Производство полноценной и здоровой пищи во все времена было одной из самых важных задач, стоящих перед человечеством. И эта задача не может решаться простым увеличением количества потребляемой пищи, хотя традиционно считается, что питание должно быть рациональным, а значит базироваться на трех основных принципах:

• равновесие между поступающей с пищей энергией, расходуемой человеком в процессе жизнедеятельности;
• удовлетворение потребности организма человека в определенном количестве и соотношении пищевых веществ;
• соблюдение режима питания.

Однако ввиду существующей экономической нестабильности в мире на первое место выходит постоянная несбалансированность пищевого рациона по белкам, углеводам, минеральным элементам, витаминам и пищевым волокнам, которая является серьезным фактором ухудшения здоровья нации и снижения продолжительности жизни. Кроме того, нарушение экологической обстановки практически во всех регионах страны выдвигает задачу создания специальных пищевых продуктов для функционального питания. Это происходит именно потому, что пищевые продукты содержат в своем составе вещества, обладающие не только пищевой ценностью, но и регулирующие многочисленные функции организма человека. Важными компонентами при создании пищевых продуктов для функционального питания являются пищевые волокна, которые выполняют роль энтеросорбентов, т.е. связывают экологически вредные вещества – ионы металлов, нитраты, органические соединения, что приводит к снижению всасывания последних в стенки кишечника и поступлению в кровь, что уменьшает процессы отравления организма и улучшают деятельность желудочно-кишечного тракта, снижают всасывание холестерина.

В настоящее время неоправданно мало используются продукты переработки таких зерновых культур, как ячменя и овса, хотя они одни из важнейших широко распространенных сельскохозяйственных культур и имеют достаточно сбалансированный химический состав, богатый минеральными веществами (по содержанию калия, кальция, кобальта, кремния превышает другие зерновые) и витаминами. Отличаются от пшеницы и ржи высоким содержанием природных гидроколлоидов (β-глюкан, декстрины и слизи), пищевых волокон: пектина, целлюлозы и гемицеллюлозы, обладающих свойством связывать воду. Особенностью химического состава ячменя и овса является высокое содержание полисахарида β- глюкана, обладающего холестериноснижающим эффектом.

Для кондитерского производства важной задачей является изыскание новых видов сырья, обладающих необходимыми технологическими свойствами, т.е. оказывающие влияние на студнеобразующую способность, богатым химическим составом, структурные компоненты которого позволят экономить дорогостоящее импортное сырье, используемое в кондитерском производстве, а также улучшать качество и повышать пищевую ценность готовой продукции.

Анализ работ по производству мармеладных изделий показал, что существуют различные виды мармелада, но в основном на основе овощных и фруктовых добавок, а мармелада на основе зерновых культур практически нет, наиболее близким является приготовление мармелада с добавлением пшеничных отрубей, мармелада с пищевой добавкой целлюлозной природы и отвара зерновых культур [14, 15, 16]. Следовательно, использование продуктов переработки овса и ячменя при производстве мармелада является перспективным направлением, и должно быть изучено более подробно.

В Орловском «Госуниверситете–УНПК» на кафедре «Технология хлебопекарного, кондитерского и макаронного производств» были разработаны продукты биомодификации овса «Живица» и ячменя «Целебник» под действием ферментного препарата целлюлолитического действия «Pentopan 500BG». Разработанные продукты обладают высокой пищевой ценностью. В их состав входят жизненно важные компоненты: незаменимые аминокислоты, целлюлоза, гемицеллюлоза, пектин, β-глюкан, минеральные вещества и витамины.

Ранее проведенными работами была выбрана оптимальная дозировка «Живицы» и «Целебника» в количестве, заменяющем 4% сахара-песка и 10 % пектина по сухому веществу от рецептурного количества при производстве желейных масс, что позволяет экономить дорогостоящее сырье.

Следующим этапом исследования было изучение влияния оптимальных дозировок биомодифицированных продуктов (БМП) на физико-химические и органолептические показатели качества готового мармелада, который готовили по классической технологии. Получили следующие варианты: контроль – мармелад «Балтика»; вариант 1 – мармелад с заменой 10 % пектина и 4 % сахара-песка по сухому веществу «Живицей»; вариант 2 - мармелад с заменой 10 % пектина и 4 % сахара-песка по сухому веществу «Целебником». БМП восстанавливали в соотношении с водой 1:4 при 60 °С в течение 40 мин.

Полученные результаты исследования представлены в таблице 2.1.

Таблица 2.1

Влияние оптимальной дозировки биомодифицированных продуктов
на физико-химические и структурно-механические показатели качества мармелада 

Из приведенных экспериментальных данных видно, что прочность мармелада с оптимальной дозировкой биомодифицированных продуктов выше для «Живицы» на 3,7 % и для «Целебника» на 7,5 %, чем у контрольного образца.

Увеличение прочности мармеладного студня с биомодифицированными продуктами можно объяснить тем, что в состав этих продуктов входят крахмал, пектин, β–глюкан, целлюлоза, гемицеллюлоза, слизи, которые обладают водопоглотительной и влагоудерживающей способностью, что способствует увеличению прочности студня, а также содержащиеся в биомодифицированных продуктах кальций и магний снижают величину энергетического барьера, что приводит к снижению диффузионного слоя и увеличению скорости коагуляции пектиновых молекул [4, 10, 11]. У мармелада с биомодифицированными продуктами адгезия снижалась по сравнению с контролем для «Живицы» на 28,0 % и для «Целебника» на 36,0 %. Это объясняется тем, что вносимые с этими продуктами полисахариды образуют межмолекулярные водородные связи, так как радиус взаимодействия молекул полисахаридов друг с другом достаточно широк, в результате чего прочность связи «вода-полисахарид» увеличивается и количество свободной влаги снижается [2, 3].

Ввиду того, что биомодифицированные продукты имеют слабокислую среду (рН 4,8-5,2), при введении их в мармеладную массу наблюдается незначительное возрастание титруемой кислотности – для «Живицы» на 8,8 % и для «Целебника» на 5,1 % в сравнении с контролем. Массовая доля редуцирующих веществ в мармеладе с биомодифицированными продуктами увеличивалась для «Живицы» на 10,0 % и для «Целебника» на 17,8 % по сравнению с контролем, за счет содержания редуцирующих веществ в биомодифицированных продуктах и их гидролизе при уваривании желейной массы.

При изучении органолептических показателей качества была проведена сравнительная дигустационная оценка, результаты которой представлены на рисунках 2.1, 2.2, 2.3.

Как видно из представленных экспериментальных данных добавление в мармелад БМП «Живица» и «Целебник» не приводит к значительному изменению органолептических показателей качества мармелада, однако были отмечены незначительные вкрапления, что допускается по ГОСТ 6442-89 при использовании добавок, и более затяжистая консистенция мармелада с «Живицей» и «Целебником», чем контрольного образца.

Рис. 2.1. Органолептические показатели
качества контрольного образца мармелада

Рис. 2.2. Органолептические показатели
качества мармелада с БМП «Живица»

Рис. 2.3. Органолептические показатели
качества мармелада с БМП «Целебник»

Результаты эксперимента позволили сделать вывод, что замена БМП «Живица» и «Целебник» 10 % от рецептурного количества пектина и 4 % от рецептурного количества сахара-песка по сухому веществу при производстве мармелада, не ухудшает физико-химические и органолептические показатели качества мармелада и соответствуют ГОСТ 6442–89.

Следующим этапом было исследование влияния оптимальной дозировки БМП «Живица» и «Целебник» на изменение физико-химических, структурно-механических, микробиологических и органолептических показателей качества мармелада в процессе хранения по вариантам приведенным выше.

Мармелад хранился при температуре среды 20 ± 2 °С в течение 60 суток. Каждые 15 суток определяли изменение физико-химических, структурно-механических, микробиологических и органолептических показателей качества мармелада. Полученные экспериментальные данные представлены в таблице 2.2.

Как видно из представленных данных, в процессе хранения идет нарастание редуцирующих веществ в мармеладе, за 60 суток их количество увеличилось у контроля на 8,5 %, с добавлением «Живицы» на 10,5 % и с добавлением «Целебника» на 18,4 %; незначительное повышение титруемой кислотности – у контроля на 6,3 %, с добавлением «Живицы» на 7,1 % и с добавлением «Целебника» 4,7 % соответственно; массовой доли сухих веществ – у контроля на 2,5 %, с добавлением «Живицы» и «Целебника» на 1,2 %. Через 60 суток хранения прочность мармелада повышается по сравнению с первоначальной у контроля на 22,6 %, с добавлением «Живицы» на 20,0 % и с добавлением «Целебника» на 19,3 %. Это можно объяснить следующим образом. Установлено, что в процессе хранения происходит испарение влаги, что приводит к уплотнению структуры изделий [2, 3, 12]. Внесение вместе с продуктами целлюлозы, гемицеллюлозы, пектиновых веществ замедляет скорость подобных изменений и способствует сохранению влаги. Процесс высыхания изделий замедляется за счет связывания влаги полисахаридами биомодифицированных продуктов и удерживания ее в связанном состоянии в процессе всего периода хранения, т.е. благодаря вводу биомодифици-рованных продуктов увеличивается содержание прочносвязанной влаги в желейном студне и как следствие прочность студня в процессе хранения увеличивается незначительно [2, 3, 4, 11].

Таблица 2.2

Изменение физико-химических и структурно-механических
свойств мармелада с оптимальной дозировкой биомодифицированных
продуктов в процессе хранения 

Подтверждением результатов замедления высыхания мармелада служат изменения количества связанной влаги в мармеладе с БМП «Живица» и «Целебник» в отличие от контроля. С целью определения связанной влаги были получены изотермы сорбции с помощью тензиметрического метода Ван-Бамелена. Результаты исследования представлены на рисунке 2.4.

                                                        Рис. 2.4. Изотермы сорбции мармелада

По результатам анализа кривых сорбции установили, что для мармелада с БМП «Живица» и «Целебник» характерно более высокое суммарное содержание связанной влаги. Участок А характеризует область, где влага химически связана и недоступна для реакции, часть В – где влага связана физико-химически, часть С – где влага связана в основной массе физико-механически [7, 8].

Влага в мармеладе с БМП «Живица» и «Целебник» более прочно связана, чем в котрольном образце, в среднем на 4,4 и 8,0 % соответственно. Данные результаты объясняются тем, что в состав мармелада с БМП «Живица» и «Целебник» вместе с внесением биомодифицированных продуктов вводятся такие гидроколлоиды как целлюлоза, гемицеллюлоза, пектин, β-глюкан, которые являются влагоудерживающими агентами. Кроме того вместе с биомодифицированными продуктами вводятся водорастворимые белки, также способствующие связыванию влаги. Полученные результаты доказывают, что вследствие интенсивного удерживания влаги процесс высыхания мармелада с БМП «Живица» и «Целебник» будет протекать менее интенсивно [5, 6, 9, 13,].

Результаты изменения микробиологических показателей мармелада с оптимальной дозировкой биомодифицированных продуктов в процессе хранения представлена в таблице 2.3.

Таблица 2.3

Изменение микробиологических показателей мармелада
с оптимальной дозировкой биомодифицированных продуктов в процессе хранения

При анализе микробиологических показателей было установлено, что КМАФАМ и дрожжей возросло, но не превышает допустимых значений СанПиН 2.3.2.1078-01, БГКП и плесневые грибы в исследуемых образцах не обнаружены [1].

Таким образом, применение «Живицы» и «Целебника» при производстве мармелада способствует сохранению свежести готовых изделий, а также не ухудшает физико-химические, структурно-механические, микробиологические и органолептические показатели качества на протяжении 60 суток хранения и соответствуют ГОСТ 6442-89.

На следующем этапе проводили исследование влияния оптимальных дозировок БМП «Живица» и «Целебник» на ход технологического процесса производства мармелада. В качестве контроля использовали мармелад «Балтика». Результаты проведенного сравнительного анализа технологического процесса приготовления мармелада представлены в таблице 2.4.

Таблица 2.4

Влияние нетрадиционного сырья на ход технологического процесса
приготовления мармелада 

Из представленных результатов видно, что в подготовительных стадиях приготовления мармеладной массы с применением «Живицы» и «Целебника» по сравнению с контролем отклонений не наблюдалось.

Продолжительность выстойки мармелада сокращается в среднем на 25,0 %, это можно объяснить тем, что вместе с БМП «Живица» и «Целебник» вносятся β-глюкан, гемицеллюлоза, целлюлоза, пектин, обладающие водопоглотительной, влаго-удерживающей и студнеобразующей способностью, а также содержащиеся в продуктах кальций и магний снижают величину энергетического барьера, что приводит к снижению диффузионного слоя и увеличению скорости коагуляции пектиновых молекул [4, 5, 11].

Основной целью сушки мармелада является удаление избытка влаги. В состав БМП «Живица» и «Целебник» входят гидроколлоиды: целлюлоза, гемицеллюлоза, β-глюкан, пектин, влага которыми связана наиболее прочной адсорбционной связью, что удлиняет процесс сушки на 6,3 % и 3,4 % соответственно.

Средняя продолжительность технологического цикла приготовления мармелада с применением нетрадиционного сырья – БМП «Живица» и «Целебник» сокращается в среднем на 2,0 % и 4,8 % по сравнению с контролем соответственно.

Таким образом, можно сделать вывод, что применение нетрадиционного сырья – БМП «Живица» и «Целебник» способствует сокращению продолжительности технологического цикла производства мармелада, что свидетельствует об экономической эффективности применения данных продуктов.

Проведенные исследования по влиянию различных дозировок биомодифицированных продуктов на структурно-механические, физико-химические и органолептические показатели качества мармелада позволили определить, что оптимальные дозировки не снижают выше перечисленных качественных показателей.

На основании научно-обоснованных данных рассчитывалась рецептура на новые виды мармелада, в дальнейшем названные «Солнечный» на основе биомодифицированного продукта «Живица» и «Восточный» на основе биомодифицированного продукта «Целебник» с заменой 10 % биомодифицированных продуктов от массы пектина и 4 % от массы сахара-песка по сухому веществу. Разработанная технология их производства не требует привлечения дополнительного оборудования и переналадки ранее используемого.

Пищевая ценность готового мармелада в большей степени зависит от его химического состава. Экспериментальные данные по химическому составу мармелада «Солнечный» и «Восточный» представлены в таблице 2.7.

Таблица 2.7

Сравнительный анализ химического состава мармелада 

Из представленных данных видно, что в мармеладе «Солнечный» и «Восточный» содержание белка и ненасыщенных жирных кислот на 100 % больше, чем в мармеладе «Балтика». Это можно объяснить тем, что биомодифицированные продукты, вносимые в мармелад, богаты как белками, так и ненасыщенными жирными кислотами.

Анализ химического состава мармелада показал, что мармелад «Солнечный» и «Восточный» содержат на 0,4 % и 0,5 % больше усвояемых углеводов по сравнению с контрольным образцом соответственно. При этом энергетическая ценность изделий составила 259,34 ккал и 258,35 ккал, что на 2,2 % и 1,8 % выше аналогичного показателя контрольного образца соответственно. Повышение калорийности вновь разработанного мармелада объясняется введением биомодифицированных продуктов, которые содержат усвояемые углеводы и ненасыщенные жирные кислоты. Произошло увеличение содержания пищевых волокон, таких как целлюлозы, гемицеллюлозы, β-глюкана на 100 %, а также минеральных веществ: кальция на 27,5 % и 28,0 %, фосфора на 17,5 % и 12,5 %, натрия на 100 %, магния на 35,5 % и 34,4 %, железа в 3 и 5 раз для мармелада «Солнечный» и «Восточный» соответственно.

Сравнительный анализ аминокислотного состава мармелада, представленный в таблице 2.8, показал изменение количественного и качественного состава аминокислот.

Таблица 2.8

Анализ аминокислотного состава белка желейного мармелада 

Как видно из представленных данных, содержание аминокислот в мармеладе «Солнечный» и «Восточный» возросло на 100 % по сравнению с мармеладом «Балтика», ввиду их отсутствия в мармеладе «Балтика», особую ценность представляют незаменимые аминокислоты.

Таким образом, как свидетельствует проведенный эксперимент, введение в желейную массу БМП овса «Живица» и ячменя «Целебник» позволяет не только существенно изменить пищевую и биологическую ценность продукта, обогащая его сбалансированным составом аминокислот, а также клетчаткой, необходимой для нормальной жизнедеятельности желудка; минеральными веществами, участвующими в процессах внутриклеточного и межклеточного обмена, поддерживающими осмотическое давление протоплазмы и биологических жидкостей организма, участвующими в водном обмене, т.е. придавая изделиям функциональные свойства по сравнению с контрольным образцом, но и расширить сырьевую базу кондитерской отрасли.