Разработка технологии пищевой добавки с заданными функционально-технологическими свойствами

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ФГБОУ ВПО «Горский ГАУ»

Выпускная квалификационная работа

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПИЩЕВОЙ ДОБАВКИ С ЗАДАННЫМИ ФУНКЦИОНАЛЬНО - ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ

Специальность - Технология продукции и организация общественного питания

С.Б. Кадиев

Владикавказ 2015



Содержание

Введение

1. Аналитический обзор литературы

1.1 Анализ структуры адекватного питания

1.2 Использование биологически активных добавок для профилактики антиалиментарных заболеваний

1.3 Проектирование технологии пищевых добавок с заданными составом и свойствами

1.4 Результаты литературного обзора

2. Организация эксперимента и методы исследования

2.1 Цель и задачи исследований

2.2 Изучаемые объекты исследований

2.3 Методы исследования

2.4 Математическое планирование и обработка экспериментальных данных

3. Выбор сырья и способа его технологической обработки для получения пищевой добавки

3.1 Показатели безопасности бобов гороха

3.2 Технологическая обработка бобов гороха

3.3 Разработка технологии пищевой биодобавки на основе модифицированного гороха

3.4 Исследование химического состава разработанной пищевой добавки

3.5 Разработка технологий мясных изделий с добавлением пищевой добавки КБГ

4. Экономическая эффективность применения КБГ продуктов в технологии мясных изделий

Выводы

Список использованной литературы



Введение

Для решения проблем индивидуального адекватного питания конкретного человека с учетом множества параметров состояния, альтернатив и критериев, всякого рода ограничений и условий, требуется системный анализ и формализация накопленных данных и знаний, а также технологии их обработки и принятия оптимальных решений на основе комплексной и объективной оценки адекватности предлагаемых ингредиентов, в том числе пищевых биодобавок.

Пищевые добавки обладают рядом свойств, существенно влияющих на качественные показатели готового продукта. Антиоксиданты способны увеличивать длительность хранения традиционных мясных продуктов (Лясковская Ю.Н., Митасева Л.Ф., Базарнова Ю.Г., Тутельян В.А.), их используют при разработке рецептур пищевых добавок обладающих лечебными профилактическими свойствами (Токаев Э.С., Гуринович Г.В.).

Смело можно утверждать, что каждый из нас с современной пищей, получает несколько граммов пищевых веществ, которые не относятся к традиционным, этот вклад определенным образом вносят в рецептуры пищевые биодобавки. С расширением наших знаний о пище и совершенствованием технологии производства продуктов питания росло и использование пищевых биодобавок. Этому способствовало и общее изменение образа жизни. В наш индустриальный век огромное количество людей сосредоточилось в городах. Резко возросла численность мирового населения. Все это потребовало новых способов, как обработки, так и распределения продуктов питания, благодаря чему пищевые биодобавки стали применяться все шире.

Потребность в них особенно возросла в последнее время в связи с увеличением спроса на более питательные и более удобные для использования пищевые продукты.

Современный темп жизни, беспорядочное питание, редкие или частые приемы пищи приводят к нарушению секреции желудка, развитию гастрита, гиперсекреции слизи и другим расстройствам, вызывающим формирование не только пищевой аллергии, но и других серьёзных нарушений в здоровье человека. Надо понять, что без пищевых биодобавок сегодня уже не обойтись, поскольку они стимулируют переваривание пищи.

Основные цели введения пищевых биодобавок в рецептуры пищевых продуктов:

- совершенствование технологии подготовки и переработки пищевого сырья, изготовления, фасовки, транспортировки и хранения продуктов питания. Применяемые при этом добавки не должны маскировать последствия использования некачественного или испорченного сырья, или проведения технологических операций в антисанитарных условиях;

- сохранение природных качеств пищевого продукта;

- повышение биологической ценности пищевых продуктов, улучшение органолептических свойств или структуры пищевых продуктов.

Сложность принятия оптимальных решений, обеспечивающих стабильность качества создаваемого продукта и вместе с тем эффективность рационов и режимов питания, обуславливается также вероятностным разбросом характеристик и свойств исходных компонентов биологического сырья, индивидуальностью физиологических особенностей организма, требующих в каждом конкретном случае индивидуального выбора и коррекции моделей рационов и продуктов с учетом структурных соотношений и ограничений на компонентном, элементном и моноструктурном уровнях. В связи с этим разработка технологий пищевых биодобавок с заданными химическим составом и функционально-технологическими свойствами, позволяющие на основе знаний обеспечить выбор оптимального решения из множества возможных альтернатив, является социально значимой и актуальной.



1. Аналитический обзор литературы

1.1 Анализ структуры адекватного питания

Одной из важнейших социальных проблем, связанных с обеспечением стабильности и развития физического и интеллектуального состояния населения страны является решение задач адекватного питания, определяющего нормальную жизнедеятельность каждого человека в окружающей среде. Проблемы организации и обеспечения правильного питания человека, его адекватности и сбалансированности составляют одну из важнейших задач совместной деятельности медиков, технологов, социологов, системных аналитиков и разработчиков информационных систем. Особенно остры эти вопросы в России в силу большого количества регионов и климатических поясов, многообразия этнических групп людей на ее территории, традиций и желаний, рода деятельности и физиологических особенностей. Неадекватность питания характеризуется нарушением равновесия между потребностями организма в незаменимых пищевых веществах и их поступлением. Поэтому, говоря об адекватном питании того или иного человека, необходимо в первую очередь анализировать его особенности, учитывая структуру и традиции питания; физиологические, биохимические и экологические факторы; климатические, региональные и социальные условия, а также алиментарно-зависимые заболевания и характер профессиональной деятельности.

Исходя из значимости здоровья нации для развития страны, Правительством Российской Федерации была принята концепция государственной политики в области здорового питания, направленная на создание условий, обеспечивающих удовлетворение потребностей населения в рациональном здоровом питании, в соответствии с медико-биологическими нормами [7, 11, 20 ].

В настоящее время продолжительность жизни населения РФ составляет: 57 лет для мужчин и 72 года для женщин, против 72 и 80 лет, соответственно для населения Западной Европы.

Состояние здоровья на начало XXI века охарактеризовано следующим образом: 20% населения РФ составляют здоровые люди, обладающие адаптивной мощностью; 40-45% относятся к здоровому населению с пониженным уровнем адаптации к изменяющимся условиям внешней среды; 30-35% населения - склонные к заболеваниям и больные люди [34].

Энергетическое и физиологическое состояние человека оценивается его пищевым статусом, определяющим степень обеспеченности организма энергией и рядом незаменимых эссенциальных пищевых веществ.

По данным обследования Института питания РАМН питание населения РФ характеризуется [33, 34] дефицитом белка, витаминов, минералов и избытком углеводов и жиров, что приводит к различным формам ожирения (избыточности массы тела); нарушению иммунного статуса, а именно снижению резистентности к инфекциям и другим неблагоприятным факторам окружающей среды; увеличению людей со сниженной массой тела; детей со сниженными антропометрическими показателями; увеличению алиментарно - зависимых заболеваний

Имеющееся многообразие продуктов, ведет к большой энтропии их выбора. Одними из основных и наиболее часто потребляемых продуктов питания являются хлеб, крупы, макаронные изделия, колбасы, что не противоречит современным представлениям о здоровом питании. Однако, являясь в основном носителями белка, они содержат многие сопутствующие избыточные ингредиенты, способствующие развитию различных аномалий, ожирения и алиментарно-зависимых заболеваний.

От качества употребляемой пищи в той или иной степени зависит нормальная деятельность головного мозга и организма и вместе с тем продолжительность жизни.

Известно [34, 38], что пища человека должна содержать шестьсот веществ, необходимых для нормальной жизнедеятельности организма, занимающие свое место в сложной гармонии биохимических процессов. При этом 96% получаемых с пищей органических и неорганических соединений обладают теми или иными лечебными свойствами. Поэтому от количества и соотношений этих веществ в рационе, в конечном итоге зависит состояние здоровья человека.

В настоящее время накоплен обширный теоретический и экспериментальный материал в области создания и проектирования сбалансированных, многокомпонентных продуктов и теории рационального питания, изложенный в основополагающих трудах А.М. Уголева, И.А. Рогова, А.М. Бражников, Н.Н. Липатова (мл.), И.Я. Конь, В.И. Ивашова, Е.И. Титова, А.В. Тутельяна, В.Б. Толстогузова и др.; методов системного анализа, моделирования и ассортиментно-рецептурной оптимизации, сформулированных в работах В.В. Кафарова, JI.C. Гордеева, В.П. Мешалкина, Ю.А. Ивашкина, И.И. Протопопова и др.; разработки состава и технологий продуктов детского, школьного, диетического, геродиетического, лечебного, функционального питания с применением различных пищевых биодобавок - работы А.В. Устиновой, Э.С. Токаева, С.Б. Юдиной, В.С. Колодязной, А.С. Хамицаевой и др.

На базе ассортиментно-рецептурных задач оптимизации разработаны модели и методы проектирования определенных видов продуктов с оптимизацией их по отдельным группам показателей качества, химического состава, амино- и жирнокислотного составов, калорийности.

Общие подходы и методы организации питания основаны на принципах [9, 25, 37]:

- сбалансированности комплекса факторов питания, и их взаимосвязей в обменных процессах;

- индивидуальности ферментных систем и их химических превращений в организме;

- рациональности повседневного питания обеспечивающей своевременное и полное удовлетворение физиологических потребностей организма в основных пищевых веществах;

- функциональности, связанной с удовлетворением потребности не только в калориях, но и в минералах, витаминах, сложных биологических соединениях, жизненно необходимых различным системам человеческого организма;

- адекватности наиболее полно учитывающий индивидуальные особенности организма с учетом характера его труда, пола, возраста, физиологического состояния, традиций и региональных условий проживания.

Накопленные знания по изучению состава и свойств пищевых добавок, отраженные в многочисленных публикациях носят характер теоретических подходов, концепций и технологий создания необходимых продуктов и их востребованного ассортимента, а также относятся к разработкам нормативных и эталонных требований по обеспечению качества и безопасности продуктов питания, индивидуальных и групповых характеристик и параметров рационов и режимов питания отдельных групп населения.

Пищевые биодобавки - основа современной пищевой промышленности, добавляются в пищевые системы по технологическим соображениям на различных этапах производства, с целью улучшения качественных показателей готовой продукции, сохранения структуры и внешнего вида продукта, увеличения стойкости продукта к различным видам порчи. Благодаря их применению пищевое производство вышло на новый уровень: усовершенствовался технологический процесс, улучшились вкусовые, функционально-технологические характеристики и сроки хранения пищевой продукции.

На сегодняшний день пищевая промышленность практически не может обходиться без этой продукции, так как пищевые биодобавки стали незаменимым элементом в большинстве продуктов питания.

Применение качественных биодобавок в производстве пищевых продуктов поднимает уровень качества собственной продукции [7].

Таким образом, новые подходы к вопросам использования в пищевой промышленности пищевых биодобавок, позволяют получать новые функциональные продукты питания, а также значительно расширить ассортимент пищевых продуктов.

1.2 Использование пищевых добавок и продуктов переработки зерна бобовых культур

Уровень и качество питания основных групп населения в нашей стране в последние десять лет резко снизились. Общая питательность среднесуточного рациона людей уменьшилась в 1.5 раза, достигнув 2000…2300 килокалорий. Особенно низким стало потребление белковых продуктов. Ежегодный дефицит белка в России сейчас превышает 2.5 млн. тонн. Общая потребность страны в пищевом и кормовом белке по данным специалистов оценивается почти в 53 млн. тонн. Её удовлетворение осуществляется за счёт использования белков растительного и животного происхождения, примерно до 50 % каждого. Животные белки биологически наиболее ценны, однако их производство очень высокозатратно. В мире ведутся поиски путей частичной замены животных белков растительными и способов их эффективного совместного использования. Приоритетным источником растительных белков при производстве продуктов питания в мировой практике являются бобовые культуры. В целях повышения функциональных свойств белков бобовых культур и продуктов их переработки, зерно подвергают глубокой безотходной переработке. Технология такой переработки хорошо отработана и широко апробирована [6, 11].

В России используют сою, которая производится в ограниченных объёмах (до 0.3 млн. тонн) и не может играть решающей роли в решении белковой проблемы. Хорошим источником биологически ценного растительного белка у нас являются фасоль, горох и другие зернобобовые и крупяные культуры. Однако в нативном состоянии они обладают низкими функциональными и потребительскими достоинствами. Кроме того, их белки содержат антипитательные вещества - ингибиторы трипсина и химотрипсина, снижающие активность протеолитических ферментов и переваримость белков. Поэтому для пищевого и кормового использования все зернобобовые культуры (включая горох) нуждаются в предварительной технологической обработке. Аналогичная обработка необходима и крупяным культурам при использовании их для производства быстро разваривающихся круп или готовых закусок, называемых обычно сухими завтраками.

В связи с этим, разработка технологий, обеспечивающих устранение негативных функциональных и потребительских характеристик белковых продуктов переработки семян гороха и производство на их основе недорогих комбинированных изделий приобретает особую актуальность и может способствовать увеличению объёмов производства полноценных белоксодержащих продуктов питания, в том числе специального назначения [20, 25].

Технологическая переработка зернобобовых и крупяных культур представляет собой совокупность различных операций, с помощью которых исходное зерно превращается в изделия с заранее заданными пищевыми, биохимическими, микробиологическими качественными свойствами и формой. Совместными исследованиями Государственного научного центра ВНИИ ЗБК и соисполнителей (ВНИИ крахмалопродуктов, завод Арсенал) установлено, что для повышения биологической ценности, питательности и потребительских свойств белков и полисахаридов бобовых и крупяных культур наибольший интерес представляет экструзионная гидротермомеханическая и термолучевая обработки зерна. Экструзионная гидротермомеханическая обработка позволяет получать белково-полисахаридное сырьё без антипитательных веществ, использование которого в чистом виде и в сочетании с животными белками даёт возможность производить большой ассортимент продуктов питания (более 100 видов) повышенной биологической ценности. Термолучевая обработка не только улучшает питательную ценность продуктов, но в зависимости от режима работы, дает продукцию, аналогичную экструзионной или сырье для быстрого приготовления блюд.

Созданы экспериментальные установки для экструзионной гидротермомеханической и термолучевой обработки зерна. Проведено их испытание и отработка режимов работы. Разработаны обоснование параметров пилотной установки по переработке зернобобовых и крупяных культур и технические условия на неё. Проведены исследования по разработке новой технологии производства высокобелковых продуктов-заменителей компонентов изделий мясо-молочной и кондитерской промышленности из зернобобовых и крупяных культур. В лабораторных условиях изучены и испытаны элементы этой технологии [27].

Сырьём для переработки по новой технологии является зерно гороха, других зерновых культур, гречихи и проса. Перед переработкой оно прежде всего подвергается очистке от посторонних примесей, если таковые в нём имеются, на серийно выпускаемых зерноочистительных машинах. Если сырье используется для детского питания, зерно подвергается шелушению - освобождению от оболочек. При использовании сырья на другие цели шелушение не нужно, так как оболочки содержат волокнистые вещества, полезные для пищеварения.

В мировой практике широко применяется экструзионная переработка зерна. В основу её положено совмещение процессов смешивания, уваривания, формования изделий в одном экструдере - одно- или двухшнековом и кратковременное высокотемпературное экструдирование предварительно раздробленного обрушенного зерна (крупы). Очищенное от примесей зерно может обрабатываться на электронно-лучевых (термолучевых) установках, что позволяет получать продукцию, аналогичную экструзионной или сырьё для быстрого приготовления блюд.

В результате проведенных исследований установлено, что в зависимости от типа используемого экструдера подготовка гороха для экструдирования осуществляояния частиц типа манки. При изготовлении горохового полуфабриката на экструдере типа КМЗ горох не дробится, а направляется непосредственно в приемный бункер экструдера в виде целых частиц.

Выявлено, что на режим экструдирования влияет форма готового продукта. Она может быть шаровой, в виде продолговатых палочек, колец и т.д. Форма экструдированного продукта зависит от типа матрицы, устанавливаемой на любой из видов экструдера, и определяется дальнейшим использованием экструдата.

Если он используется как готовый продукт, то может иметь разнообразную геометрическую форму: в случае его использования в качестве технологической добавки, например, в колбасные изделия - только в форме продолговатых палочек, в плавленых сырах типа колбасного - в виде муки.

Влажность продукта определяет его потребительские свойства. Так, палочки бобовые имеют влажность не более 8%, а гороховый полуфабрикат используемый в плавленых сырах в виде муки должен иметь влажность не более 12%.

Путём экструзионной и термолучевой обработки зерна зернобобовых и крупяных культур произведено белково-полисахаридное сырье (полуфабрикат). Изучены его функциональные и потребительские свойства и биологическая ценность.

Полуфабрикат, полученный из зерна гороха, представляет собой сыпучий продукт с массовой долей сухих веществ - 92…94%. Он имеет приятный желтоватый цвет, не обладает характерным бобовым вкусом и запахом, содержит 20…29% белка и до 30% крахмала. Как показали исследования, этот полуфабрикат является высокофункциональным белковым сырьём. К его важнейшим функциональным достоинствам относится высокая жиро-, водопоглотительная, эмульгирующая, пено- и гелеобразующая способность [21, 22].

Химический состав зерна гороха. Содержание, в % на абс. сухой вес, протеина-22.32 крахмала-60.07 жира 1,43 клетчатки-6.54 золы-3.23, влаги - 12.9.

Путём смешивания экструдата с пищевыми добавками и придания продукту необходимой формы из него получены гороховые, чечевичные и гречишные крупяные палочки. Как видно из таблицы 1, в них содержание белка несколько ниже, чем в исходном зерне, но по всем другим показателям качества они представляют собой ценный готовый продукт питания и пользуются спросом у потребителей.

Белково-полисахаридный полуфабрикат из гороха испытан при производстве колбасных изделий, плавленых сыров и кондитерской продукции на предприятиях Орловской области и на Минском мясоперерабатывающем заводе (Беларусь). Продукты, полученные с его использованием, а также готовые сухие изделия (палочки и т.п.) получили высокую оценку на выставке ГНЦ Российской Федерации.

В последние годы в хлебопекарной промышленности России значительно расширилась практика использования сухой пшеничной клейковины (СПК) импортного производства. Ее растущее потребление обусловлено необходимостью корректировки хлебопекарных свойств пшеничной муки с пониженным содержанием клейковины, со слабой клейковиной, а также для достижения высокого качества слоеных изделий, приготовленных на основе замороженных полуфабрикатов, группы изделий диетического назначения.

Функциональные свойства сухой клейковины заключаются в высокой (250-300 %) адсорбционной способности, образовании стабильной упругоэластичной пространственной структуры и термоустойчивости при температуре 85 ⁰С [40].

Эффективность применения СПК состоит в повышении водопоглотительной способности теста, улучшении его реологических свойств, основы качества хлеба. СПК позволяет создавать стабильную структуру теста, контролировать его растяжимость, увеличивать газоудерживающую способность, улучшать структурно-механические свойства характеристики теста, и, следовательно, качество конечного продукта- хлебобулочных изделий. Также СПК позволяет увеличить сроки сохранения свежести готовых изделий, снизить крошковатость мякиша, увеличить выход готовых изделий на 2-7 %. Использование СПК позволяет стабилизировать качество муки и получить муку с заранее заданными качествами [40].

Жизнь современного человека характеризуется заметным влиянием техногенно-антропогенных факторов, приводящих к нарастанию загрязнения пищи, воды и воздуха чужеродными веществами.

Функциональная особенность улучшителей восстановительного действия - способность расслабления и структуризации клейковины муки вследствие соотношения -S=S- связей и -SH групп в сторону увеличения сульфгидрильных связей, что приводит к улучшению структурно-механических свойств теста из муки с клейковиной сильной по силе или короткорвущейся клейковиной. Для этих целей обычно применяют тиосульфат натрия, цистеин, глютатион, ферментный препарат Протосубтилин Г20х [32].

Также к ним относится широко применяемый в практике L-цистин и его калиевые и натриевые соли (Е-920). Эти препараты также рекомендуется применять для изменения свойств теста из муки с излишне крепкой клейковиной. При этом мякиш становится более эластичным, пористым, увеличивается объем изделия, характерные недостатки корки - трещины и подрывы - уменьшаются [33].

Солодом называют зерна злаков, проросшие в искусственно созданных условиях при определенной температуре и влажности, подвергнутые специальной обработке. В хлебопекарной промышленности используют следующие виды солода: ржаной ферментированный и неферментированный (тонкоразмолотый) (ГОСТ 29272), ячменный пивоваренный (ОСТ 18-305 -77) и экстракты солодовые и ячменно-солодовые пищевые (ТУ 10.04.06.114-88).

Ржаной ферментированный солод используется как добавка, улучшающая вкус, аромат и цвет мякиша, функционально-технологические свойства мучных и мясных изделий. Он входит в рецептуры национальных русских сортов хлеба (хлеб московский, ржаной заварной, бородинский, карельский, чайный, любительский и др.), молочных изделий, разработанных сотрудниками орловского государственного технического университета.

Таким образом, совместное использование ферментных препаратов направленного принципа действия, которые позволяют корректировать и стабилизировать качество пищевых продуктов, и поливитаминных смесей, улучшающих их пищевую ценность в виде комплексных пищевых добавок- витаминно-энзимных премиксов- является эффективным способом улучшения качества пищевых изделий и повышения их пищевой ценности. Спрос современного потребителя на пищевую продукцию с привлекательными цветом, запахом, устойчивой структурой обеспечивают эмульгаторы, стабилизаторы, ароматизаторы, красители, консерванты и т. п.



1.3 Проектирование технологии пищевых добавок с заданными составом и свойствами

При разработке мучных и мясных изделий с добавлением продуктов модификации растительного сырья учтены современные представления о роли пищи в жизни и трудовой деятельности человека, включающие следующие положения:

- гомеостазно-необходимое обеспечение организма комплексом пищевых веществ, в строго оптимальных количественных соотношениях;

- использование продуктов питания, содержащих нерафинированные формы пищевых компонентов:

- придание алиментарнонесущим компонентам пищевых продуктов необходимых структурных форм как на макро-, так и на наноструктурном уровне.

Разработка рецептур основывалась на анализе результатов прикладных и фундаментальных исследований, касающихся:

- изучения пищевой ценности и технологических свойств отдельных видов сырья растительного и животного происхождения и их композиций, как между собой, так и в сочетании с другими ингредиентами;

- обоснования эффективных методов повышения функционально-технологических свойств растительных зернобобовых и пряных видов сырья;

- компьютерного проектирования рецептур поликомпонентных мучных и мясных изделий, в максимальной степени приближенных к требованиям, вытекающим из современных представлений о сбалансированном питании [19, 35].

При реализации программы ВОЗ возникла необходимость разработки функциональных продуктов питания с использованием продуктов модификации растительного сырья в рецептурах мучных и мясных изделий, синергетическое взаимодействие которых придает готовым продуктам профилактический и оздоровительный эффект. Известно, что химический состав хлебобулочных изделий, особенно изготовленных из пшеничной муки, характеризуется недостаточным содержанием белков, незаменимых аминокислот, витаминов, минеральных веществ, качеством и количеством пищевых волокон и других физиологически важных для питания человека нутриентов. Поэтому важной задачей в производстве хлебобулочных изделий является введение в состав рецептур дополнительных источников биологически активных веществ, оказывающих физиологическое действие на организм человека.

Применяемые технологические процессы, в связи с использованием жилок и сухожилий крупного рогатого скота как носителя микроэлементов, являются ресурсосберегающими и способствуют развитию безотходных или малоотходных технологий. Применяется иммобилизация селена, которая позволяет равномерно распределить селен по коллагеновой массе и вследствие в готовом продукте. Нами апробированы биомодифицированные коллагеновые фракции жилок и сухожилий крупного рогатого скота в качестве носителя селенсодержащего органического препарата - диметилдипиразолилселенида. Изученное молекулярно-массовое распределение коллагеновых фракций с помощью SDS-электрофореза показывает что в составе продуктов их биомодификации преобладают низко-молекулярные одинарные цепи первоначальной трехспиральной макромолекулы коллагена. С помощью имеющихся алгоритмов программы HyperChem Release 8.0 осуществлена геометрическая оптимизация участка альфа (1) спирали коллагена. Обоснована квантово-механическая модель взаимодействия ДДС с продуктами модификации жилок и сухожилий крупного рогатого скота в виде низкомолекулярных пептидов. Ковалентная иммобилизация ДДС осуществляется посредством функциональных (карбоксильных) групп полярной части пептида, при этом его полярная часть модифицируется и оказывается экранированной для взаимодействующих с лигандом молекул. Свидетельством корректности геометрической оптимизации являются расчетные характеристики полученной модели, которые подтверждают ее адекватность [27, 33, 35].

Технический прогресс в пищевой промышленности связан с достижениями науки, особенно науки о питании. Одним из немаловажных факторов развития является ухудшение экологической обстановки и жесткая конкуренция на продовольственном рынке. Все это приводит не только к совершенствованию технологии получения традиционных продуктов, но и к созданию продуктов нового поколения: низкокалорийных, полезных для здоровья, со сбалансированным составом и функциональными свойствами, возможностью быстрого приготовления и длительного хранения. Их создание немыслимо без современных пищевых ингредиентов.

К пищевым ингредиентам относятся вещества животного, растительного, микробиологического или минерального происхождения, а также природные или синтезированные пищевые добавки, используемые при подготовке или производстве. Сегодня большое внимание уделяется внедрению в производство пищевых добавок высокого качества, которые позволяют увеличить объем, расширить ассортимент и повысить качество выпускаемой продукции. В условиях кризиса, когда особенно важно сохранить достигнутый в последние годы уровень потребления продуктов питания, роль пищевых ингредиентов возрастает, с их помощью можно добиться более глубокой переработки и бережного использования сельхозсырья, усовершенствовать технологический процесс, снизить издержки производства, оптимизировать стоимость продукции. Специалисты пищевой и перерабатывающей промышленности надеются с помощью пищевых микроингредиентов обеспечить потребности населения в энергетически полноценных, физиологически функциональных, сбалансированных, оптимальных по цене продуктах питания.

Научной основой современной стратегии производства пищи является изыскание новых ресурсов незаменимых компонентов пищи, использование нетрадиционных видов сырья, создание новых прогрессивных технологий, позволяющих повысить пищевую и биологическую ценность продукта, придать ему заданные свойства, увеличить срок хранения. С развитием современных теоретических представлений и методологической базы проектирования многокомпонентных продуктов была сформулирована концепция, в основу которой положен принцип аналитической комбинаторики. Его сущность состоит в алгоритме (совокупности операций), направленном на физико-химические, коллоидные, технологические и иные изменения состава и структуры продукта с целью получения заданных показателей [37].

Настоящая методология позволяет исключить эмпирический подход при поиске сырьевой базы и определения различных аспектов целесообразности комбинирования путем расчета критериев участия отдельных компонентов рецептуры в формировании качества новых продуктов. В мировой практике одним из распространенных способов корректировки состава продуктов стало комбинирование сырья с компонентами растительного и животного происхождения. Особый интерес в этом отношении представляют зерновые, зернобобовые культуры и молочные белки.

Конструирование функциональных продуктов с заданными характеристиками (состав, структурные формы, сенсорные показатели) ведется в соответствии с принципами пищевой комбинаторики. При сложившейся экологической обстановке, особенно в крупных мегаполисах, введение в ежедневный рацион продуктов, созданных с применениями принципов пищевой комбинаторики, является необходимым. Это научно-технологический процесс создания новых форм пищевых продуктов, в основе которого лежат три принципа.

Первый - элиминация, исключение из состава продукта какого-либо компонента, например лактозы из продуктов, предназначенных для людей с непереносимостью молочного сахара. Второй принцип - обогащение. Если не хватает какого-то пищевого вещества, продукт можно им обогатить. Третий - замена, при которой вместо одного изъятого компонента вводится другой аналогичный, обладающий полезными свойствами.

Источником оздоровления населения России является целесообразность использования растительного сырья, произрастающего на территории страны, ее регионов и этнических групп, потребляющих данную пищу. Диета - не ограничение в рационе и тем более не включение в него непродовольственной экзотики, а стратегия питания, учитывающая особенности конкретного организма. Современные продукты питания должны наилучшим образом соответствовать естественным процессам усвоения пищевых веществ человеком, выработавшимся в ходе эволюции. Практическое питание человека в естественных условиях обусловлено оптимальными нормами и реальными возможностями. Закономерно, что в мировой практике все большее распространение получают работы по созданию комбинированных продуктов, в том числе мясных и молочных. В продуктах со сложным сырьевым составом мясное, молочное и растительное сырье используется в различных сочетаниях, что позволяет придавать этим продуктам требуемые функциональные свойства, учитывать привычки и традиции в культуре питания населения разных регионов. Национальная кухня является частью народной культуры, отображает особенности уклада жизни населения. В настоящее время предприятия-изготовители понимают необходимость производства вкусной и высококачественной продукции, причем не только деликатесов, но и всех ассортиментных групп. Однако переполненность рынка многочисленными и разнообразными пищевыми добавками, а также чрезмерная наполненность рецептур различными ингредиентами искусственного происхождения чрезвычайно затрудняют выбор специалистом-технологом нужных заменителей. Ориентиром могут служить традиционные вкусовые предпочтения потребителей [2, 3].

В настоящее время большое внимание уделяется разработке функциональных продуктов для здорового питания. Основная задача функциональной пищи - оказание положительного физического эффекта на организм человека и тем самым укрепление его здоровья. Существуют следующие критерии, согласно которым пищевой продукт может быть отнесен к функциональной пище: он должен быть натуральным (не порошок, не капсула и не таблетка); быть компонентом ежедневного питания; оказывать положительный эффект на обмен веществ и биологические процессы в организме; предупреждать возникновение специфических заболеваний; способствовать быстрому восстановлению организма после болезни; замедлять процессы старения и регулировать соматические ритмы. Принято считать, что биологическая ценность характеризуется наличием в продуктах биологически активных веществ: незаменимых аминокислот, витаминов, макро- и микроэлементов, незаменимой полиненасыщенной линолевой жирной кислоты. Эти компоненты пищи имеют химические структуры, которые не синтезируются ферментными системами организма, и поэтому не могут быть заменены другими пищевыми веществами [3]. Они называются эссенциальными (незаменимыми) факторами питания и должны поступать в организм с пищей. Современное учение о потребности человека в пище получило выражение в концепции сбалансированного питания, основанного на определенной пропорции отдельных веществ в рационе питания, отражающего всю сумму обменных реакций, которые характеризуют химические процессы, лежащие в основе жизнедеятельности организма. Разработана формула сбалансированного питания, в которой указаны нормы дневной потребности организма взрослого человека в отдельных пищевых веществах. Вкусы и предпочтения населения России сформировались с помощью многолетнего отбора и поддержания нормального здоровья человека в единстве с природой и растительными ресурсами. Создание комбинированных продуктов питания предусматривает сочетание органолептических показателей комбинированного продукта с привычками людей, традициями и национальными особенностями в питании отдельных групп населения. В ходе длительной эволюции живой природы вырабатывались типы обмена веществ, которые определяют незаменимость отдельных компонентов пищи и соответствующую ферментную организацию клеток и тканей организма [35].

При разработке молочно-белковой основы пищевой композиции необходимо учитывать два основных требования: высокую биологическую ценность и заданную пастообразную консистенцию. Основу технологии всех вырабатываемых молочных продуктов с комбинированной жировой фазой составляет получение однородной молочно-жировой эмульсии. Эмульсия является дисперсной системой и представляет собой две взаимно нерастворимые жидкости. Для получения эмульсий в пищевой промышленности используют как вещества химической природы, так и натуральные вещества растительного, животного или микробного происхождения. Многие применяемые в качестве эмульгаторов и стабилизаторов вещества являются пищевыми компонентами или получены из растений, употребляемых в пищу, в связи с чем они относительно безвредны для человека. Животные белки биологически наиболее ценны, однако их производство высокозатратно. Учеными ведутся поиски путей частичной замены животных белков растительными и способов их эффективного совместного применения, а также продуктов их переработки. Это направление весьма эффективно, так как позволяет использовать широкий круг сырьевых ресурсов, доступных в Кузбассе, является актуальной научной задачей, представляющей большой практический интерес для пищевых и сельскохозяйственных отраслей. В связи с этим нами были заложены основы разработки и использования смесей зерновых в виде муки наиболее полно и дифференцированно соответствующим функциональным предпочтениям при использовании в производстве пищевых продуктов. Применение зерновых культур и белковых компонентов в технологиях производства обогащенных продуктов для здорового питания массового потребления, актуальный вопрос для регионов с развитой химической и угольной промышленностью. Зачастую в комбинированных продуктах в качестве злаковых компонентов используют широко известные традиционные продукты переработки зерна и различные крупы. В пищевых технологиях зерновые культуры нашли применение в основном в текстурированном виде или в виде хлопьев. Как показывает обширный мировой и отечественный опыт, наиболее эффективным и экономически доступным путем улучшения обеспеченности населения микронутриентами в общегосударственном масштабе является дополнительное обогащение ими продуктов питания массового потребления до уровня, соответствующего физиологическим потребностям человека [3].

В условиях современного рынка производство качественной, рентабельной, конкурентноспособной продукции просто невозможно без использования передовых технологий и инновационных решений в области обеспечения людей продуктами питания. Инновации в сфере пищевых технологий подчинены поиску способов и средств, обеспечивающих экономичное получение и гарантирующих максимальные безопасность и качество пищевых продуктов, включая пищевую ценность, органолептические свойства, а также свойства, определяющие пользу для здоровья, совокупность которых непосредственно зависит от ингредиентного состава пищевого продукта.

Приоритетными инновационными направлениями в сфере пищевых производств являются разработка перспективных способов производства, хранения, транспортировки и переработки продукции; формирование механизмов по рациональному использованию сырья; разработка новых видов высококачественных пищевых продуктов; совершенствование способов продвижения продукции до потребителя [2, 30].

Исследования показали, что потребители хотят многого: продукцию высшей категории, с натуральными вкусом и текстурой, приготовленную «по-домашнему» и из натуральных ингредиентов. За последнее столетие образ жизни людей существенно изменился. На ежедневное приготовление вкусной домашней пищи нет желания или времени. Потребителю нужна простая в приготовлении пища, которая содержит хорошо знакомые, привычные ингредиенты, а по своим текстурным характеристикам подобна той, которую подают в ресторанах или готовят дома. Население предпочитает пищу, которую теоретически можно было бы полностью приготовить дома и исключительно из натуральных ингредиентов. Наверное, самое удивительное то, что потребительские вкусы вернулись на «круги своя». Переработанная пища с множеством добавок вызывает теперь у потребителей негативную реакцию - растет спрос на традиционную, здоровую пищу, а в последнее время - еще и на продукты высшей категории. Перед производителями стоит задача разработки продукции, похожей на качественные домашние блюда, которую можно быстро и просто приготовить. Решения, в основе которых лежит использование природных компонентов, обеспечивают развитие процесса инноваций.

Характерной особенностью современных пищевых продуктов является сложность их рецептурных составов, то есть наличие в составе продукта большого количества пищевых ингредиентов различной химической природы, проявление свойств и взаимодействий которых в ходе технологического процесса и обеспечивает получение пищевого продукта определенной пищевой ценности с заданной совокупностью потребительских характеристик.

Создание изделий массового потребления повышенной пищевой и биологической ценности, а также продуктов профилактического и диетического назначения требует расширения и совершенствования сырьевой базы отечественной промышленности. Получение требуемой органолептической характеристики пищевого растительного композита на основе зерновых, оптимально реализующего полезный комплекс технологических и питательных свойств. Продукт проекта - качественно новые функциональные продукты питания, соответствующие потребностям человека в условиях изменившихся труда и экологии, сохранении традиций в питании.

Одним из таких направлений может стать производство нового поколения порошкообразных пищевых полупродуктов (композитов) повышенной биологической ценности.

Проводимые во многих странах мира работы по обогащению пищевых продуктов эссенциальными веществами в целях улучшения их качества предусматривают сбалансированность аминокислотного состава белков, жирнокислотного состава липидов, а также того и другого вместе. Однако все эти работы включают, как правило, использование сырья животного происхождения - мяса, мясопродуктов, казеина, сывороточных белков и т. п. В течение ряда последних лет нами проводятся исследования по разработке научных и практических основ создания растительных пищевых композитов, характеризующихся оптимальным с точки рения науки о питании соотношением белковых и липидных компонентов. Композиты предназначаются для использования в качестве обогатителей, заменителей или улучшителей в производстве новых или традиционных пищевых изделий. При этом становится задача создать белково-липидные полупродукты, сбалансированные по основным питательным компонентам, которые удобно хранить и легко перерабатывать в пищевые продукты.

Реализация указанных выше требований не может базироваться только на известных технологических решениях, поэтому необходим поиск новых теоретических практических подходов, направленных на разработку композитов полифункционального назначения для применения их в целях расширения относительно узкого отечественного сырьевого рынка и ассортимента биологически ценных пищевых продуктов. Композиты в качестве липидных компонентов предусматривают использование жировых смесей регулируемого состава, приготовленных на основе растительных масел разного химического состава. Смеси характеризуются сбалансированным соотношением насыщенных, моно- и полинасыщенных жирных кислот, сниженным до природного уровня содержанием трансизомеризованных кислот и наличием витаминов А и Е.

Анализ результатов исследований показывает, что белки комплексной смеси имеют высокие значения жироэмульгирующей, водо- и жироудерживающей способностей, благодаря чему растительные композиты возможно использовать в производстве различных паст и эмульсий. Проведенные исследования показали целесообразность использования растительных композитов в составе разнообразных пищевых продуктов с целью регулирования их функциональных свойств, то есть повышения или изменения свойств белка для обеспечения стабильности технологического процесса и качества получаемых продуктов, а также для расширения методов, применимых для переработки, и ассортимента получаемых продуктов.

Применение композитов позволит предприятиям пищевой отрасли унифицировать технологию производства и расширить ассортимент выпускаемой продукции. Использование региональных сырьевых ресурсов для производства продукции позволит стабильно осуществлять входной контроль качества сырья, не зависеть от колебаний цен пищевых ингредиентов на мировом рынке, решать вопрос переработки и транспортировки с региональными сельхозпроизводителями, проводить глубокую переработку зерновых в современную продукцию, востребованную на рынке. Получение технологической документации на пищевой композит для использования в качестве замены основного сырья или индивидуального применения в виде полуфабриката при производстве продуктов питания в молочной, кондитерской, масложировой, мясной и птицеперерабатывающей промышленностях.

Анализ публикаций, касающихся комплекса проблем увеличения объемов производства продовольствия и повышения его качества, показывает, что мировой прогресс в этом направлении затрагивает широкий круг вопросов, связанных с организацией рационального природопользования, освоением нетрадиционных источников сырья, выпуском новых форм пищевых продуктов, повышением социально-экономической эффективности их производства, рационализацией структуры питания населения и др.

Вместе с тем из опыта зарубежных стран с высоко развитой индустрией производства продовольственного сырья и пищевых продуктов, полностью насытивших свой внутренний рынок и экспортирующих их в страны Европы, Азии, Африки и Латинской Америки, видно, что не только в условиях недостатка продуктов питания, но и при абсолютном удовлетворении в них поддержание адекватного гомеостаза является главным условием, обеспечивающим трудоспособность и нормальное состояние здоровья всех групп населения. В частности, для развитых стран нерациональное потребление белка и других эссенциальных пищевых веществ привело к широкому распространению так называемых болезней цивилизации: сердечно-сосудистой, онкологической, алиментарной анемии, гипертонии, сахарного диабета, ожирения. Все это обусловило прогрессирующее старение наций при незначительном увеличении продолжительности жизни [2, 3].

В странах с ограниченными объемами производства продовольственного сырья и продуктов проблема создания технологий, способствующих рациональному использованию эссенциальных пищевых веществ, и прежде всего белка, для поддержания адекватного гомеостаза стоит еще острее, так как экономически выгодное увеличение объемов производства только за счет повышения выходов продуктов неспособно полностью обеспечить нормальное развитие и функционирование человеческого организма.

Решение проблем, связанных не только с созданием отечественной индустрии пищевого белка и новых форм пищи на его основе, но и с различными аспектами совершенствования агротехнологий продовольственных культур, повышения продуктивности мясного и молочного животноводства, птицеводства и т. д., не может быть признано успешным без разрешения задач, касающихся принципов и методов проектирования состава сбалансированных продуктов.

Таким образом, рациональное использование сырьевых ресурсов, в частности мясного и молочного сырья, неразрывно связано с использованием белково-жировых эмульсий, белковых обогатителей растительного происхождения, других растительных добавок, модификаций существующих технологий. Это дает не только экономию животного сырья, но и позволяет получить продукты с целевыми диетическими и профилактическими свойствами. Одним из основных направлений корректировки состава молочных и мясных продуктов является комбинирование их с сырьем растительного происхождения, в частности с зерновыми культурами. Введение в их состав различных добавок и биологически активных компонентов в виде паст, эмульсий способствует повышению качества, улучшению вкусовых характеристик, а также расширению ассортимента с учетом национальных особенностей населения страны.

1.4 Результаты литературного обзора

Анализ литературных данных, представленных в обзоре, показал высокий интерес к разработке технологий пищевых добавок. Особое значение придается составу и функционально-технологическим свойствам, использованию состава и функционально - технологических свойств биологически активных добавок, как средств регулирования качественных характеристик готовой продукции.

В доступной научной литературе отсутствует информация об использовании модифицированного гороха в условиях естественной ферментации в качестве биологически активной и пищевой добавки в производстве мясных полуфабрикатов, а также отсутствует информация о функционально-технологических свойствах проращенного гороха.

Изучение обозначенной проблемы является целью настоящей работы.

Анализ состояния и дальнейших перспектив производства комбинированных полуфабрикатов с использованием модифицированного гороха в качестве замены мясного сырья, позволили конкретизировать цель и задачи проведенных нами исследований.



2. Организация эксперимента и методы исследований

2.1 Цель и задачи исследований

Целью настоящей работы являлась разработка технологии пищевой добавки с заданными химическим составом, функционально-технологическими свойствами и использование ее в производстве функциональных пищевых продуктов.

Для достижения поставленной цели было предусмотрено решение следующих задач:

- провести теоретический анализ возможности подбора сырьевых ингредиентов для получения пищевой добавки с заданными химическим составом, свойствами и использования ее в производстве пищевых продуктов;

- обосновать выбор сырья и способ его технологической обработки;

- разработать технологию производства пищевой добавки;

- изучить функционально-технологические свойства пищевой добавки;

- разработать рецептуры мясных изделий с применением разработанной пищевой добавки на основе количественного варьирования и изучить влияние ее на функционально - технологические свойства мясных изделий;

- разработать проект ТТК на новый вид мясных изделий.

2.2 Изучаемые объекты исследования

В соответствии с поставленной задачей был осуществлен выбор объектов исследования, условий проведения эксперимента и разработана схема эксперимента - рисунок 1.

Основные исследования велись на базе лаборатории НИИ «Агроэкология», кафедры ТЭТ.

Объекты для исследования:

- нативный горох О 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8;

- проращенный горох О 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8;

- концентрат белков гороха О 1, 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8;

- фаршевая система О 1, 2,3, 4, 8, 9;

- готовые изделия О 1, 2, 3, 4, 8,.

Для оценки состава и свойств исследуемых объектов определяли следующие показатели:

1 - содержание влаги;

2 - белка

3 - жира

4 - золы;

5 - содержание макро и микроэлементов;

6 - водопоглощающая способность (ВПС);

7 - водоудерживающая способность;

8 - водосвязывающая способность;

9 - органолептические показатели.

Рисунок 1 -Схема экспериментальных исследований



В ходе проведения исследования были изучены химический состав, структурно-механические и функционально-технологические свойства проращенного гороха, с целью использования в рецептурах мясных полуфабрикатов.