Способ производства желейного мармелада функционального назначения

Способ производства желейного мармелада функционального назначения

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области пищевой промышленности, а именно к кондитерской ее отрасли, и может быть использовано для питания при подготовке высококвалифицированных спортсменов. Уровень рекордов современного спорта требует и соответствующей подготовки спортсменов. Повышение тренировочных нагрузок и интенсификация соревновательной деятельности, частая смена климатических условий и временных поясов, проведение тренировок в среднегорье, а также повышение технической оснащенности спортсменов - все это входит в понятие спорта высших достижений и требует от спортсменов колоссального напряжения физических и моральных сил.

Важнейшим направлением по обеспечению высокого уровня функционального состояния спортсменов является рациональное сбалансированное питание.

Прием белка в количестве более чем 3 г/кг не рекомендуется даже для спортсменов таких видов спорта, как тяжелая атлетика, метания, атлетическая гимнастика, т.к. организм, как правило, не в состоянии справиться с расщеплением и усвоением такой массы протеина. Но и недостаточный прием белка (менее чем 2 г на кг веса тела) также не способствует нормализации обменных процессов, т.к. при этом может наблюдаться повышение выведения из организма таких важных витаминов, как витамин С, тиамин, рибофлавин, придоксин, ниацин, а также солей калия. Наряду со своей пластической функцией, белки могут использоваться организмом как энергоносители, так, 10-14% поступающего в организм белка может окисляться и давать необходимую энергию. При этом особые требования предъявляются к качеству потребляемого белка, его аминокислотному составу, наличию в нем незаменимых аминокислот. Не менее важной характеристикой потребляемого спортсменами белка является уровень сбалансированности аминокислотного состава.

Одним из показателей рационального питания является содержание в продуктах аминокислот, в частности разветвленных.

Суточная норма таких разветвленных незаменимых аминокислот, как лейцин, изолейцин и валин, необходимых для одного спортсмена в период интенсивных тренировок, приведена в таблице 1.

Таблица 1
Суточная норма незаменимых аминокислот
Аминокислоты	Суточная норма
Удельная доза, мкг/кг массы тела	Общая суточная доза для среднего спортсмена, мг
Лейцин	150	7800
Изолейцин	90	4680
Валин	93	4836

Известен способ приготовления кондитерских изделий, предусматривающий смешивание рецептурных компонентов с введением разветвленных аминокислот, таких как изолейцин, лейцин и валин в качестве функциональной добавки (JP 2010246533 (A), 04.11.2010).

Недостатками данного способа является недостаточно высокая степень обогащения кондитерского изделия незаменимыми аминокислотами.

Наиболее близким аналогом по решаемой задаче и достигаемому техническому результату является способ производства мармелада функционального назначения, предусматривающий приготовление агаро-фруктозный сироп, для чего агар замачивают в воде с температурой 10-15°C в соотношении агар-вода 1:30 и оставляют для набухания в течение 1,5-2 ч, нагревают до полного растворения при нагревании, добавляют фруктозу, уваривают полученный агаро-фруктозный сироп до массовой доли сухих веществ 82-83%, вносят лактат натрия, охлаждают смесь до температуры 55-60°C, вносят лимонную кислоту и пюре яблочное, пюре тыквенное в рецептурном количестве, быстро перемешивают, разливают в формы, выстаивают в течение 2 ч, осуществляют выборку из форм и сушат, желейный мармелад готовят при соответствующем соотношении рецептурных компонентов (RU 2376869 C1, 27.12.2009).

Недостатком известного способа является повышенная сахароемкость полученного мармелада, уменьшенный срок его хранения за счет повышения влагоудерживающей способности изделий, а также невозможность использования изделий в качестве рационального сбалансированного питания для спортсменов.

Задачей предлагаемого способа является повышение уровня биологической полноценности мармелада за счет введения в его состав незаменимых разветвленных аминокислот, а также увеличение срока его хранения при нормальных условиях и возможность его хранения при экстремальных условиях.

Для достижения поставленной задачи способ производства мармелада функционального назначения предусматривает подготовку сырья, приготовление исходного сиропа путем смешивания воды, агар-агара, патоки, сахара и уваривания полученной массы, внесение функциональной добавки, в качестве которой используют разветвленные аминокислоты, с целью получения конечного сиропа, его формование и охлаждение, при этом в качестве источника разветвленных аминокислот используют предварительно приготовленный пересыщенный по аминокислотам их водный раствор, содержащий 8-10% валина, 7-9% лейцина и 7-9% изолейцина от общей массы раствора, конечный сироп готовят путем интенсивного перемешивания исходного сиропа с пересыщенным водным раствором разветвленных аминокислот при температуре 100-105°C и pH 2,5-3,0 в течение 10-15 мин с последующей нейтрализацией конечного сиропа 0,1-0,15 Н раствором соды пищевой до pH 4,5-5,0 и охлаждением до температуры 75-80°C в течение 2-3 мин.

Разветвленные аминокислоты (РАК) очень плохо растворимы в воде. С учетом того, что в присутствии других более гигроскопичных веществ в мармеладе (сахар, патока и др.) они в процессе технологических операций будут выпадать в осадок и кристаллизоваться, что еще больше снизит их гигроскопичность. В кондитерских изделиях аминокислоты очень плохо диспергированы и, соответственно, плохо усваиваются организмом. Усваивание веществ возможно только в растворенном виде. Поэтому для обеспечения суточной дозы разветвленных аминокислот (17-24 г на одного спортсмена в сутки) потребуется гораздо меньше кондитерских изделий.

Однако при хранении кондитерских изделий, а именно мармелада, происходит его намокание за счет превращения связанной воды в свободную при ослабевании гидратных связей воды с ингредиентами изделия при хранении, особенно с понижением температуры хранения. Свободная вода разрушает структуру мармелада с высвобождением сахара, под действием кислоты он гидролизуется до инвертного сахара. Последний обладает высокой гигроскопичностью, что приводит к дальнейшей сорбции влаги из окружающей среды, особенно при колебании температур хранения. При снижении температуры значение равновесной влажности в воздухе снижается, и избыточная влага конденсируется на холодных поверхностях. Одновременно с гидролизом может идти активизация микробиологических процессов. В результате мармелад приходит в негодность по признаку «безопасность». Если температура хранения высокая, выделившаяся свободная вода высыхает, переходя в более сухую среду хранения. Это также приводит к потере качества мармелада.

В целом, речь идет об увеличении коэффициента «активности воды». Этот показатель характеризует отношение давления равновесных паров воды над продуктом к равновесному давлению паров воды в среде хранения вдали от продукта. Для его понижения с 0,95 (для существующих видов мармелада) до 0,85-0,88 для мармелада по предлагаемой технологии. Такой мармелад будет храниться дольше. Срок его хранения увеличится в 1,5-1,8 раз.

Это достигается за счет более высокой растворимости РАК, поскольку они вводятся в виде горячего раствора.

В таблице 2 и на фигурах 1, 2 и 3 приведены зависимости растворимости РАК от температуры.

Таблица 2
Зависимость растворимости РАК от температуры
Температура раствора с РАК, °C	Растворимость аминокислот, г/100 мл раствора
валина	лейцина	изолейцина
20	0,19	0,03	0,11
40	0,2	0,04	0,12
60	0,22	0,047	0,12
90	0,24	0,05	0,13
100	0,25	0,056	0,14

Как видно из таблицы 2 и фигур 1, 2 и 3, при увеличении температуры растворимость РАК пропорционально растет.

При охлаждении растворимость снижается, но их кристаллизация уже невозможна, поскольку молекулы РАК зафиксированы в жесткой пространственной сетке мармелада и не способны диффундировать навстречу одна к другой. При этом функциональные группы молекул РАК прочно связаны с молекулами воды водородными связями и удерживают их гораздо крепче, нежели другие, более растворимые ингредиенты мармелада. Плохая растворимость РАК объяснятся тем, что электронная плотность их функциональных групп в кристаллическом состоянии направлена на удерживание соседних молекул и потенциала диполей воды недостаточно для разрушения кристаллической структуры. При высоких температурах внутрикристаллизационные связи ослабевают, и гидратация молекул РАК увеличивается. После фиксации гидратированных молекул РАК в пространственной сетке мармелада в процессе охлаждения вода оказывается прочно связанной за счет сильных химических связей.

При этом охлаждение мармеладной массы проводится так, чтобы скорость увеличения вязкости жидкости (за счет формирования пространственной структуры) опережала скорость кристаллизации РАК. В этом случае молекулы РАК останутся высокодиспергированными и свяжут собой большое количество воды. Такая вода не будет выделяться в виде свободной даже при значительном охлаждении мармелада в процессе хранения. Срок хранения такого мармелада значительно увеличивается. Такой мармелад можно хранить при более низких температурах (вплоть до 5-10°C). При таком хранении другие процессы, снижающие качество мармелада (т.н. «критические показатели качества» - гидролиз сахарозы, дегидратация агара), значительно замедляются, что также влияет на увеличение длительности его хранения без снижения качества.

Для приготовления мармелада используют предварительно приготовленный пересыщенный по аминокислотам их водный раствор, содержащий 8-10% валина, 7-9% лейцина и 7-9% изолейцина от общей массы раствора, так как именно такую концентрацию имеет смесь аминокислот, находящаяся в насыщенном состоянии при 100-105°C и pH 2,5-3,0. Перемешивание исходного сиропа и насыщенного раствора РАК идет в течение 10-15 мин, так как в течение указанного времени происходит перестройка гидратных оболочек и гомогенизация смеси.

Кислотность также оказывает влияние на растворимость РАК. При снижении pH растворимость РАК возрастает. Наибольшая растворимость достигается при PH 2,5-3,0. При дальнейшем снижении pH растворимость практически не увеличивается. Увеличение растворимости РАК при пониженной кислотности необходимо в связи с тем, что, попадая в высококонцентрированный сироп, аминокислоты переходят в пересыщенное состояние, а повышенная кислотность позволяет обеспечить фазовую стабильность системы в течение времени, достаточного для закрепления молекул в желеобразной среде, образующейся при формовании мармеладной массы. Стабилизация системы в отношении перераспределения влаги между ингредиентами достигается в течение 10-15 минут интенсивного перемешивания. Перемешивание должно вестись в турбулентном режиме (Re≥3200), что предотвращает образование водосвязывающих кластеров до момента начала реакции полимеризации агар-агаровой сетки, являющейся основой желеобразной структуры мармелада. Формирование такой структуры начинается при температуре 100-105°C. Уваривание конечного сиропа после введения разветвленных аминокислот ведут в течение 5-7 мин, что позволяет закончить процесс молекулярной гомогенизации системы. После начала реакции полимеризации проводят нейтрализацию системы (конечного сиропа) 0,1-0,15 Н раствором соды пищевой до pH 4,5-5,0. Указанное значение pH позволяет образовать наиболее реологически приемлемую структуру мармелада. При таком значении pH гидратная вода формирует прочные оболочки сухих веществ, в том числе разветвленных аминокислот, что впоследствии предотвращает ее выделение в свободном виде в процессе хранения, в том числе при значительных колебаниях температуры. Данное значение pH наиболее удачно маскирует вкус добавленных аминокислот. С увеличением pH более 5,0 при органолептической оценке имеют место неблагоприятные «пустые» тона во вкусе, связанные с присутствием сенсорно нейтральных РАК. При снижении pH до значения ниже 4,5 мармелад приобретает нежелательный избыточно кислый вкус.

Структурированный конечный сироп с равномерно распределенными и оптимально гидратированными молекулами РАК необходимо в течение короткого времени (2-3 мин) перевести в состояние неньютоновской жидкости во избежание кристаллизации РАК из пересыщенного раствора. Для этого его в течение указанного времени подвергают охлаждению до температуры 75-80°C. При этом охлаждение уваренной массы проводят со скоростью 8- 10 град/мин, что обеспечивает оптимальную структуру мармеладной массы. Таким образом, в результате растворимости аминокислот готовится раствор с максимальным количеством аминокислот и добавляется в желейную массу мармелада.

Сущность изобретения поясняется следующим описанием способа. Принципиальная схема реализации способа приведена на фигуре 4.

Вначале проводят подготовку сырья и приготовление исходного сиропа путем смешивания воды, агар-агара, патоки, сахара и уваривания полученной массы до СВ 72-74,5%. Внесение функциональной добавки, в качестве которой используют разветвленные аминокислоты, проводят на стадии получения конечного сиропа, с последующим его формованием и охлаждением. В качестве источника разветвленных аминокислот используют предварительно приготовленный пересыщенный по аминокислотам их водный раствор, содержащий 8-10% валина, 7-9% лейцина и 7-9% изолейцина от общей массы раствора. Конечный сироп готовят путем интенсивного перемешивания исходного сиропа с пересыщенным водным раствором разветвленных аминокислот при температуре 100-105°C и pH 2,5-3,0 в течение 10-15 мин с последующей нейтрализацией конечного сиропа 0,1-0,15 Н раствором соды пищевой до pH 4,5-5,0 и охлаждением до температуры 75-80°C в течение 2-3 мин.

Конкретные примеры осуществления способа в лабораторных условиях.

Пример 1.

Предварительно взвешивают 8 г валина, 7 г лейцина и 7 г изолейцина. Каждую из полученных навесок смешивают со 100 мл дистиллированной воды, нагревают до состояния кипения, что соответствует температуре 103°C, и подкисляют лимонной кислотой до pH 2,5 путем интенсивного перемешивания ее с раствором аминокислот при температуре кипения в течение 10 мин. В результате кипячения в подкисленной воде аминокислоты полностью растворяются. Полученные растворы в дальнейшем будут добавлены в мармеладную массу.

Для приготовления мармеладной массы сначала растворяют 4 г агар-агара в 44 мл дистиллированной воды. После растворения и набухания агар-агара раствор нагревают и вносят сахар. Сахарный сироп получают путем постепенного введения сахара в емкость с кипящей водой и агар-агаром при перемешивании. В полученный сахарный сироп вводят предварительно разогретую до температуры 80°C карамельную патоку в количестве 150 г. Затем в сироп вносят 36 мл пересыщенного раствора РАК, содержащего по 12 мл предварительно полученных растворов валина, лейцина и изолейцина (общая масса РАК составляет 2,5 г) и перемешивают. Конечный сироп готовят путем интенсивного перемешивания исходного сиропа с пересыщенным водным раствором разветвленных аминокислот при температуре 100-105°C и pH 2,5-3,0 в течение 10-15 мин. После получения гомогенной структуры в раствор вводят для нейтрализации 5 мл 0,1 Н раствора соды пищевой. В результате введения соды значение pH поднялось до 4,5. Полученный сироп уваривают до концентрации СВ=75%. Мармеладную массу после нейтрализации и уваривания подвергли быстрому охлаждению в водяной бане до 75°C при интенсивном перемешивании в течение 3 минут. Охлажденную мармеладную массу разливают в формы и подвергают естественному охлаждению. После охлаждения готовые мармеладные изделия обсыпают сахаром и упаковывают. Массовая доля аминокислот для этого образца составила 0,5 частей на 100 частей сухих веществ мармелада (образец №2).

Примеры 2-8.

Примеры 2-8 осуществляли аналогично примеру 1, получая соответственно образцы 1, 3-8.

Образец 1 соответствует сравнительному образцу мармелада, полученного без использования пересыщенного раствора РАК. Количество пересыщенного раствора РАК заменено соответствующим количеством воды.

Образцы 3-8 получали согласно примеру 1, постепенно увеличивая концентрацию РАК при приготовлении пересыщенных растворов.

Полученный мармелад подвергали хранению при температуре -2°C в течение 10 дней.

Мармелад исследовали на приборе «Структурометр СТ-1». Уровень упругости и пластичности характеризовали величиной упругой (величина деформации, в результате которой мармелад полностью восстанавливает свою форму после прекращения действия на него внешней силы - Н2, мм) и пластичной (величина деформации, остающаяся после прекращения действия на него внешней силы - H1, мм) деформаций, на основании которых рассчитывали коэффициент соотношения пластичной и упругой деформаций (Н1/Н2), а также модуль упругости (Е, Па).

Модуль упругости (Е) рассчитывали по уравнению:

E = σ ε ,

где σ - нормальное напряжение, Па;

ε - относительная деформация.

Нормальное напряжение определяли по уравнению:

σ = 4 F π D 2 10 6 ,

где F - сила, действующая на пуансон, Н;

D - диаметр цилиндрической пробы мармелада, равен 30 мм.

Относительную деформацию пробы определяли по уравнению:

ε = Δ H H 0 ,

где ΔH - абсолютная деформация пробы, мм. Абсолютная деформация рассчитывается, как разница между высотой цилиндрической пробы мармелада до воздействия на нее внешней силы и высотой цилиндрической пробы мармелада после ее деформации под воздействием внешней силы.

H₀ - первоначальная высота пробы, равная 30 мм.

Реологические характеристики определяли в свежих образцах мармелада и в образцах после хранения в течение 10 дней при температуре -2°C.

Таблица 3
Исходные и расчетные данные при реологических исследованиях свежеприготовленных образцов мармелада, содержащего РАК, на приборе «Структурометр»
№ образца	Суммарное содержание РАК, %	Деформация, мм	Реологические характеристики образцов
H1	H2	F, н	σ	ε	E
№1	0	2,02	1,46	9	15100	0,047	321200
№2	0,5	7,04	3,84	9	15100	0,126	119800
№3	0,52	7,68	3,42	9	15100	0,122	123700
№4	0,54	2,48	1,45	9	15100	0,126	119800
№5	0,56	5,32	1,86	9	15100	0,125	119500
№6	0,58	5,75	2,62	9	15100	0,128	118000
№7	0,6	5,92	2,64	9	15100	0,13	116200
№8	0,68	4,2	1,76	9	15100	0,044	343200

Как видно из данных таблицы 3, введение РАК приводит к росту относительной деформации мармелада без его разрушения, что подтверждает его более высокую эластичность, которая связана с прочно связанной в гидратные оболочки водой. Эластичность обеспечивается за счет высокой подвижности именно водородных связей в мармеладе.

Аналогичный анализ мармелада после его хранения в течение 10 дней при температуре -2°C подтвердил его высокие реологические и потребительские характеристики по отношению к мармеладу, приготовленному по прототипу.

Визуальный осмотр показал, образцы 2-7 имели после хранения привлекательный вид, применяемая для мармелада обсыпка сахара была не растворена после приобретения мармеладом комнатной температуры, что подтверждает высокий уровень связывания воды в гидратные оболочки. Образец №1, не содержащий разветвленных аминокислот, после хранения при отрицательной температуре и последующего нагревания выделил свободную влагу и приобрел нетоварный вид, что подтверждается также его низкое значение относительной деформации. Микроскопирование образцов мармелада показало, что у образцов 1-7 равномерная структура без включений. В образце 8 присутствуют механические кристаллические включения аминокислот, которые не были растворены в процессе варки мармеладной массы.

Способ производства мармелада, предусматривающий подготовку сырья, приготовление исходного сиропа путем смешивания воды, агар-агара, патоки, сахара и уваривания полученной массы, внесение функциональной добавки, в качестве которой используют разветвленные аминокислоты, с целью получения конечного сиропа, его формование и охлаждение, при этом в качестве источника разветвленных аминокислот используют предварительно приготовленный пересыщенный по аминокислотам их водный раствор, содержащий 8-10% валина, 7-9% лейцина и 7-9% изолейцина от общей массы раствора, конечный сироп готовят путем интенсивного перемешивания исходного сиропа с пересыщенным водным раствором разветвленных аминокислот при температуре 100-105°C и pH 2,5-3,0 в течение 10-15 мин с последующей нейтрализацией конечного сиропа 0,1-0,15 Н раствором соды пищевой до pH 4,5-5,0 и охлаждением до температуры 75-80°C в течение 2-3 мин.