Введение
Одним из приоритетных направлений Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013 - 2020 годы является развитие биотехнологии и рациональное стимулирование роста производства основных видов сельскохозяйственной продукции и производства пищевых продуктов.
Отходы пищевой промышленности, в большинстве случаев, в умеренных количествах могут быть непосредственно использованы в сельском хозяйстве для кормления животных. Они обладают высокой энергетической и биологической активностью, безвредны, гипоаллергенны, легко поддаются ферментативной и микробиологической биоконверсии, различным видам переработки. Лимитирующим фактором, при этом, обычно является большое содержание в отходах воды, что повышает стоимость транспортировки, ограничивает количество этих отходов в рационах и не способствует длительному хранению продукта.
На большинстве картофелеперерабатывающих заводов, в связи с отсутствием утилизационных цехов для переработки отходов, рационально используется только их небольшая часть для кормовых целей. В то же время, количество отходов постоянно растет. Известно, что при переработке картофеля образуются побочные продукты, имеющие повышенное количество влаги [5]. Только в России за год образуются следующие отходы картофельного производства: мезга – 60-70 тыс. тонн, отходы при производстве сухого картофельного пюре – до 10 тыс. тонн, сточные воды – 100-120 тыс. тонн [1, 8].
Только на территории Кемеровской области ежедневно перерабатывается до 600 тысяч тонн картофеля различных сортов для получения различных видов продукции, и в процессе переработки остаётся до 30-50% картофельных отходов, из которых можно получить крахмал [10, 13, 14].
Несмотря на тот факт, что химический состав и свойства картофеля и его отходов производства достаточно подробно освещены в справочной литературе, они значительно варьируют в относительных цифрах в зависимости от различных факторов [7, 9, 11].
На основании вышеизложенного целью данной работы является исследование химического состава и показателей безопасности отходов картофельного производства.
Объектами исследований явились: отходы картофельного производства (картофельная мезга, клеточный сок, крахмал).
При выполнении работы использовали стандартные, общепринятые и оригинальные методы исследований, в том числе физико-химические: спектрофотометрия, поляриметрия, микроскопия, рефрактометрия. Определение физико-химических показателей проведено в соответствии с ГОСТ 7698-78. «Отбор проб и методы анализа». Полученные результаты сравнивались с предъявляемыми нормами и требованиями к качеству картофельного крахмала по ГОСТ Р 53876-2010 «Крахмал картофельный. Технические условия».
Результаты исследований
При использовании картофельной мезги и клеточного сока на пищевые или кормовые цели необходимо знание их химического состава и других показателей, оценивающих их технологические свойства. Поэтому, для уточнения химического состава картофельной мезги и клеточного сока проведены исследования в направлении оценки их качества и безопасности.
В таблице 1 представлены пределы изменения показателей физико-химических свойств картофельной мезги и клеточного сока.
Таблица 1
Химический состав картофельной мезги и сока
Показатели |
Значение |
|
Мезга |
Клеточный сок |
|
Сухие вещества, % |
14,6±6,6 |
1,5±0,5 |
Зола, % |
0,33±0,05 |
0,87±0,15 |
Сырой протеин, % |
0,79±0,09 |
0,34±0,04 |
Крахмал, % |
10,15±0,61 |
6,22±0,3 |
Редуцирующие сахара, % |
0,63±0,03 |
0,93±0,25 |
Жир, % |
0,06±0,01 |
- |
Клетчатка, % |
13,4±1,6 |
0,15±0,01 |
Содержание крахмала в мезге зависит от степени измельчения картофеля, характеризуемой коэффициентом извлечения крахмала, который находится в пределах 75-83%. На коэффициент извлечения крахмала в большей степени влияет сорт картофеля.
В таблице 2 приведены данные изменения влажности картофельной мезги и клеточного сока, полученные в лабораторных и производственных условиях. В период исследований пределы изменения влажности (среднее значение) картофеля в лабораторных и производственных условиях были равны соответственно 86,65±4,6% и 97,4±0,85%. Высокая влажность получаемых побочных продуктов не позволяет длительно их хранить.
Таблица 2
Изменение влажности картофельной мезги и клеточного сока
Влажность, % |
|||
Мезга |
Клеточный сок |
||
Лабораторные условия |
Производственные условия |
Лабораторные условия |
Производственные условия |
88,0±2,0 |
85,3±7,2 |
97,3±0,2 |
97,5±1,5 |
Значение рН сока составляет 5,6-6,2. Высокая кислотность клеточного сока обусловлена наличием в клубнях значительного количества органических кислот. Среди них лимонная, яблочная, щавелевая, пировиноградная, винная, янтарная и некоторые другие кислоты. Особенно много в клубнях лимонной кислоты (до 0,4-0,6%).
Полагая, что технологические свойства биологических объектов определяются содержанием в них белковых веществ и содержащихся в них аминокислот, поэтому одним из перспективных источников природного растительного белка мог бы стать картофельный сок. При исследовании клеточного сока в этом направлении обнаружено не менее 12 свободных аминокислот, среди которых имеются жизненно необходимые аминокислоты: валин, лейцин, метионин, лизин, аргинин.
В свежем картофельном соке и мезге содержатся также такие витамины, такие как С, РР, В9, каротин, пантотеновая кислота. Однако при соприкосновении с железными деталями оборудования содержание некоторых витаминов, особенно витамина С, в картофельном соке значительно снижается по сравнению с их содержанием в клубнях.
Широко представлены зольные элементы сока. Около 60% золы приходится на долю оксида калия. В золе сока содержатся практически все микроэлементы. Замечено, что значительных различий в количестве минеральных веществ в исследуемых образцах не наблюдалось.
Исследование углеводов клеточного сока показало, что они, в основном, представлены моносахарами: глюкозой, маннозой, фруктозой. Содержание редуцирующих сахаров зависит от сорта, степени зрелости клубней, условий выращивания и хранения. При увеличении содержания редуцирующих сахаров в клубнях до 0,5% картофелепродукт приобретает коричневую окраску и горьковатый привкус, недопустимые для конечного продукта.
В ходе исследований изучено содержание в исследуемых образцах токсичных элементов, нитратов, пестицидов и радионуклидов. Результаты исследований представлены в таблицах 3-4.
Таблица 3
Показатели безопасности картофельной мезги и клеточного сока
Наименование |
Допустимый уровень содержания мг/кг, не более |
Мезга |
Клеточный сок |
Содержание нитратов, мг/кг, не более |
300,0 |
92,5 |
87,0 |
Содержание нитритов, мг/кг, не более |
50,0 |
2,21 |
1,19 |
Содержание микотоксинов, мг/кг, не более: охратоксин А стеригматоцистин Т-2 токсин патулин |
0,05 0,05 0,1 0,5 |
- - - 0,001 |
- - - - |
Содержание маркерных полихлорированных бифенилов, мг/кг, не более: |
0,2 |
- |
- |
Диоксиноподобных полихлорированных бифенилов нг ВОЗ-ТЭФ/кг, не более: |
0,35 |
- |
- |
Свинец |
0,5 |
0,25 |
0,11 |
Цинк |
10,5 |
10,4 |
3,4 |
Кадмий |
0,3 |
0,21 |
0,05 |
Ртуть |
- |
- |
- |
Радиоактивный цезий, Бк/кг |
200,0 |
79±4 |
43±4 |
Радиоактивный стронций, Бк/кг |
140,0 |
14,5±0,8 |
7,5±0,6 |
Таблица 4
Микробиологические показатели картофельной мезги и клеточного сока
Наименование |
Допустимый уровень содержания |
Мезга |
Клеточный сок |
1 |
2 |
3 |
4 |
ОЧГ, КОЕ/г, не более |
1·103 |
4·102 |
2·102 |
КМАФАнМ, КОЕ/г, не более |
5·105 |
8,0·101 |
8,5·101 |
БГКП (колиформы), в 0,01 г |
не допускаются |
не обнаружены |
не обнаружены |
Наличие патогенных микроорганизмов: |
|||
сальмонеллы в 50,0 г |
не допускаются |
не обнаружены |
не обнаружены |
патогенные эшерихии в 50,0 г |
не допускаются |
не обнаружены |
не обнаружены |
Дрожжи, КОЕ/г, не более |
5·102 |
2,3·102 |
менее 1,0·101 |
Плесени, КОЕ/г, не более |
5·102 |
менее 1,0·101 |
менее 1,0·101 |
Отмечено, что содержание радионуклидов в мезге и клеточном соке не превышает действующих допустимых уровней. Наличие токсичных веществ и патогенных микроорганизмов в исследуемых образцах сырья и побочных продуктов его переработки не обнаружено. Ртуть, мышьяк, микотоксины и пестициды в картофельной мезге и клеточном соке не обнаружены. Содержание нитратов в картофельной мезге и клеточном соке в среднем равно 89,75 мг/кг.
Установлено, что контролируемые потенциально опасные химические вещества содержатся в продукте в концентрациях, не превышающих установленных нормативов, и соответствуют требованиям СанПин 2.3.2.1078-01 «Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов» и технического регламента таможенного союза «О безопасности кормов и кормовых добавок».
Таким образом, анализ литературных и собственных экспериментальных данных показал, что химический состав и показатели, характеризующие физико-химические и технологические свойства картофельной мезги и клеточного сока в большей степени зависят от качества исходного сырья. Это предопределяет дальнейшие исследования по использованию в пищевой промышленности. Химический состав побочных продуктов переработки картофеля свидетельствует о возможности их использования в качестве компонентов пищевых продуктов. В то же время, основные показатели технологических свойств побочных продуктов свидетельствует о необходимости применения специальных приемов их обработки или подготовки.
С внедрением инновационных технологий переработки, с изменением спроса на вырабатываемую продукцию отходы пищевых производств могут менять свою общественную полезность и стать исходным сырьем для получения новых высококачественных кормов.
Рецензенты:
Курбанова М.Г., д.т.н., доцент, заведующая кафедрой «Технология хранения и переработки сельскохозяйственной продукции» ФГБОУ ВПО «Кемеровского государственного сельскохозяйственного института», г. Кемерово.
Попов А.М., д.т.н., профессор, заведующий кафедрой «Прикладная механика» ФГБОУ ВПО «Кемеровского технологического института пищевой промышленности», г. Кемерово.