О.А. // Материалы международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы аграрной науки и образования». – Ульяновск, 2008. – С.228-231.

8. Хрундин Д.В. Изучение физико-химических свойств пектина и их влияния на технологию мармеладных изделий [Текст] / Хрундин Д.В., Романова Н.К., Решетник О.А. // Мат-лы Х Всероссийского форума молодых ученых и студентов «Конкурентоспособность территории и предприятий меняющейся России», Екатеринбург, 2007 г. – С.137.

9. Хрундин Д.В. Изучение влияния замораживания на свойства пектина [Текст] / Хрундин Д.В., Романова Н.К., Решетник О.А. // Мат-лы Х международной научнопрактической конференции «Современные проблемы техники и технологии пищевых производств», Барнаул, 2007. – С.105-106.

10. Хрундин Д.В. Изучение природных свойств пектина и их влияния на комплексообразующую способность и желирование [Текст] / Хрундин Д.В., Романова Н.К., Решетник О.А. // Мат-лы Х Всероссийского форума молодых ученых и студентов «Конкурентоспособность территории и предприятий меняющейся России», Екатеринбург, 2007 г. – С.138.

11. Хрундин Д.В. Изучение факторов влияющих на студнеобразующие свойства пектина [Текст] / Хрундин Д.В., Романова Н.К., Решетник О.А. // Мат-лы Общероссийской конф. молодых ученых «Пищевые технологии» в КГТУ 14 апреля 2007 г. – Казань, 2007. - С.22.

12. Хрундин Д.В. Изменение студнеобразующей способности пектина под действием карбоновых кислот [Текст] / Хрундин Д.В., Романова Н.К., Решетник О.А. // Мат-лы 10-ой Пущинской школы-конференции молодых ученых «Биология – наука XXI века», Пущино, 2006. – С. 406.