CC BY
56
637.344
ОПТИМИЗАЦИЯ ПРОЦЕССА ФРАКЦИОНИРОВАНИЯ МОЛОЧНОЙ СЫВОРОТКИ ПЕКТИНОМ И ХИТОЗАНОМ
О.В. СКАПЕЦ, О.Я. МЕЗЕНОВА
Калининградский государственный технический университет,
236000, г. Калининград, Советский пр-т, 1; электронная почта: mezenova@klgtu.ru
Разработана математическая модель процесса фракционирования молочной сыворотки комплексом биополимеров хи-тозана и пектина. Модель процесса позволяет оптимизировать дозировки хитозана и пектина в зависимости от обобщенной оценки качества, найти значения факторов для желаемого уровня органолептической оценки образующихся продуктов и выхода белково-углеводного комплекса, а также прогнозировать качество процесса фракционирования молочной сыворотки при внесении смеси полисахаридов пектина и хитозана.
Ключевые слова: фракционирование молочной сыворотки, пектин, хитозан.
В настоящее время ассортимент продуктов на основе молочной сыворотки (МС) в РФ представлен недостаточно широко, что отчасти объясняется специфическим для потребителей сывороточным привкусом и запахом. Устранить оттенки вкуса и запаха сыворотки можно при помощи внесения в продукт биополимеров [1], обладающих сорбционными свойствами. Применение биополимеров - пектина, крахмала, альгинатов, аминосахаров и др. - позволяет также получить функциональные молочные продукты с лечебно-профилактическими свойствами.
Для создания продукции на основе МС рационально комбинировать биополимеры с целью синергетического эффекта [2]. Так, комплекс хитозана, заряженного положительно, и пектина, несущего суммарный отрицательный заряд, оказывает выраженное положительное влияние на организм человека: регулирование перистальтики желудочно-кишечного тракта, антимикробное действие, повышение защитных функций организма, стабилизация кровяного давления и др. [3, 4]. Кроме того, композиция данных биополимеров в комбинации с компонентами МС обладает способностью стимулировать рост отдельных видов бифидобактерий и полезной кишечной флоры [1].
Пектины - растительные полисахариды сложного строения с молекулярной массой 20-300 кДа. Основной составной частью молекулы пектиновых веществ является Б-галактуроновая кислота, соединенная а-1-4-гликозидными связями в нитевидную молекулу пектиновой кислоты. Часть карбоксильных групп пектиновых молекул этерифицирована метанолом, а часть вторичных спиртовых групп может быть ацетилирова-на [3].
Хитозан в производстве продуктов питания начали активно применять последние 20 лет [2]. Хитозан относится к пищевым волокнам, не усваиваемым организмом человека. В качестве компонента пищи он проявляет свойства энтеросорбента, иммуномодулятора, антисклеротического и антиартрозного фактора, регулятора кислотности желудочного сока, ингибитора пепсина и др. [4]. Следует отметить, что вяжущий привкус хитозана затрудняет его использование в пищевых продуктах. Однако в молочной сыворотке наблюдается заметное компенсирование вяжущего привкуса [1, 2]. В настоящее время научно доказан факт
бактерицидного действия хитозана [4], что потенциально позволяет удлинить сроки хранения получаемой молочной продукции. Известно также, что хитозан, вводимый в состав молочных продуктов, положительно влияет на их биологическую ценность.
Цель исследований - обоснование оптимальных дозировок хитозана и пектина при фракционировании МС. Разделение сыворотки на осветленную сыворотку и белково-углеводную фракцию позволяет создавать новые виды продукции, обладающие повышенной биологической ценностью [1].
Нами был использован метод математического планирования эксперимента, а именно, ортогональный центральный композиционный план (ОЦКП) 2-го порядка для двух факторов, позволяющий определить оптимальные дозировки пектина и хитозана, вносимых в МС, проведя минимальное количество экспериментов [5]. Преимуществами выбранного плана оптимизации являются также объективность и информационная емкость экспериментов.
В работе применяли высокоэтерифицированный цитрусовый пектин, выработанный в Германии, а также кислоторастворимый хитозан молекулярной массой 200 кДа, изготовленный предприятием ЗАО «Биопрогресс» (Россия). Хитозан перед внесением в МС предварительно растворяли в 2%-м растворе аскорбиновой кислоты. Пектин вносили без предварительной подготовки при постоянном помешивании.
В процессе эксперимента в МС (кислотностью до 90°Т) вводились добавки в дозировках, обоснованных априори в специальных экспериментах. Предварительно из множества факторов, влияющих на качество фракционирования МС, были выделены два основных, подлежащих варьированию - изменяемые факторы: массовая доля хитозана М1, % к массе МС; массовая доля пектина М2, % к массе МС. Диапазон изменения факторов и пределы их варьирования приведены в табл. 1.
На первом этапе оптимизации необходимо было получить математическую модель процесса, связывающую параметр оптимизации У с изменяемыми факторами М1, М2.
В качестве параметра оптимизации У для повышения объективности результатов исследования был выбран безразмерный обобщенный показатель, объеди-
Таблица 1
Таблица 3
Фактор в кодированном виде Уровень Интервал План эксперимента Частные отклики Обоб- щенный
-1 0 +1 варьирова- ния Номер опыта Масса хитозана, % к общей Масса пектина, % к общей
Массовая доля хитозана массе МС массе МС У], у?, Гз, пара- метр оптими-
(Х1), % к массе МС 0,02 0,06 0,10 0,04 по мат- нату- по мат- нату- балл балл %
Массовая доля пектина (Х2), % к массе МС 0,10 0,35 0,60 0,25 рице, Х1 рально, Мь % рице, Х2 рально, М2, % зации у
1 +1 0,10 +1 0,60 15,0 13,3 16,23 0,0195
няющий три различных частных отклика, совокуп- 2 -1 0,02 +1 0,60 13,3 8,6 2,31 0,9104
ность которых позволяет комплексно оценить органо- 3 +1 0,10 -1 0,10 14,0 15,0 15,09 0,0044
лептические достоинства и эффективность процесса 4 -1 0,02 -1 0,10 13,3 12,4 1,62 0,8384
фракционирования: 5 +1 0,10 0 0,35 15,0 14,3 15,25 0,0023
У1 - органолептическая оценка качества осветлен- 6 -1 0,02 0 0,35 13,3 9,1 2,14 0,9023
ной сыворотки, балл; 7 0 0,06 +1 0,60 14,0 12,0 10,64 0,1288
У2 - органолептическая оценка качества белково-уг- 8 0 0,06 -1 0,10 15,0 13,5 4,02 0,5458
леводного комплекса на основе белков сыворотки, хи- 9 0 0,06 0 0,35 15,0 12,8 9,09 0,1766
тозана и пектина, балл;
У3 - выход белково-углеводного комплекса, %.
Органолептическую оценку качества образующихся при фракционировании осветленной сыворотки и белково-углеводного комплекса, обогащенного хитоза-ном и пектином, проводила группа специалистов кафедры пищевой биотехнологии КГТУ. Уровень качества оценивался по специально разработанной 5-балльной шкале с учетом коэффициентов значимости (максимальная оценка 15 баллов). При обосновании шкалы за основу были взяты стандартные органолептические показатели молочных продуктов, которые количественно дифференцировали по пяти уровням (табл. 2).
Таблица 2
Показатель
Балл
Коэффициент
значимости
Интервал оценки качества с учетом значимости показа-
показателя теля, балл
Консистенция 1-5 0,5 0,5-2,5
Внешний вид и цвет 1-5 0,7 0,7-3,5
Вкус 1-5 1,0 1,0-5,0
Запах 1-5 0,8 0,8-4,0
Итого 3,0-15,0
Анализ данного уравнения позволяет судить о направлении и величине влияния изменяемых факторов на качество напитка. Разные значения знака перед фактором Х1 (дозировка хитозана) свидетельствуют о некотором оптимуме внутри интервала значений вносимого в сыворотку хитозана. Аналогично интерпретируются разные значения знака перед фактором Х2 (дозировка пектина). Сравнительная оценка абсолютных величин коэффициентов полученной кодированной модели позволяет сделать вывод о несколько большем влиянии на качество напитка содержания хитозана, чем пектина.
По наименьшим абсолютным значениям обобщенного параметра оптимизации можно судить, что условия в опытах 1, 3, 5 были наиболее благоприятными.
Переход на натуральный уровень моделирования процесса фракционирования позволил получить уравнение, связывающее параметр оптимизации и изменяемые факторы, выраженные в физических единицах измерения:
у = 1,6688 - 22,6180М1 - 1,3249М2 - 1,4200мм +
+ 101,5000М2 - 1,7008М22.
(2)
Обобщение различных по физическому смыслу и единицам измерения частных откликов при расчете обобщенного параметра оптимизации проводили по методике безразмерной шкалы с учетом приближения к «идеалу» [5]: для У1, У2, У3 - 15 баллов, 15 баллов и 15% соответственно.
Условия опытов и значения частных показателей качества напитка, полученные в результате планирования и проведения исследований по ОЦКП 2-го порядка для двух факторов, приведены в табл. 3.
Расчет коэффициентов математической модели, проверка их значимости и адекватности модели позволили получить в кодированном виде следующую зависимость, связывающую качество процесса с факторами - дозировками хитозана и пектина:
у = 0,3920 - 0,4374х1 - 0,0549х2 - 0,0142х1х2 +
+ 0,1624x2 + 0,1063х22. (1)
Оптимальные значения условий данного эксперимента, полученные методом Бокса-Уилсона при геометрической интерпретации модели и проверенные математическим дифференцированием данного уравнения: массовая доля хитозана 0,10%, массовая доля пектина 0,43%.
Экспериментальная проверка расчетных оптимальных значений дозировок биополимеров, вносимых в МС, заключающаяся в проведении процесса фракционирования и всесторонней оценке качества образующихся осветленной сыворотки и белково-углеводного комплекса, подтвердила получение продуктов высокого качества при установленных значениях факторов.
Результаты исследования являются базовыми при отработке технологии фракционирования МС комплексом полисахаридов хитозана и пектина, что позволяет создавать на основе образующейся осветленной сыворотки напитки, обладающие высокой пищевой и биологической ценностью, а на основе выпадающего в
осадок белково-углеводного комплекса - продукты нового поколения с лечебно-профилактическими свойствами. Все образцы белково-углеводного комплекса имели мягкую, рассыпчатую консистенцию, приятный кисло-молочный вкус с легким цитрусовым привкусом, что позволяет рекомендовать их для создания творожных паст и десертов.
Полученная математическая модель процесса фракционирования МС является формализованной моделью процесса. Она позволяет прогнозировать качество процесса фракционирования МС при внесении смеси полисахаридов пектина и хитозана, а также отрабатывать технологию фракционирования МС в производственных условиях.
ЛИТЕРАТУРА
1. Современные перспективы в исследовании хитина и хи-тозана: Материалы 10-й Междунар. конф. - Нижний Новгород: ННГУ, 2010. - 362 с.
2. Ким Г.Н., Сафронова Т.М. Барьерная технология переработки гидробионтов. - Владивосток: Дальнаука, 2001. - 166 с.
3. Донченко Л.В. Технология пектина и пектинопродук-тов. - М.: ДеЛи, 2000. - 256 с.
4. Хитин и хитозан: Получение, свойства и применение / Под ред. К.Г. Скрябина, Г.А. Вихоревой, В.П. Варламова. - М.: Наука, 2002. - 368 с.
5. Мезенова О.Я. Моделирование и оптимизация технологических процессов производства продуктов питания путем математического планирования эксперимента. - Калининград: КГТУ, 2008. - 45 с.
Поступила 28.10.10 г.
OPTIMIZATION OF FRACTIONATING PROCESS DAIRY WHEY BY PECTIN
AND CHITOSAN
O.V. SKAPETS, O.YA. MEZENOVA
Kaliningrad State Technical University,
1, Sovietprosp., Kaliningrad, 236000; e-mail: mezenova@klgtu.ru
The mathematical model of fractionating process dairy whey by a complex of biopolymers chitosan and pectin is developed. The process model allows to optimise dosages chitosan and pectin depending on the generalised estimation of quality, to find values of factors for desirable of a touch estimation of formed products and an exit of protein-carbohydrate-complex and also to predict quality of fractionating process dairy whey at mix entering of pectin and chitosan.
Key words: dairy whey fractionating, pectin, chitosan.
664.87:635.34
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ И РЕЦЕПТУР ДИАБЕТИЧЕСКИХ САХАРИСТЫХ КОНДИТЕРСКИХ ИЗДЕЛИЙ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОДУКТОВ ПЕРЕРАБОТКИ КЛУБНЕЙ ТОПИНАМБУРА
М.И. ДОЖДАЛЕВА 1 2, В.В. ГОНЧАР \ Т.В. КАЛАШНОВА2
1 Кубанский государственный технологический университет,
350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2; тел.: (861) 255-15-98 2 Пятигорский государственный технологический университет,
357500, г. Пятигорск, ул. 40лет Октября, 56; тел.: (8793) 97-39-27
Разработана рецептура и технология производства диабетических сахаристых кондитерских изделий с использованием сока топинамбура. Полученные изделия - нуга и суфле - изготовлены из дешевого натурального сырья, имеют низкую себестоимость, обладают хорошими органолептическими показателями и микроструктурой.
Ключевые слова: топинамбур, диабетические изделия, суфле, нуга.
Диетические продукты в России производятся в небольших объемах, которые не удовлетворяют потребностей больных сахарным диабетом, а импортная продукция имеет достаточно высокие цены [1]. В связи с этим актуальным является создание и разработка диабетических продуктов питания на основе отечественного растительного сырья. Перспективно в этом отношении клубнеплодное растение из семейства астровых - топинамбур.
Клубни топинамбура содержат достаточно большое количество сухих веществ - 19-30%, среди которых до 80% потенциально доступных углеводов: полимерного гомолога фруктозы - инулина, инулидов, олигосахаридов, фруктозы; до 12% структурных полиса-
харидов: протопектин, растворимый пектин, целлюлоза и гемицеллюлоза; до 3,2% белка, который представлен 18 аминокислотами; микро- и макроэлементы; витамины; а также комплекс активных ферментов, гидролизующих инулин [2].
Цель данного исследования - разработка технологии и унифицированной рецептуры полуфабриката высокой степени готовности, длительного хранения для производства широкого спектра диабетических кондитерских изделий с использованием продуктов переработки клубней топинамбура.
Объектами исследований были: концентрированный сок, полученный из клубней топинамбура сорта
