Разработка и оценка качества функциональных продуктов на основе плодов облепихи крушиновидной: Hippophae rhamnoides L. тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.18.01, кандидат сельскохозяйственных наук Гуленкова, Галина Сергеевна

• Гуленкова, Галина Сергеевна
• кандидат сельскохозяйственных наук
• 2011

Оглавление диссертации кандидат сельскохозяйственных наук Гуленкова, Галина Сергеевна

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. Обзор литературы

1.1. Проблемы оптимизации питания населения Сибири

1.1.1. Биологически активные добавки

1.1.2. Функциональные продукты

1.2. Использование плодов облепихи в производстве продуктов 15 питания

1.3. Характеристика облепихи (ИррорЬае г11атпо1с1е5 Ь.)

1.3.1. Ареал распространения облепихи

1.3.2. Интродукция облепихи

1.3.3. Химический состав облепихи

1.3.4. Изменчивость облепихи, выращиваемой в разных районах 32 Заключение к главе

ГЛАВА 2. Объекты и методы исследований

2.1. Организация исследований

2.2. Предмет и объект исследования

2.3. Методы исследования

ГЛАВА 3. Морфологические и физико-химические особенности 48 облепихи крушиновидной, растущей в разных экологических условиях

3.1. Морфологические показатели и продуктивность облепихи

3.2. Исследования биохимического состава плодов облепихи

3.2.1. Исследования химического состава плодов облепихи

3.2.2. Исследование витаминного и минерального состава плодов 72 облепихи

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка и оценка качества функциональных продуктов на основе плодов облепихи крушиновидной: Hippophae rhamnoides L.»

Актуальность темы исследования. Нарушение питания у населения России обусловлено недостаточным потреблением пищевых веществ и нерациональным их соотношением. Проблемы оптимального функционального питания можно разрешить наиболее эффективным путем - применением продуктов с добавками растительного происхождения. Население России только на 27% от медицинской нормы обеспечено витаминными продуктами (фрукты, ягоды), а население Сибири — в три раза ниже от физиологических потребностей. Производство фруктов и ягод в Сибири в 10 раз ниже общероссийского уровня, что связано с суровыми климатическими условиями. [22, 44, 56, 58, 75, 85, 119].

Поэтому в настоящее время большое внимание уделяется изучению биологически активных компонентов растительного сырья и их воздействия на организм, обеспечивающих укрепление здоровья человека. В связи с этим возникает потребность в поиске наиболее перспективных растений, обладающих высоким потенциалом по синтезу биологически активных веществ. Решением поставленной задачи может быть использование местных интродуцированных плодово-ягодных растений, являющихся безопасными пищевыми ингредиентами растительного происхождения, которые можно использовать в функциональном питании. [123, 125,129]

К такому сырью можно отнести плоды облепихи крушиновидной (Hippophae rhamnoides L.), уникальность которых определяется химическим составом. Плоды облепихи богаты углеводами, пектиновыми, дубильными, азотистыми веществами, клетчаткой, а также витаминами, макро- и микроэлементами. В мякоти, кожуре и косточках содержится жир (масло), который успешно используется в лечебной практике. [37, 57, 69, 111, 121, 128, 141]

Ранее проводимые исследования недостаточно полно отражают особенности и преимущества интродуцированных сортов облепихи в условиях резко континентального климата Красноярского края, республиках Хакасия и Тыва. Кроме того, плоды облепихи в качестве сырья для пищевой перерабатывающей промышленности практически не изучены.

Таким образом, применение нетрадиционных видов растительного сырья будет способствовать решению не только проблемы рационального природопользования, но и расширению ассортимента продуктов. Учитывая значение плодов облепихи в реализации государственной политики, наличие спроса на функциональные продукты питания, отсутствие экспериментального обоснования возможности использования рассматриваемого сырья для производства продуктов функциональной направленности, тема исследования представляется актуальной.

Цель работы: изучение биохимического состава плодов облепихи крушиновидной (ЬПррорЬае г1штпо1с1е5 Ь.) различных сибирских регионов и разработка рецептур и технологии получения функциональных продуктов питания на основе плодов облепихи крушиновидной с выявлением соответствия безопасности и качества новых продуктов.

В соответствии с целью поставлены следующие задачи:

1. Проанализировать вопрос возможности улучшения качества продуктов питания за счет использования местного плодово-ягодного сырья, изучить ареал, биологические особенности и биохимический состав плодов облепихи в качестве сырья для производства пюре.

2. Разработать модель и методику исследования для обоснования эффективных технологических процессов получения пюре из плодов облепихи с учетом биохимических, показателей сырья (содержание сухих веществ, Сахаров, кислот).

3. Исследовать морфологические свойства и химический состав плодов интродуцированных сортов облепихи из различных регионов (Алтайский край, Красноярский край, Республик Хакасия и Тыва), с выявлением перспективных сортов для промышленной переработки.

4. Разработать технологическую схему производства пюре из плодов облепихи, провести анализ соответствия безопасности и товарного качества сырья (плодов облепихи) и продуктов переработки (пюре натуральное, пюре с сахаром).

5. Провести анализ соответствия безопасности и товарного качества йогуртов обогащенной рецептуры.

Защищаемые положения:

• Целесообразность использования плодов облепихи в производстве функциональных продуктов питания.

• Модель и методика формирования эффективных технологий производства функциональных продуктов из плодов облепихи и их использование в кисломолочных продуктах.

• Эффективность технологических процессов получения пюре из плодов облепихи зависит от биохимических свойств плодов облепихи.

• Оценка новых функциональных продуктов (пюре натуральное, пюре с сахаром, йогурты с добавками пюре) в соответствии с требованиями Федерального закона «Технический регламент на соковую продукцию из фруктов и овощей» №178-ФЗ от 27.10.2008 и Федерального закона «Технический регламент на молоко и молочную продукцию» № 88-ФЗ от 12.06.2008.

Научная новизна:

• Впервые научно обоснована и экспериментально подтверждена возможность использования интродуцированного сырья облепихи для обогащения пищевых продуктов. Выявлены функциональные особенности конкретных сортов облепихи крушиновидной, произрастающих в различных экологических условиях: Алтайского края, Красноярского края, Республик Хакасия и Тыва.

• Разработаны рецептура и математическая модель технологических процессов производства пюре из плодов облепихи.

Практическая значимость и реализация результатов:

• Разработана научно-техническая документация (стандарт организации): ТУ 9163-001-05152660-2009 «Пюре из облепихи (натуральное с сахаром)».

• Разработанная технология получения пюре из плодов облепихи используется на Черногорском плодоперерабатывающем предприятии ИП Поповенко Н.М.

• Предложенная рецептура функционального йогурта апробирована в промышленных условиях ОАО «Саянмолоко» г. Саяногорск.

• Полученные экспериментальные данные могут быть использованы в лекционных курсах «Товароведение плодов и овощей», «Функциональные добавки», «Товароведение товаров из нетрадиционного сырья».

Апробация работы. Основные результаты исследования доложены:

- III, IV Всероссийской конференции «Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья», Барнаул 2007, 2009.

Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Проблемы гармонии и закономерности в развитии современного мира» Красноярск 2009.

- Межрегиональной научно-практической конференции «Эколого-экономические проблемы региональных рынков товаров и услуг» Красноярск, 2008,2010.

- Межрегиональной научно-практической конференции «Здоровое питание - основа жизнедеятельности человека» Красноярск, 2006, 2008.

- Межрегиональной научной конференции аспирантов и докторантов «Актуальные проблемы современной науки и пути их решения», Красноярск 2007, 2008.

Основные результаты диссертации изложены в 11 публикациях, из них 1 в издании, рекомендуемых ВАК РФ.

Разработанная схема переработки плодов облепихи и получения новых видов продукции апробирована и внедрена в производство на предприятии ОАО «Саянмолоко» г. Саяногорск 08.09.2008.

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 11 печатных работ, в том числе одна в издании, рекомендованном ВАК РФ.

Заключение диссертации по теме «Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства», Гуленкова, Галина Сергеевна

Заключение

В настоящее время одной из главных задач пищевой промышленности является предоставление широкого ассортимента высококачественных продуктов массового потребления, максимально сохранивших полезные свойства натуральных плодово-ягодных и лекарственных растений. Переработка и реализация растительного сырья -актуальные задачи, как для внутреннего, так и для внешнего продовольственного рынка. Подобное сырье становятся все более значимым и востребованным для производства нутрицевтиков - одной из ведущих групп биологически активных добавок к пище.

Перспективной плодово-ягодной культурой, обладающей уникальным набором биологически активных веществ и технологическими характеристиками является облепиха крушиновидная. Современный ареал облепихи представляет значительную часть Европы и Азии. В процессе интродукции облепиха показала ' себя зимостойким растением нетребовательным в уходе, что обусловило её широкое распространение в условиях Сибири. Переработка плодов облепихи для получения биологически обогащенных продуктов пока не получила широкого распространения. Однако в литературе имеются данные об использовании её в производстве безалкогольных напитков и витаминной муки.

При условии постепенного устранения дефицита знаний в области технологии переработки и с учетом биологических ресурсов облепиха сможет отвечать основным требованиям, предъявляемым в производстве продуктов функционального назначения. Более широкое применение плодов облепихи в питании необходимо для повышения пищевой ценности рационов, функциональных свойств, а также для расширения ассортимента продукции. В то же время необходим индивидуальный подход к разработке таких продуктов с учетом региональных, климатических условий.

2.1 Организация исследований

Общая схема проведения исследований приведена на рисунке 3. Работа проводилась в 4 этапа. На первом этапе, на основании литературных данных осуществили выбор растительного сырья, перспективный для использования в качестве функциональной основы для кисломолочных продуктов. Таковыми явились плоды облепихи крушиновидной (ШррорЬае гЬашпо1ёез Ь.) из различных климатогеографических регионов Сибири. Затем исследовали технологические характеристики: морфологические признаки, показатели безопасности и качества: органолептические, физико-химические, токсикологические, а также содержание ряда биологически активных веществ.

Второй этап исследований посвящен разработке и технологии производства функциональной добавки — пюре из плодов облепихи. Провели анализ соответствия безопасности и качества продуктов переработки, на основании которого разработали НТД (ТУ).

На третьем этапе разработали рецептуру йогурта, обогащенного биологически активными веществами растительного сырья. Определяли органолептические, физико-химические, микробиологические показатели.

Заключительный этап работы посвящен разработке и утверждению технической документации на разработанную продукцию, расчета технико-экономических показателей производства продуктов, полученных из растительного сырья.

Рисунок 3 — Схема проведения исследований

Объектом исследования послужили плоды облепихи крушиновидной восьми сортов, произрастающих в различных природно-климатических регионах (рисунок 4). Предметом исследования является зависимость, определяющая влияние технологических характеристик плодов облепихи крушиновидной на процессы производства и функциональные свойства новых продуктов переработки из плодов облепихи, а также определение качественных показателей продуктов на основе растительного сырья, их соответствие требованиям нормативной документации.

Плоды облепихи собирали в период потребительской зрелости 2005 - 2008 гг.

Рисунок 4 - Спецификация объектов исследования

Сорта облепихи собранные на территории Алтайской опытной станции садоводства имени М. А. Лисавенко:

1. Ажурная - выведен в НИИСС имени М. А. Лисавенко путем отбора среди сеянцев от свободного опыления элитной формы 87-72-6а (Со Щербинки-1 х катунский экотип).

2. Алтайская - выведен в НИИСС путем отбора среди сеянцев от свободного опыления элитной формы 30-61-1487 (Щербинки-1 х катунский экотип).

3. Иня - выведен в НИИСС с использованием метода химического мутагенеза путем обработки семян сорта Пантелеевская в институте химической физики АН СССР.

4. Чуйская - выведен в НИИСС путем отбора среди сеянцев от свободного опыления отборной формы чуйского экотипа. Семена были собраны в дикорастущих зарослях в долине реки Чуя в Горном Алтае.

Сорта облепихи собранные на территории плодово-ягодной станции Красноярского края и НИИ Аграрных проблем Хакасии п. Зеленое:

1. Золотистая Сибири - выведен с использованием метода географически отдаленной гибридизации в результате скрещивания сорта Щербинки-1 с отборной формой катунского экотипа. Районирован в Красноярском крае и республике Хакасия.

2. Оранжевая - выведен в НИИСС с использованием метода географически отдаленной гибридизации путем скрещивания сорта Дар Катуни с отборным сеянцем саянского экотипа. Районирован в Красноярском крае и республике Хакасия.

3. Чуйская районирован в Красноярском крае и республике Хакасия. Сорта облепихи собранные на территории Шагонарского заповедника республики Тыва:

1. Каа-Хемская - выведен путем отбора среди сеянцев от свободного опыления отборной формы хемчикского экотипа. Семена были собраны в дикорастущих зарослях в бассейне реки Улуг - Хем Центральной тувинской котловины.

2. Морозная - выделен среди сеянцев от свободного опыления в 1968 г. отборной формы саянского экотипа.

3. Чуйская — районирован в республике Тыва.

2.3 Методы исследования

Все физико-химические исследования проводились в 2005- 2008 гг. на базе лаборатории кафедры Товароведения и экспертизы продовольственных товаров при ГОУ ВПО КГТЭИ, Института биофизики СО РАН (г.Красноярск) и аккредитованной испытательной лаборатории ООО «Аналитик» (г.Абакан).

1. Исследование морфологических характеристик облепихи Для изучения изменчивости морфологических характеристик исследовали 8 сортов облепихи крушиновидной в разных экологических условиях произрастания. Методом случайной выборки в каждой популяции было отобрано 10-12 генеративных особей. С каждого из изучаемых кустов облепихи крушиновидной были собраны все плоды, от общей массы плодов был отобран средний образец. [100]

Варьирование морфологических признаков исследовали по 6 признакам: высота куста, продуктивность, длина плодоножки, масса 1 ООгр плодов, длина плода, диаметр плода.

2. Исследование плодов облепихи

Содержание токсичных элементов в соответствие с требованиями СанПиН 2.3.2.1078-01

Свинец и кадмий определяли по ГОСТ 30178-96, ртуть - ГОСТ 26927-86, мышьяк-ГОСТ 26930-86.

Содержание мезофильных аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов по ГОСТ 10444.15-94, дрожжей и плесневых грибов по ГОСТ 28805 - 90.

Товароведная оценка качества плодов облепихи

Товароведную оценку качества проводили согласно требованиям РСТ РСФСР 29-75 «Облепиха свежая дикорастущая» Определение средней массы плода

Средняя масса плодов определялась путем взвешивания на аналитических весах 10-15 плодов исследуемого сорта, отобранных методом случайной выборки.

Определение содержания сухих веществ

Определение содержания сухих веществ основано на высушивании навески при 105°С до полного удаления влаги. Разница в массе образцов до и после высушивания составляет содержание влаги. Содержание сухого вещества равно разнице между массой сырой навески и содержанием влаги в ней. [149]

Определение общей кислотности

Определение основано на титровании экстракта, полученного из известной навески раствором 0,1 н. щелочи в присутствии индикатора. Результаты титрования выражали в процентах в пересчете на яблочную кислоту.

Общую кислотность на 100 г щелочи вычисляют по формуле

Г/ 100 0/ х = аУ--, % где

Ухн а - количество 0,1 н. щелочи, см3; 2

V - общий объем вытяжки, см ;

V]- объем вытяжки, взятой для титрования, см3; н - масса навески, г. [149]

Определение Сахаров методом Бертрана

Метод основан на способности редуцирующих Сахаров, восстанавливать в щелочной среде двухвалентную медь в одновалентную закись меди. Осадок оксида меди растворяется в сильно подкисленном серной кислотой растворе сульфата железа (3+); образуемое эквивалентное количество сульфата железа (2+) титруют калия перманганатом. По объему израсходованного на титрование раствора КМПО4 устанавливают количество меди, восстановленное сахарами, и по эмпирически составленным таблицам определяют содержание Сахаров. [149]

Определение пектиновых веществ карбазолъным методом

Метод основан на получении специфического фиолетово-розового окрашивания уроновых кислот с карбазолом в сернокислой среде. Для этого мякоть плодов очищали от Сахаров 95 и 80% раствором этанола. Экстракцию пектина и протопектина проводили на водяной бане сначала в 0,3 н растворе соляной кислоты 30 мин, затем в 1% растворе лимоннокислого аммония. Оптическую плотность измеряли при длине волны 535 нм в кювете с рабочей длиной 5,06 мм против смеси серной кислоты с боратом и дистиллированной водой в соотношении 3:0,5. Расчет производили по калибровочной кривой, построенной по галактуроновой кислоте. [100]

Определение провитамина А (каротина)

Метод основан на экстракции каротина органическими растворителями (бензин), удаления сопутствующих пигментов окисью алюминия и окисью кальция и колориметрическом определении содержания каротина в бензиновом экстракте при длине волны 440 нм против бензина. Количество каротина вычисляют по формуле: яхД хГх1000

-X —-,

Э2 х п где X - содержание каротина, мг на 100 г; а - количество миллиграммов каротина в 1 см3, которому соответствует стандартный раствор (0,00416 мг);

Di — оптическая плотность исследуемого раствора;

D2 — оптическая плотность стандарта;

V - объем раствора каротина, см3; п - навеска растительного материала, г. [122] Определение аскорбиновой кислоты (витамина С)

Метод основан на экстрагировании витамина С раствором 1% НС1 с последующим титрованием визуально или потенциометрически 0.001 н. раствором 2, 6-дихлорфенолиндофенолята натрия (реактивом Тильманса) до установления светло-розовой окраски. [149] Определение витамина Е

Витамин Е определяли в плодах облепихи методом высокоэффективной жидкостной хроматографии на жидкостном хроматографе Миллихром 1- А (Научприбор, Россия). Предварительно пробы омыляли, экстрагировали гексаном, который отгоняли на роторном испарителе. Остаток неомыляемых липидов перерастворяли в элюенте и количественно наносили на хроматографическую колонку КАХ-2, заполненную Сепароном С18, размер частиц 5 мкм, длина колонки 64 мм, внутренний диаметр 2 мм. В качестве элюента использовали смесь этанол - вода (92:8 по объему). Детекция проводилась в УФ при 292 нм. Расчет концентраций витамина проводили по стандартному раствору dl-альфа-токоферолу, в концентрации 10 мкг/мл. [132]

Определение содержания массовой доли липидов Метод основан на экстракции липидов этиловым или петролейным эфиром в экстракционном аппарате Сокслета и последующем гравиметрическом определении экстрагированных липидов по разности между массой навески исследуемого концентрата до экстракции и массой той же навески после экстракции.

Определение состава липидов методом газожидкостной хроматографии

Экстракцию липидов проводили смесью растворителей хлороформа и этанола (в соотношении 1:2 по объему).

Жирные кислоты исследовали в виде их метиловых эфиров (МЭЖК), которые получали после кислотного метанолиза. Метанолиз липидов проводили в смеси метанола и серной кислоты (50:1 по объему) при температуре 90°С в течение двух часов на водяной бане, используя обратный холодильник. МЭЖК анализировали на хромато-массспектрометре GCD plus (Hewlett Packard, США), используя капиллярную колонку HP-FFAP длиной 30 м и внутренним диаметром 0,25 мм. Положение двойных связей в ненасыщенных ЖК устанавливали по масс-спектрам диметилоксазолиновых производных (ДМОК) жирных кислот. ДМОК были приготовлены следующим образом: 0,2 мл 2-амино-2метил-1-пропанола было добавлено к омыляемым липидам, через раствор пропускали гелий, колба плотно закрывалась и нагревалась до 190°С в течение 2 часов. Затем к реакционной смеси добавлялось 2 см3 дистиллированной воды, раствор подкисляли, ДМОК экстрагировали смесью гексана-ацетона (96:4 по объему). [6, 76, 93, 99 ]

Определение массовой доли золы

Зольность плодов определяли гравиметрическим методом, основанным на определении несгораемого остатка неорганических веществ после сжигания пробы в муфельной печи в фарфоровом тигле. [149]

Определение содержания макро- и микроэлементов

Са, Mg, Fe, Мп и Си определяли методом атомной абсорбции. Для этого пробу определенного объема предварительно минерализуют смесью азотной и хлорной кислот при нагревании. Минерализат переносят в мерную колбу и в растворе определяют содержание металлов на атомно-абсорбционном спектрофотометре Квант-2а (Россия). Одновременно проводят холостое определение для выяснения чистоты реактивов. Калибровочные графики строят по растворам соответствующих солей металлов. Растворы готовят из стандартных образцов [35]

Калий и натрий определяли методом пламенной фотометрии на пламенном фотометре «Flapho» (Карл Цейс, Германия). [126]

3.Исследование продуктов переработки из плодов облепихи Анализ соответствия безопасности и качества проводили согласно требованиям Федерального закона «Технический регламент на соковую продукцию из фруктов и овощей» №178-ФЗ от 27.10.2008

4. Исследование йогурта с добавкой пюре из плодов облепихи

• Отбор проб и анализ соответствия безопасности и качества проводили согласно требованиям ГОСТ Р 51331-99, СанПиН 2.3.2.1078 - 01 и Федерального закона «Технический регламент на молоко и молочную продукцию» № 88-ФЗ от 12.06.2008.

Статистическая обработка экспериментальных данных и определение достоверности различий проводились с помощью пакетов Statistica 6.0 и DataFit 8.0. условиях

3.1. Морфологические показатели и продуктивность облепихи

Как известно, в зависимости от зоны выращивания, от погодных условий и вегетационного периода морфология растений изменяется. В связи с этим представляет интерес сравнение морфологических характеристик облепихи при выращивании в различных экологических регионах (Алтайском крае, Красноярском крае, Республиках Хакасия и Тыва). Районы различаются по продолжительности безморозного, вегетационного периодов, количеству и характеру выпадения осадков.

Климат в Алтайском крае умеренный с вегетационным периодом равным 165 дням, средняя годовая температура 0.+1,5°С, годовое количество осадков - 450 - 500мм.

Климат Восточной Сибири - резко континентальный. Средняя годовая температура в Красноярском крае 0.+0,3°С, вегетационным период составляет 150 дней, годовое количество осадков колеблется от 300 до 350 мм.

В Хакасии продолжительность вегетационного периода 160 дней. Годовое количество осадков колеблется от 250 до 780 мм. Средняя годовая температура 0. .+0,4°С.

В Республике Тыва средняя годовая температура от 0.-5°С. Вегетационный период равен 160 дням, годовое количество осадков колеблется от 150 до 200 мм. [60, 77-78, 82, 87-88, 135, 145]

При выборе того или иного сорта облепихи для промышленного использования необходимо учитывать его экономически выгодные свойства. Так, при изучении морфологических особенностей сортов облепихи использовали следующие показатели: высота куста, форма кроны, наличие колючек, размер/масса, форма и окраска плода, длина плодоножки, характер отрыва ягоды.

Сорта облепихи, растущие на Алтайской опытной станции садоводства им. М. А. Лисавенко, представляют собой кусты средней величины (1,3 — 2,6 м) со слабой околюченностью побегов.