Получение пищевых волокон из отходов сахарной свеклы

Получение пищевых волокон из отходов сахарной свеклы

Получение пектина и пищевых волокон из сахарной свеклы

К одной из первоочередных задач, стоящих перед пищевой промышленностью, можно отнести обеспечение населения страны принципиально новыми, биологически полноценными продуктами питания из растительного сырья, полученными по безотходным, экологически чистым технологиям при минимальных потерях ценных питательных веществ.

Сахарная промышленность относится к числу высокоматериалоемких отраслей промышленного производства, потребляющих значительное количество сырья в расчете на единицу выпускаемой продукции. Технология получения сахара предполагает максимальное извлечение сахарозы в виде готовой продукции. Между тем, в 100 кг сахарной свеклы, кроме сахарозы, содержится 2,2 кг клетчатки и гемицеллюлозы, 2,5 кг пектина, 0,2 кг аминокислот, микро- и макроэлементы. Классическая технология свеклосахарного производства не решает проблемы получения этих веществ, так как они затрудняют проведение технологических процессов, повышают потери сахарозы. Часть из них безвозвратно теряется при очистке диффузионного сока и термической обработке полупродуктов, остальные выводятся в побочных продуктах производства – жоме и мелассе ( Колесников, Люсый, Палов, 1998) .

В связи с этим, актуальной является разработка технологий переработки сахарной свеклы и получения из нее новой продукции, что способствовало бы более рациональному использованию растительного сырья в сахарной промышленности и расширению ассортимента продуктов диетического и лечебно-профилактического направлений. К таким продуктам можно отнести пищевые волокна (ПВ) и пектин.

Пищевые волокна представляют собой комплекс биополимеров, включающий полисахариды (целлюлоза, гемицеллюлоза (ГМЦ), пектиновые вещества), а также лигнин и связанные с ним белковые вещества, формирующие клеточные стенки растений. Значительная роль ПВ и необходимость их содержания в ежедневной пище несомненны. Они не только частично снабжают организм энергией, выводят из него ряд метаболитов пищи и загрязняющих веществ, но и регулируют физиологические, биохимические процессы в органах пищеварения. Благодаря содержанию значительного числа полярных групп, ПВ сорбируют как низкомолекулярные, так и высокомолекулярные вещества, влияют на их обмен. В связи с положительным влиянием на пищеварение пищевые волокна рекомендуются как составная часть рационов питания человека. ПВ способствуют выведению из организма холестерина, препятствуют всасыванию ядовитых веществ, содержащийся в них пектин связывает ионы тяжелых металлов. Недостаток в рационе балластных веществ способствует ожирению, развитию желчнокаменной болезни, сердечнососудистых заболеваний ( Лосева, Санина, Шахбулатова, Ряховский, 2001) . По данным многих исследователей суммарное содержание ПВ в суточных рационах питания населения в среднем должно составлять 25–30 г ( Дудкин, Щелкунов, 1998) .

Пектиновые вещества – это кислые полисахариды растительного происхождения, главным компонентом которых является полигалактуроновая кислота. В промышленном производстве пектин извлекают из яблочных и цитрусовых выжимок, свекловичного жома, корзинок подсолнечника. Крупнейшими производителями пектина на современном мировом рынке являются компании Hercules (США), Herbslreith & Fox KG (Германия), Obipectin (Швейцария) и Danisco (Дания). В настоящее время в России нет ни одного завода или предприятия, вырабатывающего пектин как для пищевых целей (кондитерских изделий, мясных консервов, напитков, хлебобулочных изделий и др.), так и для фармацевтики и медицины. Хотя на территории нашей страны для этого имеется неограниченная сырьевая база (Кочеткова, Колеснов, 1995) .

Сегодня потребность пищевой промышленности страны в пектине достигает 10 тыс. тонн в год, это без учета нормы его потребления в лечебно-профилактических целях (2–4 г на человека в сутки).

Свекловичный пектин по желирующей способности несколько уступает пектинам яблочным и цитрусовым, но, вместе с тем, имеет гораздо лучшие комплексообразующие свойства, что чрезвычайно важно для производства продуктов лечебно-профилактического назначения ( Краснова, Лугина, 1998).

Сегодня свои потребности в пектине кондитерские и фармацевтические предприятия России удовлетворяют лишь частично, благодаря импорту данного продукта. И можно только предположить, сколько денег тратится государством на привозной пектин. Очевидно, что проблема производства отечественного пектина очень актуальна в настоящее время.

Следует отметить, что развитие производства пектина и ПВ в России в течение длительного времени сдерживалось отсутствием экономической заинтересованности перерабатывающих отраслей АПК, отсутствием надлежащего технологического оборудования и технологий для получения высококачественных ПВ и пектиновых веществ.

Новые экономические отношения, складывающиеся в сфере производства, должны коренным образом устранить эти препятствия, способствовать внедрению в производство новых технологий рационального использования первичных сырьевых ресурсов на основе последних достижений науки и техники. Это обеспечит выпуск высококачественной, конкурентоспособной отечественной продукции по низким ценам.

Учитывая актуальность данной проблемы, ВНИИСС и ВГТА совместно разработали и запатентовали рациональный способ получения пектина и ПВ из сахарной свеклы, основанный на использовании электрохимически активированных растворов (Патент РФ 2261868. Способ производства пектина и пищевых волокон из сахарной свеклы /В.А. Лосева, А.А. Ефремов, Л.Н. Путилина, Н.А. Матвиенко Опубл. 10.10.2005. – Бюл. № 28). Благодаря использованию таких растворов можно избежать применения сильных минеральных кислот, снизить температуру процесса, достигнуть эффекта каталитического воздействия на ход химической реакции и получить готовые продукты с высокими количественными и качественными показателями.

Разработанный способ производства пектина и ПВ из сахарной свеклы предусматривает проведение электрохимической активации водного раствора Ca ( H 2 PO 4 ) 2 в анодной камере диафрагменного электролизёра с получением анолита с рН 3,2–3,5 и анолита с рН 6,4–6,6. Первый анолит используют для предварительной обработки свекловичной стружки. Второй – в качестве экстрагента для первой экстракции. Анолит с рН 2,45–2,65, полученный в результате обработки водного раствора NaCl , используют для второй экстракции обессахаренной стружки.

Согласно схеме разработанного способа свеклу измельчают в стружку, промывают ее анолитом с рН 3,2–3,5. Далее проводят экстракцию промытой стружки анолитом с рН 6,4–6,6, после которой от проэкстрагировавшей массы отделяют диффузионный сок и обессахаренную стружку. Последнюю подвергают второй экстракции анолитом с рН 2,45–2,65.

Из диффузионного сока на сахарном заводе извлекают сахар по традиционной технологической схеме.

Проэкстрагировавшую после второй экстракции массу прессуют с отделением жома и экстракта. Жом промывают католитом с рН 7,5–8,0, полученным в результате обработки водного раствора NaCl в катодной камере диафрагменного электролизера. Промытый католитом жом прессуют, отделяют обезвоженный жом и промывную жидкость, частицы обезвоженного жома измельчают до заданного размера и сушат с получением пищевых волокон.

Промывную жидкость смешивают с экстрактом, и их смесь используют для получения пектина. Сначала ее фильтруют, добиваясь максимальной концентрации, затем этиловым спиртом осаждают из нее пектин и, наконец, высушивают, добиваясь в ыхода пектина в пределах 76,6 – 77,8 %.

Качество полученного свекловичного пектина достаточно высокое, поскольку сохраняется важное достоинство – высокая комплексообразующая способность сорбировать в пищеварительном тракте человека вредные ионы металлов (цинка, свинца, кобальта, стронция).

Исследования состава полученного образца ПВ показали, что они содержат (% к массе волокна): 14–16 % пектиновых веществ, 22–24 % гемицеллюлозы, 26–28 % целлюлозы, 3–5% минеральных веществ. Полученный полисахаридный пектин-целлюлозный комплекс характеризуется отсутствием специфического свекловичного запаха и вкуса, белизной 80–82 ед. прибора, водоудерживающей способностью 4,5–4,7 г воды/г ПВ.

Таким образом, разработка способа получения пектина и ПВ из сахарной свеклы позволяет рационально и комплексно использовать это растительное сырье, а также расширить ассортимент продуктов диетического и лечебно-профилактического направлений.

Л.Н. Путилина, кандидат сельскохозяйственных наук

Всероссийский НИИ сахарной свеклы и сахара

В.А. Лосева, доктор технических наук

Воронежская государственная технологическая академия

Статья любезно предоставлена редакцией журнала «Сахарная свекла»

«РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПИЩЕВЫХ ВОЛОКОН ИЗ СУХОЙ ОБЕССАХАРЕННОЙ СВЕКЛОВИЧНОЙ СТРУЖКИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ ХЛЕБОБУЛОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ . »

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ

УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ

«ПРИОКСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Мазалова Наталья Викторовна

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ

ПИЩЕВЫХ ВОЛОКОН ИЗ СУХОЙ ОБЕССАХАРЕННОЙ СВЕКЛОВИЧНОЙ

СТРУЖКИ ПРИ ПРОИЗВОДСТВЕ

ХЛЕБОБУЛОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ

05.18.01 – Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодовоовощной продукции и виноградарства.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель – кандидат технических наук, доцент Березина Н.А.

ОГЛАВЛЕНИЕ

1.1 Вторичное сырье сахарного производства и его использование

1.2 Способы получения пищевых волокон

1.3 Свойства пищевых волокон

1.4 Действие пищевых волокон на организм человека

1.5 Применение пищевых волокон при производстве продуктов питания. 35 Заключение по обзору литературы

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Организация работы и схема проведения эксперимента

2.2 Объекты исследования

2.4 Математические методы планирования эксперимента, обработки результатов исследований и оптимизации

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ АНАЛИЗ

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ПИЩЕВЫХ ВОЛОКОН ИЗ

СУХОЙ ОБЕССАХАРЕННОЙ СВЕКЛОВИЧНОЙ СТРУЖКИ

3.1 Влияние кислотно-термической модификации на водосвязывающую способность пищевых волокон из сухой обессахаренной свекловичной стружки 52

3.2 Влияние кислотно-термической модификации на сорбционную способность пищевых волокон из сухой обессахаренной свекловичной стружки

3.3 Влияние кислотно-термической модификации на содержание пектиновых веществ в пищевых волокнах из сухой обессахаренной свекловичной стружки. 65

3.4 Разработка технологии пищевых волокон из сухой обессахаренной свекловичной стружки кислотно-термическим способом

3.5 Исследование процесса экструзионной обработки порошка пищевого свекловичного «Сахарные волокна»

3.5.1 Определение влияния режимов экструзии Порошка пищевого свекловичного «Сахарные волокна» на качество экструдата

3.5.2 Разработка технологии производства порошка пищевого свекловичного «Сахарные волокна» экструдированного

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ХИМИЧЕСКОГО СОСТАВА, ПОКАЗАТЕЛЕЙ

БЕЗОПАСНОСТИ И МЕДИКО-БИОЛОГИЧЕСКАЯ ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПОРОШКА

ПИЩЕВОГО СВЕКЛОВИЧНОГО «САХАРНЫЕ ВОЛОКНА» И ПОРОШКА

ПИЩЕВОГО СВЕКЛОВИЧНОГО «САХАРНЫЕ ВОЛОКНА»

4.1 Показатели качества, химический состав и безопасность порошков пищевых свекловичных

4.2 Медико-биологическая эффективность порошков пищевых свекловичных. 98

ГЛАВА 5. ПРАКТИЧЕСКОЕ ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПОРОШКА ПИЩЕВОГО

СВЕКЛОВИЧНОГО «САХАРНЫЕ ВОЛОКНА» И ПОРОШКА ПИЩЕВОГО

СВЕКЛОВИЧНОГО «САХАРНЫЕ ВОЛОКНА» ЭКСТРУДИРОВАННОГО ПРИ

ПРОИЗВОДСТВЕ ХЛЕБОБУЛОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ

5.1 Определение влияния порошков пищевых свекловичных на водосвязывающую способность мучных смесей

5.2 Определение влияния порошков пищевых свекловичных на количество и качество клейковины пшеничной муки

5.3 Определение влияния порошков пищевых свекловичных на число падения мучных смесей

5.4 Исследование влияния состава мучных смесей с порошками пищевыми свекловичными на свойства теста

5.4.1 Определение количества воды на замес теста из мучной смеси с порошками пищевыми свекловичными

5.4.2 Исследования влияния состава мучных смесей с порошками пищевыми свекловичными на скорость газообразования, кислотность и предельное напряжение сдвига теста

5.5 Исследования влияния состава мучных смесей с порошками пищевыми свекловичными на качество хлебобулочных изделий

ГЛАВА 6. РАСЧЕТ ОТПУСКНОЙ ЦЕНЫ ПОРОШКОВ ПИЩЕВЫХ

СВЕКЛОВИЧНЫХ, ХЛЕБОБУЛОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ ИЗ МУЧНЫХ СМЕСЕЙ С

ПОРОШКАМИ ПИЩЕВЫМИ СВЕКЛОВИЧНЫМИ И

КОНКУРЕНТОСПОСОБНОСТИ РАЗРАБОТАННЫХ ИЗДЕЛИЙ

6.1 Расчет отпускной цены порошков пищевых свекловичных и хлебобулочных изделий из мучных смесей с порошками пищевыми свекловичными

6.2 Оценка конкурентоспособности хлебобулочных изделий из мучных смесей с порошками пищевыми свекловичными

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Определение концентрации уксусной кислоты для приготовления водного раствора с заданным pH

ПРИЛОЖЕНИЕ 2. План и выходные параметры эксперимента

ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Регрессионный анализ зависимости водосвязывающей способности пищевых волокон от режима их обработки

ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Градуировочный график зависимости оптической плотности от концентрации нитрата натрия в растворе

ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Регрессионный анализ зависимости сорбционной способности пищевых волокон от режима обработки

ПРИЛОЖЕНИЕ 6. Регрессионный анализ зависимости содержания водораствоимых пектиновых веществ в пищевых волокнах от режима обработки

ПРИЛОЖЕНИЕ 7. Вид поверхности для равных значений отклика для водосвязывающей способности пищевых волокон

ПРИЛОЖЕНИЕ 8. Вид поверхности для равных значений отклика для сорбционной способности пищевых волокон

ПРИЛОЖЕНИЕ 9. Вид поверхности для равных значений отклика для содержания пектиновых веществ в пищевых волокнах

ПРИЛОЖЕНИЕ 10. Разработанная техническая документация на порошок пищевой свекловичный «Сахарные волокна», порошок пищевой свекловичный «Сахарные волокна» экструдированный и Хлеб из смеси ржаной и пшеничной муки с порошками пищевыми свекловичными

ПРИЛОЖЕНИЕ 11. Акты производственных испытаний

ПРИЛОЖЕНИЕ 12. Решение о выдаче патента на способ получения экструдированных пищевых волокон

ПРИЛОЖЕНИЕ 13. Протоколы лабораторных исследований по показателям безопасности порошка пищевого свекловичного «Сахарные волокна» и порошка пищевого свекловичного «Сахарные волокна» экструдированного

ПРИЛОЖЕНИЕ 14. Аминокислотный состав порошка пищевого свекловичного «Cахарные волокна» и порошка пищевого свекловичного «Сахарные волокна»

ПРИЛОЖЕНИЕ 15. Протоколы медико-биологических исследований. 240 ПРИЛОЖЕНИЕ 16. Рецептуры образцов теста

ПРИЛОЖЕНИЕ 17. Показатели качества хлебобулочных изделий с пищевыми волокнами

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Структура питания и пищевой статус населения относятся к числу важнейших показателей развития страны. Значимость состояния питания как фактора, формирующего здоровье нации, подтверждается принятием Доктрины продовольственной безопасности Российской Федерации, относящей некоторые показатели фактического питания к критериям оценки продовольственной безопасности. Наращивание производства новых обогащенных, диетических и функциональных продуктов с целью формирования здорового типа питания входит в число основных направлений государственной экономической политики в сфере обеспечения продовольственной безопасности.

Одним из важнейших направлений повышения эффективности современных пищевых производств является создание малоотходных технологий, вовлечение в производство вторичных ресурсов, в том числе содержащих большое количество пищевых волокон отходов сокового, мукомольного, пивоваренного и сахарного производств. К сожалению, в настоящее время в отечественной промышленности используются пищевые волокна преимущественно зарубежного производства.

Развитие импортозамещающих производств, в том числе таких ценных полисахаридов, как пищевые волокна находится в соответствии с целями и задачами долгосрочного социально-экономического развития Российской Федерации на период до 2020 года и является актуальным направлением исследования.

Сахарная промышленность относится к числу высокоматериальных отраслей промышленного производства, которое требует значительного количества сырья в расчете на единицу выпускаемой продукции. При этом классические технологии свеклосахарного производства не решают проблемы переработки значительного количества вторичных сырьевых ресурсов, таких как жом – обессахаренная свекловичная стружка. Поэтому практическую значимость и научный интерес представляет использование обессахаренной свекловичной стружки при производстве пищевых волокон, что позволит снизить эколого-экономический ущерб от неиспользованного вторичного сырья в сахарной отрасли.

Таким образом, актуальность разработки технологий пищевых волокон из сухой обессахаренной свекловичной стружки с различным составом и технофункциональными свойствами является очевидной, что также обусловлено необходимостью развития конкурентоспособного импортозамещения в пищевой отрасли.

Степень разработанности темы исследования. Значительный вклад в изучение теоретических и практических основ разработки технологии пищевых волокон из вторичного сырья свеклосахарного производства и практического их использования в различных отраслях пищевой промышленности внесли зарубежные – Hipsly, Oosterveld, Thibault, Trowell, Voragen и др. – и отечественные ученые – Л.В. Донченко, М.С. Дудкин, О.А. Ильина, В.А. Лосева, Ю.И. Молотилин, Т.Н. Санина, Н.К. Черно, Т.В. Шахбулатова и др. Анализ работ этих исследователей расширяет перспективы переработки вторичных ресурсов для получения ценных видов пищевых волокон. Вместе с тем отсутствуют сведения о технологиях получения пищевых волокон из свекловичного сырья, предусматривающих применение многокритериальной оптимизации их свойств.

На наш взгляд, проведение исследований в данном направлении позволит обосновать привлечение вторичных ресурсов свеклосахарного производства для получения пищевых волокон с заданным составом и свойствами для применения в качестве пищевых ингредиентов в различных отраслях пищевой промышленности.

Цели и задачи исследования. Целью диссертационного исследования является разработка технологии переработки вторичного сырья сахарного производства – сухой обессахаренной свекловичной стружки, получение новых видов пищевых волокон и их практическое использование в производстве хлебобулочных изделий.

Для достижения поставленной цели предусмотрено решение следующих задач:

• исследование теоретического и практического обоснования применения кислотно-термической модификации в технологии получения пищевых волокон из сухой обессахаренной свекловичной стружки, получение математических зависимостей;

• изучение процесса экструзионной обработки пищевых волокон и разработка технологии получения экструдированных пищевых волокон;

• определение химического состава, показателей безопасности и медикобиологической эффективности порошков пищевых свекловичных;

• разработка и утверждение технических документов на порошок пищевой свекловичный «Сахарные волокна» и порошок пищевой свекловичный «Сахарные волокна» экструдированный, опытно-промышленная апробация;

• определение влияния порошков пищевых свекловичных на количество и качество клейковины муки пшеничной хлебопекарной I сорта, водосвязывающую способность и число падения мучных смесей из муки пшеничной хлебопекарной I сорта, ржаной обдирной и их смесей;

• исследование влияния состава мучных смесей из муки пшеничной хлебопекарной I сорта, ржаной обдирной и их смесей с порошками пищевыми свекловичными на скорость газообразования, предельное напряжение сдвига, кислотность теста и качество хлебобулочных изделий;

• разработка и утверждение технических документов на «Хлеб из смеси ржаной и пшеничной муки с порошками пищевыми свекловичными», расчет технико-экономических показателей и опытно-промышленная апробация.

Научная новизна.

Диссертационная работа содержит элементы научной новизны в рамках пунктов 2, 3, 6, 9 паспорта специальности 05.18.01.

Обоснованы оптимальные параметры кислотно-термического и экструзионного способа модификации сухой обессахаренной свекловичной стружки с целью получения пищевых волокон.

Установлен химический состав и технологические характеристики нового вида функциональных пищевых ингредиентов – пищевых волокон из сухой обессахаренной свекловичной стружки.

Расширены представления о технологических функциях новых видов пищевых волокон в составе мучных смесей в процессе формирования теста из пшеничной хлебопекарной муки I сорта, ржаной обдирной муки и их смесей в соотношении 20:80, 30:70, 50:50, 70:30.

Показано положительное влияние новых видов пищевых волокон на физикохимические и органолептические показатели качества разработанных хлебобулочных изделий.

Теоретическая и практическая значимость работы определяется тем, что:

• установлены оптимальные режимы физико-химической модификации пищевых волокон методом кислотно-температурной и экструзионной обработки сухой обессахаренной свекловичной стружки;

• разработана и утверждена техническая документация ТУ 9112-304-02069036на порошок пищевой свекловичный «Сахарные волокна» и порошок пищевой свекловичный «Сахарные волокна» экструдированный;

• разработана и утверждена техническая документация ТУ 9113-316-02069036на «Хлеб из смеси ржаной и пшеничной муки с порошками пищевыми свекловичными»;

• проведена производственная апробация технологии производства пищевых волокон «Порошок пищевой свекловичный «Сахарные волокна» и «Порошок пищевой свекловичный «Сахарные волокна» экструдированный» на ЗАО «Сахарный комбинат «Колпнянский» (пгт Колпна) и ООО «Звягинский крахмальный завод» (п. Звягинки);

• проведена производственная апробация технологии производства хлебобулочных изделий на ООО «Колпнянский хлебозавод» (пгт Колпна).

• получен патент на изобретение РФ №2558224 «Способ производства экструдированных пищевых волокон».

Материалы диссертации используются в учебном процессе при чтении лекций по дисциплинам «Инновационные технологии продуктов питания из растительного сырья», «Технология получения и применения физиолого-функциональных добавок для продуктов питания из растительного сырья», дипломном проектировании, выполнении научно-исследовательской работы студентов и проведении магистерских диссертационных исследований на кафедре «Технология хлебопекарного, кондитерского и макаронного производства» Приокского государственного университета. Методология и методы исследования. Экспериментальные исследования проводили в условиях лабораторий кафедры «Технология хлебопекарного, кондитерского и макаронного производства» Приокского государственного университета, инновационного научно-исследовательского испытательного центра Орловского Государственного аграрного университета, испытательного лабораторного центра АНО «НТЦ» Комбикорм» (г. Воронеж), а также в аккредитованном испытательном лабораторном центре ФБУЗ «Центр гигиены и эпидемиологии в Орловской области», в промышленных условиях и лабораториях предприятий ЗАО «Сахарный комбинат «Колпнянский», ООО «Звягинский крахмальный завод», ООО «Колпнянский хлебозавод».

Пищевые волокна оценивали в соответствии со следующими методиками:

органолептические показатели определялись по ГОСТ 13340.1; массовая доля влаги – по ГОСТ 28561; активная кислотность – по ГОСТ 26188; массовая доля металломагнитной примеси, зараженность и загрязненность вредителями хлебных запасов – по ГОСТ 13340.2; крупность помола – по ГОСТ 13340.1; минеральные примеси – по ГОСТ 27558; редуцирующие сахара – методом, основанным на способности редуцирующих сахаров восстанавливать в щелочном растворе окисную медь в закисную, по ГОСТ 8756.13; клетчатка – методом Кюшнера и Ганека, основанным на последовательной обработке навески исследуемого продукта гидролизующими и окисляющими реагентами – смесью уксусной и азотной кислот; лигнин – по методике, основанной на выделении путем кислотного гидролиза в виде нерастворимого осадка; холоцеллюлоза (смесь целлюлозы и гемицеллюлозы) – весовым методом после делигнификации навески надуксусной кислотой; пектиновые вещества – по методике, основанной на переведении различных пектиновых веществ в раствор, превращении их в пектовую кислоту, осаждении последней в виде кальциевой соли и учете весовым методом;

минеральный состав – методом плазменной эмиссионной спектрофотометрии по ГОСТ 26929; массовая доля золы – по ГОСТ 15113.8; аминокислотный состав порошка – хроматографическим методом на анализаторе ААА-339 по ГОСТ 32192;

коэффициент водосвязывающей способности пищевых волокон определялся как отношение массы воды, связанной продуктом, к исходной массе последнего;

коэффициент жиросвязывающей способности пищевых волокон определялся как отношение массы растительного масла, связанного продуктом, к исходной массе последнего; сорбционная способность – как разность между содержанием NaNO3 в растворе до и после экстракции пищевыми волокнами; подготовка проб для определения содержания токсичных элементов проводилась по ГОСТ 26929;

определение содержания токсичных элементов проводилось по ГОСТ 26927, ГОСТ 26930, ГОСТ 26932, ГОСТ 26933, ГОСТ 30178, ГОСТ 30538; определение содержания пестицидов – по ГОСТ 30349, ГОСТ 30710; радионуклидов – по ГОСТ Р 54015, ГОСТ Р 54016, ГОСТ Р 54017; нитратов – по ГОСТ 29270; отбор и подготовка проб к микробиологическому контролю – по ГОСТ 31904, ГОСТ 26669;

культивирование микроорганизмов и обработка результатов – по ГОСТ 26670;

определение микробиологических показателей – по ГОСТ 31659, ГОСТ 31747, ГОСТ 10444.8, ГОСТ 10444.15, ГОСТ 10444.12; медико-биологические исследования – на линейных аутбредных мышах СD-1 по влиянию пищевых волокон на массу животных, копрологические показатели микрофлоры толстого кишечника (общий вид, количество лактобактерий, бактерий группы кишечной палочки и дрожжеподобных грибов), биохимический и гематологический анализ крови (содержание общего белка, глюкозы, холестерина и гемоглобина).

Мучные смеси: количество и качество клейковины – по ГОСТ 27839-2013;

число падения – по ГОСТ 27676-88; водосвязывающая способность – так же, как и пищевых волокон.

Тесто: влажность – экспресс-методом на приборе ПИВИ-1; титруемая кислотность – методом титрования гидроокисью натрия в присутствии фенолфталеина; газообразующая способность – волюмометрическим методом;

предельное напряжение сдвига – на автоматизированном пенетрометре АП-4/2.

Хлебобулочные изделия: влажность – по ГОСТ 21095; титруемая кислотность – по ГОСТ 5670; пористость – по ГОСТ 5669; удельный объем – по принципу вытесненного объема сыпучего заполнителя; структурно-механические свойства мякиша – на пенетрометре АП-4/2; выход изделий определяли производственной пробной выпечкой.

Положения, выносимые на защиту:

— технология пищевых волокон из сухой обессахаренной свекловичной стружки на основе физико-химической модификации путем кислотнотемпературной и экструзионной обработки;

— результаты теоретических и экспериментальных исследований об изменении химического состава и технологических характеристик пищевых волокон из сухой обессахаренной свекловичной стружки при их физикохимической модификации;

— технология хлебобулочных изделий из мучных смесей с пищевыми волокнами из сухой обессахаренной свекловичной стружки и ржаной обдирной, пшеничной хлебопекарной муки I сорта и их смеси.

Степень достоверности и апробация результатов исследования.

Достоверность полученных результатов, научных положений, выводов и рекомендаций обеспечивалась применением современных методов теоретических и экспериментальных исследований, математических методов планирования и обработки экспериментальных данных, современных измерительных приборов, подтверждается совпадением результатов лабораторных и промышленных испытаний и базируется на критериях практической ценности и применимости целевого продукта.

Основные результаты и положения представлены на Международных научных конференциях: Международная научно-практическая конференция «Инновационные направления в пищевых технологиях» (Пятигорск: РИА-КМВ, 2012); интернет-конференция «Фундаментальные и прикладные аспекты создания биосфер совместимых систем» (Орел: ГУ-УНПК, 2013); III международная научнопрактическая интернет-конференция (Орел: Госуниверситет – УНПК, 2013);

Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Универсальная наука – региону» (Пятигорск: РИА-КМВ, 2013); Международная научно-практическая конференция (Улан-Удэ, 2014); VIII Международная научнопрактическая конференция (Саратов, 2014); IV Международная научнотехническая конференция (Воронеж: ВГУИТ, 2014); V Международная научнопрактическая конференция молодых ученых «Основные перспективы развития пищевой инженерии и гигиены питания» (Орел: ОГИЭТ, 2015).

Апробацию основных результатов исследований осуществляли в условиях ЗАО «Сахарный комбинат Колпнянский», ООО «Звягинский крахмальный завод», ООО «Колпнянский хлебозавод».

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Сахарная промышленность относится к числу отраслей промышленного производства с высокой материалоемкостью, потребляющих значительное количество сырья в расчете на единицу выпускаемой продукции. Технология получения сахара предполагает максимальное извлечение сахарозы в виде готовой продукции. Между тем в 100 кг сахарной свеклы, кроме сахарозы, содержится следующие вещества в количестве (кг): клетчатки и гемицеллюлозы –2,2, пектина

– 2,5, аминокислот – 0,2, микро- и макроэлементы [160]. Классическая технология производства сахара направлена на увеличение выхода сахарозы. Получение и сохранение других полезных веществ не предусмотрено технологическим процессом, так как они уменьшают выход сахара. При этом одни из них удаляются на стадии очистки диффузионного сока и температурного воздействия на сырье, другие вещества переходят во вторичные ресурсы, такие как жом и меласса [54, 57, 79, 213].

В связи с этим становится актуальной разработка технологий переработки вторичных ресурсов и получения из них новой продукции, что может способствовать более рациональному использованию растительного сырья в сахарной промышленности и расширению ассортимента продуктов диетического и лечебно-профилактического направлений. К таким продуктам следует отнести пищевые волокна и пектин [148, 144, 206, 212].

1.1 Вторичное сырье сахарного производства и его использование

При производстве сахара возникает целый ряд побочных продуктов производства. Из тонны сахарной свеклы получают около 35 кг сахара, 540 кг сырого жома и 40 кг мелассы [20, 161, 162].

Свеклу режут на стружку, из которой в процессе диффузии извлекают сахар.

Освобожденная от сахара стружка именуется жомом. В начале зарождения свеклосахарного производства сахарный сироп из свеклы выжимали. Жом – основной побочный продукт сахарной промышленности, получаемый при традиционной технологии производства, – представляет собой мякоть свеклы после выщелачивания сахара с присоединенными к ней белками из сока, оставшегося в неразрезанных клетках. Существует несколько видов свекловичного жома: свежий жом, кислый жом, консервированный жом, сушеный жом, мелассированный жом, амидный жом, бардяной жом, амидоминеральный жом.

Жом (свежий, сырой) – это обессахаренная свекловичная стружка (далее – ОСС), которая получается в диффузионном аппарате. Полностью выделить сок из клеток сахарной свеклы невозможно поэтому ОСС, содержит большое количество воды, экономически целесообразно к месту складирования доставлять его гидравлическим способом. Однако для уменьшения потерь сахарозы современные сахарные заводы отправляют жом на прессование, а отпрессованную воду возвращают в диффузионный аппарат.

Органические и неорганические вещества ОСС имеют сложный многокомпонентный комплекс. Общее содержание аминокислот в нем колеблется в пределах от 0,3 до 0,5 %. Аминокислоты представлены так: аланин, лейцин, валин, аргинин, тирозин, фенилаланин, триптофан и пролин, также в ОСС представлены амиды (глутамин и аспарагин), которых относительно небольшое количество [9, 73, 191]. Представленные аминокислоты содержатся в пределах от 0,3 до 0,5 %. Спектральный анализ минеральных веществ жома показал, что в нем содержатся следующие вещества барий, бор, свинец, железо, марганец, медь, молибден, рубидий, никель, селен, кремний, серебро, таллий, стронций и цинк.

Установлено, что свежий жом содержит витамин С, при этом содержание его около 19 мг в 1 кг [174].

Состав сухих веществ (далее – СВ) ОСС (в % к массе жома) имеет следующий состав: протеин сырой – 10, в том числе белок – 8,6; безазотистые экстрактивные вещества – 62,9; клетчатка – 22,9; минеральные вещества – 4,2 [87].

Содержание минеральных веществ 1 кг свежего сырого жома (в % к массе сухих веществ): Ca – 0,42; К – 0,73; Р – 0,11; Na – 0,16 [86, 87].

Частично обезвоженный прессованием свежий жом в настоящее время имеет несколько путей его утилизации: может направляться на корм скоту (хозяйствам, которые выращивают сахарную свеклу и имеют откормочные пункты), для длительного хранения в жомовую яму или на сушку.

Сушеный жом – это ОСС, с содержанием СВ 88–90 %. Выход сухого жома удается получить не более 8 % от всего исходного количества сырья. На сахарных заводах принято удалять значительную часть воды из сырья в жомовых прессах различных производителей [86, 87].

Сахарные заводы используют тепловую энергию, стоимость которой намного выше механической, поэтому экономически выгодно, как по расходу тепла, так и по возврату жомопрессовой воды с остатками сахарозы в производственный цикл, наиболее полно механически удалить влагу, чтобы уменьшить затраты на влагообезвоживание. На сахарных заводах, как правило, стараются наиболее полно механически обезводить жом и таким образом сократить расходы топлива на его сушку. Чтобы скормить жом скоту в сыром виде, его прессуют до 12–14 % сухого вещества; ОСС, приготовленную для высушивания, – до 22–25 % СВ [69, 148, 220].

Химический состав сухого свекловичного жома включает: 87–93 % сухого вещества, 7–8 % сырого протеина, 19–23 % сырой клетчатки, 2,4–4,3 % золы, 0,3– 0,5 % жира. Также найдены витамины (мг/кг): В1 – 0,55, В2 – 0,20, В6 – 0,18, пантотеновая кислоты – 0,21 и биотин – 0,001 [79]. В нем содержатся минеральные вещества (мг/кг): кальций – 4,7, фосфор – 1,2 [144]. Жом содержит до 25 % пектиновых веществ, 22% – 26 % гемицеллюлоз, 26 % – 28 % целлюлозы, 3 % – 5,5 % лигнина [97]. Также присутствуют органические кислоты [95, 173].

Аланин, лейцин, валин, аргинин, тирозин, фенилаланин, триптофан и пролин – это состав аминокислот ОСС. Количество глутамина и аспарагина находятся в жоме в относительно малом количестве [191].

Преимущества сушеного жома перед свежим: практически все питательные вещества, которые содержатся в свежем жоме, в нем сохраняются; общая калорийность сушеного жома превышает калорийность свежего в 10–12 раз.

Сушеный жом транспортабелен, при хранении сухие питательные вещества теряются в небольших количествах.

Достоинства сушеного жома необходимо рассматривать с биологической точки зрения: из целлюлозы состоит клетчатка ОСС при этом жом сохраняет лигнин в количестве 2,2%, который хорошо помогает животным переваривать клетчатку. Пектиновые вещества как сорбируют вредные вещества, так и при гидролизе разлагаются до моносахаридов и уроновых кислот (которые имеют немаловажную роль в обмене веществ, а некоторые из них выполняют защитную функцию животного организма).

Содержание протеина в процессе технологической переработки исходного сырья резко снижается до (10,2 %), что является существенным недостатком сушеного жома.

Многочисленные исследования в области сохранения и использования вторичных ресурсов позволяют выявить технологические способы обогащения и консервирования свежего отжатого и сушеного жома:

1. при хранении в жомохранилищах сырого жома необходимо биологическое консервирование;

2. обогащение и консервирование химическим способом сырого отжатого жома;

3. расширение производства мелассированного, бардяного, амидного и амидоминерального сушеного жома [19, 87, 151].

Большая часть свекловичного жома используется как корм скоту.

Использование его в свежем и кислом виде рекомендовано как одна из основных подкормок крупного рогатого скота. Употребляют сушеный жом и в виде ингредиента в комбикормах или вслед за перемешиванием его с водой, фильтрационным осадком, мелассой. Широкое применение сушеного жома обусловлено его технологическими свойствами, так как он лучше хранится и более транспортабелен благодаря его способности к брикетированию и гранулированию [24, 53, 70, 148, 198].

Сушеный свекловичный жом применялся в основном в сельском хозяйстве, однако расширение посевных площадей сахарной свеклы и уменьшение поголовья крупного рогатого скота привело к тому, что для утилизации жома разработали метод получения пищевого пектина из ОСС [33, 38, 165, 193].

В настоящее время большое количество свекловичного жома может быть применено для получения бумаги или картона, что также позволяет понизить расходы по утилизации свекловичного жома. [53, 75, 211]. Одним из наиболее перспективных и востребованных направлений использования свекловичного жома является производство пищевых волокон (ПВ).

По определению, данному в 1986 г. Trowell и Burcitt, которые являются пионерами в исследовании пищевых волокон, «пищевое волокно – это остатки растительных клеток, способные противостоять гидролизу, осуществляемому пищеварительными ферментами человека» [195, 196, 212].

Меласса – ценнейший побочный продукт свеклосахарного производства. По общему количеству сухих веществ, поступающих в нее из свеклы, меласса уступает жому, но по ценности этих веществ и их разнообразию она значительно превосходит его. Выход мелассы колеблется в пределах от 3,5 до 5 % к массе свеклы. В ней содержится около 50 % растворенного сахара или от 10 до 15 % всего сахара, содержащегося в перерабатываемой свекле. Безазотистые органические вещества представлены углеводами (всеми сахарами мелассы, за исключением сахарозы) и органическими кислотами (молочной, муравьиной, уксусной, масляной, лимонной). Из азотистых веществ в мелассе содержатся: бетаин, пирролидон-карбоновая, глутаминовая, аспарагиновая кислоты, лейцин, изолейцин, гликокол, аланин, валин. В очень малых количествах в мелассе содержатся: йод, свинец, серебро, кобальт, железо, бор, цинк, кремний, марганец, молибден [148, 150].

Сахарная промышленность использует мелассу в небольших объемах при производстве сушеного обогащенного жома, амидной мелассы, а также лимонной кислоты [156, 191].

Этот отход получается при кристаллизации сахара как остаточный маточный раствор, представляющий собой густую жидкость черно-коричневого цвета с острым запахом и неприятным вкусом, содержащую около 80 % сухих веществ и 20 % воды. Сухие вещества мелассы содержат около 60 % сахарозы и около 40 % несахаров. Выход мелассы в среднем составляет 4 % к массе свеклы.

Следовательно, при содержании сахара около 50 % к массе мелассы потери сахарозы с ней составляют более 2 % к массе свеклы. Поэтому при средней переработке около 80 млн т свеклы в год с мелассой теряется около 1,5 млн т сахара.

Использование мелассы ведется в следующих основных направлениях: на корм скоту (непосредственное скармливание, производство комбинированных кормов); производство спирта, дрожжей, молочной, лимонной кислот и глицерина;

получение сахара (метод сепарации путем выделения трехкальциевого сахарата, ионитная очистка); получение глутаминовой кислоты и бетаина с помощью ионитной очистки.

Приблизительно 70 % всей мелассы сахарных заводов используется на спиртовых заводах, где сахароза мелассы после расщепления до моносахаров сбраживается дрожжами в спирт и углекислый газ.

Около 10 % от всей получаемой мелассы применяется на дрожжевых заводах в качестве основной питательной среды для выращивания хлебопекарных дрожжей [181].

Около 10 % мелассы используют в сельском хозяйстве для скармливания скоту в смеси с другими кормами и для производства комбикормов. В данном случае полностью используются составные части мелассы: вся сахароза, а также часть аминокислот усваиваются животными непосредственно, а неусвоенные азотистые вещества и соли калия вместе с навозом попадают на поля в качестве удобрения [18, 46, 150].

Таким образом, данные источников показали недостаточное применение вторичных отходов свеклосахарного производства в пищевой промышленности, что делает актуальным их применение с целью расширения сырьевой базы для получения новых видов продуктов.

В соответствии со стратегией развития пищевой и перерабатывающей промышленности Российской Федерации на период до 2020 года необходимо повысить глубину переработки, вовлечь в хозяйственный оборот вторичные ресурсы, что позволит увеличить выход готовой продукции с единицы перерабатываемого сырья.

Вторичные ресурсы пищевой промышленности являются богатейшим источником функциональных ингредиентов, в первую очередь растворимых и нерастворимых пищевых волокон, витаминов, минеральных веществ, аминокислот.

В настоящее время имеются многочисленные исследования по созданию пищевых волокон. В основном данным вопросом занимаются иностранные исследователи в организациях и научных коллективах, которые специализируются в области исследований и разработок пищевых добавок и ингредиентов для пищевой промышленности. В нашей стране на протяжении многих лет также ведутся разработки по созданию пищевых волокон.

Содержание пищевых волокон в растительном сырье различно. Оно зависит от его ботанической принадлежности, морфологических и анатомических особенностей тканей [30, 32, 178, 199].

Выбор методов выделения пищевых волокон определяется их содержанием, плотностью упаковки биополимеров клеточных стенок [57, 204]. Известные методы выделения пищевых волокон базируются либо на исключении из измельченной растительной ткани низкомолекулярного вещества (моносахарида, гликозида, алкалоида, минеральных соединений) [47], либо связаны с необходимостью гидролиза и экстракции сопутствующего крахмала [45].

Экстракция перерабатываемого сырья ведется, опираясь на его вид: водой при нагревании (выжимки ряда фруктов, овощей, свекловичного жома, винограда);

разбавленными растворами минеральных кислот (серной, фосфорной, хлоридной);

щелочами (отходы переработки овощей и фруктов; отруби); солями сернистой кислоты, детергентами, перекисями (пленки, оболочки зерна, стебли злаков, древесина, травы); обработкой с помощью амилолитических ферментов (крахмалосодержащее сырье) [119, 126, 129, 130, 197, 216].

Процесс нагревания при температуре порядка 100 C с разбавленными растворами кислот позволяет деструктировать крахмал, приводит к частичному гидролизу полисахаридов гемицеллюлоз. Дальнейшая отмывка водой способствует удалению низкомолекулярных веществ, в том числе экологически вредных.

Полученные пищевые волокна характеризуются, в сопоставлении с исходным сырьем, увеличенной удельной поверхностью, достаточной чистотой и повышенной способностью к сорбции. Синхронно протекает процесс полной инактивации микрофлоры, не исключая патогенной, что ведет к повышению качества выделяемых пищевых добавок.

Впервые пищевые волокна из жома сахарной свеклы начали производиться сахарной корпорацией Svenska Sockerfabriks AB (Швеция) [202]. Технология была достаточно простой, основанной на физических методах обработки: прессовании, сушке, измельчении и просеивании. Обработка химическими реагентами не предусматривалась. За счет проведения сушки с помощью перегретого пара происходило обезличивание вкуса и запаха, что позволяло применять полученные пищевые волокна для производства различного вида продуктов питания [2,23,28,171].

Массовое производство пищевых волокон из свекловичного жома было начато в конце 80-х годов: в Чехии – под торговым названием Синекал [218] в Англии – Бетафайбер [193], в США – Биофайбер [193], в Польше – Пектоцел [125].

Для получения Пектоцела готовили суспензию с содержанием сухих веществ, состоящую из подкисленной воды и свежего свекловичного жома (около 5 %) с содержанием сухих веществ до 10 %. Полученную суспензию измельчали в дезинтеграторе до размера частиц 3–5 мм. Внесение подкисленной воды способствовало лучшему измельчению и снижению цветности получаемых пищевых волокон. Экстракция проводилась в 2 стадии для более полного удаления неприятнопахнущих веществ. При экстракции поддерживалась рН 5, создаваемая путем внесения сульфитированной воды. Данный уровень рН необходим для снижения экстракции водорастворимого пектина в раствор и предотвращения потемнения пищевых волокон. На каждом этапе производилось отделение экстракта с помощью центрифуги. Влажность сырых пищевых волокон после центрифугирования составляла около 88 %.

Высушивание сырых пищевых волокон производили горячим воздухом, при этом для обеспечения сыпучести высушиваемого продукта его предварительно смешивали с готовыми пищевыми волокнами в соотношении 1:1. Пищевые волокна высушивали до влажности 9 % и просеивали. Сходы с просеивателя, имеющие размер частиц более 0,4 мм использовали для смешивания с частично обезвоженной цетрифугированием массой пищевых волокон перед сушкой [24].

Способ получения пищевых волокон из свекловичного жома, разработанный польскими учеными в 80-х годах, заключается в следующем. Свежий свекловичный жом после промывания водой с температурой 50–60С и смешивания с раствором сернистой кислоты до рН 4,5–5 измельчается до частиц размером не более 3 мм. Масса подвергается экстрагированию сульфитированной водой при рН 4,5–5 и температуре 50–60С в 2–4 стадии, перемежающихся отжимом до влажности 50–55 %. После обработки масса промывается водой и подвергается воздействию перекиси водорода в течение 10–15 часов. Далее после центрифугирования сырые пищевые волокна смешиваются с высушенными пищевыми волокнами в соотношении 1:1 для обеспечения сыпучести. Сушка подготовленных таким образом пищевых волокон осуществляется в дисперсионной или фонтанной сушилке подачей горячего воздуха при температуре 130–150С. Влажность высушенной массы не должна превышать 10 %. Далее массу измельчают и просеивают. Сход сита используется для смешивания с частично обезвоженными сырыми волокнами перед сушкой. Данный способ получения пищевых волокон из свекловичного жома позволяет получить нейтральный по вкусу продукт с содержанием клетчатки до 80 % к сухому веществу [18].

Разработан способ получения пищевых волокон из сырого свекловичного жома после диффузионной обработки. При этом производится обессахаривание и обесцвечивание жома путем последовательной обработки его водой, а затем перекисью водорода (озонированием или облучением). Сушка полученного продукта осуществляется до содержания сухих веществ 90 % [213].

В Воронежской государственной технологической академии разработана схема получения пищевых волокон из боя и хвостиков сахарной свеклы [131].

Схема включает удаление из боя и хвостиков сахарной свеклы нежелательных веществ, ухудшающих цвет и вкус конечного продукта: гликозидов, алкалоидов, минеральных веществ, моно- и дисахаридов путем промывки и измельчения до размеров частиц не более 2 мм и не менее 0,2 мм. Измельчение волокон до размеров частиц более 2 мм препятствует обессахариванию массы, а до размеров частиц менее 0,2 мм способствует экстрагированию водорастворимого пектина и гемицеллюлоз, тем самым снижая содержание пищевых волокон в конечном продукте. Для снижения цветности пищевых волокон из боя и хвостиков сахарной свеклы одновременно с измельчением производится обработка тиосульфатом натрия Na2S2О3 с концентрацией 0,008–0,012 % и гидромодулем 1:0,5. Цель обработки тиосульфатом натрия – снижение ферментативной активности полифенолоксидазы сахарной свеклы, вызывающей потемнение пищевых волокон.

Затем свекловичную массу подвергают прессованию, прессовую воду перекачивают в диффузионный аппарат. Отпрессованную массу дважды промывают на ситах водой с температурой 20–25 С для более полного удаления водорастворимых веществ, дезодорируют от специфического запаха свекловичного жома в течение 15–20 минут водой с температурой 60–65С. Для снижения цветности готовых пищевых волокон сырую свекловичную массу обрабатывают раствором аскорбиновой кислоты в количестве 0,1 % – 0,2 %. При этом красящие вещества восстанавливаются в лейкосоединения, что дополнительно снижает цветность готового продукта. Сушку пищевых волокон осуществляют до содержания сухих веществ 95 %.

Для снижения цветности пищевых волокон из боя и хвостиков сахарной свеклы на основе предложенной схемы сотрудниками Воронежской государственной технологической академии разработана технологическая схема, предусматривающая добавление тиосульфата натрия в количестве 0,07 % – 0,085 % к измельчаемой массе хвостиков и боя сахарной свеклы. При этом продолжительность обработки тиосульфатом натрия составляет 40 минут, температура диффузии 70–72С в течение 90 минут. Дальнейшая обработка осуществляется по вышеприведенной схеме [91, 96, 136].

Существуют способы получения пищевых волокон методом химической модификации.

Известен способ получения пищевого волокна из ОСС, предусматривающий:

прессование последнего до содержания сухих веществ 16,0 % – 18,0 %; экстракцию растительной массы сульфитированной водой; ее прессование; обработку массы насыщенным паром для дезодорации и удаления свекловичного привкуса;

прессование растительных волокон до содержания сухих веществ 20,0 %– 30,0 % с последующим их измельчением до размера частиц 1,5 –2,0 мм; сушку и измельчение волокон до порошкообразного состояния [132, 175]. Недостатком этого способа является неполная инактивация фермента оксидазы при экстракции прессованного жома сульфитированной водой, что при последующей обработке вызывает потемнение волокон.

Известен способ получения пищевого волокна из ОСС, предусматривающий:

прессование последнего; обработку прессованной растительной массы насыщенным паром, при этом температура пара составляет 125–130 °С продолжительность обработки – 15–20 мин; ее экстракцию 3 % – 5% раствором Н2О2 15–20 мин для ее пробеливания; прессование растительных волокон до содержания сухих веществ 15,0 %– 16,0 %; сушку и измельчение до порошкообразного состояния [135]. Недостатком известного способа является использование перекиси водорода (Н2О2) в процессе экстракции для пробеливания свекломассы, требующего повышенных санитарно-гигиенических норм и определенных условий хранения.

Известен способ получения пищевых волокон из ОСС, предусматривающий:

смешивание частиц жома с католитом; измельчение их до заданного размера;

двукратную экстракцию измельченной массы при температуре 20–25 С путем смешивания ее с католитом, дезодорацию проэкстрагированной массы при температуре 60–65 С путем смешивания ее с католитом; обезвоживание волокон и их сушку при температуре 55–60 С при предварительном смешивании с готовым продуктом. Католит с pH= 5,7—6,0 и окислительно-восстановительным потенциалом от 80 до 110 мВ, используемый в процессах измельчения частиц жома, экстракции и дезодорации, получают путем обработки раствора хлорида натрия в анодной камере диафрагменного электролизера [31, 41, 137]. Недостаток известного способа заключается в невысоком качестве пищевых волокон, а именно в их низкой водоудерживающей способности и адсорбционной емкости, так как католит, используемый при экстракции, обладает высокой экстрагирующей способностью и вымывает из измельченного свекловичного жома компоненты пищевых волокон – пектин и лигнин, наличием которых определяются водоудерживающая способность и адсорбционная емкость пищевых волокон.

Известен способ получения пищевых волокон из ОСС, предусматривающий:

смешивание частиц жома с электрохимически активированным раствором;

измельчение их до заданного размера; двукратную экстракцию измельченной массы при температуре 20–25 С электрохимически активированным раствором;

дезодорацию проэкстрагированной массы при температуре 60–65 С путем смешивания ее с электрохимически активированным раствором; обезвоживание волокон и их сушку при температуре 55–60 С при предварительном смешивании с готовым продуктом. Этот способ отличается тем, что в качестве электрохимически активированного раствора используют анолит, имеющий pH = 6,1—6,3 и окислительно-восстановительный потенциал от +700 мВ до +800 мВ относительно хлорсеребряного электрода сравнения, полученный в результате обработки раствора сульфата аммония в анодной камере диафрагменного электролизера, или анолит, имеющий pH = 4,0—5,0 и окислительно-восстановительный потенциал от +800 мВ до +900 мВ относительно хлорсеребряного электрода сравнения, полученный в результате обработки раствора тиосульфата натрия в указанной камере диафрагменного электролизера[90, 138].Недостатком указанного способа является необходимость использования специальной установки и дорогостоящих реактивов.

Известен способ получения пищевого волокна из обессахаренной свекловичной стружки, предусматривающий: прессование последнего; обработку насыщенным паром; экстракцию растительной массы; ее прессование после экстракции; сушку и измельчение до порошкообразного состояния. Данный способ отличается тем, что жом перед обработкой насыщенным паром измельчают до размера частиц 0,5–3,0 мм, используют пар с температурой 105–115 °С и процесс обработки проводят в течение 5–10 мин, при этом экстракцию осуществляют сульфитированной водой при температуре 45–50 °С и pH= 5,6—6,5, причем сушку растительных волокон проводят до достижения влажности 5,5 % – 6,5 % [127, 159]. Недостатком известного способа является применение сульфитированной воды, повышающей токсичность полученного пищевого волокна.

Экструзия представляет собой физико-химический процесс получения продуктов с новой структурой и свойствами путем термо-, гидро- и механохимической обработки различного пищевого сырья растительного и животного происхождения.

Экструзионная обработка позволяет получить новые продукты, сырье и добавки, обладающие повышенной водо-, жиросвязывающей и сгущающей способностью по сравнению с исходным сырьем. При этом модификация свойств сырья методом экструзии позволяет не только интенсифицировать технологический процесс, но и повысить степень использования сырья, снизить производственные и трудовые затраты, расширить ассортимент продуктов, повысить степень их усвояемости, снизить микробиологическую загрязненность, а также эколого-экономический ущерб от неиспользованного сырья.

При экструзии изменения свойств сырья происходят на клеточном уровне, обуславливающие текстурирование его на основе сложных химических, микробиологических и физических процессов и явлений.

Механическая деструкция клеток сырья в результате экструзионной обработки увеличивает усвояемость экструдированных продуктов за счет ускорения ферментативного расщепления их при пищеварении, что снижает затраты физиологической энергии животных и человека. В связи с чем данные продукты могут быть рекомендованы людям с определенными заболеваниями [15, 16, 41, 122].

Рассмотрим физико-химические изменения в процессе экструзии.

Структурообразователями при производстве экструзионных продуктов являются белки и крахмал.

При экструзии с белками продукта происходят следующие изменения.

Высокотемпературная обработка при одновременном механическом воздействии вызывает разрушение третичной структуры белка. При этом разрываются ионные, дисульфидные, водородные связи и молекула белка разворачивается. Разрушение структуры белка вследствие его денатурации увеличивает содержание пептидов и аминокислот, что повышает его перевариваемость, снижает воздействие антипитательных факторов.