VI Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2014

Объектом исследования являются технология производства пастилы.

Цель работы - Обосновать возможность использования водорослевого геля при производстве структурированных кондитерских изделий.

Методы проведенных исследований: для достижения поставленных задач были использованы аналитико-теоретические, герменевтический, критический и эмпирический методы, а также метод теоретического моделирования.

Основные результаты: Проанализировав, стандартную технологию производства пастилы была предложена, возможность замены части фруктового пюре и полностью агара на водорослевый гель, в состав которого входят три типа полисахаридов: альгинаты, сульфатированные гетерогликаны (фукоиданы) и низкомолекулярные D-глюканы (ламинараны). На основании проведенных исследований были выбраны: оптимальные концентрации и режимы уваривания пищевой системы «ягода – водорослевый гель – сахар» до остаточного содержания сухих веществ 70-80 %; способ сушки пищевой системы. По результатам оценки независимой дегустационной комиссией, разработанный кондитерский продукт признан полностью удовлетворяющим требованиям потребителей. Расчет его себестоимости показал, что затраты на его выпуск снижаются на 12,5 рублей на 1 кг.

В настоящей работе применяют следующие термины с соответствующими определениями, обозначениями и сокращениями:

пищевые продукты — этопродукты в натуральном или переработанном виде, потребляемые человеком в пищу (в том числе продукты детского питания, продукты диетического питания), бутылированная питьевая вода, алкогольная продукция (в том числе пиво), безалкогольные напитки, жевательная резинка, а также продовольственное сырье, пищевые добавки и биологически активные добавки;

пищевые добавки — природные или искусственные вещества и их соединения, специально вводимые в пищевые продукты в процессе их изготовления в целях придания пищевым продуктам определенных свойств и (или) сохранения качества пищевых продуктов;

биологически активные добавки (БАД) — природные (идентичные природным) биологически активные вещества, предназначенные для употребления одновременно с пищей или введения в состав пищевых продуктов;

нутриенты - это химические вещества в составе пищевых продуктов, которые организм использует для построения, обновления своих органов и тканей, а также для получения из них энергии для выполнения работы;

биологически активные вещества(БАВ) – это вещества, поступающие с пищей (витамины, ферменты, минеральные соли, микроэлементы и другие) и осуществляющие гармоническую взаимосвязь и взаимозависимость всех физиологических и биохимических процессов в организме;

бета-каротин (БК)- это антиоксидант и стимулятор иммунной системы, играет существенную роль в формировании эпителиальной ткани, входящей в состав кожи, желез, слизистых оболочек, выстилающих органов, дыхательного, пищеварительного и мочеполового трактов;

аскорбиновая кислота (АК) (витамин C) — органическое соединение, родственное глюкозе, является одним из основных питательных веществ в человеческом рационе, она необходима для нормального функционирования соединительной и костной ткани, выполняет биологические функции восстановителя и коэнзима некоторых метаболических процессов, рассматривается в качестве антиоксиданта;

полисахариды – это сложные высокомолекулярные углеводы, молекулы которых состоят из десятков, сотен или тысяч мономеров — моносахаридов, необходимых для жизнедеятельности животных и растительных организмов. Они являются одним из основных источников энергии, образующейся в результате обмена веществ организма, принимают участие в иммунных процессах, обеспечивают сцепление клеток в тканях, являются основной массой органического вещества в биосфере;

альгинат – это полисахарид блочного строения, состоит из молекул с разной длиной цепи;

пищевая система — это система, состоящая из взаимосвязанных нутриентов, каждый из которых привносит что-то конкретное в характеристики пищевого продукта;

структурообразователи – это пищевые вещества, используемые для создания необходимых или изменения существующих реологических свойств пищевых систем, то есть пищевые добавки, регулирующие или формирующие консистенцию пищевых продуктов;

загустители и гелеобразователи – это химические вещества, при добавлении которых в жидкую пищевую систему происходит связывание воды и повышение вязкости пищевого продукта или его гелеобразующих свойств;

эмульгаторы – это пищевые добавки, которые, обеспечивают возможность образования и сохранения однородной дисперсии двух или более несмешивающих веществ;

стабилизаторы консистенции – это пищевые вещества, которые поддерживают и сохраняют однородную смесь двух или более несмешиваемых веществ в пищевом продукте;

дисперсная система — это смесь, состоящая как минимум из двух веществ, которые совершенно или практически не смешиваются друг с другом и не реагируют друг с другом химически;

гель — это когерентная система, состоящая из двух компонентов, один из которых непрерывно простирается в растворителе;

золь – это коллоидная суспензия частиц твердого вещества в жидкости, отличающаяся от геля тем, что она остается жидкой и не твердеет;

эмульсия — это дисперсная система с жидкой дисперсионной средой и жидкой дисперсной фазой;

дисперсионная среда – это непрерывная фаза (тело), в объёме которой распределена другая (дисперсная) фаза в виде мелких твёрдых частиц, капелек жидкости или пузырьков газа;

дисперсная фаза - это совокупность мелких однородных твёрдых частиц, капелек жидкости или пузырьков газа, равномерно распределённых в окружающей (дисперсионной) среде;

предельное напряжение сдвига (ПНС) – это реологическое понятие при сдвиговых деформациях, когдапищевые массы, находясь под действием сдвигающих напряжений, обладают способностью не начинать движения до тех пор, пока приложенное напряжение меньше определенной величины, характерной для данной массы;

пастила — кондитерское изделие, полученное сбиванием фруктово-ягодного пюре с сахаром и яичными белками, и последующим смешиванием с горячим клеевым сиропом из сахара, патоки и агара (клеевая пастила) или мармеладной массой (заварная пастила);

патока — продукт, получаемый осахариванием (гидролизом) крахмала (главным образом картофельного и маисового) разбавленными кислотами с последующим фильтрованием и увариванием сиропа;

ТИНРО–центр – тихоокеанский научно-исследовательский рыбохозяйственный центр (г. Владивосток).

ВВЕДЕНИЕ

Большое значение для жизнедеятельности людей имеет качественный состав пищи. От правильного соотношения необходимых для нормального функционирования органов и тканей компонентов пищевых продуктов зависит, в конечном счёте, продолжительность жизни. Биологически активные и питательные вещества необходимы живому организму для покрытия расхода энергии и обеспечения физиологических функций.

Поэтому требуется не только коренное усовершенствование технологии получения традиционных продуктов, но и создание нового поколения продуктов, отвечающих реалиям сегодняшнего дня. Продукты со сбалансированным составом, с низкой калорийностью, пониженным содержанием сахара и жира, имеют диетическое и лечебное назначение, удобные в использовании, в первую очередь для быстрого приготовления. Создание нового поколения продуктов питания немыслимо в настоящее время без применения пищевых, биологически активных добавок, улучшающих внешний вид и вкус.

В современных экологических условиях рацион питания человека должен в обязательном порядке содержать биологически активные природные вещества, по­вышающие устойчивость организма к неблагоприятным воздействиям внешней сре­ды, в том числе к химическим канцерогенам и радиации. Такие вещества широко используют за рубежом для обогащения продуктов питания массового потребления.

В последние годы в этих целях все большее применение находят природные био-антиоксиданты, такие, как бета-каротин (БК), аскорбиновая кислота (АК) и другие. Обогащение продуктов питания БК целесообразно сочетать с другими пищевыми компонентами, связывающими и выводящими из организма чужеродные вещества. К ним относятся пектины, клетчатка, полисахариды и другие биополимеры, которые являются веществами природного происхождения.

В настоящее время большой интерес представляют морские и наземные растения, оказывающие лечебное действие на организм человека.

Функциональные свойства растений зависят от присутствия в них так называемых действующих начал - разнообразных групп активных химических соединений. Наибольшее количество таких соединений содержится в водорослях.

Трудно найти в природе продукт, который по набору разнообразных веществ был бы таким универсальным, как водоросли. Особенно большое применение в пищевых целях находят ламинарии – из семейства бурых водорослей. У нас в стране из нее вырабатывают различные продукты, пользующиеся большой популярностью.

Расширение ассортимента и создание новых продуктов функциональной направленности из бурых водорослей становится особенно актуальным, в связи с ухудшением экологической обстановки (загрязнение среды обитания человека радионуклидами, токсичными элементами, снижения иммунных сил организма человека). Направление развития отрасли именно в этом русле объясняется тем, что появляются новые данные о лечебно-профилактических и структурно-механических свойствах водорослевых полисахаридов, открываются новые возможности по использованию и применению последних. Поэтому целесообразно расширить ассортимент продукции из сахарины японской.

В связи с вышесказанным целью работы является обоснование возможности использования водорослевого геля при производстве структурированных кондитерских изделий.

Для решения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

• проанализировать стандартную схему производства пастилы и закономерности образования коллоидных систем;

• изучить механизм гелеобразования при производстве пищевых систем «фруктовое пюре-водорослевый гель-сахар»;

• разработать технологию производства пастилы с добавлением водорослевого геля;

• исследовать химический состав пастилы с добавлением водорослевого геля;

• рассчитать экономическую эффективность производства пастилы с добавлением водорослевого геля.

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

Практически все продукты содержат значительное количество воды, но обладают определённой формой и структурой, за счёт внутреннего строения и свойств содержащихся в них. Одной из главных задач стоящих перед исследованиями в области разработки пищевых продуктов функциональной направленности, при создании технологии получения продуктов нового поколения с заданными фармакологическими свойствами является придание им формы, структуры в процессе производства.

Получение устойчивых систем, обладающих составом и свойствами - сложная задача, поэтому одновременно с формованием, гранулированием, таблетированием применяют структурообразователи. По литературным данным известно, что они должны быть химически инертны по отношению к компонентам пищевых продуктов (не окисляют липиды, не разрушают витамины и так далее) и образовывать при определённых рН, концентрациях и температуре водные растворы, обладающие структурной вязкостью; предпочтительны бесцветные растворы, лишённые вкуса и запаха (Oakenfuul, 1984). Структурообразователи должны проявлять способность к гелеобразованию: при определённых условиях формировать трёхмерную, объёмную структурную сетку, обладать адгезией (прилипанием) по отношению к поверхности компонентов, входящих в состав продуктов.

Технологическая обработка (высокие или низкие отрицательные температуры, механическое воздействие и другие) не должны изменять функциональные свойства структурообразователей (Богданов, Сафронова, 1993; Богданов, 2000).

Полисахариды морских водорослей широко применяются в промышленности как эмульгаторы и стабилизаторы, которые создают условия для связывания большого количества воды, увеличивают вязкость продукта, способствуют образованию стойких суспензий.

Полисахариды в отличие от белков имеют менее выраженную третичную структуру и меньшую подвижность макромолекул, встречаются в природе в виде плотно упакованных, строго упорядоченных цепей. При гелеобразовании полисахаридов формируются структуры трёх типов: спирали, рифлёные ленты и плотно уложенные ленточные структуры (Oakenfuul, 1984; Walker, 1984).

Многократное повторение моносахарида создает закручивание полимерной цепи в виде двойной спирали. Один виток спирали образуется примерно шестью моносахаридными элементами. Такая двойная спираль получается вследствие возникновения водородных связей. Подобный вид структуры характерен для гелей каррагинана (Oakenfuul, 1984).

Соли альгиновой кислоты морских бурых водорослей традиционно применяют в качестве стабилизаторов в пищевой промышленности при изготовлении структурированных мясных, рыбных, молочных и кондитерских продуктов эмульсионного и гелеобразного типа, а также в медицине, биотехнологии и других отраслях. Назначение альгинатов определяется их физико-химическими свойствами, такими как молекулярная масса, катионный состав, структурный состав (соотношением D-маннуроновой кислоты к L-гулуроновой M/G), степенью насыщения функциональной группы альгиновой кислоты катионами одно - или двувалентных металлов, ионообменными и реологическими свойствами.

Альгинат – это полисахарид блочного строения, состоит из молекул с разной длиной цепи (Подкорытова, 1983; Суховеева М.В., Подкорытова А.В., 2006). Установлено, что молекулярная масса его зависит от вида сырья и степени зрелости. Существует зависимость между значением средней молекулярной массы альгината и его желирующей способностью: чем выше молекулярная масса, тем большей способностью к образованию прочного студня обладает данный полисахарид (Богданов, Сафронова, 1993).

Для альгинатов характерна структура рифленых лент. Цепи макромолекул, упакованные в такой конфигурации, имеют поры или полоски, соответствующие размеру полного радиуса кальция. Гелеобразование в этих структурах идёт интенсивно при заполнении пор ионами кальция. В альгинатных гелях участки рифленых лент образованы из D-мануроновой и L-гулуроновой кислот, соединённых гликозидными связями (Haug et al., 1967; Мorris et al., 1980; Naiya et al., 1992). Гель вообще не образуется, если содержание гулуроновой кислоты меньше 20-25 % (Haug, 1964). Прочность геля и его относительный объем будут увеличиваться с возрастанием содержания гулуроновой кислоты. Альгинаты с низким соотношением М/G дают твердый гель, а с высоким - более эластичный (Haug, 1964; Humphreyses, 1967).

Немаловажное значение при этом имеет взаимное расположение блоков L-гулуроновой кислоты (G-блоки), так как они имеют высокое сродство к кальцию и в первую очередь реагируют с ним, образуя объемную ячеистую структуру (Morris et al., 1978; Imeson et al., 1979; 1980). Рисс в своих исследованиях показал, как кальций образует структуру с G -блоками альгинатов, которую он назвал «egg box» - ящик для упаковки яиц. При этом блоки L-гулуроновой кислоты сосредотачиваются и охватывают ионы кальция, заключая их внутрь молекул. Ионы кальция, в свою очередь, координируясь с кислородными атомами соседних мономеров, являются стабилизаторами структуры. Блоки D-маннуроновой кислоты тоже вступают в соединение с кальцием, но при этом образуют менее жесткую линейную структуру (Rees, 1972).

Молекулы альгината в воде подвергаются сольватации, в связи, с чем образуются вязкие растворы. Вязкость их зависит от многих факторов, в частности от величины молекулярной массы, степени этерификации, природы и температуры растворителя. Структура молекулы альгината представлена на рисунке 1.

Рисунок 1- Структурная формула альгиновой кислоты

Содержание альгиновой кислоты колеблется в зависимости от условий произрастания и вида водоросли (таблица 1) (Кизеветтер, Грюнер, 1967). Соли альгиновой кислоты - альгинаты - являются составной частью клеточных стенок и межклеточного компонента бурых водорослей, принадлежащих к родам Macrocystis, Laminaria и Fucus (Кретович, 1971). Содержание их колеблется от 10 до 40 % сухой массы (Haug, 1964; Кизеветер и др., 1967; Подкорытова, 1973) в зависимости от возраста, времени вылова и условий произрастания водоросли.

Таблица 1 - Содержание альгиновой кислоты в бурых водорослях (Кизеветтер и др., 1981)

Наименование вида водоросли	Содержание альгиновой кислоты, % на сухое вещество
Saccharina saccharina	11,8-32,8
Saccharina flexicaulis	15,8-28,7
Saccharina angustata	27,9
Saccharina bullata	19,6
Saccharina digitata	11,8-36,6
Saccharina japonica	22,6-25,4

Известно, что молекула альгиновой кислоты является по своей природе полисахаридом и естественным ионообмеником. Молекулы этих полисахаридов линейны и построены из двух мономеров - остатков D-мануроновой и L-улуроновой кислот, связанных 1-4 связями (Евтушенко, Назарьева, 1972; Подкорытова, 1987; Glicksman, 1987; Morris et al., 1978; Усов, 1990). Расположение мономеров вдоль цепи носит блочный характер (цепи построены из отдельных блоков), причём в молекулах альгиновых кислот присутствуют блоки трёх типов: поли-М, построенные только из остатков маннуроновой кислоты; поли-G - из остатков гулуроновой кислоты; поли-MG - из чередующихся остатков двух этих кислот (Подкорытова, 1986; Усов,1990).

Альгиновая кислота присутствует в водоросли в виде солей различных металлов, преимущественно кальция, магния, натрия, калия (Bird, Haas, 1931; Haug, Smidsrod, 1967; 1970).

В процессе роста и развития водоросль постоянно обменивается ионами с окружающей средой, но при этом отдает предпочтение тем или иным ионам. Так, например, молодая сахарина преимущественно накапливает одновалентные металлы, а взрослая двухлетняя - двухвалентные (Пантелеева,1972; Подкорытова и другие,1986). Все это связано с изменением химической структуры альгиновых кислот и изменением их свойств (Подкорытова, 1986).

Подобным же образом ведет себя и альгиновая кислота в тканях уже неживой водоросли, то есть сохраняет способность к ионообмену. Но, как правило, функциональная группа альгиновой кислоты взрослой водоросли заблокирована двух и поливалентными металлами и проявляет недостаточную активность по отношению к ионам. В реакциях ионообмена, происходящих в стехиометрических количествах, обменивающиеся ионы удерживаются ионитом неодинаково прочно (Райхенберг, 1968). Поэтому ионит, как правило, переводят в более активную форму и, вводят в контакт с ионами, которые необходимо абсорбировать и прочно удержать.

В литературе встречаются разные данные по сорбционной активности альгиновой кислоты (Долматова, Пантелеева, 1968; Пантелеева, 1972). Все элементы по сорбируемости на альгиновой кислоте можно расположить в следующий общий ряд по мере убывания: Pb>Cu >Ba>Sr>Ca>Co>>Mn, Zn, Fe. Результаты исследований сорбционных свойств альгиновой кислоты, полученные Хаугом (Haug, 1964), несколько отличаются: Ba>Pb>Ca>Sr>Cd>Ca>Zn>Ni>Co. Особое место в этом ряду занимают ионы Fe и Mg, которые обладают эффектом осаждения.

Известно, что способность альгиновой кислоты связывать катионы металлов зависит от её мономерного состава. В зависимости от количества гулуроновой кислоты и распределения её в цепи полимера изменяются и физико-химические свойства альгинатов (Larsen, 1981; Аминина, Подкорытова, 1995). Чем больше гулуроновой кислоты в препарате, тем больше сорбционная способность альгината, преимущественно в отношении двухвалентных металлов (Haug, Smidsrod, 1967).

Альгинат натрия формирует растворы высокой вязкости даже при низких концентрациях вследствие высокой молекулярной массы и жёсткой структуры молекул. Растворы альгината натрия псевдопластичны, кривые течения для «саможелирующего» натрий-кальций альгината показывают даже при низких концентрациях очень высокие эффективные вязкости при низком градиенте сдвига (рисунок 2). Это поведение отражает влияние ионов кальция на альгинат натрия. В состоянии покоя раствор имеет развитую трёхмерную структуру из-за взаимодействия цепей альгинатов через ионы кальция. Увеличение градиента сдвига приводит к разрушению слабых, чувствительных к сдвигу связей, что заканчивается уменьшением взаимодействием между молекулами и последовательным снижением эффективной вязкости.

Рисунок 2 - Вязкость альгиновых растворов различной концентрации, %: а - 2,5; б - 1,5; в - 0,5 (Грешнов и др., 1997)

Взаимодействия ионов кальция с альгинатами может формировать гели с различными реологическими свойствами. Обратимые системы геля особенно интересны, потому что некоторые гели показывают тиксотропию и восстанавливают структуру геля после того, как напряжение сдвига уменьшается.

Альгинат натрия с некоторым содержанием остаточного кальция образует гель при рН 5, а с минимальным содержанием кальция не образует геля при рН 3-4. Растворы альгината натрия чувствительны к щелочному рН, длительная термическая обработка при рН выше 10 ухудшает стабильность в результате деполимеризации, сопровождающейся потерей вязкости (рисунок 3) (Грешнов и другие, 1997; Взоров и другие, 1997).

Альгинатные растворы подобно большинству растворов других полисахаридов уменьшают вязкость с увеличением температуры. В ограниченном диапазоне вязкость альгинового раствора уменьшается приблизительно на 12 % при увеличении температуры на 5-6 ⁰С (рисунок 4). Снижение температуры увеличивает вязкость альгинового раствора, но не заканчивается формированием геля. Внешний вид и вязкость раствора альгината натрия, который был заморожен, а затем оттаян, не меняется (Грешнов и другие, 1997; Взоров и другие, 1997).

Рисунок 3 - Влияние рН на вязкость растворов альгината: а - 1,5 %; б – 2 %; в – 2 % (Грешнов и др., 1997)

Рисунок 4 - Влияние температуры на вязкость растворов альгинатов: а - 5 0С; б – 20 0С; в – 35 0С (Грешнов и др., 1997)

Альгинаты в растворе совместимы с различными материалами, включая другие загустители, сахар, масло, жиры, различные эмульгаторы и растворы солей щелочных металлов. Возможная несовместимость - результат реакции с двухвалентными катионами (кроме магния) или химикалиями, которые приводят к щелочной деградации или кислотному осаждению. Во многих случаях, несовместимость можно избежать, используя комплексообразование иона металла или точный контроль рН (Грешнов и другие, 1997; Взоров и другие, 1997).

Анализ эмульгирующей способности альгинатов показал, что наибольшей прочностью обладают межфазные слои при рН среды равной 5, в результате этого создаются наиболее подходящие условия для конформационных изменений макромолекул альгинатов и их взаимодействия.

Свойство альгинатов образовывать гели широко используется в производстве:

• мороженого для регулирования процесса кристаллизации, создания равномерной структуры и замедления таяния;

• кондитерских изделий, паст, пудингов для регулирования структуры;

• соусов и заливок для получения гладкой, приятной на вкус, не расслаивающейся на фракции эмульции;

• сбитых кремов для предотвращения выделения воды при гомогенизации и замораживании;

• пива для контроля пенооброзования в заданных пределах.

Технология выделения из бурых водорослей альгиновой кислоты и перевод ее в солевую форму сложна, трудоемка, энергоемка и экологически небезвредна. Также в водорослевых отходах после выделения альгината остаются минеральные и органические (аминокислоты, альгиновая кислота, маннит, фукоидан, йод и другие) вещества, которые полезны для организма человека. Целесообразно использовать не выделенные полисахариды из сахарины, а полученные продукты на ее основе, обладающие подобно альгинатам структурообразующими свойствами.

Учитывая, теорию ионообмена необходимо альгинаты тканей водоросли переводить в более активную кислую форму путем обработки сырья в растворах слабой кислоты, а затем для перевода ее в растворимую форму обрабатывать в слабощелочной среде.

Максимальный выход альгината натрия из сырой водоросли (2,1 % к массе сахарины) достигается при концентрации соды 10 % к массе водоросли, рН среды 9, соотношении воды и водоросли 1:1, температуре 95 ⁰С, продолжительности 1,5 часа (рисунок 5) (Ковалева, Подкорытова, 2004; Разумов, Подкорытова, 2005).

Рисунок 5 - Влияние концентрации щелочи на выход альгината натрия (Ковалева, Подкорытова, 2004)

Повышение температуры выше 95 ⁰С приводит к резкому уменьшению содержания альгиновой кислоты, что связано с ее деструкцией (таблица 2). Для получения более вязкого раствора необходимо строго выдерживать температурный режим в пределах от 85 до 95 ⁰С. Повышение концентрации щелочи нежелательно, так как в виду ее избытка она остается в готовом продукте и при последующей нейтрализации уксусной или соляной кислотами образуется избыток уксуснокислых или солянокислых солей, которые создают неприятный, несвойственные продукту вкус, цвет и запах.

Таблица 2 - Содержание альгиновой кислоты в водорослевой массе Saccharinajaponica в зависимости от температуры щелочной варки

Температура, 0С	Содержание альгиновой кислоты, %, на сухое вещество
20 ± 5	27,6 ± 0,2
60 ± 5	27,4 ± 0,2
70 ± 5	27,5 ± 0,2
80 ± 5	27,5 ± 0,2
90 ± 5	27,0 ± 0,2
100 ± 5	12,8 ± 0,2
110 ± 5	6,7 ± 0,2

При рН среды меньше 6,0 ионообменные реакции в тканях водоросли не идут, и образование растворимого альгината натрия не происходит (рисунок 6, а) (Ковалева, Подкорытова, 2004; Разумов, Подкорытова, 2005).

Увеличение рН до 7,5 приводит к сдвигу реакции обмена в сторону образования альгината натрия. При рН равной 8,5-9,0 альгиновая кислота полностью переходит в альгинат натрия, и завершаются ионообменные реакции альгиновой кислоты в структуре тканей водоросли (рисунок 6, а) (Ковалева, Подкорытова, 2004; Разумов, Подкорытова, 2005).

б) 1 – 1,0 ч; 2 – 1,5 ч; 3 – 2,0 ч щелочной обработки водоросли

Рисунок 6 - Зависимость ионообменных реакций альгиновой кислоты от рН и температуры

Повышением температуры выше 95 ⁰С приводит к уменьшению содержания альгината натрия в готовом продукте на 6,6 % по сравнению с сырьем, за счет деструкции альгиновой кислоты (рисунок 6, б). Проведенные исследования показали, что продолжительность обработки водоросли влияет на выход альгината натрия (рисунок 6, б). При обработке водоросли в течение 1 часа при температуре 85-95 ⁰С выход альгината натрия составляет 27 %, а при 1,5-2 часов он достигает максимальной точки 37 %. Учеными в результате исследований (Ковалева, Подкорытова, 2004) было установлено, что щелочная обработка при соотношении водоросли и воды 1:2 (сухая водоросль) и 1:1 (мороженная или восстановленная), рН среды 9, температуре 85-95 ⁰С в течение 1,5-2 часов обеспечивает превращение альгиновой кислоты в ее растворимую соль – альгинат натрия.

Известно, что для образования более вязких, устойчивых альгинатных гелей добавляют в пищевые системы поливалентные металлы. Механические свойства студней определяются количеством и силой связей, возникающих при образовании гелевой сетки. Соотношение электростатических сил отталкивания и притяжения между макромолекулами и степень их диссоциации зависит от катионов, с которыми связаны эти молекулы (Шубцова, Кудашова, 1964).

В результате взаимодействия альгинатов с ионами кальция могут формироваться гели с объемной ячеистой структурой и различными реологическими свойствами. Норма, при которой кальций с альгинатом образуют прочный гель, зависит от рН среды и концентраций катионов кальция. Процесс желирования происходит в несколько этапов:

• при небольшом содержании ионов кальция происходит сближение и ориентация молекул альгината;

• при увеличение дозировки кальция происходит образование геля;

• при передозировке кальция с сохранением других условий приготовления геля неизменными, выпадение в осадок альгината кальция (коагуляция геля).

В настоящее время в пищевой промышленности широко используют такие соли кальция, как лактат, цитрат, ацетат, карбонат, хлорид, глицерофосфат и ряд других (Нечаев, Кочеткова, 1999) для создания структуры пищевых систем или их вкусовых качеств.

В результате введение цитрата кальция в пищевую композицию, в состав которой входит альгинат натрия, в присутствии лимонной кислоты, образуется цитрат натрия, являющийся буфером реакции альгинатов с ионами кальция (Письменный, Колеснов, 1996).

2С₅Н₇О₄СООNa + Са (С₆Н₅О₇₎₂ → (С₅Н₇О₄СОО)₂Са + 2Na С₆Н₅О₇

Введение катионов Са⁺⁺ обеспечивает, в результате реакции замещения, повышение содержание нерастворимой части альгината в форме альгината кальция, что приводит к образованию геля (Ковальская, 1997). Чтобы получить растворимую соль альгиновой кислоты, необходимо провести неполное замещение катионов натрия на катионы кальция, приводящее к частичному гелеобразованию. Экспериментально установлено, что внесение 0,1 г/г альгината натрия цитрата кальция, в виде водной суспензии в процессе гомогенизации, позволяют получить устойчивый гель (Ковалева, Подкорытова, 2004).

Ранее учёными ТИНРО - центра было установлено, что альгинатные растворы с повышением концентрации проявляют свойства Бингамова тела: их вязкость находится в степенной зависимости от молекулярной массы, концентрации и обратно пропорциональна температуре (Подкорытова, Соколова, 1997). На реологические свойства гелевых водорослевых продуктов главное влияние оказывает состояние альгината в составе самого продукта. Предельное напряжение сдвига (ПНС) водорослевого продукта зависит от способа обработки. Анализ кривых течения представленных на рисунке 7, показывает, что ПНС колеблется от 5,8 до 65 Па. При этом наименьшее напряжение 5,8 Па наблюдается у продукта прошедшего термическую обработку выше 100 ⁰С вследствие деструкции основного компонента продукта - альгината. Термическая обработка при температуре до 90 ± 5 ⁰С практически не снижает ПНС по сравнению с исходным, так как после не изменяется вязкость продукта, а также вязкость и молекулярная масса альгината (Ковалева, Подкорытова, 2004).

Температуры до 95 ⁰С оказывают незначительное влияние на физико-химические свойства гелей, полученных из водоросли. При термической обработке выше 100 ⁰С происходит полная потеря агрегативной устойчивости геля, коллоидные частицы соединяются в крупные агрегаты, образуя плотный осадок - коагулят. Температурный режим более 100 ⁰С сильно разрушает структуру альгинатов, уменьшает в 2,2 раза содержание альгината натрия в готовых продуктах. Замораживание приводит к некоторому повышению вязкости размороженного продукта. Эффект стабилизации водорослевого геля обусловлен коллоидно-химическими свойствами. В условиях низких температур под влиянием межмолекулярных сил альгинаты частично приобретают упорядоченное состояние, цепи молекул становятся достаточно гибкими и происходит более плотная их упаковка (Тагер, 1963; Постольски, Груза, 1978). Вязкость размороженного продукта становится выше по сравнению с исходным продуктом в связи с тем, что образованные силы достаточно прочны и способны удерживать возле себя свободную воду. С понижением температуры межмолекулярные силы альгинатов возрастают, что приводит к увеличению вязкостных характеристик готового продукта.

Рисунок 7 - Кривые течения водорослевого продукта в зависимости от температуры обработки (Ковалева, Подкорытова, 2004) 1 – исходный (t = 20 ± 5 0С); 2 – термически обработанный (t = 90 ± 5 0С); 3 – замороженный (t = минус 20 ± 5 0С); 4 – термически обработанный (t = 110 0С)

Проанализировав литературные данные можно сделать вывод, что вязкостные свойства как альгинатов, так и водорослевых продуктов в состав, которых входят свободно выделенные альгинаты, зависят от их химических свойств и выбранных способов обработки водоросли.

2 ХАРАКТЕРИСТИКА ОБЪЕКТОВ И МЕТОДОВ ИССЛЕДОВАНИЯ

Исследования были проведены в научно-исследовательской лаборатории Института технологии и бизнеса.

Объектами исследований являлись: фруктовые пюре (смородины черной; крыжовника; облепихи), биогель «Ламиналь» из морской капусты; подсластители (сахар - песок).

Исследования химического состава (сухое вещество, минеральные вещества, белок, манит, альгиновая кислота) сырья, полуфабрикатов и готовой продукции проводили по ГОСТ 26185-84 «Водоросли морские, травы морские и продукты их переработки».

Органолептические показатели продуктов относятся к неизмеримым значениям, которые нельзя выразить в физических размерных шкалах. Характеристику вкуса, цвета, запаха, консистенции и других сенсорных признаков приводят в качественных описаниях. Чтобы перевести качество в количество, при оценке используют безмерные шкалы: обычно в баллах.

Нами была разработана пяти балльная шкала для оценки органолептических свойств пастилы с добавлением водорослевого геля, которая представлена в таблице 3.

Таблица 3 - Бальная шкала оценки органолептических свойств пастилы с добавлением водорослевого геля, баллы

Показатели	5	4	3	2	1
Внешний вид	Однородная масса, без вкраплений	Однородная масса с вкраплениями	Неоднородная масса без вкраплений	Присутствуют мелкие вкрапления	Неоднородная масса, крупны вкрапления
Цвет	Свекольный насыщенный	Ненасыщенный свекольный цвет	С вкраплениями зеленого цвета (водоросли)	Коричневый цвет с вкраплениями	Коричнево-зеленый цвет
Запах	Свойственный смородине	Слабовыражен-ный запах смородины	Слабовыраженный посторонний запах	Присутствие посторонних запахов	Ярко выраженные посторонние запахи
Вкус	Кисло-сладкий без посторон-них привкусов	Ярко-выраженный кислый/сладкий вкус	Присутствие посторонних привкусов слабовыражено	Присутствие неприятного вкуса	Ярко-выраженный посторонний привкус
Консистенция	Плотная	Пастообразная	Крошкообразная	Мажущая	Тягучая

Общая схема исследований приведена на рисунке 8.

В соответствии с ней разработка технологии производства пастилы с добавлением водорослевого геля включала два этапа:

- разработка условий гелеобразования;

- разработка условий сушки.

Рисунок 8 – Общая схема исследований

3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ, ИХ АНАЛИЗ И ОБСУЖДЕНИЕ

3.1 Разработка условий гелеобразования пищевой системы «фруктовое пюре-водорослевый гель-сахар»

Пища является мощным фактором внешней среды, оказывающим сильное влияние, как на здорового, так и на больного человека. От ее особенностей, состава, степени доступности и безопасности зависят внешний вид каждого из нас, настроение, поведение в семье и обществе, а также продолжительность активной жизни. Пищевой баланс организма отражается на всех его клетках, влияет на функции мозга, творческую и физиологическую активности, здоровье потомства.

Самый простой путь оптимизации питания — изменение повседневного рациона, включив в него полезные продукты питания и исключив вредные. Однако исключение и замена одних продуктов на другие далеко не всегда гарантирует сохранение высокого качества питания и содержания в нем всех необходимых организму компонентов в достаточном количестве. При некоторых заболеваниях, связанных с пищевой аллергией, пищевой непереносимостью, ожирением сделать полноценную замену бывает очень сложно или вообще невозможно. Рацион становится дефицитным по широкому кругу нутриентов.

Наиболее распространенным методом коррекции питания является использование так называемых обогащенных или модифицированных продуктов питания, в которые вводят необходимые полезные компоненты, недостающие в обычном рационе или в данном пищевом продукте (витамины, микроэлементы, пищевые волокна, пробиотические микроорганизмы). Часто мы вынуждены искусственно обогащать продукты теми полезными компонентами, которые теряются при технологической переработке. Эти продукты питания предназначены в основном для массовой профилактики широко встречающихся пищевых дефицитов (витаминов, микроэлементов, пищевых волокон).

Производство новых продуктов питания быстро растет. Изыскиваются их дополнительные сырьевые ресурсы, увеличивается количество новых видов пищи.

Одним из перспективных направлений развития является производство кондитерских изделий. Данную продукцию употребляют люди различных возрастов, особенно дети. Поэтому создание продуктов функционального назначения позволить проводить коррекцию в питании в раннем возрасте.

Исконно русским лакомством, известным с XIV века, являлась пастила.

Пастила представляет собой тесто из мякоти плодов. В зависимости от способа формования пастильные изделия подразделяют на:

- клеевые резные - в виде изделий прямоугольного сечения;

- клеевые отливные - в виде изделий шарообразной, слегка приплюснутой, овальной или иной формы.

Для производства пастилы в современном производстве используются: сахар-песок, патока, пюре фруктовое, белок яичный, агар и другие виды сырья, а также ароматические и вкусовые добавки. Целесообразно для приготовления пастилы применять слегка уваренное пюре с концентрацией сухих веществ 15-17 % (Боронский, 2005; Соболева, 2006).Это позволяет сократить продолжительность сушки пастилы.

Фруктовое пюре протирается и смешивается с сахаром. Затем в сахаро-фруктовуюсмесь добавляется агаро-паточно-сахарный сироп. Его готовят перемешивая сахар, патоку и предварительно замоченный агар. Полученный сахаро-паточно-агаровый сироп уваривается до концентрации сухих веществ 75-80 %. Уваренный сироп взбивается с белком. Полученная масса подкисляется, подкрашивается и ароматизируется.

Полученная рецептурная смесь сбивается и нагнетается. При сбивании рецептурная смесь насыщается воздухом. Сбитая масса формируется и подсушивается, опудривается сахарной пудрой, разрезается и высушивается. Пастила высушивается до влажности 14-18 %. После усушки пастила охлаждается, опудривается и укладывается в коробки (Боронский, 2005; Соболева, 2006).

Фруктовое пюре в технологии пастилы оказывает положительное влияние на процессы образования и стойкость пенообразных кондитерских масс. Основное значение при этом имеет желирующая способность пюре. Пектиновые вещества фруктового пюре адсорбируются на пленках воздушных пузырьков пенообразной массы и способствуют увеличению прочности пены (Ковальская, 1997, Нечаев, 2007).

Пастила имеет студнеобразную пористую структуру с ячейками микроскопических размеров. В качестве студнеобразователя используется агар, который выполняет в данной пищевой системе роль загустителя, повышая ее вязкость и прочность.

В пастильном студне распределены мелкие воздушные пузырьки, и готовая сухая пастила напоминает по своей структуре твердый крем.

В физико-химическом смысле пастила представляет собой двухфазную систему газ – жидкость. В процессе образования пены происходит сильное развитие поверхностности раздела на границах газообразной и жидкой фаз. Чтобы сделать пену более устойчивой, стабилизировать ее, в качестве пенообразующего средства при сбивании пастилы используют белок куриного яйца, который, располагаясь в поверхностном слое пленки пузырьков пены, увеличивает механическую прочность этого слоя и тем самым препятствует прорыванию пленки пузырьков и агреготирования последних (Ковальская, 2007).

Механизм совмещения студневой и пенной структур при смешивании сбитой массы с агаровой можно представить так: при смешивании с холодной сбитой массой горячая масса агарового сиропа заполняет воздушные пространства между пузырьками сбитой массы, вытесняя от туда воздух. При этом прочность пленки структурных элементов массы значительно увеличивается.

Проанализировав, стандартную технологию производства пастилы нами было предложена, возможность замены части фруктового пюре и полностью агара на биогель «Ламиналь» из морской капусты (далее по тексту «водорослевый гель»), полученный по технологии, разработанной учеными ТИНРО-центра (Патент № 2041656), в состав которого входят три типа полисахаридов: альгинаты, сульфатированные гетерогликаны (фукоиданы) и низкомолекулярные D-глюканы (ламинараны).

По своим технологическим функциям альгинаты являются загустителями, гелеобразователями и стабилизаторами, а альгинат кальция проявляет функцию пеногасителя.

Для альгинатов характерна структура рифленых лент. Цепи макромолекул, упакованные в такой конфигурации, имеют поры или полоски, соответствующие размеру полного радиуса кальция. Гелеобразование в этих структурах идёт интенсивно при заполнении пор ионами кальция. В альгинатных гелях участки рифленых лент образованы из D-мануроновой и L-гулуроновой кислот, соединённых гликозидными связями. Гель вообще не образуется, если содержание гулуроновой кислоты меньше 20-25 %. Прочность геля и его относительный объем будут увеличиваться с возрастанием содержания гулуроновой кислоты. Альгинаты с низким соотношением мануроновой кислоты к гулуроновой дают твердый гель, а с высоким - более эластичный.

По вязкостным свойствам альгинаты превосходят крахмал в 14 раз, а гуммиарабик - в 37 раз, что позволяет использовать их в различных отраслях промышленности. Молекулы альгината в воде подвергаются сольватации, в связи, с чем образуются вязкие растворы. Вязкость их зависит от многих факторов, в частности от величины молекулярной массы, его степени этерификации, природы и температуры растворителя.

Молекулярная масса альгината зависит от вида сырья и степени зрелости. Существует зависимость между значением средней молекулярной массы альгината и его желирующей способностью: чем выше молекулярная масса, тем большей способностью к образованию прочного студня обладает данный полисахарид.

За основу была взята технологическая схема производства стандартной пастилы (Боронский, 2005; Соболева, 2006), основными операциями которой являются:

- проваривание ягод при температуре 80-90 ⁰С в течение 0,5 часа;

- протирание;

- упаривание при температуре 80-90 ⁰С в течение 1,5-2 часов до остаточного содержание сухих веществ 15-17 %;

- уваривание ягоды с сахаром при температуре 80-90 ⁰С в течение 3-6 часов до концентрации сухих веществ 75-80 %;

- взбивание в течение 15-20 минут;

- сушка при температуре 20-22 ⁰С в течение 24-48 часов.

При разработке рецептуры за стандарт было выбрано соотношение ягод и сахара 1:1.

Для подбора рецептуры пастилы с водорослевым гелем нами была выбрана ягода – черная смородина. Водорослевый гель вводили в пищевую систему 10…30 % с шагом эксперимента равным 5, при этом, уменьшая соответственно содержание ягод на 5 %. Рецептуры образцов приведены в таблице 4

Таблица 4 – Рецептура приготовления пастилы, %

Наименование ингредиентов	Наименование образцов
	1	2	3	4	5	6
Смородина	40	35	30	25	20	50
Водорослевый гель	10	15	20	25	30	-
Сахар	50	50	50	50	50	50

Экспериментально была установлена очередность внесения ингредиентов. В начале измельчали ягоды смородины, затем их проваривали при температуре 70-80 ⁰С в течение 0,5 часа. Для определения времени упаривания ягод до содержание сухих веществ 15-17 %, процесс проводили при различных температурах (70, 80, 90 ⁰С). Результаты исследований представлены в таблице 5 и на рисунке 9.

Таблица 5 – Динамика накопления сухих веществ из ягод смородины черной при различной температурной обработке

Температура обработки, 0С	Содержание сухих веществ, %
	Продолжительность обработки, часах
	0,5	1,0	1,5	2,0	2,5	3,0
70	5,4	7,1	8,3	10,5	14,3	16,2
80	12,3	13,4	14,9	16,8	18,3	21,4
90	14,6	15,3	16,9	17,8	21,5	23,1

Рисунок 9 – Влияние продолжительности обработки на остаточное содержание сухих веществ в ягодах черной смородины

Как видно из рисунка 9, необходимый диапазон концентрации сухих веществ (15-17 %) в пищевой системе достигается при температуре обработки 70 ⁰С в течение более 3 часов, при 80 ⁰С в течение 2-2,5 часов и при 90 ⁰С в течение 1-1,5 часов. Поэтому оптимальные температуры и время обработки рекомендуем 80-90 ⁰С в течение 1,5-2 часов.

Для лучшего растворения сахара, его измельчали в сахарную пудру на мельнице. Затем в ягодную смесь добавляли водорослевый гель и сахарную пудру по рецептуре (таблица 4). Приготовление пастилы проводили по стандартной технологии, описанной выше. Оценку органолептических показателей проводили на рабочем дегустационном совещании по пятибалльной шкале (смотри раздел 2). Анализ результатов представлен в виде профилограммы на рисунке 10.

Рисунок 10 – Профилограммы органолептической оценки качества образцов пастилы (№1 – образец 1; №2 – образец 2; №3 – образец 3; №4 – образец 4; №5 – образец 5)

Анализ профилограмм показал, что по органолептической оценке качества приготовленных образцов по сравнению со стандартом (ягода:сахар 1:1) наилучшими является № 4, где процент водорослевого геля составил 25 %.

3.2 Исследование влияние температурной обработки на формирование кондитерской массы пищевой системы «фруктовое пюре -водорослевый гель-сахар»

После выбора оптимального варианта рецептуры пастилы, были установлены режимы температурной обработки и продолжительность процесса уваривания пищевой системы «фруктовое пюре -водорослевый гель-сахар».

Из литературных данных известно, что альгинатные растворы подобно большинству растворов других полисахаридов уменьшают вязкость с увеличением температуры. В ограниченном диапазоне вязкость альгинового раствора уменьшается. Повышение температуры выше 95 ⁰С приводит к уменьшению содержания альгината натрия в готовом продукте за счет деструкции альгиновой кислоты, что не желательно, так уменьшается вязкость готового геля.

На основании выше сказанного нами были выбраны температуры уваривания 70, 80, 90, 100 ⁰С. Уваривание проводили до содержания сухих веществ 70-80 % в течение 3-8 часов. Завершение процесса контролировали по содержанию сухих веществ в пищевой системе. Результаты эксперимента, представлены в таблице 6 и на рисунке 11.

Таблица 6 – Динамика накопления сухих веществ пищевой системы «фруктовое пюре - водорослевый гель - сахар» при различной температурной обработке

Температура обработки, 0С	Содержание сухих веществ, %
	Продолжительность обработки, часах
	3	4	5	6	7	8
70	41,8	49,3	55,1	61,3	69,9	75,4
80	53,7	63,6	70,1	75,9	82,7	84,3
90	59,1	68,9	76,9	83,7	85,2	86,1
100	67,3	75,1	86,3	86,9	86,8	86,7

Рисунок 11 – Влияние продолжительности обработки на накопление сухих веществ в пищевой системе «фруктовое пюре - водорослевый гель - сахар»

Из рисунка 11 видно, что максимальное содержание сухих веществ в пищевой системе достигается при температуре обработки 70 ⁰С более 7 часов, 80 ⁰С – 5 часов, 90 ⁰С - 4 часа, 100 ⁰С – 3 часа. Чтобы сделать заключение о необходимой продолжительности обработки пищевой системы определим в выбранных образцах рН среды, содержание альгиновой кислоты и маннита. Результаты анализа представлены в таблице 7.

Таблица 7 – Влияние температурной обработки на качество пищевой системы «фруктовое пюре-водорослевый гель-сахар»

Наименование образца	Режим обработки		Консис-тенция, балл	рН среды	Содержание
	темпе-ратура, 0С	продол-житель-ность, час			сухих веществ, %	альги-новой кислоты	маннита
						в % на сухое вещество
А	70	7	5	5	69,9	9,7	1,3
Б	80	5	5	5	70,1	9,8	1,5
В	90	4	5	5	68,9	9,6	1,1
Г	100	3	3	6,5	67,3	3,8	2,1

Анализ качества пищевой системы «фруктовое пюре – водорослевый гель – сахар» показал, что обработка ее при температуре 70 ⁰С (7 часов), 80 ⁰С (5 часов) и 90 ⁰С (4 часов) приводит к образованию кондитерской массы, которую можно в дальнейшем использовать для производства пастилы. Температура 100 ⁰С и выше приводит к уменьшению содержания альгиновой кислоты на 60 % (по сравнению с образцами А, Б, В) и снижению вязкостных свойств готового продукта (органолептическая оценка консистенции 3), а так же начинаются процессы карамелизации сахаров.

На основании проведенных исследований были выбраны оптимальные режимы уваривания пищевой системы «фруктового пюре – водорослевый гель – сахар» до остаточного содержания сухих веществ 70-80 %: 80-90 ⁰С в течение 4-5 часов.

3.3 Подбор рецептур пастилы

На основании выше проведенных исследований было установлено, что оптимальное соотношение фруктового пюре: водорослевый гель: сахар – 25: 25: 50.

Для разнообразия ассортимента было предложено различное ягодное сырье:

-смородина черная свежая;

-крыжовник свежий;

-облепиха свежая.

Рецептура приготовления пастилы с добавлением водорослевого геля с разными сырьевыми ресурсами представлена в таблице 8.

Таблица 8 - Рецептура приготовления пастилы с добавлением водорослевого геля с разными сырьевыми ресурсами

Сырье	№ образца
	1	2	3
Смородина	25	-	-
Облепиха	-	25	-
Крыжовник	-	-	25
Сахар	50	50	50
Водорослевый гель	25	25	25

Органолептические свойства пастилы были определены на рабочем дегустационном совещание и представлены в виде гистограмм на рисунке 12.

Рисунок 12 – Гистограмма органолептической оценки пастилы

Из анализа гистограмм можно сделать вывод, что наилучшим сырьем для производства пастилы является облепиха.

3.4 Исследование процесса сушки пищевой системы

Под динамикой процесса сушки понимается механизм движения влаги, содержащейся в продукте. Необходимо учитывать характер связи влаги с продуктом. В крупных межклетниках тканей она удерживается слабо и испаряется со скоростью, близкой к испарению со свободной поверхности. В мелких капиллярах содержится гигроскопическая влага, удаляемая с трудом, так как она удерживается за счет адсорбирующей способности продукта. Наиболее трудно удаляется химически или структурно связанная влага.

В первый период сушки происходит испарение влаги с поверхности продукта и из крупных межклетников наружных зон, то есть идет внешняя диффузия. Затем температура продукта и скорость сушки устанавливаются на постоянном уровне. По мере испарении влаги с поверхности продукта выравнивается ее концентрации путем передвижения воды из внутренних зон продукта к периферии (идет внутренняя диффузия влаги). Одновременно протекает диффузия влаги от более нагретых поверхностных зон к менее нагретым – внутренним (термодиффузия), но преобладает внутренняя диффузия.

Когда скорость сушки устанавливается на постоянном уровне, необходимо поддерживать при помощи температуры одинаковую интенсивность внешней и внутренней диффузии.

Большое значение имеет температура в заключительный период, когда удаляются гигроскопическая вода и влага набухания. Испарение с поверхности уменьшается и не компенсируется притоком теплоты с теплоносителя. Температура продукта повышается и может привести к ухудшению его качества (деформация, усадка, потеря аромата, цвета, вкуса).

При сушке потери витаминов и других полезных веществ минимальны.

Были исследованы три температурных режима сушки пастилы с добавлением водорослевого геля:

- на воздухе при температуре 20-25 ^оС;

- в термостате при температуре 50 ^оС;

- в сушильном шкафу при температуре 75 ⁰С.

Все образцы высушивали до содержания сухих веществ в готовом продукте 84-86 %.

Влияние температуры на продолжительность сушки представлено в таблице 9.

Таблица 9 - Влияние температуры на продолжительность сушки

Температура, оС	Продолжительность, час
	смородина	облепиха	крыжовник
20-25	21	22	24
50	5	5,5	6
75	2	2	3

Экспериментально было установлена, что наиболее оптимальные параметры: температура 50 ^оС, продолжительность 5-6 часов, так как полисахариды не подвергаются сильному воздействию температурной обработки и не происходить разрушение пористой структуры.

При температуре 20-25 ^оС и продолжительностью 21-24 часа, продукт не приобретает пористой структуры, кондитерская масса оседает.

При температуре 75 ^оС и продолжительностью 2-3 часа происходит разрушение пектиновых веществ, продукт не имеет определенную структуру, происходит разжижение массы.

3.5 Технологическая схема производства пастилы с добавлением водорослевого геля

На основании проведенных исследований была разработана технологическая схема производства пастилы с добавлением водорослевого геля, которая представлена на рисунке 13.

Описание технологической схемы.

1) Прием сырья. Целью данной операции является определение качества и количества используемого сырья. Сырье принимают по массе и качеству, установленному лабораторией предприятия.

2) Проваривание. Целью данной операции является размягчение оболочки. Ягодно-плодовую массу проваривают в емкости при температуре 70-80 ^оС, в течение 0,5 часа.

3) Протирание. Целью данной операции является разрушение внешней оболочки, которая состоит из клетчатки. Проваренную массу протирают через железное сито.

4) Перемешивание. Целью данной операции является равномерное распределение компонентов в пищевой системе.

Рисунок 13 – Технологическая схема производства пастилы с добавлением водорослевого геля

5) Уваривание. Целью данной операции является получение более эластичной и плотной массы. Массу упаривают при температуре 80-90 ^оС в течение 4-5 часов. Протертую массу упаривают до концентрации сухих веществ 20 %.

6) Измельчение сахара, нагревание водорослевого геля, взбивание. Целью данной операции является заполнение пор альгиновой кислотой и стабилизация структуры. Сахар измельчают на куттере до получения сахарной пудры. Водорослевый гель нагревают при температуры 80-90 ^оС 2-3 минуты, но не допускают образование карамелизации. Водорослевый гель смешивают с сахарной пудрой. Упаренную массу, водорослевый гель с сахарной пудрой взбивают при температуре 70-80 ^оС, продолжительность 20 минут.

7) Выкладка. Целью данной операции является придание продукты определенных органолептических показателей. Полученную пастильную массу выкладывают на противень, посыпанный сахарной пудрой.

8) Сушка. Целью сушки пастилы является удаление влаги и образование на поверхности изделий кристаллической корочки. Сушка пастилы идет при температуре 50 ^оС, в течение 5-6 часов, до содержания сухих веществ 14-16 %.

9) Хранение. Целью Сроки хранения пастильных изделий при указанных условиях хранения и транспортирования со дня изготовления составляют от 2 до 3 месяцев.

На основании проведенных исследований были разработаны проекты нормативной документации (ТУ и ТИ пастилу с водорослевым гелем).

3.6 Исследование химического состава пастилы

В процессе производства пастилы с добавлением водорослевого геля, был изучен химический состав продукта.

Химический состав пастилы представлен в таблице 10.

Таблица 10 – Химический состав пастилы

Наименование продукта	Содержание веществ, %
	сухих	минеральных	органических	в том числе
				альгиновой кислоты	маннита
Водорослевый гель	14,2	49,6	50,4	33,1	5,6
Стандартная пастила	80	18,3	81,7	-	-
Пастила с облепихой с добавлением водорослевого геля	79,3	28,7	71,3	8,3	2,7
Пастила со смородиной с добавлением водорослевого геля	67	26,3	73,7	7,9	2,1
Пастила с крыжовником с добавлением водорослевого геля	81,1	31,1	68,9	8,7	3,0

По биологической ценности продукт превышает аналоги, так как его состав входит водорослевый гель.

3.7 Экономическое обоснование производства пастилы с добавлением водорослевого геля

Себестоимость разработанной пастилы с добавлением водорослевого геля складывается из различных затрат при их производстве. Эти затраты включают в себя:

- материальные затраты;

- общий фонд заработной платы;

- отчисления на социальное страхование;

- цеховые расходы;

- амортизацию цеха;

- текучий ремонт и эксплуатацию оборудования;

- прочие расходы.

В связи с тем, что в разработанных технологиях меняются только материальные затраты поэтому был проведен их анализ. К материальным затратам относятся затраты, связанные с приобретением сырья, вспомогательных материалов, энергии всех видов. Величина материальных затрат рассчитывается на основании норм расхода на единицу продукции по формуле (1):

М_з = V_x ∙ Н_р ∙ Ц, (1)

где М_з – материальные затраты, руб;

V_x - количество продукции в кг;

Н_р – норма расхода на единицу продукции, шт. или кг;

Ц - цена единицы продукции, руб.

Анализ расчета материальных затрат на единицу продукции представлен в таблице 11.

Рассчитав и проанализировав материальные затраты на выпуск пастилы с добавлением водорослевого геля нами был сделан вывод, что наша пастила дает возможность уменьшение цены на 12,5 рублей.

Таблица 11 – Материальные затраты на выпуск пастилы с добавлением водорослевого геля

Наименование продукции	Выпуск продукции, кг	Материальные затраты	Норма расхода на единицу продукции, кг	Расходы на выпуск, кг	Цена за единицу материала, руб	Общая цена, руб
Пастила стандартного производства	100	Сахар	0,50	50	43,5	21,75
		Ягода	0,50	50	250	125
ИТОГО 146,75
Пастила с облепихой с добавлением водорослевого геля	100	Водорослевый гель	0,25	25	200	50
		Облепиха	0,25	25	250	62,5
		Сахар	0,50	50	43,5	21,75
ИТОГО 134,25
Пастила с крыжовником с добавлением водорослевого геля	100	Водорослевый гель	0,25	25	200	50
		Крыжовник	0,25	25	250	62,5
		Сахар	0,50	50	43,5	21,75
ИТОГО 134,25
Пастила со смородиной с добавлением водорослевого геля	100	Водорослевый гель	0,25	25	200	50
		Смородина	0,25	25	250	62,5
		Сахар	0,50	50	43,5	21,75
ИТОГО 134,25

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Проанализировав, стандартную технологию производства пастилы нами было предложена, возможность замены части фруктового пюре и полностью агара на водорослевый гель (биогель «Ламиналь» из морской капусты), в состав которого входят три типа полисахаридов: альгинаты, сульфатированные гетерогликаны (фукоиданы) и низкомолекулярные D-глюканы (ламинараны).

Экспериментально была установлена очередность внесения ингредиентов.

После выбора оптимального варианта рецептуры пастилы, были установлены режимы температурной обработки и продолжительность процесса уваривания пищевой системы «фруктовое пюре-водорослевый гель-сахар».

На основании проведенных исследований были выбраны оптимальные режимы уваривания пищевой системы «фруктовое пюре – водорослевый гель – сахар» до остаточного содержания сухих веществ 70-80 %: 80-90 ⁰С в течение 4-5 часов.

Был исследован процесс сушки пищевой системы. Наиболее оптимальные параметры: температура 50 ^оС, продолжительность 5-6 часов, так как полисахариды не подвергаются сильному воздействию температурной обработки и не происходить разрушение пористой структуры.

Полученный продукт, пастила имеет приятный вкус и запах, свойственный плодам и ягодам, консистенция плотная.

В процессе производства пастилы с добавлением водорослевого геля, был изучен химический состав продукта, который показал, что при выбранных режимах обработки потери биологически активных веществ минимальны. По биологической ценности продукт превышает аналоги, так как в его состав входит водорослевый гель.

Пастила будет обладать высокими сорбционными свойствами, бактерицидной и противоопухолевой активностью, способствовать нормализации жирового и углеводного обмена. Связывать и выводить из организма ионы тяжелых металлов, радионуклиды, токсины, холестерин. В пищеварительном тракте, оказывать обволакивающее действие и способствовать значительному ослаблению патологических рефлексов, в том числе болевых. Нормализовать функционирование важнейших органов человека, восстанавливать иммунную систему.

Ее рекомендуется применять при заболеваниях желудочно-кишечного тракта, почек, печени, поджелудочной железы, сердечно-сосудистых заболеваниях, аллергии. Использовать в качестве мягкого послабляющего средства, для очищения организма от шлаков и токсинов, а также для коррекции веса.

Расчет себестоимости продукции показал, что разработанные нами рецептуры пастилы приводят к уменьшению затрат по сырью на 12,5 рублей на 1 кг продукта.

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

Аминина Н.М., Подкорытова А.В. Альгинаты: состав, свойства, применение // Изв. ТИНРО. - 1995. - Т. 118. - С. 130-138

Богданов В.Д., Сафронова Т.М. Структурообразователи и рыбные композиции. – М.: ВНИРО, 1993. – 172 с.

Богданов В.Д. Пищевые структурообразователи: Учебное пособие. – Находка: Институт технологии и бизнеса, 2000. – 96 с.

Борновский. Е. Производство пастилы [Электронный ресурс]: [Информация по России]. – Электрон. дан. – М., 2005. – Режим доступа: URL: http:// www.vitkav.ru

Влияние геля из бурых морских водорослей на иммунитет, функцию внутренних органов. Технология изготовления, использование для диетического и лечебно-профилактического питания/ Под редакцией академика РАМН, профессора А.М. Разумова, д.к.н., профессора А.В. Подкорытовой.- М.: Издательство «Медицина для всех», 2005.- 240 с.

Грешнов А.Г., Взоров А.Л., Никитков В.А. Пищевые добавки фирмы The NutraSweet Kelco Company (Великобритания) // Пищевая промышленность. – 1997. - № 11. – С. 68-71.

ГОСТ 26-185-84. Водоросли морские, травы морские и продукты их переработки. Методы анализа. – М.: Изд-во «Стандарт», 1984. – 53 с.

Долматова М.Ю., Пантелеева А.П. Исследование некоторых ионно-обменных свойств альгиновой кислоты и ее взаимодействие с двух- и трехвалентными катионами // Радиохимия. - 1968. - Вып. 10, № 3. - С. 15-19.

Евтушенко В.А., Назарьева Е.В. К вопросу о химической приро­де альгиновой кислоты // Тез. докладов «Радиационная и химическая эколо-гия гид­робионтов». - Киев: Наук. думка, 1972. - С. 85-90.

Кизеветтер И.В. Грюнер B.C. Евтушенко В.А. Переработка морских водорослей и других промысловых водных растений. - М.: Пищ. пром-сть, 1967.- 416 с.

Кизеветтер И.В. Биохимия сырья водного происхождения. - М.: Пищ. пром-сть, 1973. - 424 с.

Кизеветтер И.В. Технологические аспекты рационального и комплексного использования морского животного и раститель­но-го сырья // в сборнике «Использование биологических ресурсов Мирового океана». - М., 1980. - С. 97-105.

Кизеветтер И.В., Суховеева М.В., Шмелькова А.П. Промысловые морские водо­росли и травы дальневосточных морей. - М.: Лег. и пищ. пром-сть, 1981. - 113 с.

Ковалева, Е.А. Водорослевые биогели – основа для приготовления пищевых продуктов лечебно-профилактического назначения /А.В. Подкорытова // Труды ВНИРО.- 2004. – Т 143. – С. 156-165.

Кретович В.Л. Основы биохимии растений. - М.: Высш. школа, 1971. - 464 с.

Нечаев А.П., Кочеткова А.А., Зайцев А.Н. Пищевые добавки: учебно-методическое пособие. – М.: Издательский комплекс МГУПП, 1999. – 71 с.

Пантелеева А.П. Некоторые закономерности взаимодейст-вия альгиновой кислоты с катионами металлов // Радиационная и химическая экология гидробионтов. - Киев: Наук. думка, 1972. - С. 112-115.

Письменный В.В., Колеснов А.Ю. Применение солей лимонной кислоты // Пищевая промышленность. – 1996. - № 2. – С. 12-13.

Подкорытова А.В. Разработка технологии получения высо-комолекулярного альгината натрия из культивируемой ламинарии японской: Дис.... канд. техн. наук. - Владивосток: ТИН­РО, 1986. - 162 с.

Подкорытова А.В. Мономерный состав альгиновых кислот бурой водоросли Laminaria ja­ponica // Тез. докладов «Пробл. пр-ва продукции из красных и бурых водорослей». - Владивосток, 1987. - С. 49-51.

Подкорытова А.В. О составе и физико-химических свойст-вах альгиновой кислоты и альгинатов из бурых водорослей // Исследования по технологии рыбных продуктов. - Владивосток: ТИНРО, 1973. - Вып. 4. - С. 86-89.

Подкорытова А.В., Шмелькова Л.П. Получение альгината натрия из отходов при обработке ламина­риевых // Изв. ТИНРО. - 1983. - Т. 108. - С. 53-56.

Подкорытова А.В., Ковалева Е.А., Аминина Н.М. Способ получения пищевого полуфабриката из ламинариевых водорослей: Патент № 2041656 от 20.08.95.

Подкорытова А.В., Соколова В.М.,. Вишневская Т.И. Реологиче­ские свойства альгинатсодержащих пищевых систем. // Известия ТИНРО - 1997. – Т. 120 - С.219-225.

Постольски Я., Груза З. Замораживание пищевых продуктов. – М.: Пищ. пром-сть, 1978. – 606 с.

Рассел Р. Радиоактивность и пища человека. - М., 1971. – 86 с.

Райхенберг Д. Селективность ионного обмена // Ионный обмен. -М.: Мир, 1968.- С. 104-169.

Соболева Е. Производство кондитерских изделий [Электронный ресурс] : [Информация по России]. – Электрон. дан. – М., 2006. – Режим доступа : URL: http:// www.Kuking.ru

Суховеева М.В., Подкорытова А.В. Промысловые водоросли и травы морей Дальневого востока: биология, распространение, запасы, технология переработки.- Владивосток: ТИНРО-центр, 2006.- 243 с.

Тагер А.А. Физико-химия полимеров. – М.: ГНТИ химической литературы, 1963. – 528 с.

Технология пищевых производств / Л.П. Ковальская, И.С. Шуб, Г.М. Мелькина и др. Под ред. Л.П. Ковальской. – М.: Колос, 1997. – 752 с.

Технология пищевых производств / А.П. Нечаев, И.С. Шуб, О.М. Атюшев и др.; Под ред. А.П. Нечаева.- М.: КолоС, 2007.- 768 с.

Усов А.И., Иванова Е.Г. Полисахариды водорослей. 4.2. Состав и свойства агаров черноморских красных водорослей Gracilaria verrucosa (Huds.) Papenf. f. procerima. Gracilaria dura (Ag.) J/ Ag. // Биоорган. химия. 1990. - Т. 16, № 11.- С. 1545-1551.

Шубцова И.Г., Кудашова Р.В., Гликман С.А. Влияние различных щелочей на прочность студней экстрактируемого агара // Изв. вузов, пищ. технология. – 1964.- № 4 – С. 63-65

Glicksman M. Gum technology in the food industry. - New York: Academic Press., 1969. - 69 p.

Guven K. C., Ozsoy Y., Ulitin O. N. Anticoagulant, fibrinolytic and antiaggregant activity of carrageenans and alginic acid // Bot. mar. 1991. - Vol.34. - P. 492-432.

Haug A. Composition and properties of alginates: Re-port No 30. - Oslo: Norwegian Inst. of Seaweed Res., 1964. - 123 p.

Haug A., Larsen B., Smidsrod O. Studies on the sequen-ce of uronic acid // Acta Chem. Scand. - 1967. - Vol. 21, № 3. - P. 691-704.

Haug A., Smidsrod O. Strontium,calcium and magnesium in brown algae // Nature. - 1967. - Vol. 215, № 5106. - P. 1167-1168.

Haug A., Smidsrod O. Selectivity of some anionic poly-mers for divalent metal ions with Ca++ and Sr++ // Acta Chem. Scand. - 1970. - Vol. 24, № 3. - P. 843-854.

Haug A., Larsen B., Smidsrod O. A study of the consti-tution of alginic acid by par­tial acid hydrolysis // Acta Chem. Scand. - 1967. - Vol. 21, № 3. - P. 697-704.

Humphreyses E.R. Preparation of an oligoguluronide from so­dium alginate // Carb. Res. - 1967. - № 4. - P. 216-218.

Imeson A.P., Ledward D.A., Mitchell J.R. Effects of calcium and pH on spun fibres produced from plasma-alginate mixtures // Meat Sci. - 1979. - Vol. 3, No 4. - P. 287-284.

Imeson A.P., Mitchell J.R., Ledward D.A. Rheological properties of spinning dopes and spun fibres produced from plasma - alginate mixtures // J. Food Technol. - 1980. - Vol. 15, № 3. - P. 319-327.

Larsen B. Biosynthesis of alginate // Xth Int. Sea-weed Symp., Proc. Publ. by Walter De Gruyter. - Berlin (FRG), 1981. - P. 7-34.

Morris E.R., Rees D.A., Thom D. Characterization of alginate composition and block-structure by circular dichro-ism // Carb. Res. - 1980. - № 81. - P. 305-314.

Naiya Z., Yanxia Z., Xiao F. Изучение состава и после-дова­тельности остатков уронатов в составе альгинатов бурых во-дорос­лей Laminaria и Sargassum из Китая // Haiyang yu huzhao: Oceanol. et limnol. Sin. - 1992. - Vol. 23, № 4. - P. 445-453.

Oakenfuul D.G. Food gest. CSIRO Food Research Quart. – 1984. – Vol. 44. - № 3. – P. 49-50.

Rees D.A. Polysaccharide gels (a molecular view). Al-ginate gels // Chem. Ind. - 1972. - No 16. - P. 630-636.

 

Код для цитирования: Скопировать