Технологии получения и применения функциональных продуктов из мелкоплодных яблок Восточной Сибири

Актуальность проблемы. Программой социально-экономического развития северо-восточных территорий Российской Федерации предусмотрено использование местного сельскохозяйственного растительного сырья для промышленного производства функциональных продуктов, способствующих оздоровлению и повышению качества жизни людей. В современных условия возрастают требования к качеству выпускаемых изделий и их ассортименту. Инновационное развитие пищевой промышленности региона возможно в результате создания высокоэффективных технологий, обеспечивающих выпускконкурентоспособной продукции. В1 северных «районах Красноярского края? огромное значение имеет рацион питания населения, направленный? нахохранение здоро-, вья его жителей: Важным: условием» модернизации? производства' продуктов массового питаният^регионе являетсяшаиболее полноерациональное и научно" обоснованное использование местных источников растительного сырья, в том: числе плодов и ягод.

Необходимость, решения задачи разработки безотходных технологий и применениям функциональных продуктов в. условиях северных районов страныи Восточной: Сибири должно осуществляться за счет максимального использования местногосырьяВнимание кшроблемё увеличения потребленияшлодовш ягод связанос тем, что они играют особую роль в обеспечении населения? биологически активными веществамив: том— числе витаминами и микроэлементами. Большойфезерв вфешении’этой проблемы представляет собственная сырьевая база Красноярского края-. который располагает необходимыми: ресурсами для получения высокоценных плодовых полуфабрикатовРациональное ист ' пользование природных ресурсов предполагает комплексность переработки их с учетом частичной или полной безотходной технологии производства. Изучению этих вопросов до сих пор не’уделялось должного вниманияНеобходимы, научно обоснованные практические рекомендации по технологии производства. и рациональному использованию в массовом питании сырья из мелкоплодных яблок.

Решение важной народнохозяйственной проблемы разработки эффективных технологий получения функциональных продуктов на основе сибирских мелкоплодных яблок определило научное направление диссертационной работы. Исследования выполнены по тематике, включённой в ГНТП Российской Федерации «Высокоэффективные процессы в перерабатывающих отраслях АПК», и согласуются с приоритетными направлениями развития науки в кондитерской отрасли, а также соответствуют основным принципам государственной политики в области здорового питания населения.

В' последнее время в, рационе питания населения, увеличивается доля рафинированных продуктов, (сахарахлеба из муки высших, сортов и т. д.), практ тически лишенных витаминов. Уменьшается поступление^ организм не только углеводов и жиров, но и ряда биологически активных веществ — витаминов, микроэлементов, пектина. На этом фоне особое значение приобретает увеличение реализации плодов, ягод и продуктов их переработки.

Решение этой: задачи в условиях северных районов страны и Сибири должно проводиться не только засчет увеличения реализации. дорогостоящего привозного сырья (цитрусовых, южных сортов яблок и т. д.),"но и за счет максимального использования1 местного сырья. Такое внимание к проблеме увеличения потребления плодов и ягод связано с тем, что они играют особую роль в обеспечении населения биологичесюгактивнымивеществами.

В условиях Сибири значительные трудности представляет круглогодичное обеспечение населения фруктами и изделиями из.них. В Красноярском крае потребление плодов и ягод, важнейшего источника биологически активных веществ, еще далеко от норм, и продуктами переработки этого сырья (пастило-мармеладные изделия, сладкие, блюда) спрос населения удовлетворяется еще далеко не полностью. Одной из причин этого является необеспеченность края хорошо желирующим плодовым сырьем, а привозное яблочное пюре.

Молдавия, Средняя Азия, Кавказ) дорого и не всегда обладает хорошими же-лирующими свойствами. Местные мелкоплодные сорта яблок использовались, главным образом, для производства соков и плодово-ягодных вин. Большой резерв в решении этой проблемы представляет местная сырьевая база. Красноярский край располагает необходимыми ресурсами для получения высокоценных плодовых полуфабрикатов из местного сырья для пищевой промышленности. В Красноярском крае под садами занято более 10 тысяч гектаров. Производство яблочного пюре из мелкоплодных яблок (ранеток и полукультурок) местных сортов с успехом может быть организовано в местах их выращивания.

Рациональное использование природных ресурсов предполагает комплексность переработки их с учетом* частичной" или полной безотходной технологии производства. Получение пюре из мелкоплодных яблок и соковое производство дают отходы-до 30% от перерабатывающей продукции, которые практически не используются, а яблочные выжимки являются* ценным продуктом для получения пектинового полуфабриката.

Цель и задачи исследования

Разработка технологии получениями применения, функциональных продуктов из мелкоплодных яблок Восточной Сибири для улучшения качественного питаниянаселения.

Задачи" исследования. 1. Дать анализ современного состояния! вопроса получения и применения функциональных продуктов дляповышения пищевой1 ценности питания населения Красноярского края, изучить свойства мелкоплодных яблок в качестве сырья для выработки кондитерских кулинарных изделий с желейной структурой и сладких блюд.

2. Разработать методологию — модели и методику исследований для обоснования эффективных технологических процессов получения и применения-продуктов из мелкоплодных яблок с учётом физико-химических показателей сырья.

3. Провести исследования и разработать технологию приготовления пюре и получения пектина из мелкоплодных яблок. Изучить физико-химические показатели сырья. для выделения наиболее перспективных сортов мелкоплодных яблок в промышленной переработке.

4. Провести исследования и разработать технологию получения* антоциано-вого красителя и применения пектино содержащих продуктов с использованием> интегрированных научно-технологических методов.

5. Провести исследования и разработать ассортимент рецептур и технологию приготовления кондитерских изделий на основе пюре из мелкоплодных яблок, мармелада для отделки кондитерских изделий.

6. Выявить возможности экономической эффективности внедрения в промышленное производство функциональных полуфабрикатов и новых видов изделий из мелкоплодных яблок.

Теоретическое1 и практическое решение поставленных задач позволили, разработать технологии производства высококачественных кондитерских, кулинарных, изделий и сладких блюд с применением пектиносодержащего сырья из мелкоплодных яблокрешить одну из проблем сырьевойбазы края — удешевить и повысить качество изделий пищевой промышленности.

Научная концепция. В' основу научного решения проблемы создания, эффективных технологий получениями применения функциональных продуктов* из мелкоплодных яблок Восточной-Сибири положен комплексный подход к формированию развивающихся технологий получения^ пюре, пектина, пищевого красителяисследования" их физико-химических свойствразвития механизма влияния" на процессы основных стадий производстваанализа функционирования технологических процессов производствавнедрения*результатов-исследования.

Защищаемые* положения. 1. Методология технологических процессов производства пектиновых полуфабрикатов и их использование в кондитерских изделиях. Установление технологичесаких параметров СВЧ-обработки плодов.

2. Модели и методика формирования эффективных технологий производства функциональных продуктов из мелкоплодных яблок.

3. Эффективность технологических процессов получения пюре, пектина и антоцианового красителя из мелкоплодных сибирских яблок зависит от физико-химических свойств плодов яблок, в том числе от содержания пектиновых веществ в сырье.

4. Технологические инструкции и рецептуры приготовления группы пектиновых полуфабрикатов и ассортимента кондитерских изделий из мелкоплодных яблок.

Научная новизна заключается в методологии использования эффективных технологий получения и применения функциональных продуктов из мелкоплодных яблок ВосточнойСибири* по! схеме: сырье-производство-продукция, в технологиях получения пюре, пектина и антоцианового красителя из сырья, математических моделях производственных технологических процессов. Разработанные способы получения пюре из мелкоплодных яблок, антоцианового пищевого красителя из растительного’сырья, получения пектина и пектиносо-держащей пасты в системе процессов производства кондитерских изделий зарегистрированы Федеральной службой по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам в виде" четырёх патентов" (№ 2 281 306, 2 335 140, 2 329 663, 2 323 589).

Практическая^ значимость результатов исследования. Полученные результаты. исследования? способствуют решению важной народнохозяйственной задачи — использования*, местного сельскохозяйственного растительного сырья для промышленного производства функциональных продуктов с учетом безотходных технологий, способствующих оздоровлению4 и повышению качества жизни людей. Предложенная технология" получения пектина и пектинового полуфабриката из сырья с высоким содержанием фенольных соединений апробирована в промышленных условиях «Минусинского овощеконсервного завода. Разработанная технология получения пюре из мелкоплодных яблок используется на Красноярском кондитерском объединении «Краскон», Минусинской кондитерской фабрике, Абаканском плодоперерабатывающем предприятии. Материалы научных исследований включены в учебные программы ФГОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет» по дисциплине «Технология кондитерских изделий" — электронный курс «Инновационные технологии в кондитерском производстве», а также в программу профессиональной переподготовки и повышения квалификации КрасИПК для специалистов кондитерской промышленности.

Апробация работы. По теме диссертации опубликовано 263 научно-методические работыиз них 98 научных статей, в том числе 30 работ в ведущих рецензируемых научных изданиях, рекомендованных ВАК Российской Федерации. Соискатель имеет 4 монографииполучено 4 патента Российской Федерации на изобретения^ и 3 акта внедрениярезультатов исследования в производство и учебный, процесс. Материалы диссертационной работы докладывались и обсуждались. на научно-технических и научно-практических конференциях разного уровня: «Совершенствование методов и форм управления торговлей и общественным, питанием» (Красноярск, 1984) — «Студент и научно-технический прогресс» (Красноярск, 1988) — Всероссийская научно-практическая конференция* «Кондитерская промышленность — XXI век» (Москва, 1998) — Международная научно-техническая конференция «Техника и технология пищевых ресурсов» (Могилев, 1998) — Международная научно-техническая конференция «Хлеб 99» (Москва, 1999) — Международная-конференция «Сырье для кондитерской промышленности 2000» (Москва, 2000) — Научно-технический семинар «Новое в технике и технологии в пищевой и перерабатывающей промышленности» (Улан-Удэ, 2000) — Научно-практический семинар «Сырье 2001» (Москва, 2001)-* Региональная научная конференция, посвященная 65-летию НГАУ (Новосибирск, 2002) — Всероссийская научно-техническая конференция-выставка с международным участием «Высокоэффективные пищевые технологии и методы и средства для их реализации» (Москва, МГУПП, 2003; 2008) — Всероссийская конференция (Пенза, 2004) — Международная конференция «Инноватика — 2005″ (Москва, 2005) — Региональная научная конференция „Аграрная наука — на рубеже веков“ (Красноярск, 2005, 2006, 2007, 2009) — Научная конференция» «Энтузиазм и творчество молодых учёных в развитии фундаментальной и прикладной науки» (Пенза, 2006) — Межрегиональная конференция «Здоровое питание — основа жизнедеятельности человека» (Новосибирск 2006; 2008) — Всероссийская очно-заочная научно-практическая и научно-методическая конференция с международным участием «Инновации в науке и образовании: опыт, проблемы, перспективы развития» (Красноярск, 2007, 2008, 2009) — конгресс по питанию с международным участием «Питание и новое направление» (Москва, 2009) — Научно-методический семинар НИИ Аналитического мониторинга и моделирования при ФГОУ ВПО КрасГАУ «Математическое' моделирование и оптимизация технологических процессов>в АПК» (Красноярск, 2010).

Объем и структура* диссертаций" .' Дйссертация изложена на 375 страницах машинописного текста, состоит из введения, 6 глав, выводов, списка. литературы и приложения. Работа иллюстрирована 86 таблицами и 42 рисунками.

Список литературы

включает 357 наименований, в том числе 121 — зарубежных авторов.

Общие выводы.

1. На основе выполненного аналитического обзора литературных источников установлено, что мелкоплодные сорта яблок по содержанию биологически активных веществ и пектинов превосходят большинство сортов, выращиваемых в Молдавии, на Кавказе, Украине и Средней Азии. Проведённый анализ растительного сырья Восточной Сибири показал, что высокое содержание пектиновых веществ в местных сортах яблок позволяет использовать их при производстве отделочных полуфабрикатов для кондитерских изделий и в качестве сырья для приготовления многих сладких блюдиспользование пюре из мелкоплодных яблок позволяет исключить из рецептур дорогостоящие и биологически малоактивные желирующие вещества и буферные смесиинтенсивная окраска многих сортов мелкоплодных яблок позволяет исключить при изготовлении отделочных полуфабрикатов и сладких блюд пищевые красителииспользование пюре из мелкоплодных яблок позволяет централизовать производство отделочных полуфабрикатов и сырья для производства сладких блюд. Анализ сырьевой базы Восючной Сибири показал, что имеются большие резервы для реализации технологий с использованием местных мелкоплодных сортов яблок в кондитерской промышленности и массовом питании.

2. Предложенная концепция и схема исследований по безотходной технологии переработки мелкоплодных яблок на основе местного растительного сырья с высоким содержанием пектиновых и натуральных биологически акгивных веществ позволила выявить закономерности накопления пектина в пятидесяти районированных сортах мелкоплодных яблок разных климатических зон в зависимости от погодных условий, стадии зрелости плодов.

3. Предложенная методология научно-практического исследования позволила создать комплексную структуру инновационных технологий получения и применения пектиносодержащих продуктов из мелкоплодных яблок в Красноярском крае по дифференцированной схеме: сырье-производствопродукция. Установлено, что в плодах, выращенных в экстремальных условиях, накапливается высокое содержание пектиновых веществ. Предложенные математические модели технологических процессов переработки и получения продуктов из мелкоплодных яблок позволили установить изменение выходов пюре, пектина и пищевого красителя в зависимости от физико-химических показателей сырья. В результате вычислительного эксперимента с моделью технологической системы при различных значениях интенсивностей технологических процессов и различных начальных данных по подаче сырья в технологическую линию установлено, что теоретически возможный выход пюре с учётом содержания сухих веществ лежит в пределах 120,32. 128,75% от загружаемой массы сырьязначения содержания пектина — в диапазоне 8,52. 10,49% от загруженной массы, значения массы красителя — от 41,72 до 49,3 8% от массы сырья.

4. Разработанная технология приготовления пюре из мелкоплодных яблок с использованием микроволнового нагрева, отличающаяся от базовой технологии минимальным временем обработки и высокой степенью микробного обеззараживания, позволяет получить пектин из выжимок мелкоплодных яблок из вторичного, более дешёвого сырья.

5. Эффективность предложенных технологий поддерживается за счёт качества и количества местного растительного сырья, снижения сахароёмкости при производстве кондитерских изделий от 15—30%, использования природных органических кислот, замещающих лимонную кислоту на 1% массы изделий, и сокращения эксплуатационных издержек.

6. Физико-химические состояния мармеладного студня из пюре мелкоплодных яблок показали максимальную прочность студня (до 539 г по Вален: у) при активной кислотности пюре 3,4, содержанию сахара 57,5% от массы и содержанию пектиновых веществ в пюре в диапазоне 1,1−2,3% от массы для различных сортов и купажей ранеток. Разработаны условия для получения мармеладного студня и группа рецептур мармелада с пониженным до 62% содержанием сахара (вместо 80% по традиционной рецептуре). В предложенные рецептуры с использованием пюре мелкоплодных яблок не вводятся: органические кислоты, буферные смеси, красители, студнеобразователи, что приводит к экономии сырья в денежнем эквиваленте 521 руб/т готовой продукции.

7. Лабораторные и производственные испытания показали эффективность предложенных образцов «Мармалед формовой» и «Мармелад пластовый», доказана несущественность расхождений реализуемых на практике и в теории условий. Относительная погрешность лабораторных измерений конечной влажности (30,5%), кислотности (1,2 град), времени уваривания (12,5 мин), содержания редуцирующих веществ (15,5%), продолжительности студнеобразования (17,5 мин), конечной температуры уваривания (107,5°С), температуры охлаждающего воздуха (зимнего — 17,5°С, летнего — 27,5°С) от установленного теоретического уровня не превышает 5%.

8. В результате лабораторных опытов с мармеладной массой и производственных испытаний группы рецептур мармелада установлено, что при высоком содержании сухих веществ в пюре (21%) процесс уваривания сокращается в среднем в 1,9 раза по сравнению с традиционным сырьём, что приводит к увеличению выработки мармелада в 1,4 раза и, как следствие, — к уменьшению потерь биологически активных и минеральных веществ при сокращении времени термической обработки мармеладной массы. При уваривании зефирной массы из пюре ранеток аналогичный технологический процесс даёт сокращение потерь биологически активных и минеральных веществ по сравнению с традиционной технологией.

9. Формирование экономического эффекта предприятий пищевой промышленности на основе новых технологий с использованием местного растительного сырья из мелкоплодных яблок взамен менее эффективного и более дорогостоящего привозного сырья повышает финансовую устойчивость предприятия. При реализации комплекса предложенных технологий по приготовлению пюре и пектина (антоциановых пигментов и предложенных рецептур кондитерских изделий) общие затраты на производство сократились с 692,60 до 552,60 руб/т, то есть экономический эффект от внедрения инновационных технологий с использованием местного растительного сырья составил 140 руб/т. Полученный годовой экономический эффект от реализации мармелада фруктового на ОАО «Минусинская кондитерская фабрика» составляет 1,5 млн руб. в год.