ОДЕСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

КОЗОНОВА Юлія Олександрівна

УДК 663.81:663.15:[635.6+633.13]

РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ
ВИСОКОКАЛОРІЙНИХ СОКОВМІСНИХ НАПОЇВ
З ВИКОРИСТАННЯМ ЗЕРНА ЗЛАКОВИХ ТА БОБОВИХ КУЛЬТУР

Спеціальність 05.18.13 – технологія консервованих продуктів

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Одеса – 2007

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Одеській національній академії харчових технологій Міністерства освіти і науки України

Науковий керівник доктор технічних наук, професор

Тележенко Любов Миколаївна

Одеська національна академія

харчових технологій, кафедра

технології консервування,

професор кафедри

Офіційні опоненти доктор технічних наук, професор,

лауреат Державної премії України,

заслужений діяч науки і техніки України

Черно Наталія Кирилівна

Одеська національна академія харчових

технологій, кафедра органічної хімії,

завідувач кафедри

кандидат технічних наук, доцент

Хомич Галина Панасівна

Полтавський університет споживчої

кооперації України, кафедра технології

й організації харчових виробництв,

завідувач кафедри

Захист відбудеться “--25_”жовтня_ 2007 р. о 1030 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.088.01 в Одеській національній академії харчових технологій за адресою: 65039, м. Одеса, вул. Канатна, 112.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Одеської національної академії харчових технологій за адресою: 65039, м. Одеса, вул. Канатна, 112.

Автореферат розісланий _24_” _вересня------__ 2007 р.

Вчений секретар спеціалізованої

вченої ради, д.т.н., професор К.Г. Іоргачова

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Харчування є основним фактором у забезпеченні організму людини енергією, структурними елементами і функціональною діяльністю. Від повноти і регулярності надходження до організму численних компонентів їжі залежить сталість внутрішнього середовища та здоров`я людини. Сучасний напружений ритм роботи працівників різних галузей потребує повноцінного постачання пластичних і енергетичних ресурсів. За умови необхідності поповнення організму калоріями і біологічно активними речовинами протягом декількох хвилин та кращого засвоєння такої продукції вона повинна бути виготовлена у вигляді напоїв. Споживання соків та напоїв на душу населення безупинно зростає. Ці продукти мають високі смакові властивості, утамовують спрагу і є джерелом вітамінів. Однак їх енергетична цінність незначна і може бути підвищена шляхом складання рецептурних композицій із різних рослинних компонентів. Енергетичну потребу раціону людини на 40…80 % забезпечують вуглеводи. Найбільш придатними енергетичними компонентами для підвищення калорійності соків є зерно злакових та бобових культур (у вигляді борошна), яке на 60...70 % складається з вуглеводів (значна частина яких представлена крохмалем) і на 10...20 % з білка, що надає можливість повної заміни висококалорійним напоєм будь-якого з прийомів їжі.

Передумовою засвоєння їжі є складний процес попередньої її обробки, завдяки чому утворюються низькомолекулярні сполуки, які можуть резорбуватись і включатись в обмін речовин. При травленні природні біополімери (білки, полісахариди, жири) розщеплюються до мономерів – амінокислот, моносахаридів та жирних кислот. Баластні речовини, які не гідролізуються у шлунку та кишках, поступають у товстий кишечник, де в присутності мікроорганізмів додатково розщеплюються, а частина цих речовин є субстратом для мікрофлори кишечника. Так зване швидке харчування буде ефективним тоді, коли у процесі технологічної обробки біополімери будуть підготовлені до травлення і засвоєння. Це також дозволить збільшити у напої вихідну масову частку крохмалю, який формує реологічні характеристики системи і визначає консистенцію готового продукту. Без перевантаження травної системи та зниження працездатності організму за один прийом можна спожити 250...350 см3 продукту, калорійність якого повинна бути в межах 135...180 ккал (564...752 кДж) на 100 г продукту.

Дослідження структурних змін біополімерів і надання готовому продукту якісно нових властивостей при збереженні біологічно активних речовин сировини є невирішеною проблемою у створенні висококалорійних (або енергетичних) напоїв, виробництво яких є надзвичайно актуальним.

Зв`язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконана відповідно до держбюджетної тематики науково-дослідних робіт ОНАХТ ("Розробка біотехнологічних процесів цільового спрямованого регулювання функціональних фізіологічних та технологічних властивостей харчових продуктів та БАДів" № держреєстрації 0106U001445). Автором вивчені зміни біополімерів борошна гороху, вівса та ячмінного солоду як енергетичних складових в технології їх переробки у висококалорійні напої.

Мета і задачі досліджень. Метою досліджень є встановлення механізму, умов та параметрів гідролізу крохмалю борошна гороху, вівса та ячмінного солоду і розробка технології соковмісних функціональних напоїв підвищеної енергетичної цінності з високою масовою часткою біологічно активних речовин.

Відповідно до поставленої мети визначено наступні задачі: –

провести аналіз хімічного складу компонентів і підібрати рецептурні композиції висококалорійних фруктових та овочевих напоїв, обґрунтувати масову частку зернової складової; –

установити вплив та значущість факторів, які обумовлюють проходження ферментативного гідролізу крохмалю у висококалорійних напоях, визначити тип ферменту;–

дослідити кінетику розрідження крохмалю під дією ферментів солоду та ферментних препаратів мікробного походження;–

дослідити зміни білків напою в процесі гідролізу;–

дослідити вплив ферментативної обробки за різними режимами на мікробіологічні показники напою;–

розробити науково обґрунтовані режими теплової стерилізації консервів, зробити висновок про досягнення промислової стерильності напоїв;–

розробити технологію, нормативну та технологічну документацію на висококалорійні соковмісні напої з використанням зерна злакових та бобових культур;–

розрахувати показники економічної ефективності виробництва висококалорійних напоїв.

Об’єкт дослідження – природні біополімери (крохмалі, білки) борошна гороху, вівса та ячмінного солоду та їх структурні зміни в технології висококалорійних соковмісних напоїв.

Предмет дослідження – кінетика розрідження біополімерів борошна гороху, вівса та ячмінного солоду ферментними препаратами мікробного або рослинного походження для досягнення плинної консистенції висококалорійних напоїв.

Методи дослідження – загальноприйняті і специфічні фізичні, хімічні, біохімічні, фізико-хімічні, мікробіологічні, математичні методи з використанням сучасних приладів та устаткування.

Наукова новизна отриманих результатів:–

досліджено кінетику та режими ферментативного гідролізу крохмалів та білків за умови використання в якості розчинників (замість води) соків з фруктів та овочів;–

розроблені та запропоновані заходи для підвищення масової частки біологічно активних речовин у висококалорійних напоях; –

розроблена нова технологія висококалорійних напоїв, які включають продукти ферментативного гідролізу біополімерів борошна злакових або бобових культур;–

установлено об`єктивні показники контролю глибини гідролізу крохмалю, які дозволяють регулювати ступінь розрідження біополімерів та реологічні характеристики продукту; –

доведено можливість використання ячмінного солоду як джерела амілолітичних ферментів та енергетичної компоненти напою;–

отримано нові дані, що характеризують реологію неньютонівських рідин, молекулярну масу та ступінь полімеризації крохмалів на різних стадіях обробки продукту;–

вперше визначено закономірності змін біохімічних та технологічних властивостей енергетичних напоїв у процесі ферментативного розрідження крохмалів;

за результатами мікроструктурних, біохімічних, реологічних досліджень установлено механізм та стадії руйнування крохмальних зерен гороху, вівса та ячмінного солоду під впливом ферментних препаратів; –

отримано критеріальні залежності, які узагальнюють результати досліджень процесів тепломасообміну у ферментаторі при проходженні гідролізу біополімерів.

Практичне значення одержаних результатів. У результаті проведення аналітичних та експериментальних досліджень розроблено технологію висококалорійних соковмісних напоїв з використанням зерна злакових та бобових культур (проект нормативної та технологічної документації). Новизна технічних рішень захищена патентом України на корисну модель. Проведено промислову апробацію розробленої технології в умовах ВАТ "Дністровський". Відпускна оптова ціна підприємства за пляшку енергетичного напою місткістю 250 см3 складає 2,0...3,2 грн.

Особистий внесок здобувача. Автором безпосередньо сплановано експеримент, здійснено наукові дослідження, узагальнено отримані результати. Особистий внесок здобувача полягає в проведенні теоретичного обґрунтування та експериментальних досліджень по створенню рецептурних композицій напоїв; вивченні процесу гідролізу крохмалів та білків енергетичної складової та установленні параметрів його проведення; участі в обговоренні запропонованих концепцій; виступах з доповідями на конференціях, узагальненні та публікації одержаних результатів, розробці технології, нормативної та технологічної документації.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи викладено на трьох наукових конференціях професорсько-викладацького складу ОНАХТ (м. Одеса, 2005–2007р.р.), на Міжнародних науково-практичних конференціях "Харчові технології – 2005" (м. Одеса, 2005) та "Харчові технології – 2006" (м. Одеса 2006), на 73–ій науковій конференції "Наукові здобутки молоді – вирішенню проблем харчування людства у 21 столітті" (м. Київ, 2007 р.), на п’ятому міжнародному семінарі “Математичне моделювання та інформаційні технології” (м. Одеса, 2007), на міжнародній конференції „Modern problems of microbiology and biotechnology"(м. Одеса, 2007р.).

Публікації. За результатами роботи опубліковано 14 наукових праць, в тому числі 8 – в наукових фахових виданнях, тези 5 доповідей у збірниках матеріалів конференцій, 1 – патент України на корисну модель.

Структура і обсяг дисертації. Дисертація складається зі вступу, 5-ти розділів, висновків, списку використаних літературних джерел та додатків.

Дисертаційна робота викладена на 160 сторінках основного тексту, містить 48 рисунків (24 сторінки), 36 таблиць (14 сторінок), 11 додатків (73 сторінки). Список використаних літературних джерел складається з 202 найменувань (18 сторінок).

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі дисертації обґрунтовано актуальність роботи, сформульовано мету і задачі дослідження, показано наукову новизну і практичне значення отриманих результатів, їх апробацію, особистий внесок здобувача в проведених дослідженнях та публікаціях за темою дисертаційної роботи.

У першому розділі „Аналіз особливостей виробництва енергетичних функціональних напоїв” розглянуто стан проблеми та рівень виробництва функціональних продуктів і, насамперед, напоїв в Україні та у світі. Наведена класифікація таких напоїв та їх характеристика. Визначені та описані основні енергетичні інгредієнти рослинної сировини, до яких відносять вуглеводи та білки.

Наведено інформаційне дослідження поширеної в Україні сировини для висококалорійних напоїв: хімічний склад яблук, моркви та особливості їх переробки, злакові та бобові культури як джерело функціональних інгредієнтів. Наведені відомості щодо ферментативного розщеплення крохмалів у різних технологічних процесах.

У другому розділі „Об’єкти та методи досліджень” викладено методологічні основи та етапи вирішення проблеми виробництва висококалорійних соковмісних напоїв з використанням зерна злакових та бобових культур. Схему напрямків досліджень наведено на рис.1.

Зазначено, що експериментальні дослідження проводили на кафедрах технології консервування, технологічного обладнання харчових виробництв, фізичної та колоїдної хімії, переробки зерна ОНАХТ і на кафедрі процесів та апаратів ХДУХТ. Наведено перелік використаних методів дослідження. Для оцінки якості сировини, напівфабрикатів та готової продукції використовували як стандартні уніфіковані методи дослідження, так і оригінальні: дисперсійний аналіз для визначення молекулярної маси та середнього ступеня полімеризації крохмалів гороху та вівса, вивчення мікроструктурних змін крохмальних зерен впродовж проходження гідролізу та при набуханні (клейстеризації), визначення в’язкості та напруги зсуву досліджуваних зразків напою. Наведено методи математичного обчислення результатів досліджень.

У третьому розділі „Аналіз хімічного складу компонентів та підбір рецептурних композицій висококалорійних напоїв” установлено рецептури продуктів, які базуються на калорійності та реологічних показниках системи. За основну складову обрано соки, які є т ехнологічними, сумісними з обраними наповнювачами, а їх виробництво найбільш розповсюджене в Україні, для фруктових напоїв – це яблучний сік, для овочевих – морквяний. Розроблено технологічні заходи для підвищення масової частки біологічно активних речовин у соках, установлені параметри процесів підготовки сокових напівфабрикатів. Показана доцільність і можливість використання борошна гороху, вівса та ячмінного солоду як енергетичної складової. Висококалорійні або енергетичні напої отримали назву Мікси (табл.1).

Рис. 1. Програма досліджень

Таблиця 1

Рецептурні композиції висококалорійних напоїв

Висококалорійні напої на основі яблучного соку

Назва | Яблучний сік, % | Вид борошна та його масова частка (%)

Горохове | Вівсяне | Ячмінного солоду

Мікс 1 | 70 | 30––

Мікс 2 | 55– | 45–

Мікс 3 | 70 | 15– | 15

Мікс 4 | 55– | 23 | 22

Висококалорійні напої на основі морквяного соку

Назва | Морквяний сік, % | Вид борошна та його масова частка (%)

Горохове | Вівсяне | Ячмінного солоду

Мікс 5 | 70 | 30––

Мікс 6 | 55– | 45–

Мікс 7 | 70 | 15– | 15

Мікс 8 | 55– | 23 | 22

Технологія виробництва напоїв передбачає теплову обробку, яка змінює їх консистенцію. При підвищенні температури до 100 ?С, вже через 5 хвилин в`язкість системи зростає майже у 800 разів, а тривале прогрівання при цих же умовах призводить до подальшого збільшення значення в`язкості (рис.2), яке не зменшується після охолодження суміші, що обумовлено наявністю біополімерів, і, насамперед, клейстеризацією крохмалю.

Рис.2. Залежність динамічної в’язкості від тривалості теплової обробки (при 100 ?С) для яблучно-вівсяного висококалорійного напою

Для створення плинної консистенції та підвищення засвоюваності напоїв передбачене їх ферментативне розрідження у ході технологічної переробки. Для наукового обґрунтування цього процесу розглянуто механізм набухання та розчинення крохмалю у висококалорійних напоях. Показано, що розрідження крохмальних суспензій та зниження ступеня полімеризації полісахаридів доцільно проводити за допомогою амілолітичних ферментних препаратів. Для збільшення масової частки соку в напої в якості рідкої фази для проведення гідролізу крохмалю замість води використовували соки. Вибір ферментного препарату обумовлений оптимумом його рН дії. Для амілосубтиліну Г20х він становить від 5,2 до 6,2, для фруктамілу FNT – від 3,6 до 4,2. Показано доцільність використання фруктамілу FNТ для напоїв на основі яблучного соку та амілосубтиліну Г20х для напоїв на основі морквяного. Як альтернативу ферментам мікробного походження (безпечне та нешкідливе джерело амілолітичних ферментів і одночасно енергетична складова напоїв) було використано ячмінний солод. Співвідношення компонентів (горох : ячмінний солод; овес : ячмінний солод) 1:1 (табл.1).

Оскільки параметри процесу розрідження залежать від виду крохмалю та його властивостей, були визначені температури клейстеризації крохмалів. Мікроструктурними дослідженнями крохмалів гороху, вівса та ячмінного солоду установлені початкова, кінцева та середня температури клейстеризації. Для горохового крохмалю це – 66, 72, 69 ?С; для вівсяного – 58, 62, 60 ?С; для крохмалю ячмінного солоду – 58, 62, 60 ?С відповідно.

У четвертому розділі „Вивчення процесу гідролізу крохмалів та білків енергетичних компонентів висококалорійних напоїв” визначені основні фактори та показники контролю процесу. В результаті проведення дисперсійного аналізу напоїв на різних стадіях обробки установлено зміни молекулярної маси та середнього ступеня полімеризації крохмалів до та після гідролізу (табл.2).

Таблиця 2

Молекулярна маса та середній ступінь полімеризації

крохмалів (n=3; p0,95)

Дослідні зразки | Еквівалентний діаметр, мкм | Молекулярна маса крохмалю | Середній ступінь полімеризації крохмалю, глюкозних одиниць

Гороховий крохмаль | До гідролізу | 32 | 179110 | 1106

Після гідролізу | 25 | 40723 | 251

Вівсяний крохмаль | До гідролізу | 40 | 384315 | 2372

Після гідролізу | 25 | 30538 | 189

Зменшення молекулярної маси та ступеня полімеризації крохмалю у 4...12 разів дозволяє надати продукту плинної консистенції, поліпшити його засвоєння і залежить від умов проведення розрідження.

Дослідження кінетики накопичення редукуючих речовин у процесі розрідження крохмалю дозволило визначити кінетичні константи, які показують вплив температури та виду крохмалю на глибину гідролізу. Швидкість ферментативної реакції для напою з горохом при 65 ?С у 1,53 рази вища, ніж при 25 ?С, константа Міхаеліса, навпаки, менша у 1,24 рази. Для напою з вівсом швидкість ферментативної реакції при температурі, близькій до температури клейстеризації (55 ?С), порівняно до напою з гороховим наповнювачем, перевищує аналогічний показник (при температурі 65 ?С) на 7,3 %, а константа Міхаеліса для цього напою менша на 4 %.

Доведено, що гідроліз крохмалю в напоях з додаванням солоду необхідно проводити в одну стадію при температурі 65...70 ?С для напоїв з вівсом та при 70±2 ?С для напоїв з горохом. Тривалість гідролізу – 60 хв. При додержанні зазначених режимів накопичується 41...50 % редукуючих речовин (від маси крохмалю) (рис.3).

а б

Рис. 3. Залежність масової частки редукуючих речовин від тривалості (а) (при температурі 70 ?С) та температури (б) (протягом 60 хв) розрідження крохмалю енергетичної складової: 1 – напій з горохом та солодом; 2 – напій з вівсом та солодом.

Установлено неефективність традиційної технології ферментативного гідролізу крохмалю (клейстеризованого) для досягнення плинної консистенції напою. Запропоновано та розроблено двостадійну технологію проведення гідролізу при використанні ферментних препаратів, яка дозволяє отримати продукт з необхідними значеннями реологічних показників. На першій стадії проходить ферментативна модифікація крохмалю, яку проводять при температурі, на 2...5 ?С нижчій від температури клейстеризації відповідних крохмалів. Друга стадія – високотемпературна обробка напою (100 ?С), тривалістю 15 хв, супроводжується короткочасним загустінням (10±2 хв) з наступним розрідженням клейстеризованої маси (рис.4). Густина продукту через 15 хв обробки набуває початкових значень.

Рис.4. Графік зміни густини яблучно – горохового напою впродовж високотемпературної обробки (100 ?С)

Показано (рис.5), що накопичення редукуючих речовин на першій стадії (ферментативна модифікація крохмалів) йде повільно (для морквяно-горохового напою їх масова частка збільшується на 9 %, для яблучно - вівсяного – на 15 %) протягом 60 хв та 80 хв відповідно. На стадії високотемпературної обробки відбувається подвоєння масової частки редукуючих речовин, але за значно менший період часу (15 хв). В результаті проведення гідролізу крохмалю у напоях з вівсяним борошном утворюється редукуючих речовин у 1,6 разів більше, ніж у напоях з горохом, завдяки попередній гідротермічній обробці вівса. Порівняно з солодовими напоями, масова частка редукуючих речовин, що накопичуються при двостадійному гідролізі, на 19,6 % та 15 % менша для напою з горохом та вівсом відповідно.

а б

Рис.5. Динаміка накопичення редукуючих речовин у процесі гідролізу крохмалю яблучно–вівсяного (а) та морквяно-горохового (б) напоїв

Проведення мікроструктурного аналізу яблучно-вівсяного та морквяно-горохового напоїв показує ефективність ферментативної обробки в дві стадії та підтверджує результати седиментаційного аналізу: загальна кількість крохмальних зерен знижується, а масова частка дрібних фракцій зростає на 14...19 %.

Установлено (табл. 3), що масова частка редукуючих речовин в напоях з ферментними препаратами не перевищує 35 %, через особливості амілолітичних ферментів, функцією яких є розрідження, а при використанні солоду більша на 15…20 %, завдяки наявності у солоді -амілаз та утворенню мальтози у великій кількості. Продуктами гідролізу є глюкоза, олігосахариди зі ступенем полімеризації від 2 до 5 та декстрини різної молекулярної маси. Такий хімічний склад енергетичних напоїв дозволяє віднести їх до продуктів пребіотичної дії.

Таблиця 3

Характеристика продуктів гідролізу крохмалю енергетичної

складової напоїв (% від маси крохмалю)* (n=3; p0,95)

Продукти гідролізу | Енергетичні соковмісні напої з використанням борошна

Гороху | Вівса | Гороху та солоду | Вівса та солоду

Глюкоза | 2,1 | 3,12,33,2

Мальтоза | 3,96,919,120,4

Мальтотріоза | 4,39,27,88,3

Мальтотетроза | 1,93,73,1 | 4,4

Мальтопентоза | 5,910,28,210,1

Мальтогептоза | 0,91,00,91,5

Високомолекулярні

декстрини | 78,064,458,449,4

П р и м і т к а. * за даними паперової хроматографії

Показано, що в’язкість напоїв на 20 % можуть підвищити ?–глюкани, які містяться переважно в злакових культурах. Для запобігання ?–глюканового загустіння передбачено проводити охолодження після остаточної теплової обробки повільно, без струшування (перемішування).

Установлено, що деградація білкових речовин у процесі двостадійного гідролізу незначна, а накопичення амінного азоту не перевищує 6 % від маси білка для напою з горохом та 11 % від маси білка для напою з вівсом і солодом. Біологічна цінність білка напоїв становить 56...65 %. Показана кореляція між масовою часткою інгібітора трипсину у напої з горохом та показником його перетравності. Через наявність інгібітора травних ферментів масовою часткою 0,1...0,2 %, цей напій має перетравність 84...87 %, тоді як напій з вівсом – 90...92 %. Визначені формольні числа для висококалорійних напоїв до та після їх двостадійної обробки. Установлено, що найбільша кількість вільних амінокислот після проходження гідролізу міститься у напоях з вівсяним наповнювачем (16 мМоль/г), зміна цього показника у порівнянні з його початковими значеннями для цих напоїв також найбільша (117 %). Показано розподілення білків напоїв за фракціями і доведено, що після проведення гідролізу проходить частковий перерозподіл фракційного складу білків, хоча загальна масова частка їх при цьому змінюється не більше, ніж на 2,5 %.

В п’ятому розділі „Розробка технології виробництва висококалорійних соковмісних напоїв” наведені технологічні та апаратурні схеми для одержання восьми рецептурних композицій висококалорійних соковмісних напоїв з використанням мікробних ферментних препаратів та ферментів ячмінного солоду. Технологічна схема виробництва яблучно-горохових та яблучно-вівсяних висококалорійних напоїв з використанням барвника натурального наведена на рис.6.

Рис.6. Технологічна схема виробництва яблучно-горохових та яблучно-вівсяних напоїв

За результатами досліджень установлена математична залежність, яка пов`язує основні параметри ферментативного гідролізу біополімерів: кількість ферментного препарату, його активність, температуру та тривалість процесу. Узагальнення отриманих даних проводили за методом найменших квадратів за допомогою програми „Statistica”. Для обчислень параметрів гідролізу крохмалю отримано рівняння другого ступеня (1).

, (1)

де ? – тривалість гідролізу, год; Аі – коефіцієнт рівняння; x – активність ферментного препарату, од/г; y – температура проведення процесу, ?С; z – масова частка ферменту, г/кг.

Рівняння (1) дійсне в діапазоні активностей 1500...3000 од/г, температури – 20...65 ?С; масової частки амілосубтиліну Г20х – 0,1...2,1 г/кг. Середня похибка обчислювань не перевищує 1 %.

Показано, що тривалість ферментативного гідролізу необхідно обмежувати через підвищення кількості мікроорганізмів, які контамінують продукт. На початку ферментативного гідролізу напої на однаковій соковій основі мають аналогічні значення мікробіологічної контамінації, в процесі обробки (протягом 1...1,3 годин) ці значення збільшуються на 28,5...71,8 %, при чому для яблучних напоїв це зростання не перевищує 31,3 %, що обумовлено низьким значенням активної кислотності продукту. Довгочасне проведення процесу значно підвищує кількість колонієутворюючих одиниць у напоях, через три години ферментолізу при відносно низькій температурі кількість колонієутворюючих одиниць зростає на 210...244 %.

Установлено рекомендовану частоту обертів мішалки у ферментаторі при проведенні гідролізу біополімерів для інтенсифікації теплообмінних процесів. На стадії підігріву частота обертів становить 6 с-1, для процесу ферментативного гідролізу 0,05 с-1, для стадії високотемпературної обробки – 6 с-1. Для першої (ферментативної) і другої (високотемпературної) стадій процесу отримане|одержано| узагальнююче критеріальне рівняння (2) для потужності мішалки:

. (2)

Для розрахунку процесів теплообміну отримані|одержані| окремі для кожної стадії узагальнюючі залежності: для першої стадії, рівняння (3):

; (3)

для другої стадії (високотемпературної), рівняння (4):

. (4)

Установлено, що накопичення редукуючих речовин на стадії високотемпературної обробки, окрім зазначених вище факторів, залежить від інтенсивності перемішування (рис.7). Показано, що рекомендована для інтенсифікації теплообміну частота (6 с-1), одночасно сприяє проходженню процесу розрідження крохмалю, а масова частка редукуючих речовин, порівняно з частотою обертів 2...4 с-1, більша у 2...1,5 рази.

Рис.7. Вплив інтенсивності перемішування на масову частку редукуючих речовин на стадії високотемпературної обробки для яблучно-горохового напою:1 – 6 с-1; 2 – 8 с-1; 3 – 4 с-1; 4 – 2 с-1.

Розроблено науково обґрунтовані режими теплової стерилізації висококалорійних напоїв, які забезпечують їх мікробіологічну стабільність: для напоїв на основі яблучного соку – ?Р (за табл.);?Р (за табл.) –для напоїв на основі морквяного.

Виготовлені за наведеною технологією напої містять 26...34 % вуглеводів, 6...7 % білків, що забезпечує їх калорійність на рівні 135...180 ккал (564...752 кДж) на 100 г продукту. Біологічно активні харчові волокна, вітаміни, мінеральні речовини значно підвищують поживну та товарну цінність напоїв. Доведено, що при зберіганні гідроліз високомолекулярних сполук не протікає, а хімічний склад продукту, протягом рекомендованого терміну зберігання, практично не змінюється.

Розроблено проект нормативної та технологічної документації „Енергетичні напої”, який впроваджено на ВАТ „Дністровський". Відпускна оптова ціна підприємства за пляшку напою місткістю 250 см3 складає 2,0...3,2 грн.

Висновки

1. Аналітично та експериментально обґрунтована технологія висококалорійних соковмісних напоїв з використанням зерна злакових та бобових культур шляхом наукового пошуку рецептурних композицій, проведення ферментативного розрідження біополімерів, підвищення масової частки біологічно активних речовин у готовому продукті.

2. Забезпечення необхідної калорійності (135...180 ккал/100г) та плинності напоїв досягається введенням горохового наповнювача масовою часткою 30 %, вівсяного – 45 %, за рахунок того, що наповнювач містить крохмалю 43,5...48,5 %, білка – 11,5...21,0 %. При використанні ячмінного солоду, як джерела амілолітичних ферментів та енергетичної складової, загальна масова частка наповнювача залишається такою ж при співвідношенні компонентів (горох : ячмінний солод; овес : ячмінний солод) 1:1.

3. При виготовленні напоїв на основі яблучного соку показана доцільність використання ферменту мікробного походження – фруктамілу FNT, для напоїв на основі морквяного – амілосубтиліну Г20х. Отримана залежність тривалості гідролізу від активності, масової частки ферментного препарату та температури у вигляді рівняння другого ступеня, яке дійсне в діапазоні активностей 1500...3000 од/г, температури – 20...65 ?С, масової частки амілосубтиліну Г20х – 0,1...2,1 г/кг. Середня похибка обчислень не перевищує 1 %.

4. Показано, що накопичення редукуючих речовин на першій стадії гідролізу (ферментативна модифікація крохмалю) відбувається повільно (для морквяно-горохового напою їх масова частка зростає на 9 %, для яблучно-вівсяного – на 15 % протягом 60 хв та 80 хв відповідно). На стадії високотемпературної обробки протікає подвоєння масової частки редукуючих речовин, але за значно менший період часу (15 хв). В результаті проведення гідролізу крохмалю у напої з вівсяним наповнювачем утворюється у 1,6 разів більше редукуючих речовин, ніж з гороховим, завдяки попередній гідротермічній обробці вівса.

5. Установлено, що гідроліз крохмалю у напоях з додаванням солоду необхідно проводити в одну стадію при 65...70 ?С для напоїв з вівсом та при 70±2 ?С – з горохом протягом 60 хв. Дослідження зміни загальної кількості редукуючих речовин у напоях та їх якісна характеристика показали, що розрідження крохмалю проходить з утворенням декстринів різної молекулярної маси та обмеженої кількості редукуючих речовин (22...35 % від маси крохмалю для напоїв з ферментними препаратами та 41...50 % для напоїв з солодом).

6. Установлено, що у розроблених висококалорійних напоях масова частка білка складає від 5,8 % до 6,9 %. Доведено, що використані ферментні препарати практично не виявляють протеолітичної активності, накопичення амінного азоту не перевищує 11 % (від маси білка). Показано, що біологічна цінність білка напоїв становить 56...65 %. Через наявність інгібітора травних ферментів масовою часткою 0,1...0,2 %, напій з горохом має перетравність 84...87 %, тоді як з вівсом – 90...92 %.

7. Показано, що тривалість ферментативного гідролізу необхідно обмежувати через підвищення кількості мікроорганізмів, які контамінують продукт. На початку ферментативного гідролізу напої на однаковій основі мають аналогічні значення колонієутворюючих одиниць, в процесі обробки (протягом 1...1,3 годин) ці значення збільшуються на 28,5...71,8 %, при чому для яблучних напоїв це зростання не перевищує 31,3 %, що обумовлено низьким значенням активної кислотності продукту. Довгочасне проведення процесу (три години) значно (на 210...244 %) підвищує кількість колонієутворюючих одиниць у напоях.

8. Розроблені науково обґрунтовані режими теплової стерилізації висококалорійних напоїв. Для досягнення промислової стерильності яблучних напоїв режим ?Р (за табл.); морквяних – ?Р (за табл.).

9. Розроблено проект нормативної та технологічної документації „Енергетичні напої”, який впроваджено у ВАТ „Дністровський”. Відпускна оптова ціна підприємства за пляшку енергетичного напою місткістю 250 см3 складає 2,0...3,2 грн.

Список робіт, опублікованих за матеріалами дисертації

1. Козонова Ю.О. Конструювання висококалорійних функціональних напоїв з рослинної сировини / Ю.О. Козонова, Л.М. Тележенко // Наук. пр./ ОНАХТ. – О., 2006. – №28.– С.95-98.

Автором установлені рецептурні композиції висококалорійних напоїв, підготовлені матеріали до публікації.

2. Козонова Ю.О. Дослідження впливу різних факторів на розрідження крохмалю зернових та бобових культур / Ю.О. Козонова, Л.М. Тележенко // Наук. пр./ ОНАХТ. – О., 2006. – №29.–Том 2.– С.261-263.

Автором визначені основні фактори, які впливають на розрідження крохмалю гороху та вівса, узагальнені та підготовані матеріали до публікації.

3. Тележенко Л.М. Дослідження гідролізу крохмалю у висококалорійних напоях // Л.М. Тележенко, Ю.О. Козонова // Молочна промисловість.–2007.– № 1.– С.41-43.

Автором розроблені технологічні параметри проведення гідролізу крохмалю енергетичної складової напоїв, підготовані матеріали до публікації.

4. Козонова Ю.А. Фруктово-овощные напитки функционального назначения / Ю.А. Козонова, Л.Н. Тележенко // Пиво и напитки.–2006.– № 6.–С.18-22.

Автором вивчені зміни густини напоїв при різних видах технологічної обробки, підготовані матеріали до публікації.

5. Тележенко Л.Н. Использование зерновых культур для производства функциональных напитков / Л.Н.Тележенко, Ю.А. Козонова // Зернові продукти і комбікорми.–2007.–№ 1.–26-29.

Автором проведено дисперсійний аналіз висококалорійних напоїв, підготовлені матеріали до публікації.

6. Козонова Ю.О. Дослідження кінетики ферментативної реакції при створенні функціональних напоїв/ Ю.О. Козонова, Л.М. Тележенко // Молочна промисловість.–2007.– № 3.–С.42-44.

Автором визначені кінетичні константи ферментативного накопичення редукуючих речовин в процесі розрідження крохмалю напоїв, підготовані матеріали до публікації.

7. Козонова Ю.О. Застосування седиментаційного аналізу для оцінки ферментативного розщеплення крохмалю в енергетичних напоях / Ю.О. Козонова, Л.М. Тележенко // Холодильна техніка і технологія. – 2007. – № 2. –С.65-67.

Автором проведено седиментаційний аналіз, розраховані молекулярна маса та середній ступінь полімеризації крохмалю напоїв, підготовані матеріали до публікації.

8. Тележенко Л.М. Моделювання структури висококалорійних напоїв / Л.М.Тележенко, Ю.О. Козонова // Науч. тр. / IV-го семинара "Информационные системы и технологии" (Приложение к журналу "Холодильная техника и технология").– О.: ОГАХ, 2006. – С.193-198.

Автором досліджена динамічна в’язкість висококалорійних напоїв, підготовані матеріали до публікації.

9. ПАТ. 20175 А Україна, А 23L 2/00, А 23L 2/02. Енергетичні напої / Л.М.Тележенко, Ю.О. Козонова. – №200607669; Заявл.10.07.2006; Опубл. 15.01.2007, Бюл. № 1.

Автором встановлені технологічні параметри для виробництва висококалорійних напоїв, підготовані матеріали до публікації.

10. Тележенко Л.М. Висококалорійні фруктово-овочеві напої функціонального призначення / Л.М.Тележенко, Ю.О. Козонова // Харчові технології-2005: Тези доп. Міжн. наук.-практ. конф. – Одеса: ОНАХТ, – 2005. – С.37.

Автором проведений літературний пошук за темою дисертаційної роботи, підготовані матеріали до публікації.

11. Козонова Ю.О. Моніторинг технології виробництва висококалорійних напоїв / Ю.О. Козонова, Л.М. Тележенко // Харчові технології-2006: Тези доп. Міжн. наук.-практ. конф. – Одеса: ОНАХТ,–2006.– С.8.

Автором встановлені дійові прийоми для поліпшення технології висококалорійних напоїв, підготовані матеріали до публікації.

12. Козонова Ю.О. Математична обробка процесу ферментації / Ю.О. Козонова, О.Б. Василів // Наукові здобутки молоді – вирішенню проблем харчування людства у 21 столітті: Програма та матеріали 73-ї наук. конф. – Київ: НУХТ.– 2007. – С.13.

Автором проведено математичну обробку гідролізу крохмалю енергетичних напоїв, підготовані матеріали до публікації.

13. Козонова Ю.О. Математична обробка процесу гідролізу біополімерів для енергетичних напоїв / Ю.О. Козонова, Л.М. Тележенко, О.Б. Василів // Математическое моделирование и информационные технологии: Тез. докл. науч. семинара: – Одесса: ОГАХ.– 2007.– С.61-62.

Автором отримане рівняння для розрахунку параметрів ферментативної обробки напоїв, підготовані матеріали до публікації.

14. Kozonova J.A. The modes operations` optimization of high-calorie drinks hydrolysis fermentator / J.A. Kozonova, L.N. Telezenko // Energy Challenges of the 21st Century: Science, Technology, Economy, Society: Booк of abstract. – Odessa: OSAR. – 2007.– P. 93-95.

Автором запропоновано заходи для інтенсифікації теплообмінних процесів впродовж гідролізу біополімерів напою, підготовані матеріали до публікації.

АНОТАЦІЯ

Козонова Ю.О. Розробка технології висококалорійних соковмісних напоїв з використанням зерна злакових та бобових культур. – Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.13 – технологія консервованих продуктів. – Одеська національна академія харчових технологій Міністерства освіти і науки України, Одеса, 2007.

Дисертація спрямована на створення висококалорійних напоїв з використанням рослинних інгредієнтів з додержанням технології, яка дозволяє максимально зберегти біологічно активні речовини сировини. Значна увага у роботі приділяється проведенню специфічного гідролізу крохмалю сировини, який формує реологічні характеристики напою та визначає консистенцію готового продукту.

Показана доцільність проведення гідролізу крохмалю за двостадійною технологією, параметри якої можна установити за розробленим рівнянням другого ступеня. Доведено, що побудова технологічного процесу з додержанням розроблених рекомендацій дозволяє створити висококалорійний продукт плинної консистенції з високим вмістом біологічно активних речовин.

Ключові слова: функціональні продукти, енергетичні напої, висококалорійні напої, гідроліз крохмалю, горохове борошно, вівсяне борошно, ячмінний солод, яблучний сік, морквяний сік, амілолітичні ферментні препарати.

АННОТАЦИЯ

Козонова Ю.А. Разработка технологии высококалорийных сокосодержащих напитков с использованием зерна злаковых и бобовых культур. – Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.18.13 – технология консервированных продуктов. – Одесская национальная академия пищевых технологий Министерства образования и науки Украины, Одесса, 2007.

Диссертация направлена на создание высококалорийных напитков с использованием растительных ингредиентов по технологии, которая позволяет получить продукт высокого качества и максимально сохранить биологические соединения сырья. Установлены рецептурные композиции напитков, исходя из калорийности и реологических показателей системы. В качестве основной компоненты для напитков выбрали соки, которые являются технологичными, совместимыми с выбранными наполнителями; их производство наиболее распространено в Украине: для фруктовых напитков это яблочный сок, для овощных – морковный. В качестве наполнителей использовали муку зерна злаковых и бобовых культур, которая обеспечивает продукт требуемой калорийностью. Значительное внимание в работе уделено проведению специфического гидролиза крахмала сырья, определяющего реологические характеристики напитка и консистенцию готового продукта.

Исследован процесс гидролиза крахмала при использовании ферментов растительного и микробного происхождения. По значениям активной кислотности соковой основы напитков были подобраны амилолитические ферменты: для яблочных напитков – фруктамил FNT, для морковных амилосубтилин Г20х. В качестве безвредного источника амилолитических ферментов доказана эффективность использования ячменного солода. Показано, что проведение гидролиза с помощью амилаз ячменного солода осуществляется в одну стадию. Применение ферментных препаратов микробного происхождения определяет необходимость проведения гидролиза в две стадии: ферментативный гидролиз под действием ферментных препаратов (проводят при температуре ниже температуры клейстеризации используемых крахмалов зерна) и высокотемпературная обработка (температура 100 ?С, продолжительность 15 мин), которую проводят при постоянном перемешивании (6 с-1).

Параметры ферментативного гидролиза (зависимость времени процесса от активности, массовой доли фермента и температуры смеси) можно установить по разработанному уравнению второй степени. Исследован состав гидролизатов и показано, что основными продуктами разжижения крахмала являются глюкоза, олигосахариды со степенью полимеризации от 2 до 5 и декстрины различной молекулярной массы, которые имеют пребиотическое действие. Деградация белковых веществ в процессе гидролиза незначительная. Биологическая ценность энергетических напитков составляет 56...65 %. Из-за наличия в напитке с горохом небольшого количества ингибитора пищеварительных ферментов его переваримость ниже, чем у напитка с овсом на 10…15 %.

Показано, что построение технологического процесса с учетом разработанных рекомендаций позволяет создать высококалорийный продукт льющейся консистенции с высокой массовой долей биологически активных веществ. Разработанные режимы стерилизации для напитков позволяют обеспечить их микробиологическую стабильность. На протяжении технологического процесса, особенно во время гидролиза, значительно возрастает микробиальная контаминация полуфабрикатов, что препятствует, согласно с действующими нормами, использованию напитка для детского питания. Только один напиток – яблочно-овсяный – по значению обсемененности до стерилизации может быть использован для продуктов детского питания. Разработанная технология не требует аппаратурного переоснащения консервных заводов.

Ключевые слова: функциональные продукты, энергетические напитки, высококалорийные напитки, гидролиз крахмала, гороховая мука, овсяная мука, ячменный солод, яблочный сок, морковный сок, амилолитические ферментные препараты.

SUMMARY

Kozonova J.A. Development of technology of high-caloric juicy beverages on a grain and leguminous industrial crops base. – Manuscript.

The dissertation for a scientific degree of s candidate of technical science on speciality 05.18.13 – technology of canned products. – Odessa National Academy of Food Technologies of Ministry of Education and Science of Ukraine, Odessa, 2007.

The dissertation is devoted to the high-caloric fruity-vegetable beverages creation on a base of vegetable ingredient in accordance to technology, which allows saving as much as possible raw materials biologically active substances. The complication of technology is special starch hydrolyses conducting, which determines beverage reological characteristic and forms the ready-made product consistence.

Twostage process of starch hydrolyses was investigated. Process parameters can be circumscribed with a second degree equation. It was shown that technological process construction in accordance to a developed recommendation allows to make a product with a flow consistence.

Key words: functional products, energy beverages, high-caloric beverages, starch hydrolyses, pea flour, oats flour, barley malt, apple juice, carrot juice, amilolitical ferments.

Підписано до друку 20.09.2007 р. Формат 60х90/16. Об’єм 0,9 умов. друк. арк.

Замовлення № 12. Тираж 100 прим.

___________________________________________________________________

ОНАХТ, 65039, м. Одеса –39, вул.Канатна,112