Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
22
ХАРКІВСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
ХАРЧУВАННЯ ТА ТОРГІВЛІ
РЯБЕЦЬ ОЛЬГА ЮРІЇВНА
УДК 577.114.8:582.272:612.392.9
ТЕХНОЛОГІЯ АНАЛОГУ ІКРИ ЧОРНОЇ
З ВИКОРИСТАННЯМ АЛЬГІНАТУ НАТРІЮ
Спеціальність 05.18.16 –технологія продуктів харчування
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня
кандидата технічних наук
Харків –8
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Харківському державному університеті харчування та торгівлі Міністерства освіти і науки України.
Науковий керівник: доктор технічних наук, доцент
Гринченко Ольга Олексіївна,
Харківський державний університет харчування та торгівлі, професор кафедри технології харчування
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, доцент
Кравченко Михайло Федорович,
Київський національний торговельно-економічний університет,
доцент кафедри технології та організації ресторанного господарства
кандидат технічних наук, доцент
Салавеліс Алла Дмитрівна,
Одеська національна академія харчових технологій,
доцент кафедри технології хліба, кондитерських, макаронних виробів та харчоконцентратів
Захист відбудеться « 26 » червня 2008 р. о 14.00 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 64.088.01 Харківського державного університету харчування та торгівлі за адресою: вул. Клочківська, 333, м. Харків, 61051.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Харківського державного університету харчування та торгівлі за адресою: вул. Клочківська, 333, м. Харків, 61051.
Автореферат розісланий « 26 » травня 2008 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради А.А. Дубініна
Загальна характеристика роботи
Актуальність теми. В останні роки в Україні склалась стійка тенденція зниження обсягів промислових виловів риб та виробництва рибної продукції. Нераціональне використання рибних біоресурсів призвело до скорочення популяції осетрових риб і дефіциту такого делікатесного продукту, як чорна ікра. Вищезазначене зумовило розвиток технологій, спрямованих на отримання аналогів –імітованої ікри, які за якістю та харчовою цінністю наближаються до натуральної. Наукові роботи з цього напрямку було розпочато під керівництвом академіка Несмеянова О.М. вченими Рогожиним С.В., Слонимським Г.Л., Толстогузовим В.Б. та іншими й розвинуто дослідженнями вітчизняних науковців –Пивоваровим П.П., Перцевим Ф.В., Кучерук З.І.
Сьогодні існують два принципові способи отримання аналогів ікри, яким притаманні певні недоліки. За першим способом отримують імітовану ікру у фор-мі гранул, які характеризуються однорідними структурно-механічними властивос-тями за об’ємом і недостатньо імітують натуральну ікру. За другим способом отримують аналог ікри у формі капсул з оболонкою, яка не витримує термічну обробку. Висока лабільність капсульного аналогу ікри до температури визначає його мікробіологічну нестійкість та нетривалий термін зберігання.
З урахуванням накопиченого досвіду виробництва імітованих продуктів значний науковий та практичний інтерес представляє створення аналогу ікри чорної, яка за своєю структурою має форму капсули з термостійкою оболонкою. За цих умов перспективним є використання як оболонкоутворювача альгінату натрію, здатного до іонотропного гелеутворення.
На сьогодні в Україні відсутні наукові основи отримання капсульних продуктів з використанням альгінату натрію, не розроблено наукові принципи капсулювання для отримання харчових продуктів у вигляді готових до вживання форм. Не розроблено технологію аналогу ікри чорної капсульної структури та не визначено показники його якості та безпечності.
У зв’язку з вищевикладеним розробка наукових основ капсулювання з використанням альгінату натрію є актуальним та своєчасним завданням, вирішення якого дозволить створити технології капсульних продуктів з новими споживними властивостями, розширити галузь знань у створенні структурованих продуктів харчування, а впровадження науково обґрунтованої технології аналогу ікри чорної дозволить розширити асортимент кулінарної продукції закладів ресторанного господарства.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота виконувалась відповідно до основних напрямків наукових досліджень Харківського державного університету харчування та торгівлі за темами № 21-05-07 Б (0105U002050) «Наукове обґрунтування технології реструктурованої продукції, одержаної шляхом утворення комплексних драглів» та № 8-05-06 Д «Наукові основи капсульної продукції на основі альгінату натрію».
Мета і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є наукове обґрунтування та розробка технології аналогу ікри чорної з використанням альгінату натрію. Для досягнення поставленої мети необхідно було вирішити наступні завдання:
Об’єкт дослідження –технологія аналогу ікри чорної.
Предмет дослідження –розчини альгінату натрію (AlgNa); гелі альгінату кальцію (Alg2Ca), виготовлені на основі розчинів альгінату натрію та хлориду кальцію (CaCl2) за різного вмісту компонентів; водно-жирові системи, що підлягають капсулюванню; капсульні продукти; аналог ікри чорної; кулінарна продукція з використанням аналогу ікри чорної.
Методи дослідження –фізичні, фізико-хімічні, мікробіологічні, органолептичні, методи системного аналізу, планування та математичного моделювання.
Наукова новизна одержаних результатів. На підставі встановлення закономірностей дифузії іонів кальцію (Са2+) в середовищі розчинів альгінату натрію теоретично визначено та експериментально підтверджено принципи отримання капсульних продуктів, що технічно забезпечуються екструзійним змішуванням «через повітря» краплин внутрішньої складової –водного розчину кальційвміщуючої рецептурної суміші з формуючим середовищем у вигляді розчину альгінату натрію, з отриманням куль з порожниною та термостійкою альгінат-кальцієвою оболонкою.
Визначенням закономірностей формування структурно-механічних показників гелів альгінату кальцію залежно від концентрації іонів кальцію та альгінату натрію доведено наявність «запираючого» дифузію Са2+ шару у вигляді гелю альгінату кальцію, що є підґрунтям встановлення параметрів отримання капсульних продуктів.
Встановленням впливу технологічних чинників на функціонально-технологічні властивості рецептурної суміші для капсулювання та формуючого середовища обґрунтовано параметри технологічного процесу отримання аналогу ікри чорної.
З використанням методів системного аналізу науково обґрунтовано та розроблено технологічну схему виробництва аналогу ікри чорної. Комплексно досліджено його фізико-хімічні, структурно-механічні, органолептичні та мікробіологічні показники, визначено споживні властивості, харчову та біологічну цінність, встановлено закономірності зміни показників під впливом технологічних чинників.
Практичне значення одержаних результатів. На підставі проведених теоретичних та експериментальних досліджень розроблено технологію аналогу ікри чорної з використанням альгінату натрію та рекомендації з його використання у складі кулінарної продукції.
Розроблено та затверджено нормативну (ТУ У 15.2-24034529-06:2006 «Ікра альгінова «Перлина Криму» капсульна») та технологічну (ТІ до ТУ У 15.2-24034529-06:2006) документацію, що регламентує технічні вимоги та технологічний процес виробництва аналогу ікри чорної.
Розроблено асортимент, рецептурний склад та технологію виробництва кулінарної продукції з використанням аналогу ікри чорної, що знайшло відображення в технологічній інструкції з виготовлення холодних та гарячих закусок, страв з риби та морепродуктів з використанням аналогу ікри чорної.
Здійснено впровадження аналогу ікри чорної в ПП «Росинтех» (акт від 25.05.2006 р.), в ТОВ «Случ» (акт від 28.11.2007 р.) та кулінарної продукції з його використанням в ТОВ «Аніс» (акт від 17.12.2007 р.). Випущено дослідно-промислові партії аналогу ікри чорної та кулінарної продукції з його використанням. Результати дисертаційної роботи впроваджено в навчальний процес ХДУХТ (акти від 20.12.2007 р., 25.12.2007 р.).
Особистий внесок здобувача полягає в аналізі стану проблеми, розробці програми дослідження, організації, проведенні та узагальненні аналітичних та експериментальних робіт, аналізі та обробці одержаних даних, формулюванні висновків, підготовці матеріалів до публікації та складанні заявки на винахід, розробці нормативної та технологічної документації, проведенні заходів з впровадження результатів дослідження у виробництво та навчальний процес.
Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідались, обговорювались та отримали позитивну оцінку на наукових конференціях професорсько-викладацького складу та аспірантів ХДУХТ (2005–2007 рр.), на 71 та 72 наукових конференціях молодих учених, аспірантів та студентів «Наукові здобуття молоді –вирішенню проблем харчування людства у ХХ столітті» (м. Київ, 2005 р., 2006 р.), IV міжнародній науково-практичній конференції «Наука і соціальні проблеми суспільства: харчування, екологія, демографія» (м. Харків, 2005 р.), на Х Всеукраїнській науково-практичній конференції студентів, аспірантів та молодих вчених «Технологія –» (м. Сєвєродонецьк, 2007 р.), на всеукраїнській науково-практичній конференції «Нові ресурсо- та енергозберігаючі технології харчових виробництв» (м. Полтава, 2007 р.), на міжнародній науково-практичній конференції, присвяченій 40-річчю ХДУХТ «Стратегічні напрямки розвитку підприємств харчових виробництв, ресторанного господарства та торгівлі» (м. Харків, 2007 р.), на міжнародній науково-практичній конференції «Совершенствование технологий и оборудования пищевых производств» (м. Мінськ, 2007 р.).
Продукція демонструвалась на міжнародній виставці «Харківщина індустріальна. Наука та виробництво» (м. Харків, 2005 р.), виставці-презентації Харківської області в рамках загальнодержавної виставочної акції «Барвиста Україна» (м. Київ, 2005 р.), обласній виставці «Наука Харківщини – 2006» (м. Харків, 2006 р.), міжнародній виставці «Наука і виробництво. Продукти харчування, технології, обладнання» (м. Харків, 2007 р.).
Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 12 наукових праць, у тому числі 5 статей у наукових фахових виданнях, затверджених ВАК України, 7 тез доповідей на наукових конференціях.
Структура й обсяг дисертації. Дисертаційна робота складається зі вступу, 6 розділів, висновків, 6 додатків, списку використаних джерел, що включає 215 найменувань, у тому числі 54 іноземних. Дисертацію викладено на 178 сторінках друкованого тексту, вона містить 25 таблиць та 54 рисунки.
основний зміст роботи
У вступі обґрунтовано актуальність дисертаційної роботи, сформульовано мету та завдання дослідження, викладено наукову новизну та практичне значення роботи.
У першому розділі «Наукові та практичні передумови застосування процесу капсулювання в технології імітованої ікри» (огляд літератури) розглянуто технологічні та економічні аспекти виробництва та споживання ікри осетрових риб. Наведено характеристику існуючих технологій імітованої ікри, відзначено їх переваги та недоліки. Доведено доцільність використання альгінату натрію для отримання аналогу ікри чорної капсульної структури, оболонка якого сформована шляхом іонотропного гелеутворення та здатна витримувати термічну обробку.
У другому розділі «Організація, предмети, матеріали та методи дослідження» сформульовано програму аналітичних та експериментальних досліджень, наведено характеристику предметів та методів досліджень.
Показники якості сировини, аналогу ікри чорної та кулінарної продукції визначали за стандартними методиками. Масову частку жиру визначали за методом Сокслета, білка –за методом Кьєльдаля, мінеральних речовин –шляхом спалення наважки з подальшою мінералізацією. Кількісне визначення амінокислот здійснювали методом рідино-рідинної хроматографії, триптофану –за Грехемом. Амінокислотний скор білків і ступінь збалансованості амінокислот досліджували за методами ФАО/ВООЗ; жирнокислотний склад ліпідів –методами газової хроматографії.
Молекулярно-масовий розподіл AlgNa та систем «AlgNa–СаCl2» вивчали шляхом ультрацентрифугування з використанням фенол-сірчаного методу. Вміст іонів кальцію визначали за допомогою кальцієвого електроду. Структурно-механічні показники аналогу ікри чорної та гелів альгінату кальцію визначали на модифікованих вагах Каргіна-Соголової; ефективну в’язкість зразків – на віскозиметрі постійної напруги ВПН–,2М. Зусилля відриву гелів альгінату кальцію від розчинів альгінату натрію визначали на торсіонних вагах типу Дю Нуи, коефіцієнт пропускання систем –на колориметрі КФК-2. Емульгуючу здатність модельних систем оцінювали за методикою Гурова О.М., стійкість емульсій визначали шляхом відношення об’єму незруйнованої емульсії після центрифугування до її загального об’єму. Для оцінки кулеподібності капсул визначали коефіцієнт їх форми за відношенням максимального діаметра до мінімального.
Органолептичний аналіз готової продукції проводили профільним методом з використанням п’ятибальної шкали. Отримані дані опрацьовували методами математичної статистики та кореляційного аналізу з використанням програмного забезпечення MathCad. Економічну ефективність від впровадження результатів визначали за діючими в галузі методиками розрахунку.
У третьому розділі «Теоретичне та експериментальне обґрунтування технологічних параметрів отримання капсульних продуктів на основі альгінату нат-рію» з урахуванням результатів теоретичних та експериментальних досліджень змодельовано шляхи розвитку систем за умов капсулювання однополярних рідин (розчин AlgNa, розчин CaCl2) й обґрунтовано спосіб отримання капсул, що мають внутрішню порожнину та гелеподібну оболонку; досліджено закономірності формування фізико-хімічних та структурно-механічних властивостей систем на основі AlgNa під впливом технологічних чинників; обґрунтовано кількісний склад (концентрація AlgNa, CaCl2, загусника – ксантану) та технологічні параметри отримання капсул (тривалість капсулювання, промивання капсул водою питною); розроблено принципову технологічну схему виробництва капсульних продуктів.
За реалізації інноваційної стратегії доведено доцільність використання в технології аналогу ікри чорної як оболонкоутворювача альгінату натрію, який, як відомо, за наявності іонів Са2+ внаслідок іонообмінної реакції здатен утворювати термостабільні гелі з визначеними структурно-механічними властивостями.
Аналітичними дослідженнями з використанням основних положень термодинаміки, фізичної та колоїдної хімії визначено шляхи розвитку систем за умов екструзійного змішування «через повітря» розчинів CaCl2 та AlgNa з утворенням або ізотропних за властивостями гелів у вигляді гранул, або пористих тіл у вигляді капсул (рис. 1).
Теоретично та експериментально доведено, що приведення у взаємодію вищеозначених розчинів призведе до іонообмінної реакції, перебіг якої відповідно до закону Фіка поряд із зовнішніми чинниками (концентрація речовин, температура, тривалість дифузії та інші) визначається властивостями речовин, а саме їх розмірами та, відповідно, молекулярними масами, які є зворотно пропорційними коефіцієнту дифузії.
Рис. 1. Модель розвитку системи з уведенням краплини розчину хлориду кальцію до розчину альгінату натрію: а –перша (миттєва) стадія, б –утворення капсули, де: І –зона розчину CaCl2, ІІ –зона гелю Alg2Ca, ІІІ –зона «м’якого» гелю із суміші Alg2Ca та AlgNa, IV –зона розчину AlgNa
На підставі досліджень молекулярно-масового розподілу фракцій у складі розчину AlgNa та систем «AlgNa – CaCl2» (табл. 1), коефіцієнту їх пропускання та розчинності встановлено, що взаємодія AlgNa (зона IV) та CaCl2 (зона І) призводить до полімеризації альгінату натрію з подальшим формуванням нової нерозчинної у воді фази. При цьому за концентраційних співвідношень AlgNa до СаСl2 у водному розчині як 100:(1…3) системи характеризуються 100% розчинністю, є однофазними, але спостерігається зниження в 2 рази частки найбільш рухомих та реакційно-здатних фракцій AlgNa з М.м. 20 кДа та 40 кДа (на 50,4% та 50,0%) та їх полімеризація, наслідком чого є збільшення в 1,16…1,84 разів частки фракцій з М.м. 500…2000 кДа й в 1,63 разів середньовагової молекулярної маси.
Таблиця 1
Молекулярно-масовий розподіл фракцій у складі
розчину AlgNa та системи «AlgNa –CaCl2»
|
Фракції, М.м., кДа |
Вміст фракцій, % |
Приріст (+, - , %) фракцій системи «AlgNa –CaCl2» в порівнянні з розчином AlgNa |
|
|
Розчин AlgNa (1%) |
Система «AlgNa (1%) –CaCl2 0,03%)» |
||
|
20 |
,3 |
,0 |
-50,4 |
|
40 |
,8 |
,4 |
-50,0 |
|
70 |
,7 |
,7 |
– |
|
110 |
2,7 |
,7 |
– |
|
500 |
4,7 |
,7 |
+42,5 |
|
1000 |
17,0 |
,7 |
+15,9 |
|
2000 |
23,8 |
,8 |
+84,0 |
|
Всього |
100,0 |
,0 |
– |
Середньовагова молекулярна маса (MW)
|
685,54 |
1116,92 |
+63,0 |
Зростання частки СаСl2 в системі до співвідношення 100:(6…10) призводить до зменшення коефіцієнту пропускання систем (зі 100% до 97%) та їх розчинності у воді (з 95% до 20%). Це свідчить про утворення нової гелеподібної фази в системі в кількості від 5,0% до 80% з низькою спорідненістю до розчинника та здатністю до дифузії, що є передумовою формування капсул.
На підставі отриманих експериментальних даних спрогнозовано значення коефіцієнтів дифузії (D) речовин у непреривному водному середовищі, які відповідають нерівності DСа2+ DAlgNa DAlg2Сa, та доведено, що єдиним можливим напрямком дифузійних процесів для трикомпонентної системи «AlgNa –іони Ca2+ –вода» є дифузія іонів Ca2+ із зони І (розчин СаСl2) до зони IV (розчин AlgNa) з утворенням складної пошарової системи, яка являє собою кулю з порожниною всередині, тобто капсулу.
З урахуванням результатів оцінки ікри осетрових риб за показником зусилля руйнування (тобто лопання ікринок), яке складає (3,2…3,6)103 Па, визначено межові значення модулю миттєвої пружності гранул Alg2Ca – (7,0…7,5)103 Па, при яких вони за властивостями наближаються до натурального продукту. Експериментально обґрунтовано, що вищевказані значення модулю миттєвої пружності досягаються в межах концентрацій AlgNa –,8…1,5%, СаСl2 –,1…0,5%.
Визначено, що обов’язковою умовою формування капсул є присутність у розчині СаСl2 загусника, у якості якого обрано ксантан. Встановлено, що за кон-центрації ксантану 0,4% в розчині СаСl2 крайовий кут змочування краплин на скляній поверхні досягає 20º, що забезпечує коефіцієнт форми капсул 1,0…1,1. Співставлення результатів дослідження коефіцієнту форми та зусилля руйнування капсул дозволило закріпити значення товщини їх оболонки – (0,2…0,4)10-3 м, що забезпечує отримання капсул необхідної формостійкості та міцності. При цьому тренд бажаності органолептичних показників аналогу ікри чорної спрямовано в бік меншої товщини оболонки –(0,2…0,25)10-3 м.
Встановленням закономірностей дифузії іонів кальцію в середовищі альгінату натрію доведено виникнення при екструзії загущеного розчину CaCl2 в розчин AlgNa прикордонного «запираючого» гелеподібного шару з властивостями твердого тіла, що являє собою гель альгінату кальцію в середовищі альгінату натрію, який утворюється за концентрацій CaCl2 не нижче 0,2% та AlgNa 0,8…1,5%. Встановлено, що за тривалості капсулювання протягом 90 с (рис. 2) утворюються оболонки з товщиною більше 0,210-3 м, які забезпечують необхідний коефіцієнт форми капсул 1,0…1,1.
Визначено значення зусилля відриву гелів Alg2Ca від розчинів АlgNa та систем «АlgNa –СаCl2». Доведено, що зі зростанням у складі оболонки капсул вмісту іонів кальцію зменшується робота адгезії розчинів та гелів й, відповідно, зусилля відриву гелів від розчинів. Зі зростанням концентрації іонів кальцію у формуючому середовищі АlgNa до 0,06% зусилля відриву зростає в 3,4…4,4 рази та призводить до значного ускладнення процесу видалення капсул. Отримані дані стали підґрунтям встановлення умов видалення капсул з формуючого середовища.
Доведено доцільність та обґрунтовано параметри промивання капсул у воді питній з метою видалення з їх поверхні надлишку альгінату натрію після їх відділення від формуючого середовища для запобігання злипання капсул внаслідок вирівнювання концентрації іонів кальцію спочатку по товщині оболонки капсул, а потім і в прошарках між ними. Встановлено граничні терміни накопичення капсул до їх промивання у воді питній, які складають 40 с, 60 с та 90 с відповідно для розчинів АlgNa 0,8%, 1,0% та 1,5% концентрації.
На підставі узагальнення результатів аналітичних та експериментальних дос-ліджень розроблено принципову технологічну схему виробництва капсульних продуктів, реалізація якої за встановлених умов дозволяє отримати капсули з заданими розміром та текстурними властивостями.
В четвертому розділі «Наукове обґрунтування та розробка технології аналогу ікри чорної» представлено результати дослідження щодо впливу технологічних чинників на процес капсулоутворення й фізичні характеристики капсульних продуктів (товщину та масову частку оболонки, вологовиділяючу здатність); виз-начено раціональний вміст рецептурних компонентів у складі нової продукції, розроблено технологічну схему виробництва аналогу ікри чорної.
На підставі досліджень залежності коефіцієнту форми капсул від в’язкості формуючого середовища визначено, що отримання кулеподібних капсул відбувається за умови використання АlgNa у концентрації 0,8…1,2%.
Експериментально встановлено, що введення солі кухонної до формуючого середовища та суміші для капсулювання гальмує процес капсулоутворення. При цьому за концентрації солі кухонної 4% у формуючому середовищі приріст маси капсул зменшується в 2,3; 1,9 та 1,8 рази для тривалості капсулювання 90 с, 120 с та 480 с відповідно; в той же час за цієї концентрації солі кухонної у суміші для капсулювання приріст маси зменшується в 1,24; 1,2 та 1,15 разів. Визначено, що введення солі кухонної у формуюче середовище у концентрації більше 4% та у суміш для капсулювання більше 8% взагалі унеможливлює процес отримання капсул.
На підставі отриманих даних встановлено доцільність введення солі кухонної на етапі кулінарної обробки шляхом посолу сформованих капсул у сольових розчинах з концентрацією 3% протягом (30…60)60 с. Доведено, що при цьому одночасно регулюються структурно-механічні властивості оболонок капсул та забезпечується необхідна солоність.
На підставі дослідження умов стабільності та в’язкості водно-жирових емульсій, виготовлених на основі ксантану, обґрунтовано концентрацію ксантану в складі суміші для капсулювання 0,8% та вміст жиру риб’ячого (катрану) –%. Доведено, що введення жиру катрану за визначеної концентрації істотно не впливає на процес капсулоутворення та товщину оболонки капсул.
В діапазоні обґрунтованих концентрацій АlgNa 0,8…1,2% та СаCl2 0,2…0,5% встановлено закономірності формування фізичних характеристик оболонки капсул залежно від тривалості перебування капсул у формуючому середовищі. З підвищенням тривалості перебування капсул товщина їх оболонки зростає, результатом чого є збільшення приросту маси за рахунок нашарування гелеподібної оболонки. Експериментально доведено, що збільшення концентрації СаCl2 у суміші для капсулювання прискорює темпи нарощування оболонки капсул. Зі зростанням концентрації АlgNa у формуючому розчині темпи приросту маси оболонки капсул та їх товщини зменшуються.
Встановлено, що сформовані капсули здатні відділяти до 60% водної фази, що зумовлено синерезисом гелів Alg2Ca. Визначено, що збільшення концентрації ксантану у суміші для капсулювання з 0,4% до 0,8% під час зберігання капсул протягом (20…24)602 с зменшує кількість відділеної вологи до 38%, введення жирової фази у концентрації 30% також стабілізує процес відділення водної фази і загалом зменшує втрати маси на 5…6%.
Встановлено, що збільшення концентрації АlgNa у формуючому середовищі з 0,8% до 1,2% призводить до зменшення втрат водної фази капсулами з 32% до 25% (рис. 3) за терміну зберігання капсул (20…24)602 с. Оскільки відділення водної фази об’єктивно впливає на фізичні характеристики капсул, для забезпечення товщини їх оболонки (0,2…0,25)10-3 м необхідно забезпечити початкову товщину оболонки (0,35…0,4)10-3 м.
У межах двофакторного експерименту змодельовано залежності тривалості капсулювання від концентрації AlgNa та СаCl2, за яких забезпечується утворення капсул з товщиною оболонки 0,3510-3 м та 0,410-3 м (рис. 4).
Отримані результати досліджень дозволили за зазначених концентрацій альгінату натрію (1,0…1,2%) та хлориду кальцію (0,4…0,5%) закріпити як параметр технологічного процесу виробництва аналогу ікри чорної тривалість капсулювання –…300 с.
Рис. 4. Модель поверхні відгуку залежності тривалості капсулювання від концентрації рецептурних компонентів, за яких забезпечується товщина оболонки капсул 0,3510-3 м (а) та 0,410-3 м (б)
Експериментально підтверджено (рис. 5), що після технологічної обробки аналог ікри чорної характеризується товщиною оболонки (0,2…0,25)10-3 м, співвідношення оболонки до внутрішнього середовища складає 1:(1,7…2,1), а зусилля руйнування становить (3,1…3,6)103 Па, що є обґрунтованим з точки зору органолептичних показників продукту.
Обґрунтовано рецептурний склад аналогу ікри чорної та розроблено технологічну схему його виробництва (рис. 6). Встановлено, що пастеризація (t=60…65C, =(55…60)60 с) не впливає на фізико-хімічні та органолептичні показники продукту, а вказані режими забезпечують мікробіологічну та технологічну стабільність за терміну зберігання продукту 6 місяців та температури 2…6С.
У п’ятому розділі «Основні показники якості аналогу ікри чорної та їх зміна під впливом технологічних чинників» наведено результати досліджень основних органолептичних, фізико-хімічних, мікробіологічних та токсикологічних показників нової продукції, встановлено її харчову цінність; надано рекомендації з використання аналогу ікри чорної у складі кулінарної продукції.
Встановлено, що аналог ікри чорної характеризується високими органолептичними властивостями, а також близькими до натуральної ікри текстурою та зовнішнім виглядом.
Виявлено, що за загального вмісту сухих речовин 28,30,5% аналог ікри чорної містить 21,00,5% жиру та 3,10,1% білка, є джерелом поліненасичених жирних кислот (26,72% від загальної кількості жирних кислот), зокрема 3 та 6, а також жиророзчинних вітамінів А (3,5мг/100г), Е (50 мг/100г), D (8мкг/100г). У складі білків аналогу ікри чорної ідентифіковано та кількісно визначено 18 амінокислот, 37,2% з яких є незамінні.
Встановлено, що після пастеризації зусилля руйнування аналогу ікри чорної зменшується лише на 4…5%, що підтверджує стабільність його структурно-механічних показників під впливом температури. Значення перекісного та кислотного чисел ліпідів аналогу ікри чорної після пастеризації незначно зростають (з 2,81 ммоль/кг ½O до 3,19 ммоль/кг ½O та з 0,946 мг КОН/г до 0,967 мг КОН/г відповідно), що свідчить про відсутність процесів окислення жиру.
Експериментально доведено, що за мікробіологічними та токсикологічними показниками, кількісним та якісним вмістом харчових добавок аналог ікри чорної відповідає нормативам чинного законодавства України.
Визначено умови та терміни зберігання готової продукції –24602 с з моменту її виготовлення за температури 2…6С, а за умов пастеризації –6 місяців за температури 2…6С.
У шостому розділі «Практична реалізація розробленої технології» наведено результати визначення соціально-економічного ефекту від впровадження технології аналогу ікри чорної, розраховано його собівартість, наведено узагальнені дані з апробації результатів досліджень серед науковців та фахівців галузі.
Відповідно до загальноприйнятих розрахунків визначено відпускну ціну 1000 кг аналогу ікри чорної, яка складає 49042,1 грн. Розроблено та затверджено технічні умови (ТУ У 15.2-24034529-06:2006 «Ікра альгінова «Перлина Криму» капсульна») та технологічну інструкцію до ТУ, технологічну інструкцію з виготовлення холодних та гарячих закусок, страв з риби та морепродуктів з використанням аналогу ікри чорної.
Нові технології впроваджено в закладах ресторанного господарства України (ПП «Росинтех» м. Севастополь, ТОВ «Случ» м. Київ, ТОВ «Аніс» м. Харків).
ВИСНОВКИ
1. Аналіз науково-технічної літератури та патентної інформації дозволив встановити, що в Україні відсутні природні можливості задоволення потреб населення в натуральній ікрі осетрових риб. Доведена актуальність та доцільність розробки технології аналогу ікри чорної на основі іонотропного гелеутворювача альгінату натрію з використанням екструзійних способів формування.
2. Аналітичними дослідженнями коефіцієнтів дифузії іонів кальцію, альгінату натрію та альгінату кальцію у водних середовищах теоретично обґрунтовано спосіб отримання капсул шляхом екструдування краплин розчину СаСl2 до розчину AlgNa. Встановлено, що за концентраційних співвідношень AlgNa до СаСl2 у водному роз- чині як 100:(1…3) система характеризується однофазністю. За цих умов середня молекулярна маса складових зростає в 1,63 разів за одночасного зниження в 2 рази частки фракцій з М.м. 20…40 кДа та збільшення частки фракцій з М.м. 500…2000 кДа в 1,16…1,84 разів. Зростання частки СаСl2 в системі до концентраційних співвідношень AlgNa до СаСl2 як 100:(6…10) призводить до виникнення нерозчинної у воді фази в кількості від 5,0% до 80%, що є передумовою формування капсул. Доведено, що виникнення нерозчинної у воді фази обумовлено дифузією іонів Са2+ у водний розчин AlgNa.
3. Встановлено, що зусиллю руйнування натуральної ікри (3,2…3,6)·103 Па відповідає миттєвий модуль пружності (7,0…7,5)·103 Па гранул альгінату кальцію, що досягається за концентрації AlgNa 0,8…1,5% та концентрації СаСl2 0,1…0,5%. Визначено, що обов’язковою умовою виникнення капсули з порожниною є присутність у розчині хлориду кальцію загусника. Встановлено, що за концентрації ксантану 0,4% в розчині СаСl2 крайовий кут змочування краплин на скляній поверхні досягає 20º, що забезпечує коефіцієнт форми капсул 1,0…1,1 за товщини оболонки (0,2…0,4)·10-3 м.
. Визначено закономірності дифузії іонів Са2+ в середовище альгінату натрію в межах концентрацій AlgNa 0,8…1,5%, СаСl2 – 0,1…0,5% за концентрації ксантану у розчині 0,4%. Доведено, що фізичне утворення альгінат-кальцієвої оболонки капсули із розчину AlgNa забезпечується лише за умови формування внутрішнього найбільш близького до зони контакту з розчином СаСl2 насиченого іонами кальцію «запираючого» шару, що забезпечує гальмуючий ефект дифузії іонів Са2+ в середовище AlgNa.
5. Встановленням зусилля відриву гелів альгінату кальцію один від одного визначено необхідність промивання капсул після формування у воді питній підготовленій протягом (3…4)60 с з метою запобігання їх злипання та встановлено термін накопичення капсул до промивання у воді, який складає 40…90 с для розчинів AlgNa 0,8…1,5%.
6. З використанням системного підходу розроблено принципову техноло-гічну схему отримання капсульних продуктів. Встановлено, що введення солі кухонної (4%) до суміші для капсулювання або у формуюче середовище знижує приріст маси та оболонки капсул за 90 с, 120 с та 480 с у 1,24; 1,2; 1,15 разів та 2,3; 1,9; 1,8 разів відповідно. Встановлено, що ефект капсулоутворення унеможливлюється за концентрації NaCl більше 4% у формуючому середовищі та більше 8% у суміші для капсулювання. Визначено, що капсули, сформовані із 0,4…0,5% розчину СаСl2 в 1,0…1,2% розчині AlgNa, витримані у розчинах солі кухонної (3%) протягом (30…60)·60 с, мають значення модулю миттєвої пружності альгінат-кальцієвих оболонок на рівні (7,1…7,5)·103 Па, що відповідає показникам натуральної ікри осетрових риб.
7. Науково обґрунтовано рецептурний склад водно-жирових емульсій, що підлягають капсулюванню. Визначено, що вміст ксантану 0,4…1,0% забезпечує в’язкість 0,2…0,57 Па·с й за визначеної жироємності емульсії (30%) концентрація ксантану 0,8% забезпечує стійкість емульсій 98,0…99,0%, які під час капсулювання не розшаровуються.
8. Науково обґрунтовано параметри капсулювання аналогу ікри чорної, вміст жирової фази –%, тривалість капсулювання –180…300 с, що забезпечує товщину оболонок ікри (0,2…0,25)·10-3 м, масове співвідношення внутрішнього вмісту до оболонки – : (1,7…2,1), втрати водної фази під час зберігання капсул –,8…26,5%.
9. Науково обґрунтовано технологію аналогу ікри чорної. Вивчено показники, що характеризують її харчову цінність. Встановлено, що за загального вмісту жиру 21,00,5% та білка 3,10,1% аналог ікри чорної є джерелом поліненасичених жирних кислот 3 та 6, а також жиророзчинних вітамінів А (3,5мг/100г), Е (50 мг/100г), D (8мкг/100г). Досліджено органолептичні, фізико-хімічні, мікробіологічні показники та показники безпечності аналогу ікри чорної. Розроблено рекомендації з його використання у складі кулінарної продукції.
10. Проведено комплекс організаційно-технологічних заходів з впровадження розробленої технології у виробництво та навчальний процес. Розроблено та затверджено технічні умови ТУ У 15.2-24034529-06:2006 «Ікра альгінова «Перлина Криму» капсульна» та технологічну інструкцію до ТУ, а також технологічну інструкцію на кулінарну продукцію з використанням аналогу ікри чорної. Доведено економічну ефективність розробленої продукції, розраховано її собівартість та роздрібну ціну.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
1. Авдєєва О.Ю. Обґрунтування використання альгінату натрію для отримання капсульних продуктів / О.Ю. Авдєєва, Є.П. Пивоваров, О.О. Гринченко // Прогресивні техніка та технології харчових виробництв, ресторанного господарства і торгівлі: Зб. наук. праць. – Вип. 2. – Харків: ХДУХТ, 2005. – С. 144-148.
Здобувачем систематизовано літературні дані, теоретично обґрунтовано використання альгінату натрію як оболонкоутворювача в технології аналогів ікри риб.
2. Авдєєва О.Ю. Обґрунтування складу водно-жирових систем, що підлягають капсулюванню / О.Ю. Авдєєва, Є.П. Пивоваров, О.О. Гринченко // Вісник Східноукраїнського національного університету імені Володимира Даля. –Луганськ: СНУ ім. В.Даля, 2006. –№ 10 (104). –С. 14-18.
Здобувачем досліджено вплив технологічних чинників на емульгуючі та стабілізуючі властивості водно-жирових систем, що підлягають капсулюванню.
3. Авдєєва О.Ю. Вивчення структурно-механічних показників гелів альгінату кальцію для отримання капсульних продуктів / О.Ю. Авдєєва, Є.П. Пивоваров // Обладнання та технології харчових виробництв: Зб. наук. праць. –Донецьк: ДонНУЕТ ім. М. Туган-Барановського, 2007. – Вип. 16. – С. 201-207.
Здобувачем узагальнено результати досліджень структурно-механічних показників гелів альгінату кальцію.
4. Авдєєва О.Ю. Вивчення впливу кухонної солі на структурно-механічні показники гелів альгінату кальцію / О.Ю. Авдєєва // Прогресивні техніка та технології харчових виробництв, ресторанного господарства і торгівлі: Зб. наук. праць. –Харків: ХДУХТ, 2007. –Вип. 1(5). –С. 162-167.
. Авдєєва О.Ю. Характеристика харчової та біологічної цінності капсульної чорної ікри / О.Ю. Авдєєва, О.О. Гринченко, Є.П. Пивоваров // Вісник Харківського національного технічного університету сільського господарства імені Петра Василенка. –Вип. 58. Сучасні напрямки технології та механізації процесів переробних і харчових виробництв. –Харків: ХНТУСГ ім. Петра Василенка, 2007. – С. 280-286.
Здобувачем визначено хімічний склад аналогу ікри чорної, встановлено її харчову та біологічну цінність.
6. Авдєєва О.Ю. Перспективи використання альгінату натрію у складі капсульованої кулінарної продукції / О.Ю. Авдєєва, О.О. Гринченко // Наукові здобутки молоді –вирішенню проблем харчування людства у ХХІ столітті: Програма і матеріали 71 наукової конференції молодих вчених, аспірантів і студентів, Київ, 18-19 квітня 2005 р. –У 2 ч. –Київ: НУХТ, 2005. –Ч. 2. –С. 72.
Здобувачем обґрунтовано доцільність використання альгінату натрію у складі капсульованої кулінарної продукції.
7. Авдєєва О.Ю. Регулювання властивостей розчинів альгінату натрію / О.Ю. Авдєєва, Є.П. Пивоваров, О.О. Гринченко // Наука і соціальні проблеми суспільства: харчування, екологія, демографія: Матеріали IV міжнародної науково-практичної конференції, Харків, 23-24 травня 2006 р. – У 2 ч. – Харків: ХДУХТ, 2006. –Ч. 1. –С. 5-7.
Здобувачем визначено шляхи регулювання в’язкості розчинів альгінату натрію.
8. Авдєєва О.Ю. Дослідження турбідиметричних показників розчинів альгінату натрію залежно від технологічних факторів / О.Ю. Авдєєва, В.І. Крайнюк, Є.П. Пивоваров // Наукові здобутки молоді –вирішенню проблем харчування людства у ХХІ столітті: Програма і матеріали 72 наукової конференції молодих учених, аспірантів і студентів, Київ, 17-18 квітня 2006 р. –У 2 ч. –Київ: НУХТ, 2006. –Ч. 2. –С. 75.
Здобувачем встановлено вплив технологічних чинників на турбідиметричні показники розчинів альгінату натрію.
9. Авдєєва О.Ю. Технологія аналогу чорної ікри з використанням альгінату натрію / О.Ю. Авдєєва // Нові ресурсо- та енергозберігаючі технології харчових виробництв: Матеріали всеукраїнської науково-практичної конференції, Полтава, 1-2 березня, 2007. –Полтава: РВЦ ПУСКУ, 2007. –С. 125-127.
10. Авдєєва О.Ю. Термостабільність гелів альгінату кальцію / О.Ю. Авдєєва // Технологія –: Зб. тез доповідей Х Всеукраїнської науково-практичної конференції студентів, аспірантів та молодих вчених, Сєвєродонецьк, 19-20 квітня 2007 р. – Сєвєродонецьк: СТІ СНУ імені Володимира Даля, 2007. –С. 43.
11. Авдєєва О.Ю. Відділення вологи на різних етапах виробництва капсульної ікри / О.Ю. Авдєєва, Є.П. Пивоваров, О.О. Гринченко // Стратегічні напрямки розвитку підприємств харчових виробництв, ресторанного господарства та торгівлі: Тези доповідей міжнародної науково-практичної конференції, присвяченої 40-річчю ХДУХТ, Харків, 17 жовтня 2007 р. –У 2 ч. –Харків: ХДУХТ. –. – Ч. 1. –С. 3-4.
Здобувачем встановлено закономірності відділення вологи на різних етапах виробництва аналогу ікри чорної.
12. Авдеева О.Ю. Технологические аспекты производства капсулированной икры / О.Ю. Авдеева // Совершенствование технологий и оборудования пищевых производств: Сб. докладов VI Международной научно-практической конференции, Минск, 2-3 октября 2007 г. – В 2 ч. –Минск: РУП «Научно-практический центр НАН Беларуси по продовольствию», 2007. –Ч. 1. –С. 230-232.
АНОТАЦІЯ
Рябець О.Ю. Технологія аналогу ікри чорної з використанням альгінату натрію. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.16 – технологія продуктів харчування. – Харківський державний університет харчування та торгівлі Міністерства освіти і науки України, Харків, 2008.
У дисертації науково обґрунтуванню та розроблено технологію аналогу ікри чорної з використанням альгінату натрію.
Обґрунтовано технологічні принципи отримання капсульних продуктів з використанням як формуючого середовища розчину альгінату натрію. Встановлено закономірності дифузії іонів кальцію в середовищі альгінату натрію та закономірності формування капсул з заданими фізичними, фізико-хімічними та структурно-механічними показниками. Обґрунтовано раціональний вміст основних рецептурних компонентів суміші, що підлягає капсулюванню, і формуючого середовища та технологічні параметри виробництва аналогу ікри чорної.
Розроблено технологію аналогу ікри чорної та кулінарної продукції з його використанням. Визначено комплекс їх споживних та технологічних властивостей, обґрунтовано умови та терміни зберігання. Розроблено та затверджено нормативну та технологічну документацію, здійснено впровадження нових технологій у підприємствах харчової галузі України, розраховано економічний ефект від впровадження.
Ключові слова: аналог ікри чорної, альгінат натрію, капсулювання, дифузія, іонотропне гелеутворення.
АННОТАЦИЯ
Рябец О.Ю. Технология аналога икры черной с использованием альгината натрия. – Рукопись.
Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.18.16 –технология продуктов питания. –Харьковский государственный университет питания и торговли Министерства образования и науки Украины, Харьков, 2008.
В диссертации научно обоснована и разработана технология аналога икры черной с использованием альгината натрия.
Установлены технологические принципы получения капсулированных продуктов на основе альгината натрия, которые заключаются в экструзионном введении капель загущенного раствора хлорида кальция в формующую среду –раствор альгината натрия с получением капсул, их отделении от формующей среды и промывании в воде питьевой подготовленной.
Сформулированы теоретические предпосылки формирования капсул на основе прогнозирования коэффициентов диффузии ионов кальция, альгината натрия и альгината кальция в водном растворе. Путем определения коэффициента пропускания, растворимости, молекулярно-массового распределения систем, которые содержат альгинат натрия и хлорид кальция, установлена способность макромолекул альгината натрия к полимеризации, потере сродства к растворителю в присутствии ионов кальция и выделению их в отдельную гелеобразную фазу.
Показано, что загущение раствора хлорида кальция ксантаном 0,4% концентрации увеличивает краевой угол смачивания капель до 20, что препятствует их растеканию по поверхности раствора альгината натрия и позволяет ввести в формующую среду.
Установлены критерии оценки аналога икры черной. Показано, что наивысшими органолептическими показателями характеризуется икра осетровых рыб с усилием разрушения (3,2…3,6)103 Па. Определено, что данному усилию разрушения гранул альгината кальция соответствует их модуль мгновенной упругости (7,0…7,5)103 Па.
Установлены закономерности диффузии ионов кальция в среде альгината натрия. Доказано, что при определенном концентрационном соотношении альгината натрия (0,8…1,5%) и хлорида кальция (0,2…0,5%) при смешивании двух растворов формируется гелеобразный приграничный слой. Выявлено увеличение во времени толщины слоя, что является условием наращивания оболочки капсул заданной упругости и прочности.
На основе изучения усилия отрыва гелей альгината кальция друг от друга, а также от растворов альгината натрия определены условия отделения капсул от формующей среды. Установлена необходимость промывания капсул в воде питьевой подготовленной в течение (3…4)60 с для предотвращения их слипания между собой при хранении.
Проведенные исследования позволили разработать технологическую схему получения капсулированных продуктов на основе альгината натрия.
Для формирования заданных органолептических показателей аналога икры черной доказана целесообразность выдерживания капсул в 3% растворах соли поваренной в течение (30…60)60 с.
Подтверждено, что концентрации ксантана –,8% и жира катрана –% в рецептурной смеси для капсулирования обеспечивают требуемую вязкость смеси, высокие вкусовые показатели и пищевую ценность продукта.
Установлены закономерности изменения толщины оболочки капсул во времени в зависимости от концентрации альгината натрия и хлорида кальция. Определены условия выделения влаги из капсул вследствие синерезиса гелей альгината кальция. Установлены рациональные параметры получения аналога икры черной, а также его физические характеристики. Подтверждено соответствие текстуры и внешнего вида аналога икры натуральному продукту.
На основе проведенных исследований разработаны рецептурный состав и технологическая схема производства аналога икры черной.
Установлены органолептические показатели, пищевая и биологическая ценность разработанного продукта. Показано, что при содержании жира 21,00,5% и белка 3,10,1%, аналог икры черной характеризуется высоким содержанием полиненасыщенных жирных кислот классов 3 и 6, а также жирорастворимых витаминов А, Е, D. Установлен срок хранения аналога икры черной, который подвергается пастеризации, в течение 6 мес. при температуре 2…6С.
Выполнен комплекс работ по внедрению результатов исследования. Разработана и утверждена нормативная документация (ТУ У 15.2-24034529-06:2006 «Ікра альгінова «Перлина Криму» капсульна»), технологическая инструкция к ТУ, технологическая инструкция на кулинарную продукцию. Технологии аналога икры черной и кулинарной продукции с его использованием внедрены в предприятиях ЧП «Росинтех» (г. Севастополь), ООО «Случ» (г. Киев), ООО «Анис» (г. Харьков).
Ключевые слова: аналог икры черной, альгинат натрия, капсулирование, диффузия, ионотропное гелеобразование.
ANNOTATION
Olga U. Ryabets. Technology of black caviar analogue based on sodium alginate. – Manuscript.
Thesis for Candidate’s degree by speciality 05.18.16 – Technology of Food Products. –Kharkiv State University of Food Technology and Trade of the Ministry of Education and Science of Ukraine, Kharkiv, 2008.
The dissertation is devoted to the scientific foundation and elaboration of the technology of black caviar analogue based on sodium alginate.
It is proved technological principles of reception capsulated products with utilization as the moulding medium of sodium alginate solution. Legitimacies of a diffusion of calcium ions in medium of sodium alginate and legitimacies of formation of capsules with the given physical, physicochemical and structural - mechanical parameters fixed. The rational content of the basic prescription builders of an encapsulated admixture and the moulding medium and technological parameters of effecting of analogue of black caviar is proved.
The technology of analogue of black caviar is developed and scientifically substantiated. Its consumer indexes are studied in complex, requirements and shelf-lifes are proved. Documents were elaborated and singed, introduction of the new technologies in catering were used, and economical result of the introduction was calculated.
Key words: analogue of black caviar, sodium alginate, capsulation, diffusion, ionotropic gelation.
Автор висловлює подяку к.т.н. доц. Пивоварову Євгену Павловичу за наукові консультації, що були надані під час виконання дисертаційної роботи.
Підп. до друку 26.05.2008. Формат 60х90/16. Папір офсет. Друк офсет.
Обл.-вид. арк. 1,0. Умов. друк. арк. 1,2. Умов. фарб. - відб. 1,2.
Тираж 100 прим. Зам. № 121
________________________________________________________________________________
Харківський державний університет харчування та торгівлі,
вул. Клочківська, 333, 61051, м. Харків.
________________________________________________________________________________
ДОД ХДУХТ, вул. Клочківська, 333, 61051, м. Харків.