Размещено на http://www.allbest.ru/

Содержание

Введение

I. Обзор литературы

1.1 Состояние и перспективы развития переработки рыбных отходов

1.2 Общая характеристика и производство структурообразователей

1.2.1 Структурообразующие полисахариды

1.2.2 Структурообразующие белки

1.3 Характеристика сырья для производства ихтиожелатина

1.4 Полезные свойства желатина

II. Экспериментальная часть

2.1 Цель и задачи исследований

2.2 Материалы и методы исследований

2.3 Результаты собственных исследований

2.3.1 Органолептическая оценка

2.3.2 Микробиологические показатели

2.3.3 Физико-химический состав

2.3.4 Технологические показатели

III. Экономическая эффективность производства молочных десертов

IV. Охрана труда

Выводы и предложения к производству

Список используемой литературы

Приложения



Введение

В настоящее время ведется активный поиск новых источников сырья и способов их переработки в качественную пищевую продукцию. Перед любой отраслью перерабатывающей промышленности всегда стоят задачи по повышению эффективности использования сырья, сокращению отходов производства, расширению ассортимента и повышению качества выпускаемой продукции. Изменение видового состава улова, ежегодное увеличение доли маломерных рыб и рыб пониженной товарной ценности в уловах заставляют изыскивать пути и методы наиболее целесообразного использования нетрадиционного белкового сырья.

Одной из важнейших задач для специалистов рыбоперерабатывающей отрасли наряду с разработкой и расширением ассортимента рыбной продукции, является утилизация отходов переработки рыбы и других гидробионтов и получения новых видов продукции, имеющей широкий спектр применения, в том числе натуральных структурообразователей.

Известно, что в организме наземных и морских животных около одной трети общего количества азотистых веществ приходится на долю коллагеновых соединений, поэтому наиболее перспективным направлением в получении новых видов натуральных и относительно недорогих высококачественных структурообразователей является переработка коллагенсодержащих вторичных рыбных ресурсов ( голова, кости, плавники, чешуя и др. ).

Наиболее перспективным направлением обработки такого сырья является производство структурированных изделий, имитирующих различную деликатесную продукцию. В связи с этим широкое развитие должно получить новое направление производства различных ароматизаторов, пищевых красителей, структурообразователей на основе использования отходов рыбной промышленности [6].

Кроме того, изменение сырьевой базы, видового состава рыбного сырья, развитие пресноводного рыбоводства вносят свои коррективы в технологические параметры производства пищевой продукции из него, а также требуют расширение безотходных и малоотходных технологий и увеличения глубин разделки сырья [14].

Наиболее распространенным белком в животном мире является коллаген-главная макромолекула кожи, сухожилий, кровеносных сосудов, костей, роговицы глаз и хрящей. Он обеспечивает внеклекточную структуру в соединительной животной ткани, существуя не менее чем в пяти различных типах. Основной структурной единицей коллагена является тропоколлаген, состоящий из трех цепей, каждая из которых включает в себя 1 000 аминокислотных остатков. Коллаген богат глицином и пролином. В коллагене содержатся редко встречающиеся гидроксипролин и гидроксилизин.

Анализ литературных данных показал, что при глубокой разделке рыбного сырья превалирует выход коллагеносодержащих отходов (кожа, чешуя, кости, плавники), варьирующий от 38,0 до 58,0% в зависимости от видового состава сырья. Достаточно большое количество образующихся коллагеносодержащих отходов позволяет использовать их на производство природных структурообразователей, технологические аспекты получения которых находятся в стадии постоянного развития.

Интерес к рыбному коллагену как природному структурообразователю значительно возрос. Это обусловлено тем, что губчатая энцефалопатия (болезнь бешенства крупно рогатого скота) стала весьма серьезной проблемой и использование коллагена животного происхождения уже не безопасно. Кроме того, рыбный коллаген является гипоалергенным, т.к. На 96% идентичен человеческому белку [6].

Коллаген и продукты его гидролиза используются при производстве желатина, для осветления вин, получения пищевых пленок, покрытий, съедобных оболочек, в качестве структурообразующего агента в заливках для консервов и рыбных фаршей, формованных рыбных изделий, при производстве искусственной икры, бульонов, студней, соусов, различных оздоровительных напитков и коктелей и как добавки в хлебопекарном и кондитерском производствах [10]. В микробиологической промышленности продукты гидролиза коллагена применяются в составе питательных сред при культивировании микроорганизмов.

Таким образом, необходимость использования коллагеносодержащего рыбного сырья для получения натуральных структурообразователей обусловлена развитием пищевой промышленности применением натуральных пищевых добавок в технологии новых продуктов питания. В соответствии с изложенным целью исследований являлось изучение использования коллагенсодержащих структурообразователей различного происхождения в производстве молочного десерта.

ихтиожелатин экономический десерт



Глава I. Обзор литературы

1.1 Состояние и перспективы развития переработки рыбных отходов

Рыба и морепродукты являются важнейшими компонентами пищи человека. Они имеют огромное значение как источники белков, жиров, минеральных веществ, содержат такие физиологически важные элементы, как калий, кальций, магний, железо, фосфор и комплекс необходимых для организма человека витаминов.

Основной причиной снижения объемов производственных показателей работы рыбохозяйственного комплекса явилось начавшееся с середины 90-х годов интенсивное ведение промышленного рыболовства в исключительно экономической зоне России, что привело к уменьшению общих допустимых уловов таких ценных видов рыб и морепродуктов, как минтай, треска, пикша, осетровые, сельдь, килька, крабы. Кроме того, до сих пор отсутствуют рычаги, стимулирующие увеличение поставок рыбопродукции на внутренний рынок: Федеральный Заказ, выделение бюджетной ссуды на льготной и возвратной основе для его выполнения, льготный железнодорожный тариф и другие.

В последнее время в рыбной отрасли наблюдаются положительные тенденции. Несмотря на крайний упадок, происшедший в 1990-е гг., отрасль начинает наращивать обороты: прекратился произвольный передел флота, многие предприятия научились обходиться без дотации государства, стабилизировались отношения между собственниками судов и рыболовными бригадами. Появляется большее количество рыбных комбинатов и небольших предприятий, реанимируются старые предприятия, новые наращивают обороты.

Характеризуя состояние рыбообрабатывающего производства в целом по России, следует отметить значительные изменения в использовании сырья--увеличение направления сырья на пищевые цели (в 1990 году на пищевые цели направлялось 64% сырья, в 2001 году-- более 85%).

Основой производства пищевой рыбной продукции, включая консервы, в России являются рыбохозяйственные предприятия Дальнего Востока (на долю данного региона приходится более 60%). В выпуске консервной продукции ведущие позиции занимают Западный бассейн (около 57%) и Дальний Восток (более 30%). Наибольший удельный вес в производстве кормовой муки имеют предприятия Дальнего Востока (более 76%) и Северного бассейна (около 14%), в выпуске кормовой рыбы и отходов от разделки для звероводческих хозяйств-- предприятия Северного бассейна (более 70%), Дальнего Востока (около 16%) и Калининградской области (около 9%).

Несмотря на возрастающий спрос на рыбную продукцию и то, что рыболовством и рыбоводством заняты практически все страны, используются эти ресурсы далеко не полностью и часто весьма нерационально.

При выпуске рыбной продукции, предусматривающем наиболее рациональное использование рыбы и других продуктов, необходимо не только внедрение новых технологических схем производства и высокотехнологичного оборудования, но и соблюдение правил транспортировки, хранения, приготовления пищевых рыбных продуктов и т.д. Поэтому в задачу рыбной промышленности входит не только получение высококачественного сырья и рыбных продуктов, но и сохранение их без потерь.

Рационально использовать и сохранить всю продукцию можно только при правильной организации и соблюдении технологических и санитарно-ветеринарных правил. В связи с этим, контроль качества сырья и выпускаемой продукции, рациональное использование рыбы и другой морепродукции является весьма актуальной проблемой.

В сегодняшних условиях предприятия малой (до 500 кг выпускаемой продукции в сутки) и средней мощности (до 1000 кг выпускаемой продукции в сутки) стараются при планировании производства исходить из:

1) применения более глубокой переработки сырья для снижения себестоимости продукции;

2) возможности быстро изменять ассортимент в зависимости от спроса и доходности продукции;

3) учета изменения культуры потребления продуктов питания и их органолептических свойств;

4) возможности производить продукцию, сохраняющую длительный срок свои потребительские свойства за счет появления более качественного и разнообразного хранения в местах оптовой и розничной торговли;

5) использования механизации труда и новых технологий для увеличения объемов производства без значительного увеличения занятых площадей;

6) использования для выпуска своей продукции полуфабриката, выпущенного другим предприятием.

По месту расположения предприятия, занимающиеся выпуском изделий из рыбо- и морепродуктов можно разделить как:

а) расположенные в местах лова и выращивания товарной продукции.

В большинстве это заготовительные предприятия, имеющие возможность первичной обработки продукции (охлаждение, замораживание, посол), выработки промышленного полуфабриката, направляющегося на дальнейшую промпереработку или предприятия. выпускающие готовую товарную продукцию, не требующую дальнейшей производственной доработки. Для данных предприятий привлекательна низкая стоимость сырья;

б) расположенные в местах оптового хранения и реализации.

Предприятия по выработке промышленного полуфабриката, направляющегося на дальнейшую промпереработку или предприятия, выпускающие готовую товарную продукцию, не требующую дальнейшей производственной доработки. Для данных предприятий привлекательна достаточно низкая стоимость сырья и близость к центрам оптовой реализации продукции;

в) расположенные в местах близких к конечному потреблению товара.

Предприятия, выпускающие готовую товарную продукцию, не требующую дальнейшей производственной доработки. Для данных предприятий привлекательна близость конечного потребителя и связанная с этим достаточно быстрая оборачиваемость средств, возможность быстрого выпуска ассортимента, требуемого в данный момент на потребительском рынке и с нужными потребительскими качествами.

Из вышеизложенного следует, что предприятия рыбоперерабатывающего комплекса расположены на всей территории нашей страны и получили широкое распространение за счет появления и развития предприятий малой и средней мощности.

1.2 Общая характеристика структурообразователей

1.2.1 Структурообразующие полисахариды

Ассортимент полисахаридных структурообразователей обширен и постоянно пополняется благодаря поиску новых источников выделения, модификации известных гидроколлоидов физическими, химическими и ферментативными методами, культивированию микроорганизмом - продуцентов.

Все структурообразующие полисахариды имеют растительное, водорослевое или микробное происхождение, за исключением хитозана, промышленным источником которого являются ракообразные.

В зависимости от источника получения полисахариды растительного происхождения можно разделить на две группы: полисахариды из морских растений (агар-агар, агароид, каррагенаны, фурцелларан, альгинаты) и полисахариды из наземных растений (крахмалы, в том числе модифицированные, пектины, производные целлюлозы, галактоманнаны, камеди, мука из зерен тамаринда и др.).

Агар-агар и агароид. Название этого полимера имеет малазийское происхождение и означает "желирующий продукт питания из водорослей" [25]. Основу агар-агара составляет агароза, молекула которой имеет чередующуюся структуру дисахарида, построенную из D- галактозы и 3,6-ангидро-L-галактозы, соединенных связями 1,4 и -1,3 [25].

Агар состоит из смеси агароз, различающихся по степени полимерности; в их состав могут входить разные металлы (калий, натрий, кальций, магний) и присоединяться по месту функциональных групп. В зависимости от соотношения полимеров, вида металла значительно меняются свойства агар-агара. Например, при наличии в агарах одновалентных металлов повышается или понижается прочность студня, что не отмечено в отношении двухвалентных металлов [14].

В мировой практике наиболее важными источниками сырья для получения агара являются многочисленные виды красных водорослей - гелидиевых (Gelidium), грацилярии (Gracilaria verrucosa [Huds]), эухеумы (Euchevma) и анфельции (Ahnfeltia tobuchiensis). В отечественном производстве агар-агара в качестве сырья в основном используют дальневосточную и беломорскую анфельцию, в сухом остатке которых его содержится 12,6-32,6 и 20,2-28,05 соответственно. Содержание агар-агара в водоросли зависит от ее вида, района произрастания, сезона добычи и возраста. Получают агар-агар обычно тепловым методом по следующей технологической схеме:



Подготовка анфельции

Варка Очистка водорослевого навара

Желирование

Резка студня

Очистка студня

Сушка

Хранение

Рис.1 Технологическая схема получения агар-агар.

Чистые водоросли замачивают в 0,2-0,55% известковом молоке для облегчения извлечения из них агара и ослабления окраски получаемых наваров. Агар-агар извлекают из водорослей при варке их в Кипящем растворе окиси кальция (рН не ниже 8). В зависимости от свойств сырья, конструкции варильников устанавливают продолжительность и кратность повторных варок, количество и концентрацию раствора окиси кальция, температуру. Полученный после варки водорослевой навар освобождают от механических загрязнений отстаиванием в течение 4-5 ч при температуре 80-85єС, а затем в горячем виде очищают на сепараторах или центрифугах с последующим охлаждением до образования студня в специальных аппаратах. Студень режут на пластины толщиной 5-6 мм или тонкие полоски и бруски, которые направляют на очистку от неагаровых и красящих веществ. Очистку студней осуществляют промывкой в воде или путем замораживания студня и оттаивания агарольда в естественных условиях. Промывают студень водой температурой 18-20°С 10-12-кратно, общая продолжительность промывки составляет 30-36 ч. По второму способу очистки при снижении температуры происходят вымораживание воды и концентрирование студня до образования коагеля и раствора, содержащего органические вещества и минеральные соли. При повышении температуры вода, образующаяся при таянии льда, вместе с неагаровыми веществами стекает с коагеля, в результате чего он становится чистым. Полученный коагель сушат в естественных условиях до содержания влаги не более 205.

Студень, полученный после промывки пресной водой, нагревают до полного растворения в воде, упаривают под вакуумом до содержания сухого агара 2,5-2,85 и сушат в распылительной или вальцовой сушилке до содержания влаги не более 18%. Выход агара из анфельции составляет в среднем 10% к массе сырья. Для получения агара особой очистки промытый студень плавят, охлаждают до температуры 55-6ОєС и при слабом перемешивании в него вводят суспензию карбоната кальция, массу дважды сепарируют и желируют. Студень измельчают и отжимают на прессе (при этом вместе с водой из него удаляются растворимые неагаровые примеси), сушат под вакуумом. При этом способе выход агара составляет 8% к массе анфельции [21].

Растворы агара и гели совместимы с белками, несовместимы с водорастворимыми спиртами и кетонами [25].

Основной характеристикой агара является способность к гелеобразованию, определяемая прочностью студня. Согласно требованиям стандартов к отечественному пищевому агару прочность его 0,853% студня, определенная на приборе Валента (в г) должна быть не менее: для высшего сорта 300, первого - 200, агара особой очистки - 400. Добавление сахара увеличивает прочность агарового геля. Так, прочность 0,85%-ного студня при добавлении 70% сахара возрастает для высшего сорта до 1600, первого - 1000 г. При повышении концентрации агapa (от 1 до 5%) реологические параметры гелей возрастают [18].

Для всех видов агар-агаров характерна закономерность: с увеличением температуры плавления возрастает концентрация агар-агара [25].

С гигиенической точки зрения агар-агар безвреден и во всех странax допускается его использование в пищевых целях.

Согласно кодексу питания ФАО/ВОЗ агар-агар имеет статус пище-null добавки, для которой допустимая суточная доза не оговаривается, что означает отсутствие ограничений для его пищевого использования [15], При производстве разнообразных продуктов питания агар-агар применяется в количестве 0,07-1,40%. Другим структурообразующим биополимером, основу которого составляет агароза, является агароид.

И молекулу агароида входят сульфокислых групп 22-40%, а карбоксильных - 3-5% [14], а в молекулу агар-агара 2-5 и 20-25% соответственно. Различия в структуре полимеров определяют и разную гелеобразующую способность, которая у агароида выражена в 2-3 раза слабее. Агароид, кроме того, имеет более низкие температуры плавления и застудневания, меньшую химическую устойчивость [15]. Сырьем для получения агароида служит черноморская филлофора (Phyllophora nervosa), в состав которой он входит в количестве 20-25% [21].

Технологическая схема получения агароида напоминает схему получения агар-агара. Однако режимы проведения технологических операций имеют существенные различия [15]. При подготовке филлофоры к варке ее замачивают в 0,05%-ном растворе гидроокиси калия в течение 1 ч при гидромодуле 1:9. Варят водоросль в воде с применением многократной экстракции по принципу противотока (гидромодуль 1:9). Общая продолжительность варки одной порции водоросли около 46 ч. Полученные водорослевые отвары очищают с помощью активированного угля и фильтруют на фильтр-прессах. Сушат агароид до влажности не более 18%. Согласно требованиям стандарта 2,5%-ный раствор агароида должен иметь температуру застудневания не ниже 20єС, плавления студня - не ниже 50єС, прочность студня по Валента не менее 180 г. Агароид используют в качестве загустителя и студнеобразователя. Каррагенаны. Название этих полимеров происходит от названия ирландского приморского города Каррик. Иногда их также называют ирландским мхом. Они входят в состав красных водорослей и имеют некоторую гетерогенность структуры. Можно выделить различные типы идеальных каррагенанов, обозначаемых греческими буквами "лямбда", "кси", "каппа", "йота", "мю" и "ню" [14]. Вид водоросли влияет на тип получаемого из нее каррагенана. Например, Gigartina adcularis содержит в основном сгущающую фракцию лямбда и немного кси, а такие водоросли, как Gigartina stellata и Chondrus crispus, растущие у скалистых берегов Северной Атлантики, содержат все фракции каррагенанов. В водорослях хондрус содержание каррагенана достигает 50% сухого вещества [14].

Мойка

Измельчение

Обработка раствором щелочи

Фильтрование

Выделение каррагенанов из водных экстрактов

Очистка

Обезвоживание

Измельчение

Хранение

Рис. 2. Технологическая схема производства каррагенанов.

От водорослей, поступивших на обработку, отделяют посторонние примеси (ракушки), тщательно моют, измельчают и направляют на обработку щелочью. Температура и концентрация последней зависят от того, какой каррагенан необходимо получить. Например, для производства загустителей применяют умеренную температуру и небольшое количество щелочи, студнеобразующих - высокую температуру и большое количество щелочи, способствующих образованию фракций каппа и йота.

При щелочной обработке в раствор, помимо каррагенанов, переходят минеральные соли, некоторые пигменты. В нерастворимую фракцию входят гемицеллюлоза и большая часть протеинов, которые удаляют из раствора с помощью фильтрации. Чаще всего каррагенаны выделяют из экстрактов путем осаждения в растворе хлористого калия или спирта. По первому способу выделяют студнеобразующую фракцию каппа, которую потом с целью очистки замораживают в растворе хлористого кальция и прессуют с целью удаления солевого раствора. По второму способу экстракт выливают в изопропаноловый спирт, в котором каррагенан выпадает в осадок в виде волокон. После прессования осадок сушат в вакууме. Если осадок при прессовании хорошо удерживает воду, к нему добавляют небольшое количество хлористого кальция. Каррагенан сушат до содержания влаги не более 10%, затем измельчают до частичек диаметром 200-300 мк.

Гелеобразующие свойства каррагенанов можно регулировать, комбинируя их фракции или добавляя другие гидроколлоиды. Так, совместное применение каппа и йота-каррагенанов делает возможным получение прочных, но недостаточно эластичных гелей. Добавка к каррагенану камеди рожкового дерева увеличивает усилие деформации геля, не изменяя других его показателей [1].

Используют каррагенаны в качестве загустителей и студнеобразователей в количестве 0,01-3,00%.

Пектины. Пектиновые вещества - это природные компоненты, содержащиеся во всех фруктах и овощах. Главное место их нахождения - клеточные оболочки и серединные пластинки растений, в которых они исполняют функцию структурообразующего материала, а также являются регуляторами водного баланса. Выполняя роль цементирующего материала, они оказывают тем самым влияние на консистенцию пищевых продуктов.

В плодах пектиновые вещества присутствуют в растворимой и нерастворимой формах. В свежих яблоках протопектин преобладает над растворимым пектином и составляет 52-97% общего их количества. Содержание пектина в яблоках в зависимости от сорта находится в пределах 0,42-1,08%. При хранении яблок соотношение фракции пектиновых веществ изменяется, а общее содержание их уменьшается. Содержание пектиновых веществ в яблоках в зависимости от сорта составляет 0,50-1,36%, алыче - 0,68-1,41, сливе - 0,61-1,44, абрикосах -0,56-0,77%. Высоким содержанием пектиновых веществ отличается черная смородина - 0,84-1,68%. Технологическая обработка (замораживание, измельчение и др.) ведет к уменьшению содержания пектинов в плодах и овощах [11].

В промышленности пектины выделяют из сырья, экстрагируя их кислотами или щелочами, а также методом ферментативного расщепления. Традиционные виды сырья для производства пектина - это кожура цитрусовых, яблочные выжимки, свекловичный жом. Для Средней Азии перспективным сырьем может служить створка хлопковой коробочки [4].

Традиционная технология получения пектина включает следующие операции:



Заготовка сырья

Промывка Гидролиз-экстракция пектина

Выделение экстракта

Выделение пектина

Очистка

Сушка

Рис.3 Технологическая схема получения пектина

Получение пектина из створки хлопковой коробочки предусматривает дополнительные операции по очистке створки от полифенолов и утилизации отходов производства путем превращения органических примесей в удобрение (биогумус), а хлопкового жома - в белково-витаминизированный корм.

Физико-химические показатели пектина хлопковой створки следующие: влажность 10-12%, количество ацетильных групп 0,25%, степень этерификации 50-56%, молекулярная масса 40000-50000, прочность 2% - ного стандартного студня по Валента 450-600 Г, рН 1%-ного раствора пектина 3,0-3,6.

Свекловичный пектин быстро набухает (13 мин) в подогретом растворе уксусной кислоты и мясо-костном бульоне. При 20°С время набухания пектина в этих же средах составляет 45 мин [12].

Пектины растворимы в воде (холодной и горячей), молоке, растворах сахара в пределах 30-80% и нерастворимы в солевых растворах.

Кроме того, они термообратимы. Прочность гелей возрастает с увеличением концентрации и молекулярной массы полимеров, а в случае низкометоксилированного пектина - ионов кальция [12].

Известно совместное использование метилцеллюлозы и пектина для придания требуемых структурных свойств продукту (рыбное суфле) [20].

Отрицательного воздействия на организм человека пектины не оказывают, расщепляясь и перевариваясь на 90% [19].

Ограничения в отношении допустимых дозировок при использовании пектинов в пищевых целях отсутствуют.

Пектин может образовывать желе с кальцием молока, а значит, применяться при приготовлении десертов; кроме того, его используют в производстве джемов, желе, начинок, сладостей. Пектин из хлопковой створки рекомендовано использовать для производства мармеладно-пастильных кондитерских изделий, глазурования овощных и фруктовых цукатов, а также стабилизации (в отношении расслаивания) безалкогольных напитков [5].

Благодаря наличию ценных питательных и лечебных свойств пектин используется главным образом в качестве загустителя и студнеобразователя. Добавление пектина при хлебопечении ведет к замедлению процесса "старения" хлеба, а при производстве соусов и десертов пектин играет роль эмульгатора.

Альгинаты. Для придания продуктам структуры, которая соответствовала бы требуемым реологическим характеристикам и консистенции применяют часто альгинат натрия - производное альгиновой кислоты. Также в пищевой технологии находят применение альгинаты калия, кальция и аммония.

Альгиновые кислоты - это смеси линейных полимеров, состоящие из 1,4-р-D-маннуроновой кислоты и 1,4-а-L-галуроновой кислоты, Которые содержат гомополимерные последовательности D-маннуроната и L-галуроната вместе с областями, в которых эти два сахара чередуются. Альгиновые кислоты входят в состав бурых водорослей в количестве от 8 до 37%. Например, в сухом веществе японской ламинарии их содержится от 18,2 до 28,7% в зависимости от района и стадии развития водорослей [21]. Больше всего альгиновых кислот в слоевищах двухлетней водоросли.

Альгиновые кислоты из водорослей извлекают либо осаждением из щелочных растворов альгинатов, либо выделением из альгината кальция.

Рис.4 Технологическая схема производства альгината.

Для получения раствора альгината натрия альгиновую кислоту смешивают с углекислым натрием. Вследствие нейтрализации карбоксильных групп альгиновой кислоты образуются альгинаты. Полученный вязкий раствор альгината натрия высушивают до воздушно-сухого состояния.

Пищевой альгинат натрия представляет собой пластинки неправильной формы или порошок от светло-коричневого до темно-коричневого цвета. Согласно требованиям Технических условий он должен иметь (в %) влажность не более 18; зольность не более 29; содержать солей не более 4,5; веществ, не растворимых в горячей воде, не более 0,5. Выход альгината натрия из сухой двухлетней ламинарии японской составляет 20-25%, молекулярная масса 120-200 тыс. ед. [21].

Растворы альгината имеют низкую вязкость при рН выше 5,5 и высокую - при рН ниже 5,5. Пределы растворимости альгинатов 0-80%.

Механизм образования альгинатных гелей включает совместное связывание ионов кальция между расположенными в одну линию лентами полигалуроната, т.е. известная модель "яичной коробочки". Цепи макромолекул, упакованные в такой конфигурации, имеют поры или полости, соответствующие размеру ионного радиуса Са⁺². Гелеобразование идет интенсивно при заполнении пор ионами кальция.

Реологические свойства геля можно изменить в желаемом направлении путем "сшивания" структуры полисахарида, например, с помощью ферментов.

Использование фермента маннуронан - с-5-эпимеразы преобразует D-маннуроновую кислоту в L-галуроновую кислоту на молекулярном уровне (при рН 7 в присутствии ионов кальция). В результате в альгинате происходит значительное увеличение содержания галуроновой кислоты и возрастает прочность геля (табл. 1) [21].

Таблица 1 Свойства модифицированных альгинатов

Образец	Содержание галуро-новой кислоты,%	Прочность геля, Нсм-2
Природная M.pyrifera	39	4,9
Модифицированная M.pyrifera	62	6,8
Природная L.digitata	41	4,0
Модифицированная L.digitata	62	9,2

Альгинат натрия при растворении в воде снижает поверхностное натяжение на границе раздела фаз, т.е. проявляет свойство ПАВ, что предполагает возможность его использование в качестве эмульгатора [9].

Альгинаты не усваиваются организмом человека, но способствуют выводу тяжелых металлов и некоторых других веществ.

Согласно данным экспертного комитета по пищевым добавкам ФАО/ВОЗ альгиновая кислота, альгинат натрия, альгинат кальция и Пропиленгликоль-альгинаты имеют статус пищевой добавки и суточные допустимые дозы для первых трех биополимеров составляют 0-50 мг/кг, для пропиленгликольальгината - 0-25 мг/кг.

Альгинаты применяются в пищевой технологии как студнеобразо-ватели и стабилизаторы в количестве 0,004-7,000%.

Крахмал. Среди природных полимеров в пищевой технологии самыми дешевыми и доступными являются крахмалы. Крахмал - полимер глюкозы с большинством связей между группами, примыкающими к 1-му и 4-му углеродным атомам. При этом образуется линейный полимер амилоза, которая имеет мало или вовсе не имеет боковых цепей (в основном связи 1,4) и разветвленный полимер амилопектин с боковыми цепями, образованными по 10-му и 6-му атомам углерода [17]. Соотношение между амилозой и амилопектином колеблется в пределах от 1:1,5 до 1:4,5 [16].

Сырьем для получения крахмалов являются картофель, кукуруза, пшеница, тапиока, рис и другие растения. Содержание крахмала зависит от вида сырья. Например, в пшеничной муке его содержится около 70% кукурузной - 85% [16].

Технология получения крахмала представлена на примере его выделения из картофеля [24]. В растительном сырье крахмал находится в виде зерен, размещенных внутри клеток. Поэтому выделение крахмальных зерен включает разрушение клеточных структур и очистку освободившихся зерен от нерастворимых и растворимых примесей. Чистые клубни картофеля измельчаются на терках или других измельчающих машинах. Полученную кашку обрабатывают на осадительных центрифугах для отделения клеточного сока, являющегося отходами производства. Кашку после центрифугирования промывают водой или жидким крахмальным молоком с целью вымывания зерен крахмала. Промывание в зависимости от условий может быть многократным с дополнительным измельчением кашки. Получаемое после промывания кашки крахмальное молоко поступает на центрифугирование. Сырой крахмал разбавляют водой и направляют на рафинирование в ситовые аппараты с тонкой капроновой сеткой, отделяющие мелкие частицы мезги. Окончательную очистку крахмального молока осуществляют в гидроциклонных станциях. В результате этой операции получают чистый сырой крахмал, который направляют на сушку. Небольшую часть крахмала низкого качества используют для получения крахмала низких сортов или направляют на дополнительную переработку. Выход крахмала зависит от содержания его в сырье, длительности хранения последнего, условий выделения.

Картофель

Мойка

Измельчение

Отделение клеточного сока

Очистка крахмального молока

Обезвоживание крахмала

Крахмал

Рис.5 Технологическая схема производства крахмала.

Согласно требованиям ГОСТ 7699 крахмал картофельный вырабатывают четырех сортов: экстра, высший, первый, второй. Цвет крахмала в зависимости от сорта может быть от белого с кристаллическим блеском до белого с сероватым оттенком, массовая доля влаги 17-20%, золы 0,3-1,0%. При комнатной температуре крахмал, не растворяясь в воде, образует в ней взвеси. Однако при заваривании крахмала горячей водой получают крахмальный клейстер, состоящий из коллоидного раствора амилазы, в котором распределены набухшие частицы амилопектина.

Реологические свойства клейстеризованных растворов крахмала зависят от длины цепей и типа молекул полисахарида, его концентрации, рН среды, условий образования. С повышением температуры и длительности термообработки уменьшается вязкость крахмальных студней. Крахмалы, полученные из разного сырья, имеют различную температуру клейстеризации (°С): картофельный - 65, кукурузный -68, пшеничный - 67,5, рисовый - 72 [16].

Особенностью крахмальных гелей является кристаллизация растворенных молекул крахмала. Осаждение связано с изменением Линейного расположения молекул, которые вследствие образования водородных связей и вандерваальсового взаимодействия располагаются в правильные параллельные ряды. В конечном счете крахмальный гель теряет непрерывность, и амилоза осаждается в виде нерастворимых хлопьев. Поэтому крахмалы, содержащие много амилозы, проявляют в большей степени склонность к ретроградации. Наиболее устойчивы к ретроградации крахмалы картофеля и маниоки, наименее - кукурузные и пшеничные [17].

Крахмалы, полученные из разного сырья, сильно различаются по функциональным свойствам, что обеспечивает возможность выбора того или иного крахмала для придания пищевым продуктам заданных структурных характеристик. Кроме того, в промышленности находят применение модифицированные крахмалы, полученные из нативных (прежде всего кукурузного) крахмалов. Получают их нагреванием крахмальных золей до полной клейстеризации с последующей сушкой полученного желе на вальцовых сушилках. Для модификации крахмалов может быть применен также и ферментативный метод. Модифицированные крахмалы растворяются в холодной воде, образуя вязкие пасты и гели. Другой способ модифицирования заключается в нагревании крахмала в разбавленных растворах серной или соляной кислот в течение нескольких часов при температуре 49°С [17]. Такая обработка приводит к уменьшению полимерных цепей молекул крахмала, что обусловливает увеличение плотности крахмального желе. По устойчивости прочные гели на основе крахмала, в том числе и на основе модифицированных крахмалов (оксидированных гипохлоритом натрия), получить невозможно. Хотя известно, что линейный компонент крахмала - амилоза при гелеобразовании агрегирует двойные спирали упорядоченной конформации подобно агароиду.

В пищевой промышленности крахмалы рекомендуется использовать в качестве загустителей и водосвязывающих компонентов при условии термической обработки систем.

Термически измененные крахмалы пока еще мало применяются и пищевой промышленности. Имеются только сведения об использовании белых декстринов для придания хлебной корке хорошего блеска.

В пищевой промышленности крахмалы, модифицированные этерификацией и образованием эфирных сочленений, находят многостороннее применение при производстве резиноподобных конфет, защищающих и вяжущих средств. Эфирные мостики повышают механическую прочность зерен, а их устойчивость к действию кислот и нагревании.

Целлюлоза. В пищевой технологии находят применение целлюлоза и ее производные: микрокристаллическая целлюлоза, метилцеллюлоза, карбоксилметилцеллюлоза, гидроксипропилцеллюлоза, гидрокси-пропилметилцеллюлоза, метилэтилцеллюлоза.

Целлюлоза является основным веществом растительных клеток и составляет от 50 до 70% древесины, 98% хлопка, волокна льна и конопли состоят преимущественно из целлюлозы.

В промышленности целлюлозу получают из древесины культурных растений, трав, семенных волосков.

Чистая целлюлоза не растворяется в воде. Чтобы сделать целлюлозу растворимой, ее подвергают химической модификации путем введения реакционноспособных групп в гидроксильные группы гигантской молекулы полисахарида (метил, карбоксиметил, гидроксипропил и др.). Благодаря этому получают продукты разрыхленной структуры. Среди производных целлюлозы наибольшее значение имеют метилцеллюлоза и карбоксиметилцеллюлоза, которые получают, воздействуя алкилирующими реактивами, например, галоидными алкилами или диалкисульфатами, на алкалицеллюлозу.

Производные целлюлозы используют в качестве диетических волокон при создании сбалансированных продуктов питания. Они являются эффективными загустителями, стабилизаторами, эмульгаторами.

Микрокристаллическая целлюлоза - это частично гидролизованная кислотой целлюлоза. Поэтому она отличается от натуральной целлюлозы укороченными молекулами, отсутствием ассоциативных связей. Микрокристаллическая целлюлоза представляет собой длинные частицы, имеющие форму игл [19].

Источником получения микрокристаллической целлюлозы могут быть такие водоросли, как водяной гиацинт. Препарат, полученный из такого относительно дешевого сырья, по совокупности свойств не уступает коммерческим препаратам микрокристаллической целлюлозы.

Водные дисперсии микрокристаллической целлюлозы гелеподобны при концентрации около 1% Причем с увеличением концентрации дисперсионных систем (около 1-1,5%) псевдопластичность становится более заметной. Кроме того, вязкость систем возрастает во времени, особенно через 18 ч хранения.

Использование микрокристаллической целлюлозы в эмульсиях типа вода-масло в качестве загустителя позволяет снизить содержание в них масла до 20%. При этом стабильность и вязкость маложирных эмульсий очень близки таковым эмульсий с содержанием масла 60%, но не содержащих микрокристаллическую целлюлозу.

Для получения эмульсий метилцеллюлозу используют в виде 1,5-2,0%-ных растворов.

В соответствии с Кодексом питания ФАО/ВОЗ для таких производных целлюлозы, как гидроксипропилцеллюлоза, гидроксипропилме-тилцеллюлоза, метилцеллюлоза, метилэтилцеллюлоза, натрийкарбо-ксиметилцеллюлоза, этилцеллюлоза, установлена допустимая суточная норма потребления - до 25 мг/кг массы. Ограничений на применение микрокристаллической и порошкообразной целлюлозы при производстве пищевых продуктов нет.

Гидроколлоиды семян. Из растительных структурообразователсй полисахаридной природы, получаемых из семян, промышленное значение имеют мука из бобов рожкового дерева, мука гуар и мука тара. Данные структурообразователи называют также галактоманнанамм, так как их полисахаридные структуры состоят из маннозных остатков, соединенных между собой связями р-1,4, к части которых присоединены галактозные остатки связями а-1,6.

Муку из бобов рожкового дерева (мука из цареградского стручка, мука из цератонии) получают, используя плоды дерева Caratonia siligua, произрастающего в странах Средиземноморья. Полисахаридная структура основана на длинных линейных цепях элементов D-маннозы с единой боковой цепью D-галактозы. Соотношение маннозы и галактозы 4:2. Распределение боковых цепей галактозы не упорядочено. Молекулы состоят из "гладких" (незамещенных) и "ворсистых" (густо замещенных) участков, первый из которых лишен боковых цепей галактозы. Мука плодов рожкового дерева плохо растворяется и набухает в холодной воде. Необходимо нагревание до 63°С с целью интенсификации процесса гидратации. Растворы полимера имеют высокую вязкость. При концентрации 2-3% образуется густая, не текучая пастообразная масса (но не гель). Однако небольшое количество соли борной кислоты способствует формированию геля, возможен в обратный процесс при рН менее 7. В пищевой технологии мука из бобов рожкового дерева применяется в основном в качестве загустителя.

Камеди. Камеди вырабатываются некоторыми видами деревьев, растущих в тропиках и субтропиках. В пищевой промышленности используют камеди гуммиарабика (Gum Acacia), трагаканта (Astrogalus gummifer), карайя (Strechlia ucrens) и гатти (Anogeissus Latifolia). Камеди получают путем снятия части коры с деревьев, что приводит к выделению вязкой смолы на поверхности древесины, которая стекает в приготовленные сосуды. Этот процесс длится около двух недель, после чего продукт очищается и поставляется промышленности.

Камеди обычно не гидролизуются имеющимися в продаже ферментными препаратами, вероятно, из-за структурных свойств, обусловленных наличием в них сахаров со специфической структурой. Эта особенность благоприятна в технологическом отношении и используется, прежде всего, для улучшения консистенции мясных и рыбных консервов, мороженых кремов, разного рода студней, пудингов.

Трагакант - это смесь нейтральных и кислых полисахаридов, образованных в основном на базе L-арабинозы, D-ксилозы, D-галактозы и галактуроновой кислоты [19]. Трагакант медленно набухает в воде, образуя вязкие коллоидные суспензии или полугели, растворяется в теплой воде, образуя вязкие растворы, максимальный уровень гидратации достигается через 24 ч. Реологические свойства растворов трагаканта стабильны во времени, но изменяются в зависимости от категории и происхождения камеди и стадии очистки. Растворы стойкие в пределах рН от 3,0 до 8,5 с природным показателем рН между 4 и 5. Гидрофильно-липофильный баланс варьирует от 11 до 13,9. Трагакант особенно устойчив по отношению к кислотному гидролизу.

Камеди трагакант в производстве продуктов питания применяют издавна. Установлено, что трагакантовая камедь не является мутагеном для бактерий и клеточных систем млекопитающих. Короткосрочные исследования на мышах, включая воспроизводство одного поколения, показали, что при содержании в рационе камеди до 60 г/кг пищи вредных воздействий нет. Относительно высокое содержание камеди - около 10 г/сут хорошо переносится человеком.

Камедь карайя "индийский трагакант" - это частично ацетилиро-ванный полисахарид, содержащий L-рамнозу, D-галактозу и D-остатки галактуроновой кислоты. Она гидратирует и набухает в холодной воде в течение нескольких часов, образуя неоднородный густой гель. Показатель рН растворов варьирует от 4 до 5 с некоторой способностью к буферному действию. Однако добавление щелочи вызывает деацети-лирование камеди и модификацию функциональных свойств ее. Камедь карайя применяется в качестве эмульгирующего, вяжущего компонента. Она не является нейтральным веществом, иногда имеет запах уксусной кислоты. Камедь карайя у некоторых людей вызывает аллергические состояния при введении в рацион в больших количествах. В организме человека не происходит метаболического распаду карайи, и толерантный уровень содержания этого вещества - 10 г в день воспринимается без побочного действия. Объединенный экспертный комитет ФАО/ВОЗ по пищевым добавкам установил для камеди карайи допустимую суточную дозу 0-20 мг/кг массы тела.

Хитозан. Это вещество является производным природного целлю-лозаподобного биополимера, относящегося к классу полисахаридов, -хитина. Структурная формула последнего состоит из неразветвленной цепи -(1-4) - связанных остатков N-ацетил-О-глюкозамина. Хитин, также как и целлюлоза, широко распространен в природе, в частности, он входит в состав опорных тканей и внешнего скелета ракообразных, насекомых, микроорганизмов. Содержание хитина (%) в панцире краба от 9,0 (у плавунца) до 25,9 (у стригуна), креветки - до 32,4. Еще в больших количествах хитин входит в состав скорпиона (до 31,93 и тутового шелкопряда 44,2%) [28].



Панцирь ракообразных

Сбор и накопление

Измельчение

Депротеинизация

Промывка

Деминерализация

Промывка и обезвоживание

Хитин

Деацетилирование

Промывка и обезвоживание

Хитозан

Рис.6 Технологическая схема производства хитозана.

Из хитина путем проведения реакции деацетилирования получают Хитозан. Считается, что в деацетилированном хитине содержание азота более 1% . Для проведения реакции деацетилирования хитин обрабатывают 40-50%-ной натриевой щелочью при высокотемпературном нагревании. Применение такого жесткого режима способствует высокой степени деацетилирования хитина (до 80-93%), однако происходящая при этом деструкция приводит к уменьшению молекулярной массы полимера и, соответственно, ухудшению его функциональных свойств как структурообразователя. Во избежание этого применяют деацетилирование хитина в атмосфере азота при пониженной температуре или обработку гидразингидратом при температуре 120-150°С в течение 2-42 ч [26]. По окончании деацетилирования хитозан промывают водой до нейтральной реакции и сушат до воздушно-сухого состояния. Хитозан в зависимости от назначения целесообразно подразделить на медицинский, пищевой, кормовой и технический; соответственно он предназначен для использования в медицине, пищевой технологии; кормовой хитозан находит применение в производстве гранулированных рыбных комбикормов, а технический - для улучшения качества бумаги, как коагулянт, сорбент и т.д.

Свойство хитозана растворяться в разведенных органических и минеральных кислотах с образованием бесцветных вязких растворов положено в основу его использования в самых различных отраслях промышленности, и прежде всего в пищевой в качестве структурообразователей.

Скорость растворения хитозана невысокая. Так, продолжительность растворения порошкообразного хитозана составляет 35-40 мин, но ее можно сократить до 15 мин, применяя перемешивание и нагревание. При температуре 80°С хитозан растворяется в три раза быстрее, чем при 20°С, что объясняется увеличением скорости диффузионных процессов. Предварительное набухание хитозана в воде позволяет в еще большей степени сократить продолжительность его растворения, водопоглощение хитина, микрокристаллического хитина и хитозана значительно выше, чем микрокристаллической целлюлозы. Внесение хитозана в воду, которая химически не взаимодействует с ним, обеспечивает быстрое набухание полимера, причем каждая частичка хитозана набухает отдельно от других и полученная масса (золь) является однородной (не содержит комочков). При добавлении в эту массу концентрированной кислоты и последующем перемешивании последняя прежде всего растворяется в воде, а получившийся раствор кислоты взаимодействует с хитозаном, переводя его в солевую форму (происходит растворение). При этом взаимодействие между растворителем и хитозаном происходит по всей поверхности каждой частички полимера, что и обеспечивает увеличение скорости растворения. Общая продолжительность приготовления растворов хитозана с применением предварительного набухания составляет 7-9 мин.

В процессе хранения происходит отмирание микробных клеток, которое можно объяснить присутствием в растворе уксусной кислоты, а также бактерицидным действием самого хитозана [19]. Вязкость растворов хитозана зависит от типа растворителя, концентрации биополимера и растворителя, температуры, молекулярной массы биополимера, рН и присутствия определенных солей в растворе.

Ксантан. Камедь ксантан впервые была получена в конце 50-х годов и стала производиться в коммерческих масштабах с 1964г. Ксантан образуется в результате брожения культуры Xanthomonas campestris в углеводных растворах, служащих питательной средой для микроорганизмов. Когда интенсивность брожения уменьшается, образовавшийся вязкий бульон пастеризуют, осаждают раствором изопропилового спирта, высушивают и измельчают. Ксантан - это линейный полисахарид, содержащий большое число боковых трисахаридных цепей. Главная цепь имеет структуру целлюлозы, она построена из звеньев D-глюкозы, соединенных связями 1,4, а боковые образуют два звена D-маннозы и одно звено глюкуроновой кислоты.

Ксантан растворим в холодной и горячей воде, растворах сахара, молоке. Его 1%-ные растворы тиксотропны. Вязкость растворов высокая при температуре ниже 100єС. Изменение рН среды в пределах 1-13 существенного влияния на свойства ксантана не оказывает [27].

Растворы ксантана в воде проявляют необычное свойство - при механической нагрузке (размешивании, перекачивании насосом и т.д.) они утрачивают вязкость. Как только механическое воздействие заканчивается, моментально восстанавливается первоначальная вязкость. Ксантан образует гель в присутствии муки тара и других полисахаридов при температуре ниже температуры застудневания. Прочность геля увеличивается с ростом концентрации ксантана. Ксантан способен стабилизировать эмульсии, проявляет антисинерезисный эффект. Он несовместим с водорастворимыми спиртами, кетонами, гуммиарабиком при рН ниже 5. Вязкостные свойства растворов ксантана сохраняются при действии солей, высоких температур, ферментов и изменений рН, что очень важно при использовании этой камеди в различных технологических процессах.

Ксантан используется почти исключительно в комбинации с другими гидроколлоидами, особенно для получения структуры сгущенных пищевых продуктов, которые употребляются в холодном виде. Применяется ксантан как загуститель при получении соусов, растворимых супов, кетчупа, замороженных продуктов [7]. Допустимая суточная доза потребления ксантана, установленная экспертным комитетом по пищевым добавкам ФАО/ВОЗ 0-10 мг/кг массы тела.

1.2.2 Структурообразующие белки

Белки - наиболее широко применяемые в пищевой технологии структурообразователи. В пищевых продуктах белки определяют не только пищевую ценность, но и формируют их структуру, обеспечивающую заданные потребительские свойства. Способность белков оказывать влияние на структуру продуктов связана с такими их функциональными свойствами, как хорошая растворимость в водных средах возможность образовывать суспензии и гели, стабилизировать эмульсии и пены, проявлять адгезионные свойства и др. В производстве пищевых продуктов заданного состава и свойств белки, как правило, применяются в виде концентратов и изолятов, выделенных из доступного сырья (малоценной в технологическом отношении рыбы, отходов переработки рыбы и теплокровных животных, отходов переработки молока, а также сои, пшеницы и др.). В состав рецептурных композиций для придания требуемой консистенции готовым продуктам они входят в количестве 0,5-30%, выполняя при этом функции как структурообразователей, так и источников заменимых и незаменимых аминокислот. Из применяемых в пищевой технологии белков наибольшее распространение получили белки, выделяемые из растительного (сои, пшеницы, сафлора) и животного (тканей теплокровных животных, гидробионтов, молока) сырья.

Рыбные белковые концентраты (РБК) и рыбные белковые изоляты (РБИ). Производство этих белковых препаратов постоянно возрастает. Наиболее крупными производителями их являются Япония, США, Hopвегия, Польша, Германия. Связано это не только с высокой пищевой ценностью и структурообразующей способностью РБК и РБИ, но и с происшедшими изменениями в сырьевой базе рыбной промышленности. Так, к началу 80-х годов доля мелких и пониженной товарной ценности рыб достигла в общих уловах 50% [9]. В то же время эти рыбы содержат 16-22% азотистых веществ. Известно, что доля миофибриллярных белков со структурообразующей способностью достигает у некоторых рыб (например, у трески) до 16% общего количества белка [9].

Для производства РБК на практике чаще применяют экстракционный способ, а также ферментативный или комбинированный способы. При экстракционном способе рыбное измельченное сырье в сыром или вареном виде многократно обрабатывают растворителями (этанолом, изопропанолом, этилендихлоридом и др.) при температуре их кипения (71-90°С) до остаточного содержания липидов в сухом продукте 0,30-0,75%. Однако РБК, полученные этим способом, плохо набухают в воде, не проявляют эмульгирующей и пенообразующей способности, поэтому применение их в качестве структурообразователей затруднительно. Используются они, как правило, в качестве белковых обогатителей.