Размещено на http://www.allbest.ru/

2

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Технологии получения и применения функциональных продуктов из мелкоплодных яблок Восточной Сибири

Типсина Нэлля Николаевна

Красноярск - 2010

Диссертация выполнена в ФГОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет», в производственных условиях ОАО «Краскон» и ОАО «Минусинская кондитерская фабрика».

Научный консультант:

доктор технических наук, профессор Цугленок Николай Васильевич

Официальные оппоненты:

Мотовилов Константин Яковлевич - доктор технических наук, профессор, академик Российской академии естествознания, член-корреспондент Россельхозакадемии

Литвинова Елена Викторовна - доктор технических наук, профессор

Буянов Олег Николаевич - доктор технических наук, профессор

Ведущая организация - НИИ медицинских проблем Севера СО РАМН

заседании диссертационного совета Д 220.037.03 при ФГОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет» по адресу: 660049. г. Красноярск, проспект Мира, 90, ауд. 3-15. Факс: (391) 227-36-09

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет»

Автореферат разослан « ___ » ____________ 2010 г.

Ученый секретарь Янова М.А.

диссертационного совета

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 условиях возрастают требования к качеству выпускаемых изделий и их ассортименту. Инновационное развитие пищевой промышленности региона возможно в результате создания высокоэффективных технологий, обеспечивающих выпуск конкурентоспособной продукции. В северных районах Красноярского края огромное значение имеет рацион питания населения, направленный на сохранение здоровья его жителей. Важным условием модернизации производства продуктов массового питания в регионе является наиболее полное, рациональное и научно обоснованное использование местных источников растительного сырья, в том числе плодов и ягод.

Решение задачи разработки безотходных технологий и применения функциональных продуктов в условиях северных районов страны и Восточной Сибири должно идти за счет максимального использования местного сырья. Внимание к проблеме увеличения потребления плодов и ягод связано с тем, что они играют особую роль в обеспечении населения биологически активными веществами (Васькова и др., 1994; Гончаров и др., 2001; Колпакова, 2006), в том числе витаминами и микроэлементами. Большой резерв в решении этой проблемы представляет собственная сырьевая база Красноярского края, который располагает необходимыми ресурсами для получения высокоценных плодовых полуфабрикатов. Рациональное использование природных ресурсов предполагает комплексность переработки их с учетом частичной или полной безотходной технологии производства. Изучению этих вопросов до сих пор не уделялось должного внимания. Необходимы научно обоснованные практические рекомендации по технологии производства и рациональному использованию в массовом питании сырья из мелкоплодных яблок.

Важная народнохозяйственная проблема разработки эффективных технологий получения функциональных продуктов на основе сибирских мелкоплодных яблок определила 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.

Цель и задачи исследования. Разработка технологии получения и применения функциональных продуктов из мелкоплодных яблок Восточной Сибири для улучшения качественного питания населения.

Задачи исследования. 1. Дать анализ современного состояния вопроса получения и применения функциональных продуктов для повышения пищевой 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 антоцианового красителя и применения пектиносодержащих 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.

Теоретическое и практическое решение поставленных задач позволили разработать технологии производства высококачественных кондитерских, кулинарных изделий и сладких блюд с применением пектиносодержащего сырья из мелкоплодных яблок; решить одну из проблем сырьевой базы края - удешевить и повысить качество изделий пищевой промышленности.

Научная концепция. В основу научного решения проблемы создания эффективных технологий получения и применения функциональных продуктов из мелкоплодных яблок Восточной Сибири положен комплексный подход к формированию развивающихся технологий получения пюре, пектина, пищевого красителя; исследования их физико-химических свойств; развития механизма влияния на процессы основных стадий производства; анализа функционирования технологических процессов производства; внедрения 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 Восточной Сибири 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 пектиносодержащей пасты в системе процессов производства кондитерских изделий зарегистрированы Федеральной службой по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам в виде четырёх патентов (№ 2281306, 2335140, 2329663, 2323589). сельскохозяйственный растительный яблоко сырье

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 оздоровлению 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 Крас ИПК для специалистов кондитерской промышленности.

Апробация работы. По теме диссертации опубликовано 263 научно-методические работы; из них 98 научных статей, в том числе 30 работ в ведущих рецензируемых научных изданиях, определенных ВАК Российской Федерации. Соискатель имеет 4 монографии; получено 4 патента Российской Федерации на изобретения и 3 акта внедрения результатов 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); Международной конференции «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 научной 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); 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); конгрессе 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 диссертации. Диссертация 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 360 наименований, в том числе 120 - зарубежных авторов.

Личный вклад автора. В основу диссертационной работы положены исследования, проведённые с 1982 по 2009 г. Материал исследования собран и проанализирован автором по разработанной им же программе выбора объектов исследования и обработке полученных данных. Автору принадлежит решение всех поставленных задач, обоснование защищаемых положений и научных выводов.

Место проведения работы. Работа выполнена в Институте агробизнеса пищевой и перерабатывавающей промышленности ФГОУ ВПО «Красноярский государственный аграрный университет»; в производственных условиях Красноярского кондитерского объединения «Краскон» и Минусинской кондитерской фабрики.

Основное содержание работы

Во введении обосновывается актуальность проведенных исследований, сформулированы цель и задачи исследований, научная новизна и практическое значение.

В первой главе «Современное состояние вопроса получения и применения функциональных полуфабрикатов из мелкоплодных яблок» проведён аналитический обзор отечественной и зарубежной литературы, который раскрывает технические возможности и энергетическую ценность применения функциональных продуктов из мелкоплодных яблок.

Выяснено, что широкому использованию мелкоплодных яблок препятствует отсутствие инновационных технологий получения и применения функциональных продуктов. Сделан вывод о перспективности изучения их технологических свойств и необходимости разработки научных рекомендаций по их использованию (рис. 1).

Анализ физико-химических и технологических свойств мелкоплодных яблок Восточной Сибири показал, что по содержанию пектиновых веществ они превосходят большинство сортов крупноплодных яблок других регионов страны.

На этом основании определена перспектива получения пектиносодержащих полуфабрикатов с целью их использования для изделий диетического питания, что сократит использование дорогостоящего привозного сырья.

Во второй главе «Теоретическое обоснование эффективных технологических процессов получения и применения продуктов из мелкоплодных яблок» определены объекты, методология и методы исследования технологических процессов переработки и получения продуктов из мелкоплодных яблок, выращиваемых в садах Восточной Сибири. При получении пектиносодержащих продуктов (пюре, пектин, антоциановый краситель), учитывались биохимические показатели разных сортов яблок. Полученные в результате инновационных технологических процессов кондитерские и хлебобулочные изделия являются продуктами высокой пищевой ценности для населения. В результате многолетних исследований выявлена закономерность накопления пектина в различных сортах мелкоплодных яблок разных климатических зон, погодных условий, стадий зрелости плодов. Установлено, что в плодах, выращенных в экстремальных условиях, накапливается высокое содержание пектиновых веществ.

Рисунок 1. Структурная схема исследований

Методология научно-практического исследования заключается в создании научно обоснованной комплексной структуры инновационных технологий получения и применения пектинсодержащих продуктов из мелкоплодных яблок в Красноярском крае по схеме: сырье-производство-продукция. В работе применялись специальные физические, физико-химические, биохимические, органолептические методы исследования свойств сырья, полуфабрикатов и готовых изделий, в том числе количественное и качественное определение антоцианов методом экстрагирования, хроматографии, химических, спектральных и других методов, общая кислотность, содержание аскорбиновой кислоты методом титрования, содержание общих сахаров фотоколориметрическим методом, методы математического моделирования. Использован метод микроволнового нагрева сырья (Цугленок Н.В., 1988; Цугленок Г.И., 2003; Халанская А.П., 2003; Юсупова Г.Г., 2005; Головина Т.А., 2005).

Для обоснования комплексного подхода к формированию развивающихся технологий получения пюре, пектина, антоцианового красителя (рис. 2-4), изображения механизма влияния технологических приёмов на физико-химические свойства сырья использован аппарат дифференциальных уравнений Колмогорова А.Н. переходных процессов в системе с непрерывным временем и дискретными состояниями. В качестве функции состояния звена , зависящей от параметра времени и содержания сухих веществ , примем массу перерабатываемого в момент сырья. Интенсивности и соответственно входящего в звено и выходящего из звена потоков проинтерпретируем как скорости входящей и выходящей масс.



Рисунок 2. Аппаратурная схема производства пюре из мелкоплодных яблок: транспортёр инспекционный (1); машина моечная А9-КМ2-Ц (2); опрокидыватель плодов (3); ванна для замачивания плодов (4); транспортёр (5); паровой бланширователь транспортёрного типа (6); протирочная машина Е1-КП2-Х (7); смеситель (8); шнековый дозатор с устройством весового дозирования (9)

Рисунок 3. Аппаратурная схема производства пектина из выжимок мелкоплодных яблок: ленточный транспортер (1); бисерная мельница (2); экстрактор с ректификационной колонной (3); трубопровод (4); насос (5); кизельгуровый фильтр с горизонтальными фильтрующими элементами (6); вакуум-выпарная установка ВВУ (7); универсальная инфракрасная сушилка шкафного типа (8)



Рисунок 4. Аппаратурная схема производства антоцианового красителя из тёмноокрашенных сортов мелкоплодных яблок:мойка плодов (1); опрокидыватель для плодов (2); приёмная ванна для замачивания (3); ленточный транспортёр (4); оборудование для резки плодов (5); пресс со встроенной центробежной мембраной (6); центробежный насос (7); трубопровод (8); кизельгуровый фильтр с горизонтальными фильтрующими элементами (9); вакуум-выпарная установка (10); смеситель (11); автомат розлива красителя (12)

Для описания технологических процессов производства пюре из мелкоплодных яблок введём обозначения: - плоды мелкоплодных яблок (входной сигнал для системы); - подготовка плодов (сортировка); - мойка; - замачивание плодов; - пар; - шпарение; - протирание; - пюре; - выжимки; - производство кондитерских изделий; - консервирование (бензонат Na); - расфасовка; - реализация (рис. 5).

Динамика состояний звеньев и всей технологической системы в целом представляется следующей системой дифференциальных уравнений:

,

,

,

,

,

,

,

с начальными условиями: (начало процесса - в начальный момент времени ), , , , ; ; ; ; .

В результате вычислительного эксперимента с моделью системы при различных значениях интенсивностей процессов протирания ранеток 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 сырья (рис. 6).

Рисунок 5. Технологические процессы производства пюре из мелкоплодных яблок,



Рисунок 6. Производительность участка получения пюре,

Для технологических процессов производства пектина из выжимок мелкоплодных яблок введём обозначения: - яблочные выжимки (входной сигнал для системы); - замачивание; - дробление до размера частиц 1,5…2,0 мм; - промывка при температуре 20…30 ⁰С; - гидролиз-экстрагирование при температуре 80…90 ⁰С; - фильтрация гидролизата; - концентрирование экстракта; - сушка пектина при температуре 55…60 ⁰С; - пектин (рис. 7).

Методом вычислительного эксперимента с моделью, описывающей технологию получения пектина, показано, что при различных интенсивностях процесса сушки расчёт на компьютере даёт значения содержания пектина в диапазоне 8,52…10,49% от загруженной массы (рис. 8).

Рисунок 7. Технологические процессы производства пектина из выжимок мелкоплодных яблок



Рисунок 8. Производительность участка получения пектина,

Для описания технологических процессов производства антоцианового красителя из мелкоплодных яблок обозначим: - плоды мелкоплодных яблок (входной сигнал для системы); - сортировка плодов с отходами ; - мойка плодов; - замочка плодов; - измельчение; - прессование; - жмых; - фильтрация с осадком ; - центрофугирование; - декантирование с осадком ; - сушка; - измельчение (фруктовая мука); - концентрирование (уплотнение сока под вакуумом); - консервирование бензонатом натрия ; - розлив красителя в тару (рис. 9).

Переходные процессы между звеньями записаны в виде следующей системы:

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

,

, , , , , , , , , , , , , , , , , , , .

Эксперимент на ЭВМ показал, что при различных интенсивностях процессов декантирования расчёты дают значения массы красителя от 41,72 до 49,38% от массы сырья (рис. 10).

Рисунок 9. Технологические процессы производства антоцианового красителя из мелкоплодных яблок



Рисунок 10. Динамика производства антоцианового красителя,

Статистический анализ комплекса технологических и физико-химических показателей сырья из мелкоплодных яблок 50 сортов мелкоплодных яблок Красноярского края на основе опытных данных за период 1980-2009 гг. показал, что основными регулируемыми физико-химическими факторами, влияющими на биологическую и пищевую ценность перерабатываемого материала являются: - содержание сухих веществ, %; - титруемая кислотность, град; - кислотность, pH; - средняя масса плодов, г; - общее содержание сахаров. За основные контролируемые показатели приняты: - содержание аскорбиновой кислоты, мг; - содержание фруктозы, %; - содержание катехинов, мг; - содержание лейкоантоцианов, мг; - содержание антоцианов, мг. В качестве результатных показателей используются: - общее содержание полифенолов, мг; - общее содержание пектиновых веществ, мг.

Теснота корреляционной связи общего содержания полифенолов с факторами группы отражается видом корреляционного поля и уравнением регрессии , при котором достигается максимальное значение коэффициента детерминации (96,60%) с коэффициентами: ; ; ; ; .

Теснота корреляционной связи общего содержания пектиновых веществ с двумя группами факторов и на диаграмме Гартогса отражается видом корреляционного поля и максимальным значением коэффициента детерминации (89,64%), достигаемом при выборе экспонециального уравнения связи .

Схема определения содержания аскорбиновой кислоты в зависимости от содержания сухих веществ и титруемой кислотности представлена следующей функцией:

,

где - коэффициенты регрессии, . В диапазоне коэффициент детерминации для этой функции составляет 99,99%, а относительная погрешность не превосходит 0,12%.

Схема определения содержания антоцианов в зависимости от содержания сухих веществ и титруемой кислотности представлена следующей функцией (рис. 11):

,

где - коэффициенты регрессии, . В диапазоне коэффициент детерминации для этой функции составляет 99,99%, а относительная погрешность не превосходит 0,28%.

Схема определения общего содержания пектинов в зависимости от содержания сухих веществ и титруемой кислотности представлена следующей функцией (рис. 12):

,

где - коэффициенты регрессии, . В диапазоне коэффициент детерминации для этой функции составляет 99,97%, а относительная погрешность не превосходит 0,53%.

Рисунок 11. Содержание антоцианов в зависимости от содержания сухих веществ и титруемой кислотности

Рисунок 12. Общее содержание пектинов в зависимости от содержания сухих веществ и титруемой кислотности

Схема динамики накопления пектина для сорта «Горноалтайское» при раннем сроке созревания с 07 июня по 27 августа в зависимости от временного параметра представлена функцией (рис. 13):

,

где - коэффициенты регрессии, . Коэффициент детерминации для функции составляет 98,99%, а относительная погрешность не превосходит 4,76%.

Рисунок 13. Накопление пектинов в плодах сорта «Горноалтайское»

Схема динамики накопления пектина для сорта «Ранетка Пурпуровая» при среднем сроке созревания с 07 июня по 07 сентября в зависимости от временного параметра представлена функцией (рис. 14):

,

где - коэффициенты регрессии, . Коэффициент детерминации составляет 96,42%, а относительная погрешность не превосходит 6,68%.



Рисунок 14. Накопление пектинов в плодах сорта «Ранетка Пурпуровая»

Схема динамики накопления пектина для сорта «Пепинка Алтайская» при среднем сроке созревания с 07 июня по 07 сентября в зависимости от временного параметра представлена функцией (рис. 15):

,

где - коэффициенты регрессии, . Коэффициент детерминации составляет 99,33%, а относительная погрешность не превосходит 4,38%.

Схема динамики накопления пектина для сорта «Алтайское Новогоднее» при позднем сроке созревания с 07 июня по 17 сентября в зависимости от временного параметра представлена функцией (рис. 16):

,

где - коэффициенты регрессии, . Коэффициент детерминации составляет 99,83%, а относительная погрешность не превосходит 1,46%.

Рисунок 15. Накопление пектинов в плодах сорта «Пепинка Алтайская»

Рисунок 16. Накопление пектинов в плодах сорта «Алтайское Новогоднее»

Схема определения степени экстрагирования пектиновых веществ в зависимости от времени гидролиза и pH-гидролизата представлена функциональной зависимостью (рис. 17):

,

где - коэффициенты регрессии, . Коэффициент детерминации для функции составляет 98,74%, а относительная погрешность не превосходит 5,19%.

Схема определения прочности студня для пюре заданного ранга из мелкоплодных яблок в зависимости от pH-кислотности представлена функциональной зависимостью:

,

где - коэффициенты регрессии, . Значение соответствует сорту «Добрыня», значение - купажу из мелкоплодных яблок сортов «Ранетка Пурпуровая» и «Забайкальская», соответствует купажу сортов «Фонарик» и «Ранетка Ермолаева». Коэффициент детерминации для функции составляет 95,24%, а относительная погрешность не превосходит 6,81%.

Схема определения прочности студня для пюре заданного ранга из мелкоплодных яблок в зависимости от содержания сахара представлена функциональной зависимостью (рис. 18):

,

где - коэффициенты регрессии, . Значение соответствует сорту «Добрыня», значение - купажу из мелкоплодных яблок сортов «Ранетка Пурпуровая» и «Забайкальская», соответствует купажу сортов «Фонарик» и «Ранетка Ермолаева». Коэффициент детерминации для функции составляет 96,32%, а относительная погрешность не превосходит 6,31%.

Рисунок 17. Степень экстрагирования пектина

Рисунок 18. Прочность студня из мелкоплодных яблок заданного ранга в зависимости от содержания сахаров

В третьей главе «Разработка технологии приготовления пюре и получения пектина из мелкоплодных яблок Восточной Сибири» предложены схемы приготовления пюре из мелкоплодных яблок (на основе рекомендаций по переработке крупноплодных яблок; Цугленок, Типсина, 2007) с использованием высокопроизводительного оборудования при централизованном производстве.

Все технологические инструкции и установленные нормы потерь и выхода пюре, а также физико-химические показатели готового полуфабриката рассчитаны на переработку крупноплодного сырья. Обработка мелкоплодных яблок традиционным способом снижает бактериальную обсемененность яблочной массы. Фракционное деление на мякоть и растворимые вещества позволяет повысить объем выхода «полезного» продукта. Химико-технологические свойства пюре определяются содержанием сухих веществ (табл. 1) в плодах мелкоплодных яблок (12,9-24,6 %) и в пюре (11,6-24,1 %).

Наименьшее содержание сухих веществ имело пюре из плодов « Сибирский румянец» - 12,1%, «Живинка» - 12,9%; наибольшее содержание сухих веществ было в пюре из плодов сортов: «Фонарик» - 19,1%; «Воспитанница» - 20,5%; «Добрыня» - 19,8%; «Ранетка Ермолаева» - 23,0%; «Ранетка пурпуровая» - 24,1% и другие.

Таблица 1. Содержание сухих веществ в плодах и пюре из мелкоплодных яблок

Наименование сорта	Содержание сухих веществ, %
	в плодах	в пюре
«Замена» «Салют» «Добрыня» «Ранетка пурпуровая» «Ранетка Ермолаева» «Смена» «Зорька» «Байкал» «Забайкальская» «Юность» «Барнаулочка» «Фонарик» «Аленушка» «Кызыкуль» «Красноярское сладкое» «Сибирский румянец» «Лада» «Даренка» «Тугус» «Живинка» «Барнаульское раннее» «Красная гроздь» «Кузнецовское» «Мана» «Вега»	19,4 + 0,08 18,9+ 1,10 21,2+ 0,31 24,6+ 0,23 23,8+ 0,61 18,1+ 1,40 20,3+ 0,00 16,1+ 0,15 14,8+ 0,28 17,9+ 0,14 15,6+ 0,06 20,4+ 1,30 17,1+ 0,87 14,5+ 0,61 16,1+ 0,53 13,9+ 0,12 15,6+ 1,03 17,1+ 0,51 18,8+ 0,26 14,2+ 0,18 15,1+ 0,76 13,6+ 0,27 12,9+ 0,12 19,1+ 0,19 17,9+ 0,35	18,8+ 0,34 17,8+ 0,06 19,8+ 0,63 24,1+ 0,15 23,0+ 0,29 17,0+ 0,46 18,1+ 0,03 15,3+ 0,64 13,2+ 0,13 16,8+ 0,50 14,3+ 0,38 19,1+ 0,64 16,0+ 0,17 12,9+ 0,25 14,8+ 0,02 12,1+ 0,70 16,2+ 0,14 15,9+ 0,23 17,9+ 0,00 12,9+ 0,44 14,2+ 0,28 12,1+ 0,32 11,6+ 0,05 18,8+ 0,91 17,2+ 0,46
«Красноярское зимнее» «Красноярский снегирек» «Светлое» «Воспитанница» «Горноалтайская»	19,1+ 0,21 20,2+ 0,51 17,6+ 0,30 22,1+ 0,46 17,4+ 0,11	17,8+ 0,28 18,6+ 0,13 16,5+ 0,00 20,5+ 1,04 16,3+ 0,32

Содержание пектиновых веществ определяет студнеобразующую способность полуфабриката - опытную желейную пробу (табл. 2). Коэффициент корреляции между общим содержанием пектиновых веществ в яблочном пюре и его студнеобразующей способностью равен 0,95. Это указывает, что основным фактором. Коэффициент корреляции между студнеобразующей способностью пюре и содержанием в нем водорастворимого пектина равен 0,51. Особенно высокое значение желейной пробы дает пюре из яблок «Ранетка Ермолаева» (548 г), «Добрыня» (511 г), « Смена» (459 г), «Ранетка Пурпуровая» (410 г).

Таблица 2. Желейная проба и содержание пектиновых веществ в пюре из мелкоплодных яблок урожая, в % на сырую массу

Наименование сорта	Содержание пектиновых веществ	ПП	Желейная проба, г
	ВП	ПП	Общий пектин	Общий пектин
«Ранетка пурпуровая» «Добрыня» «Смена» «Байкал» «Зорька» «Салют» «Замена» «Ранетка Ермолаева» «Мана» «Фонарик» «Кызыкуль» «Даренка» «Сибирский румянец» «Аленушка» «Забайкальская» «Горноалтайская» «Юность» «Вега» «Лада» «Барнаулочка» «Красноярское сладкое»	1,16+0,11 1,29+0,24 1,15+0,03 0,65+0,35 0,59+0,00 1,09+0,18 0,85+0,30 1,41+0,47 0,10+0,08 1,00+0,25 1,12+0,01 0,54+0,40 0,38+0,07 0,79+0,36 0,89+0,04 0,99+0,29 0,73+0,09 0,71+0,00 0,47+0,53 0,47+0,12 0,48+0,01	0,97+0,30 0,06+0,16 1,11+0,69 0,47+0,07 0,51+0,13 0,91+0,24 0,63+0,02 1,09+0,40 1,03+0,16 0,98+0,09 0,89+0,21 0,47+0,03 0,24+0,11 0,29+0,00 0,86+0,45 0,93+0,63 0,36+0,01 0,65+0,14 0,34+0,06 0,46+0,34 0,40+0,15	2,13+0,41 2,35+0,40 2,26+0,72 1,12+0,42 1,10+0,18 2,00+0,42 1,48+0,32 2,50+0,87 2,13+0,24 1,98+0,34 2,01+0,22 1,01+071 0,62+0,18 1,08+0,38 1,75+0,49 1,92+0,92 1,09+0,10 1,36+0,24 0,81+0,59 0,93+0,46 0,88+0,16	45,5 45,1 48,1 41,9 46,3 44,5 42,5 43,0 48,3 49,3 44,2 46,5 38,7 26,8 49,1 48,4 33,0 46,7 41,9 49,3 40,8	410+4,33 511+3,67 459+1,31 169+2,00 174+1,98 383+2,15 321+1,73 548+2,34 463+3,01 391+2,25 408+1,67 273+1,54 126+0,86 264+2,13 363+2,08 422+3,05 254+1,05 272+1,62 245+1,44 216+1,19 259+2,06

Пюре с наиболее высоким содержанием полифенолов получено из сортов мелкоплодных яблок: «Добрыня» - 396,62 мг на 100г, «Зорька» - 266,78 мг на 100г, «Замена» - 263,26 мг, «Забайкальская» - 396,03, «Байкал» - 248,99 мг, «Красная гроздь» - 331,1мг на 100 г и т.д. (табл. 3).

Таблица 3. Содержание полифенолов в пюре из мелкоплодных яблок урожая года (на сырую массу)

Наименование сорта	Содержание полифенолов, мг на 100г
	Антоцианы	Лейкоантоцианы	Катехины	Сумма
«Фонарик»	8,22+0,03	91,15+1,93	34,32+0,06	133,69+1,18
«Зорька» «Живинка» «Замена» «Юность» «8-59-14» «Байкал» «Уральское наливное» «Добрыня» «Забайкальская» «Красная гроздь» «Лада»	2,48+0,00 5,05+0,21 6,12+0,08 1,65+0,01 3,50+0,09 8,01+0,01 1,89+0,00 27,85+0,14 16,47+0,21 4,81+0,07 2,74+0,02	153,57+2,71 29,98+1,04 149,1+2,07 58,84+1,42 70,13+0,83 111,81+1,86 47,86+0,74 259,56+2,91 224,28+2,68 208,08+1,17 68,83+0,60	110,72+2,44 138,29+0,79 108,04+0,63 38,25+0,19 47,17+0,24 129,17+2,17 47,37+0,06 108,97+1,35 143,28+1,92 118,21+1,10 29,45+0,13	266,78+2,36 173,28+1,19 263,26+2,14 110,31+1,30 120,80+1,83 248,99+3,09 97,12+0,81 396,62+3,06 396,03+2,84 331,10+3,11 101,02+0,42

Желирующая способность пюре должна быть не ниже 200 г (по Валенту) для обеспечения качества готовых изделий. Студнеобразующие свойства пюре зависят от кислотности. Отмечено, что плоды мелкоплодных яблонь отличаются повышенной кислотностью (табл. 4). Сравнительно высокая кислотность (рН=3,0 - 4,02) позволяет во всех случаях использовать это сырье без дополнительного подкисления.

Таблица 4. Активная кислотность пюре по годам сбора

Наименование сорта	рН по годам сбора плодов	Ср. знач рН
	1987	1992	1997	2002	2007
«Ранетка Ермолова» «Добрыня» «Ранетка пурпуровая» «Забайкальская» «Зорька» «Байкал» «Замена» «Смена» «Мана» «Живинка» «Красная гроздь» «Лада» «Фонарик» «Юность»	3,37+0,26 3,20+0,03 - - - - - - 3,4+0,40 - - - 3,2+0,32 -	3,06+0,01 3,08+0,09 2,72+0,14 - - - - - 3,42+0,01 - - - 3,08+0,16 -	3,60+0,24 3,31+0,01 3,23+0,11 - - - - - 3,46+0,3 - - - 3,26+0,12 -	3,47+0,29 3,36+0,06 3,36+0,14 3,091+1,3 3,54+0,11 3,12+0,09 3,21+0,08 2,98+0,01 3,49+0,08 3,76+0,12 4,51+0,16 3,12+0,07 3,38+0,04 2,69+0,00	3,21+0,11 3,01+0,02 2,85+0,07 3,20+0,04 3,29+0,01 3,06+0,06 3,85+0,06 3,30+0,09 3,61+0,13 3,54+0,14 3,53+0,02 3,15+0,06 3,12+0,01 3,63+0,05	3,34 3,19 3,04 3,14 3,41 3,09 3,53 3,14 3,47 3,65 4,02 3,13 3,21 3,16

Содержание сахаров (табл. 5) колеблется в плодах (6,98-10,84 %) и пюре мелкоплодных яблок (6,13-10,27 %). Благоприятное сочетание кислотности и сахаров технологически выгодно при производстве изделий с желейной структурой.

Таблица 5. Содержание сахаров в плодах и пюре мелкоплодных яблок Красноярского края (на сырую массу)

Наименование сорта	Содержание сахаров, %
	в плодах	в пюре
«Уральское наливное» «Байкал» «Зорька» «Добрыня» «Замена» «Фонарик» «Ранетка пурпуровая» «Аленушка»	9,89+1,23 10,84+0,66 8,67+0,26 9,52+0,86 9,47+1,95 9,13+0,18 6,98+0,18 8,90+0,36	9,45+0,74 10,27+0,17 8,72+0,31 7,44+0,09 8,67+0,13 9,02+0,28 6,13+0,00 8,11+0,05

Пюре из мелкоплодных яблок повышает биологическую ценность изделий, отпадает необходимость применения буферных солей. Пектин, полученный как из ранеток, так и из полукультурок, имеет невысокие физико-химические показатели.

Предложена технология приготовления пюре СВЧ-обработкой. Электромагнитное поле высокой и сверхвысокой частот находит применение в обеззараживании сырья мелкоплодных яблок при изготовлении пюре. Физическая основа дезинфекции под воздействием микроволновой энергии состоит в том, что при достаточной мощности происходит повышение температуры, в отличие от ионизирующих излучений, которые приводят к химическим изменениям. В основе экспериментов по СВЧ-обработке мелкоплодных яблок (рис. 19) лежит методика активного планирования, которая позволяет минимизировать необходимый объем опытов, сократить материальные затраты на проведение исследований и сохранить удовлетворительные статистические характеристики (Цугленок, 2003).

Рисунок 19. Вязкость конфетного студня в зависимости от сорта и способов приготовления пюре (шпарка и СВЧ-обработка)

Эффективность каждого из исследуемых методов обработки сырья мелкоплодных яблок зависит от сорта использованных плодов. Обеззараживание традиционным способом имеет наиболее эффективное действие на сорт «Светлое», а СВЧ-обеззараживание на сорт «Уральское наливное».

Важнейшим показателем яблок, предназначенных для переработки, является содержание в них пектиновых веществ. Желирующие свойства продуктов переработки яблок зависят от содержания пектина и кислотности исходного сырья. Для мелкоплодных яблок является характерным высокое содержание пектиновых веществ у сортов с более высокой кислотностью. Многие физико-химические показатели пектина (рассчитанные на сухое вещество), полученного из выжимок полукультурок, выше, чем для ранеток (табл. 6, 7).

Таблица 6. Физико-химические показатели пектина из ранеток

Показатель	Пектин
	«Ранетка Пурпуровая»	«Добрыня»	«Ранетка Ермолаева»
Влажность,%	14,0	13,7	13,5
Свободные карбоксильные группы (Кс),%	5,0	5,2	5,0
Связанные карбоксильные группы(Км),%	5,3	5,5	5,3
Ацетильные группы, %	0,22	0,44	0,80
Степень этерификации,%	50,4	49,3	47,4
Метоксильные группы, %
Средняя молекулярная масса,ед.	51000	47000	49000
Желирующая способность,мм рт.ст.	290	272	265
Желирующая способность, ч	410	511	548
Степень чистоты пектина, %	36,2	37,8	36,3

Таблица 7. Физико-химические показатели пектина из полукультурок

Показатель	Пектин
	«Фонарик»	«Горноалтайское»	«Зорька»
Влажность,%	13,7	13,5	14,0
Свободные карбоксильные группы, %	5,8	5,7	5,5
Связанные карбоксильные группы, %	6,1	6,0	5,7
Степень этерификации, %	49,7	49,2	49,8
Содержание метоксильных групп, %
Содержание ацетильных групп, %	0,37	0,47	0,25
Средняя молекулярная масса, ед.	53000	50000	52000
Желирующая способность, мм рт. ст.	309	300	303
Желирующая способность, ч	391	422	274
Степень чистоты пектина,%	41,7	41,2	39,2

Получение более качественного пектина из яблок-полукультурок также связано с содержанием полифенолов. В процессе исследований было установлено, что определяющей стадией получения пектина из выжимок мелкоплодных яблок является отделение пектина от полуфенольных веществ, которое может быть осуществлено с использованием ионообменной сорбции. Использование ионообменных смол для выделения полифенольных веществ из гидролизата позволило упростить подготовку сырья и подтвердило целесообразность изменения процесса гидролиза-экстрагирования пектина. Далее стадии переработки гидролизата с целого получения пектина могут осуществляться по технологической схеме (рис. 20).

Пектиновые вещества яблочных выжимок характеризуются большим содержанием протопектина и небольшим - растворимого пектина, поскольку последний в большом количестве удаляется вместе с пюре или соком. Анализ технологического процесса получения пектина с целью его усовершенствования целесообразно начать с последней стадии: выделение пектина из гидролизата. Известные коагулянты пектина: хлористый алюминий, этиловый спирт, ацетон - не обладают необходимой селективостью, и одновременно вымывают практически все балластные вещества из гидролизата. Поиск селективного коагулянта является малоперспективным из-за наличия большого количества ограничений к реагентам, применяемым в пищевой промышленности.

В пищевой, витаминной, медицинской и других отраслях промышленности широко применяют адсорбционные и ионообменные способы очистки жидких продуктов от различных примесей (Цугленок Н.В., Типсина Н.Н., 2007). Имеются сведения о возможности выделения полифенольных веществ из раствора на адсорбентах, но при этом возникают большие затруднения с их регенерацией. Это позволяет рекомендовать для выделения полифенольных веществ из гидролизата ионообменные смолы. Выбор ионитов обосновывался природой балластных веществ гидролизата, а также большим количеством ионов экстрогента. Поэтому целесообразно было взять аниониты, которые способны поглощать вышеприведённые примеси. В связи с этим нами были выбраны смолы ЭДЭ-1ОПГ, АВ-17-2п, АВ-17Мп, которые находят применение в пищевой промышленности, что исключает дополнительное исследование на токсичность. Из полученных данных следует, что наилучшая очистка была достигнута при использовании анионитов ЭДЭ-10ПГ, АВ-17 Мп, но при этом отмечался неприятный запах полученного пектина, что недопустимо для пищевых продуктов. При использовании анионита АВ-17-2п для очистки экстракта получен пектин по органолептическим показателям, удовлетворяющий требованиям ОСТ 111-3-82 «Пектин яблочный сухой». Приведенные выше факты определили выбор именно этого анионита для очистки гидролизата пектина, несмотря на меньшую в 1,5 раза сорбционную емкость.



Рисунок 20. Технологическая схема получения пектина

Во всех опытах при пропускании гидролизата пектина при рН=3,1 было отмечено, что верхний слой смолы в колонке приобретает синий цвет Исходя из данных исследования по очистке гидролизата от полифенолов, следует считать обоснованным кислотный режим гидролиза. Но не менее важным является правильный выбор длительности ведения процесса гидролиза - экстрагирования. Анализом проб, отобранных через 10 минут, было установлено, что в системе «выжимки - гидролизат» практически устанавливается равновесие в течение одного часа (табл. 8).

Таблица 8. Степень экстрагирования пектина из выжимок ранеток в зависимости от времени гидролиза

Время гидролиза	Степень экстрагирования пектина,%
	РН гидролизата
	1,8:2,0	2,5:3,0	4,5:5,0	2,5:3,0
10	21,5	23,0	18,6	24,0
20	34,0	37,0	32,2	36,1
30	43,8	49,2	41,3	50,6
40	45,4	50,1	42,0	рН=4,5:5,0 56,2
50	49,2	52,0	42,4	59,6
60	50,8	52,4	42,2	63,0
70	50,7	52,5	-	63,4

Гидролизат, полученный при выдержке в течение часа с рН=3, легко фильтровался в отличие от гидролизата с рН=1,2-1,8, что свидетельствует о предпочтительном ведении процесса гидролиза при рН=3. К тому же неожиданно было установлено более высокое содержание пектина в гидролизате с рН=3.0 По-видимому, это связано с потерей части пектина при фильтрации гидролизата с рН=1,2:1,8 из-за осаждения его полифенольными веществами. Увеличение выхода пектина при проведении процесса гидролиза в две стадии (при рН=3 и рН=5) подтверждает влияние полифенолов на выход пектина. Выбранный режим гидролиза с точки зрения очистки гидролиза от полифенольных веществ даёт более высокий выход пектина и по этим причинам может считаться вполне обоснованным. Для определения влияния масштаба установки на эффективность выделения пектина из яблочных выжимок были проведены испытания предлагаемого технологического процесса в промышленных условиях. В качестве ионообменника была использована цилиндрическая вертикальная емкость, открытая сверху диаметром 500 мм с перфорированным ложным дном, приваренным выше конического днища.

В четвёртой главе «Разработка технологии получения антоциановых пигментов из темноокрашенных сортов мелкоплодных яблок» рассматриваются технологические схемы получения антоцианового красителя как в лабораторных, так промышленных условиях (табл. 9).

Таблица 9. Физико-химические показатели мелкоплодных яблок

Показатель	Добрыня	Пурпуровая	Ранетка Ермолаева	Греза
Содержание сухих веществ, %	21,6	19,8	16,80	20,8
Кислотность титруемая, % по яблочной кислоте	0,16	0,16	0,17	0,20
Активная кислотность (рН)	3,09	2,96	3,01	2,81
Сахара, %: общие -редуцирующие	7,35 6,05	4,39 3,90	8,60 6,34	5,99 4,95
Витамин С, мг/100г	24,10	54,30	31,90	51,40
Р-активные вещества, мг/100г:
Антоцианы	23,31	28,36	32,20	38,74
Лейкоантоцианы	281,32	167,40	81,84	255,44
Катехины	184,09	158,50	172,18	141,23

Исследованы технологические особенности циклов схемы, повышающих качество продукции. Эффективность антоцианового красителя зависит от физико-химических показателей мелкоплодных яблок.

Содержание сухих веществ, сахаров, антоцианов, лейкоантоцианов, катехинов является важнейшим показателем для оценки технологических свойств яблок при их переработке (рис. 21).

Полученный из мелкоплодных яблок краситель представляет собой сиропообразную жидкость темно-красного цвета, кислого, слегка терпкого вкуса и запаха, соответствует принятым оргонометрическим критериям и стандартам качества.



Рисунок 21. Технологическая схема получения красителя из мелкоплодных яблок

Исследованы органолептические и биохимические свойства антоцианового красителя. Он содержат сравнительно большое количество красящих веществ - 13,1 - 31,8 г/л. Активная кислотность (рН) находится в пределах - 1,9 - 2,1. Микробиологическая оценка качества красителя показала, что в свежеприготовленном красителе не обнаружены сальмонеллы, плесени и дрожжи. Полное отсутствие микрофлоры в красителях можно объяснить повышенной кислотностью (рН =2,0…2,5) и наличием бактерицидных веществ (табл. 10).

Таблица 10. Физико-химические показатели антоцианового красителя

Показатель	Сорт ранеток
	«Пурпуровая»	«Добрыня»	Ранетка Ермолаева	«Греза»
Содержание сухих веществ, %	60,35	60,20	60,27	60,29
Относительная плотность при 20°С	1,43	1,40	1,41	1,42
Титруемая кислотность, % по яблочной кислоте	0,78	0,74	0,80	0,71
Активная кислотность (РН)	2,11	2,05	1,88	2,08
Сахара, %: общие редуцирующие	15,33 13,84	24,84 21,61	30,73 24,62	21,77 19,27
Витамин С, мг/100г	187,33	100,15	134,70	178,55
Содержание красящих веществ по СоS04 - 7Н20, г/л	26,62	15,25	13,08	31,79
Растворимость в воде	Полная (без осадка)	Полная (без осадка)	Полная (без осадка)	Полная (без осадка)
Р-активные вещества, мг/100 г
Антоцианы	136,56	111,32	155,26	200,29
Лейкоантоцианы	720,10	1102,03	389,16	1152,39
Катехины	673,24	759,54	828,22	677,29

В результате проведенных исследований установлены сроки хранения красителей - 12 месяцев со дня выработки и температурный режим 3…5єС.

В пятой главе «Разработка ассортимента рецептур получения кондитерских изделий» определены физико-химические состояния мармеладного студня по содержанию кислоты сахара и пюре и разработаны технические условия для получения мармеладного студня и рецептуры мармелада из пюре мелкоплодных яблок. Полученный в производственных условиях Минусинского овощеконсервного завода пектиновый полуфабрикат и выделенный из него пектин были использованы как желирующие вещества. Выработанный мармелад отвечал требованиям ГОСТ 6442-69 «Мармелад» (табл. 11, 12).

Таблица 11. Рецептура фруктового формового мармелада

Наименование сырья	Содержание сухих в-в, %	Расход сырья на 1т готовой продукции, кг
		в нативном выражении	в сух.в-вах
Сахар-песок	99,85	697,1	694,4
Пюре из мелкоплодных яблок	10,0	1114,3	111,43
Итого	-	1811,4	805,83
Выход	79,0	1000,0	790,00

Таблица 12. Рецептура фруктового пластового мармелада

Наименование сырья	Содержание сухих в-в, %	Расход сырья на 1 т готовой продукции, кг
		в натуральном выражении	в сух. в-вах
Сахар-песок	99,85	614,1	612,42
Пюре из мелкоплодных яблок	10,00	980,8	98,08
Итого	-	1594,9	710,5
Выход	70,0	1000,0	700,0

По разработанной рецептуре крема «Зефир» с использованием пектина из выжимок мелкоплодных яблок были выработаны торты. На основании проведенных исследований были разработаны технологические инструкции и рецептуры по приготовлению мармелада формового и пластового как отделочных полуфабрикатов для тортов, пирожных, рулетов. Содержание сахара в рецептуре (в % к массе пюре) снижено до 62% вместо 80%. Экспертная оценка этих изделий показала их высокие органолитические качества - 29,67 баллов по 30-бальной системе.

В шестой главе «Технико-экономические показатели технологических схем производства функциональных продуктов из мелкоплодных яблок Восточной Сибири» даны результаты лабораторных и производственных испытаний безотходных технологических схем получения функциональных продуктов и экономическая эффективность предложенного комплекса технологий на основе местного растительного сырья. Для получения 1 тонны пектинового полуфабриката (с содержанием пек...