Розроблення технології сухих сніданків профілактичного та дієтичного призначення

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

УКРАЇНСЬКИЙ ДЕРЖАВНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

УДК 664.696

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук

«Розроблення технології сухих сніданків профілактичного та дієтичного призначення»

05.18.01 «Технологія хлібопекарських продуктів та харчоконцентратів»

МИРОНОВА Наталія Геннадіївна

Київ - 1998

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Українському державному університеті харчових технологій

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент Ковбаса Володимир Миколайович Український державний університет харчових технологій, кафедра технології хліба, кондитерських, макаронних виробів, харчоконцентратів і зерна, доцент

Науковий консультант: доктор медичних наук, доцент Корзун Віталій Наумович Український науковий центр радіаційної медицини, лабораторія профілактики внутрішнього опромінення, керівник лабораторії

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор, Карнаушенко Лідія Іванівна Одеська державна академія харчових технологій, кафедра технології хліба, кондитерських виробів і громадського харчування, завідувач кафедри

кандидат технічних наук Волкова Галина Анатоліївна Відкрите акціонерне товариство «Український науково-дослідний та конструкторський інститут продовольчого машинобудування», старший науковий співробітник

Провідна установа: Харківська державна академія технології та організації харчування

Захист відбудеться «16» грудня 1998 р. об 11⁰⁰ годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 026.058.04 Українського державного університету харчових технологій за адресою: 252033, м. Київ-33, вул. Володимирська 68, аудиторія А-311.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Українського державного університету харчових технологій.

Автореферат розісланий «16» листопада 1998 р.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради к.т.н., с.н.с. Федоренченко Л.О.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Раціональне харчування людини в сучасних умовах має актуальне значення у зв'язку з подальшим погіршенням екології навколишнього середовища.

Інтенсифікація виробництва супроводжується великими промисловими аваріями, найбільшою серед яких є аварія на ЧАЕС. Наслідком вибуху було забруднення великих населених територій радіоактивними викидами, що привело не тільки до зовнішнього опромінення, але й сприяло хронічному надходженню радіонуклідів у продукти сільського господарства, а відповідно, і до організму людини.

Відомо, що раціональне харчування сприяє підвищенню здатності організму чинити опір впливу шкідливих факторів навколишнього середовища, в тому числі і дозам опромінення, та є одним з ефективних засобів корекції порушення обмінних процесів. Існують різні рекомендації щодо побудови раціонів в умовах дії на організм радіації - це підвищення вмісту вітамінів-антиоксидантів, повноцінних білків, мінеральних сполук, некрохмальних полісахаридів тощо. На сьогодні є ряд розробок нових продуктів профілактичного призначення з використанням різних видів нетрадиційної сировини, які підвищують захисні сили та реактивність організму.

При формуванні асортименту продуктів харчування профілактичного та дієтичного призначення доцільно віддавати перевагу тим, які мають подовжений термін зберігання, зручні при транспортуванні й споживанні, користуються попитом споживачів. Такими є харчові концентрати, зокрема сухі сніданки - порівняно новий продукт на продовольчому ринку України, який виготовляють методом екструзії. Асортимент таких продуктів з профілактичними властивостями досі залишається обмеженим. Тому розроблення нових видів сухих сніданків дієтичного і профілактичного призначення є актуальною проблемою. Ці факти були враховані при формулюванні мети і задач даної дисертаційної роботи.

Зв'язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дослідження виконувались у відповідності з тематикою науково-дослідних робіт УДУХТ, згідно:

- національної програми «Діти України» (1995 - 1997 рр.), що виконувалася за дорученням Кабінету Міністрів України № 425 - р від 01.10.1994 р.;

- Державного контракту (№ 104 - 95) з Мінсільгосппродом України «Виробити дослідну партію нових видів продуктів дитячого харчування на основі зернових культур та плодоовочевої сировини згідно проекту розроблених рецептур», виконання якої обумовлено постановою Кабінету Міністрів України № 490 від 04.07.1995 р.

Мета і задачі досліджень. Мета роботи полягає в розробленні та науковому обґрунтуванні раціональних технологій сухих сніданків профілактичного та дієтичного призначення з використанням нетрадиційної сировини, яка має високу харчову цінність і радіозахисні властивості.

Згідно з поставленою метою досліджень було сформульовано ряд взаємопов'язаних задач:

- дослідити вплив мікроводорості спіруліни, пшеничного зародку та порошку топінамбуру на процес екструдування зернової сировини, визначити та науково обґрунтувати оптимальні кількості цих добавок і раціональні параметри екструзійного оброблення, які забезпечують отримання сухих сніданків з високими показниками якості;

- вивчити біохімічні зміни, що відбуваються під час високотемпературної екструзії в композиційних сумішах на основі зернової сировини з додаванням спіруліни, пшеничного зародку та порошку топінамбуру, а також визначити вплив цих добавок на ступінь біохімічних перетворень;

- дослідити вплив конструктивних особливостей екструдерів різних систем на ступінь біохімічних перетворень вуглеводного компоненту зернової сировини;

- вивчити процеси окислення жирової складової сухих сніданків, що відбуваються в процесі зберігання продуктів, та визначити вплив речовин - інгібіторів: кверцетину, вітамінного преміксу, солоду вівса та сої, лецитину і мікроводорості спіруліни на швидкість протікання цих процесів;

- за допомогою методів математичного моделювання, з урахуванням медичних досліджень та визначених оптимальних кількостей добавок розробити рецептури нових видів сухих сніданків, які мають збалансований амінокислотний і покращений жирнокислотний та вуглеводний склад, містять підвищену кількість вітамінів і мінеральних елементів;

- дослідити лікувально-профілактичні властивості сухих сніданків із спіруліною;

- розробити нормативно-технічну документацію (НТД) на нові види сухих сніданків із пшеничним зародком та спіруліною, провести апробацію технології у виробничих умовах та визначити техніко-економічну доцільність випуску нової продукції.

Наукова новизна одержаних результатів. Науково обґрунтована і розроблена технологія сухих сніданків з профілактичними властивостями та підвищеної харчової і біологічної цінності з використанням традиційної зернової і нетрадиційної сировини: спіруліни, пшеничного зародку, порошку топінамбуру. Експериментально визначені і теоретично підтверджені оптимальні кількості добавок та раціональні параметри екструдування композицій.

За допомогою нової інструментальної техніки і сучасних методів встановлено, що поряд із деструкцією полімерів, екструзія викликає значне зменшення кристалічної фази крохмалю в продукті. Це зумовлює підвищену здатність крохмального компоненту сухих сніданків до дії амілолітичних ферментів. Науково обґрунтовано та експериментально підтверджено вплив конструктивних особливостей екструдерів різних систем на ступінь біохімічних перетворень вуглеводів сировини. Встановлено, що найглибші зміни за рахунок теплового гідролізу та механічної деструкції відбуваються при екструзії у двошнекових машинах. Це дозволяє рекомендувати їх для виробництва продуктів дієтичного та профілактичного харчування.

Поглиблені відомості відносно впливу екструзійного оброблення на біологічно активні речовини, а саме, визначено зміни вітаміну Є та каротинів під час екструзії, втрати яких залежать від наявності окислювальних агентів.

Вперше досліджено процеси самоокислення сухих сніданків. Науково обґрунтована та експериментально підтверджена ефективність використання кверцетину та вітамінного преміксу як інгібіторів процесу прогоркання виробів з додаванням рослинної олії, що дозволяє збільшити термін їх зберігання. Встановлено, що внесення спіруліни, солоду вівса та сої до складу сухих сніданків із зародком знижує швидкість накопичення в них продуктів окислення в процесі зберігання.

На основі використання методології експериментально-статистичного моделювання розроблено ряд математичних моделей і дана їх графічна інтерпретація, що дозволяє розробляти рецептури сухих сніданків з додаванням пшеничного зародку, які мають збалансований амінокислотний склад, а також визначати вітамінний та мінеральний склад цих продуктів.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблено технології сухих сніданків профілактичного та дієтичного призначення з використанням перспективних видів нетрадиційної сировини. У виробничих умовах відпрацьовані рецептури і технологічні режими виготовлення 9 нових видів сухих сніданків: із спіруліною («Весна», «Ранкові», «Морські камінці»), з порошком топінамбуру («Пшеничні кульки з топінамбуром»), з підсмаженим пшеничним зародком («Гармонія», «Фантазія», «Юніор»), з вітамінним преміксом та кверцетином. На сухі сніданки із спіруліною та зародком розроблено і затверджено у встановленому порядку необхідну НТД. Дослідно-промислові партії нових сухих сніданків вироблені на Бориспільському заводі продовольчих товарів.

Медико-біологічні дослідження профілактичних властивостей сніданків із спіруліною, які були проведені в Українському науковому центрі радіаційної медицини (УНЦРМ) МОЗ та АМН України і клініці Інституту токсикології та екогігієни ім. Л.І. Медвєдя МОЗ України, показали ефективність їх використання в раціоні харчування населення, яке зазнає впливу радіації, та осіб з порушенням мінерального обміну і з хворобами шлунку.

Достовірність отриманих експериментальних даних забезпечена використанням сучасних методик і методів досліджень, статистичною обробкою, оптимізацією технологічних процесів та апробацією у виробничих умовах.

Особистий внесок здобувача. Автором особисто проведені дослідження по визначенню оптимальних кількостей добавок, змін вуглеводного комплексу та ступеню його перетворення при обробленні сировини в різних екструдерах, кінетики накопичення первинних і вторинних продуктів окислення. Аналіз та узагальнення результатів досліджень проведено спільно з науковим керівником. Обговорення результатів медичних досліджень проведено спільно з науковим консультантом. Дослідження перетворення білкових речовин проведено у співавторстві із співробітниками кафедри технології хліба, кондитерських, макаронних виробів, харчоконцентратів і зерна УДУХТ та співробітниками інституту біохімії НАН України, мікроскопічні дослідження - із співробітниками інституту ботаніки НАН України, рентгенофазові дослідження - у співавторстві з к.х.н. Фоменко В.В., підбір методик визначення продуктів окислення - з д.т.н. Осейко М.І., розшифрування спектрів ЕПР - з д.х.н. Дегтярьовим Л.С. Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідались на Міжнародній науково-технічній конференції «Розроблення та впровадження прогресивних ресурсоощадних технологій та обладнання в харчову та переробну промисловість» (Київ, 1997 р.), 2-ій національній науково-практичній конференції «Хлібопродукти» (Одеса, 1997 р.), Науково-практичній конференції «Підприємства і цехи малої потужності для переробки сільськогосподарської сировини: перспективність і особливості організації» (Полтава, 1997 р.), Міжнародній науково-технічній конференції «Прогрессивные технологии и оборудование для пищевой промышленности» (Воронеж, 1997 р.), Міжнародній науковій конференції «Рациональные пути использования вторичных ресурсов АПК» (Краснодар, 1997 р.), Міжнародній науково-технічній конференції «Техника и технология пищевых производств» (Могильов, 1998 р.).

Нові види продукції демонструвались на: Контрактовому ярмарку, що проводився під егідою президента України (Київ, жовтень 1997 р.); галузевій виставці: «Спіруліна, шляхи використання в харчовій промисловості» (Київ, жовтень 1997 р.). Публікації. З досліджуваної теми опубліковано 12 робіт, в т.ч. отримано 1 патент України та позитивне рішення про видачу патенту України. Структура дисертації. Робота складається із вступу, 6 розділів, висновків, списку бібліографічних джерел з 203 найменувань та додатків. Робота викладена на 149 сторінках машинописного тексту, має 41 рисунок та 24 таблиці.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

сухий сніданок екструзія спіруліна

Вступ. Обґрунтована актуальність теми, мета і задачі досліджень. Визначена наукова та практична цінність роботи.

1. Огляд літератури Розглянуто відомі технології екструзійного оброблення зернової сировини та вплив технологічних параметрів на зміну фізико-хімічних властивостей екструдатів.

Проаналізовано основні положення сучасної концепції раціонального харчування в умовах радіаційного забруднення оточуючого середовища.

Розглянуто актуальність пошуку і ступінь використання нової нетрадиційної сировини, яка сприяє зниженню накопичення радіонуклідів та (або) підвищенню стійкості організму в умовах несприятливого екологічного середовища, у виробництві харчових продуктів, в тому числі і в сухих сніданках.

Вказано на перевагу застосування спіруліни, пшеничних зародків та порошку топінамбуру при виробництві сухих сніданків дієтичного та профілактичного призначення, вітамінних (кверцетину, вітамінного преміксу) та рослинних (солоду вівса та сої, лецитину, спіруліни) добавок як інгібіторів вільнорадикального окислення.

2. Об'єкти та методи досліджень

При проведенні лабораторних досліджень і виробничих випробувань використовували кукурудзяну крупку (ГОСТ 6002 - 69), крупу рисову (ГОСТ 6292-70), крупу гречану (ГОСТ 19093-92), борошно пшеничне хлібопекарське (ГОСТ 26574 - 85), зародок пшеничний харчовий (ТУ У 46.22.014-95), спіруліну (ТУ У 21481015.002 - 96), вітамінний премікс 986 (фірми «Хоффман - Ля Рош» Австрія), солод вівса (ТУ 1018 УССР 143 - 88), лецитин (фірми «Штерн»).

В роботі використані загальноприйняті та спеціальні методики.

Основні фізико-хімічні показники сировини та сухих сніданків визначені за стандартними методами: зміна кількості крохмалю - за методом Еверса, вміст білкового та небілкового азоту - за методом К'єльдаля, кількість цукрів - йодометричним методом, вміст масової частки декстринів і амілози - за методом М.П. Попової та Е.Ф. Шаненко.

Ступінь кристалічності крохмалю в сировині і продуктах визначали на дифрактометрі ДРОН за методом Метьюза. Амінокислотний склад білків продуктів вивчали на амінокислотному аналізаторі LG-5001 (Biotronik, ФРГ) з хроматографічною колонкою (2303,2мм), заповненою катіонообмінною смолою ВТG-2710.

Вміст альбумінів, глобулінів, проламінів і глютелінів визначали за методом Лоурі при =690 нм з використанням калібрувального графіку.

Склад жирних кислот визначали на газо-рідинному хроматографі Carlo Erba (Італія) (полум'яно-іонізуючий детектор, хроматографічна скляна колонка діаметром 3 мм).

Каротини та токоферол визначали хроматографічним методом.

Ступінь окислення продуктів визначали за зміною кількості вільних жирних кислот, перекисів, альдегідів (з використанням динітрофенілгідразіна).

Ефективну в'язкість спирто-лужних дисперсій екструдатів визначали на ротаційному віскозиметрі “Полимер -1 М” згідно з інструкцією роботи на приборі.

Мікроскопічні дослідження сировини та сухих сніданків проводили на електронному скануючому мікроскопі JEOL ISM - T 200 (Японія).

Ступінь атакованості білків сировини та екструдатів протеолітичними ферментами проводили в умовах in vitro шляхом кислотно-ферментативного термостатиювання наважки з наступним визначенням кількості продуктів гідролізу.

Оптимізацію рецептур з метою створення композицій, що мають оптимальний склад, здійснювали за допомогою методології експериментально-статистичного моделювання за класом задач «склад-властивості». Коефіцієнти для регресійних рівнянь розраховували методом найменших квадратів, а перевірку адекватності моделі проводили за коефіцієнтом кореляції.

3. Розроблення раціональних технологій сухих сніданків із спіруліною, пшеничним зародком та порошком топінамбуру Мікроскопічні дослідження добавок-збагачувачів показали, що пшеничний зародок, топінамбур та спіруліна мають різну організацію на мікрорівні і значно відрізняються від мікробудови ендосперму зернових культур, тому додавання їх до складу сумішей може змінювати параметри процесу екструдування, а також показники якості екструдатів, що викликає необхідність визначення їх оптимальної кількості з точки зору максимального збагачення сухих сніданків поживними речовинами та отримання продуктів з якісними органолептичними і фізико-хімічними показниками.

Аналіз експериментальних даних (рис. 1) свідчить, що внесення пшеничного зародку знижує коефіцієнт спучування (довірчий інтервал 0,01) усіх продуктів, окрім рисового, в якому при внесенні зародку в кількості до 15 % коефіцієнт спучування збільшується.

Рис. 1. Вплив кількості пшеничного зародку на коефіцієнт спучування

Даний вплив зародку зумовлюється його будовою і складом, який характеризується невеликим вмістом крохмалю (він присутній в товарній формі зародків) та порівняно високим вмістом жиру. При механічному обробленні в екструдері руйнується білкова матриця зародків, яка фіксує в собі жирові речовини, і вони, приймаючи участь у формуванні екструзійної маси, пластифікують її із зниженням в'язкості, що призводить до зменшення ступеню стиснення маси перед матрицею. Внаслідок цього перепад тиску не набуває оптимального значення і не забезпечує утворення високопористої структури. В продукті з рисового борошна ця закономірність не виконується, що зумовлюється наявністю в зернині міцної білкової матриці, яка при екструдуванні сприяє утворенню щільної маси і, відповідно, «збитої» низькопористої структури екструдату. Збільшення в'язкості маси за рахунок внесення зародків підвищує коефіцієнт спучування рисових екструдатів. Додавання зародку понад 15 % від маси суміші, як і в інших композиціях, викликає зниження коефіцієнту спучування в результаті надмірної пластифікації.

Внесення спіруліни в продукт на основі пшеничного борошна в кількості до 5 % сприяє підвищенню коефіцієнту спучування (рис. 2). Органолептична оцінка отриманих продуктів свідчить про погіршення смакових властивостей екструдатів при додаванні спіруліни більше 3 %, що зумовлюється появою в продукті специфічного «водоростевого» присмаку. В зв'язку з цим максимальна кількість спіруліни в зерновій суміші не повинна перевищувати 3 %.

Рис. 2. Вплив спіруліни та порошку топінамбуру на коефіцієнт спучування сухих сніданків з пшеничного борошна

Оптимальна кількість порошку топінамбуру складає 16 %. Покращення коефіцієнту спучування в зразках із спіруліною та порошком топінамбуру скоріше за все зумовлюється впливом білкових речовин, які, зміцнюючи структуру екструзійної маси до оптимального значення, сприяють підвищенню перепаду тиску до і після матриці.

Досліджено та визначено оптимальні параметри виробництва сухих сніданків, які для кожної зернової культури і суміші з добавками-збагачувачами мають індивідуальні значення і складають в продуктах на основі пшеничного борошна: з додаванням спіруліни - температура 140 - 145 С, масова частка вологи 17,5 %, з додаванням порошку топінамбуру - температура 135 - 140 С, масова частка вологи 17,0 %. Оптимальний режим виготовлення сухих сніданків з додаванням пшеничного зародку: для гречаного продукту - температура 135 - 140 С, масова частка вологи - 17,0 %; рисового - температура 140 - 145 С, масова частка вологи - 17,5 %; кукурудзяного - температура 145 - 150 С, масова частка вологи - 16,0 %; пшеничного - температура 140 - 145 С, масова частка вологи - 16,0 %.

В'язкість спирто-лужних дисперсій продуктів суттєво залежить від природи основної зернової культури, виду та вмісту добавки. Збільшення кількості пшеничного зародку та порошку топінамбуру підвищує значення ефективної в'язкості дисперсій екструдатів. Додавання спіруліни в кількості до 3 % майже не змінює цього показника.

Визначення форм вологи в сировині та продуктах показало, що екструзійне оброблення викликає перерозподіл форм вологи із збільшенням вмісту більш міцно зв'язаної вологи, що пов'язано з протіканням процесу клейстеризації крохмалю.

Дослідження біохімічних змін у сухих сніданках з добавками в процесі екструзії Глибина біохімічних змін зумовлює формування споживчих характеристик продукту: органолептичних, фізико-хімічних властивостей; визначає харчову цінність виробів( в т. ч. і здатність до перетравлення).

Досліджено зміни, що відбуваються з вуглеводним комплексом в процесі екструзії. Встановлено, що під час оброблення на 52 - 62 % зменшується кількість кристалічної фази, а також знижується вміст крохмалю (з накопиченням декстринів і водорозчинної амілози) та цукрів (табл. 1).

Таблиця 1 Зміна кількості крохмалю, декстринів, розчинної амілози та цукрів в процесі екструзії

Назва зразку	Кількість, % на СР
	Крохмаль	Декстрини	Розчинна амілоза	Цукри
Гречаний із зародком	58,2/49,4	1,42/9,95	0,13/1,21	6,34/4,01
Рисовий із зародком	71,5/55,3	1,71/16,39	0,03/0,46	7,41/3,97
Кукурудзяний із зародком	64,6/46,3	1,09/17,62	0,02/0,42	6,50/4,22
Пшеничний із зародком	67,0/46,8	0,93/16,34	0,04/1,02	6,83/3,62
Пшеничний із спіруліною	72,9/52,9	1,02/18,51	0,04/1,05	6,03/3,01
Пшеничний з топінамбуром	63,3/43,6	1,24/20,73	0,03/0,86	10,34/3,04

Чисельник - до екструзії; знаменник - після екструзії.

СР - суха речовина.

Встановлено, що при обробленні в екструдерах різних конструкцій (двошнековому MPF-50, одношнекових А1-КХ-2П та S-45) вуглеводний компонент та мікроструктура сировини зазнають різного впливу, що зумовлюється різними втратами крохмалю та неоднаковим збільшенням вмісту декстринів.

Найбільші втрати крохмалю спостерігаються при обробленні у двошнековому екструдері внаслідок глибокого термічного і механічного гідролізу (рис. 3), найбільша кількість декстринів накопичується при обробленні в одношнековому екструдері (S-45) за рахунок підсиленого механічного впливу.



Рис. 3. Зміна кількості крохмалю і декстринів при обробленні кукурудзяної крупи в різних екструдерах

Втрати амінокислот в процесі температурного оброблення зумовлені двома основними процесами: взаємодією з іншими компонентами сировини та термічним розкладом. Лізин, маючи вільну аміногрупу, володіє значною активністю і здатний швидко реагувати з іншими компонентами ( наприклад з цукрами), утворюючи комплекси, що зумовлює його високі втрати у зразку із спіруліною (до 23 %). Продукти з пшеничним зародком і порошком топінамбуру втрачають значну кількість сіркомістких амінокислот (24 - 30 %), які також характеризуються підвищеною реакційною здатністю. Але, не маючи в своєму складі вільної аміногрупи, вони навряд чи спроможні вступати в реакцію альдольної конденсації з цукрами, і тому їх втрати, в основному, зумовлюються термічними перетвореннями. Зменшення кількості амінокислот також може відбуватися за рахунок утворення піразинів, які виникають за тих самих умов , які притаманні реакції Майяра і, можливо, є проміжними продуктами цієї реакції, при цьому амінокислотні залишки постачають для піразинів тільки атом азоту.

Денатурація порушує специфічний порядок розташування окремих груп і змінює топографію поверхні білкового конгломерату, внаслідок чого може змінюватися їх здатність до розчинення. Аналіз отриманих даних показує, що екструзійне оброблення сприяє зменшенню кількості альбумінів (в середньому на 28,0 - 35,1 %), глобулінів (на 9,9 - 13,6 %) і збільшує вміст лугорозчинної фракції (на 6,0 - 16,2 %) та кількість нерозчинного залишку (на 40,2 - 48,6 %). Причиною цього може бути зменшення на поверхні білкової молекули кількості груп, що мають спорідненість до води, внаслідок хаотичного розриву нативних зв'язків та випадкового утворення нових. В результаті порушення конформації за рахунок механічного впливу на поверхні можуть з'явитися неполярні радикали. Полярні групи при тепловому впливі набувають певної кінетичної енергії і здатні взаємодіяти між собою, а не з молекулами полярного розчинника. Все це призводить до зниження гідратаційної здатності та зменшення розчинення денатурованих білків.

Денатурація білкової складової зумовлює прискорення процесу накопичення продуктів гідролізу в сухих сніданках при кислотно-ферментативному термостатуюванні в умовах in vitro. Через 1,5 години в гідролізатах екструдатів з добавками накопичується на 9,6 - 15,0 % більше продуктів гідролізу, ніж в гідролізатах вихідних сумішей, а після трьох годин перетравлення кількість продуктів гідролізу в екструдатах на 22,6 - 23,7 % перевищує їх вміст в сумішах. Всього за три години інкубації кількість білку, який перейшов у розчин, збільшується в екструдатах на 57,1 - 60,2 %, а в необроблених сумішах - на 34,7 - 37,6 %.

В сухих сніданках швидкість накопичення небілкового азоту (амінокислот, низькомолекулярних пептидів, пептонів) також випереджає швидкість утворення цих сполук в сировині: після трьох годин термостатування в продуктах накопичується на 50 - 58 % більше небілкового азоту, ніж в сировині.

Екструзійне оброблення викликає певні зміни біологічної активності вітамінів. Встановлено, що після екструзійного оброблення кількість токоферолу та суми каротинів зменшується (рис. 4, 5).

Отримані дані свідчать, що ступінь зберігання токоферолу та каротинів в процесі екструзії значною мірою залежить від природи рослинного матеріалу.

Рис. 4. Вплив екструзійного оброблення на ступінь зберігання каротинів

Рис. 5. Вплив екструзійного оброблення на ступінь зберігання токоферолів

В пшеничному зародку каротини і токофероли знаходяться, в основному, в зародковому жирі. За рахунок підвищеної густини жиру зменшується швидкість термічного окислення цих речовин та окислення молекулами кисню, які механічно захоплюються при перемішуванні, внаслідок їх слабкої дифузії.

Значні втрати токоферолу в продукті із зародком пояснюються запобіганням окислення каротинів, оскільки відомо, що каротини менше піддаються окислювальному руйнуванню в олії у присутності токоферолів.

В спіруліні каротини входять до складу пігментбілкових комплексів і оточені водним середовищем, тому при обробленні в екструдері вони підлягають значному руйнуванню, при цьому кількість токоферолу в цьому зразку практично не змінюється.

Дослідження впливу речовин рослинного походження та добавок з вітамінною активністю на процес самоокислення сухих сніданків

Однією з головних причин, що зумовлюють псування сухих сніданків, є прогоркання жирової складової, яке відбувається в результаті дії кисню на вуглеводні радикали вільних та зв'язаних жирних кислот.

Досліджено вплив природних речовин (солоду сої і вівса, спіруліни в кількості 3 % до маси екструзійної суміші та соєвого лецитину - в кількості 1 %) на процеси окислення екструдатів, а також вітамінного преміксу та кверцетину (відповідно 0,2 і 0,1 % до маси виробів) у продуктах, що оброблялися олією.

Дослідження складу жирних кислот продуктів показали, що в зразках з пшеничним зародком превалюють моно- та поліненасичені кислоти (олеїнова та линолева), а в продуктах, які оброблялися олією, - линолева кислота. У зв'язку з цим найбільший потенціал до самоокислення мають зразки з олією та контрольний зразок із пшеничним зародком.

Ступінь окислення продуктів визначали за показником кислотного числа та вмістом альдегідів і кетонів.

В продуктах з вітамінним преміксом та кверцетином приріст кількості вільних жирних кислот відповідно на 22,6 % та 52,0 % менший , ніж в контрольному зразку. В кінці зберігання в зразку з кверцетином приріст кількості перекисів був на 22 % нижчий, ніж у зразку з вітамінним преміксом, тобто кверцетин виявився більш ефективним антиоксидантом, ніж премікс (рис. 6).

Кількість альдегідів у зразках з преміксом та кверцетином менша, ніж в контрольному, відповідно на 22,5 % та 50 %, що дозволяє затримувати появу перших ознак погіршення органолептичних властивостей в продукті з преміксом до двох місяців (в контрольному зразку поява згірклого присмаку з'являється після 1,5 місяця зберігання). Більш ефективний вплив справляє кверцетин, додавання якого забезпечує стабільність смакових характеристик продукту протягом не менше 2,5 місяців.

Рис. 6. Вплив кверцетину та преміксу на приріст кількості перекисів в сухих сніданках

Внесення в сухі сніданки солоду вівса та сої, спіруліни, соєвого лецитину впливає на кінетику окислювальних процесів, зокрема на зміну швидкостей накопичення перекисів та альдегідів, а також на зменшення кислотного числа. Додавання соєвого лецитину уповільнює процес окислення лише на початку зберігання, тому його краще використовувати як синергіст. Серед інших рослинних добавок найбільш ефективними виявилися солод вівса та спіруліна; в продуктах з ними наприкінці зберігання утворилося менше вільних жирних кислот, перекисів та альдегідів порівняно з контролем, відповідно на 46 %, 26 % та 60 % - для продуктів з солодом вівса, а також на 24 %, 39 % та 57 % - для продуктів із спіруліною.

Харчова, біологічна та фізиологічна цінність нових видів сухих сніданків із спіруліною, пшеничним зародком, порошком топінамбуру та вітамінними добавками

Визначення хімічного складу розроблених виробів свідчить про підвищення їх харчової та біологічної цінності. Додавання пшеничного зародку до складу сухих сніданків сприяє збагаченню їх білками, поліненасиченими жирними кислотами, вітамінами. Амінокислотний склад білків цих продуктів відрізняється збалансованістю за вмістом лізину і метіоніну. Внесення спіруліни збагачує продукти мінеральними елементами (калієм, селеном) та пігментами, які володіють функціональними властивостями (бета-каротин, фікоціанін). Заміна частини зернової культури на порошок топінамбуру дозволяє на 5 % знизити вміст крохмалю в сухих сніданках. Застосування преміксу та кверцетину сприяє підвищенню вмісту в продуктах вітамінів, які володіють антирадикальною активністю і чинять значний антирадіаційний вплив.

Дослідження по визначенню антирадіаційних властивостей сухих сніданків із спіруліною показали, що заміна частини раціону на дані продукти дозволяє знизити кратність накопичення цезію-137 в організмі піддослідних щурів на 9 - 13 % та прискорити виведення цезію-137 на 24,8 %. Загалом, здатність даних продуктів змінювати метаболізм цезію - 137 за ефективністю можна оцінити, як радіозахисну здатність середньої інтенсивності, що свідчить про доцільність споживання цих продуктів в умовах радіонуклідного забруднення цезієм - 137 з метою оздоровлення і поліпшення загального стану організму. Результати клінічних досліджень, що проводилися з метою визначення лікувально-профілактичних властивостей сніданків із спіруліною, дозволяють рекомендувати споживання виробів із спіруліною для нормалізації калієвого обміну, підвищення резервної фагоцитарної активності, нормалізації резидентної мікрофлори. У зв'язку з цим виробництво нових сухих сніданків із спіруліною має соціальну вагомість, особливо за умов несприятливого екологічного становища.

Висновки

1. На основі системного аналізу та узагальнення теоретичного і практичного матеріалу розроблено технологію сухих сніданків з профілактичними властивостями та підвищеною харчовою і біологічною цінністю з використанням традиційної зернової та нетрадиційної сировини: спіруліни, пшеничного зародку, порошку топінамбуру. Експериментально визначені і теоретично підтверджені оптимальні кількості добавок: пшеничного зародку - до 20 %, спіруліни - до 3 %, порошку топінамбуру - до 16 % від маси екструзійної суміші. Раціональні параметри екструдування зернових культур і їх сумішей з добавками індивідуальні та коливаються у межах: температура - 135 - 150 С, масова частка вологи суміші 16,0 - 17,5 %.

2. Встановлено, що в процесі екструзії компоненти сировини підлягають біохімічним перетворенням, які супроводжуються порушенням нативної будови. Для вуглеводного компоненту це виражається у зменшенні на 52 - 62 % кількості кристалічних ділянок крохмалю і обумовлюється деструкцією крохмальних полісахаридів з утворенням декстринів, кількість яких збільшується в 7,0 - 18,2 рази в залежності від природи зернової сировини.

Порушення нативної конформації білкових речовин підтверджується зміною їх здатності до розчинення в різних розчинниках із зменшенням водо- і солерозчинної та збільшенням лугорозчинної фракції та прискоренням швидкості кислотно-ферментативного гідролізу білкових речовин екструдатів.

Досліджено, що екструзійне оброблення викликає зменшення вмісту в сухих сніданках амінокислот і вільних цукрів, які можуть витрачатися на утворенням меланоїдинів.

Встановлено, що при екструдуванні ступінь зменшення біологічної активності каротину та токоферолу залежить від природи добавки.

Доведено, що екструзійне оброблення сприяє перерозподілу співвідношення відносно вільної та зв'язаної вологи на користь останньої.

3. Науково обґрунтовано та експериментально підтверджено вплив конструктивних особливостей екструдерів різних систем на зміну мікроструктури сировини та ступінь біохімічних перетворень її вуглеводного компоненту. Встановлено, що найбільші зміни відбуваються при обробленні у двошнековому екструдері, в якому ефективно поєднується повздовжнє та поперечне перемішування і глибока термічна деструкція, що дозволяє рекомендувати їх для виробництва продуктів дієтичного та профілактичного харчування.

4. Показано, що утворення продуктів окислення в сухих сніданках при зберіганні відбувається за вільно-радикальним механізмом.

В продуктах з додаванням кверцетину і преміксу має місце індукційний період, протягом якого приріст перекисів та альдегідів незначний, що дозволяє затримувати появу перших ознак псування сухих сніданків з преміксом протягом двох місяців, а з кверцетином - двох з половиною місяців.

Доведено, що внесення в сухі сніданки з пшеничним зародком солоду вівса та сої, спіруліни і соєвого лецитину зменшує швидкість накопичення перекисів, альдегідів та приріст кислотного числа. Додавання соєвого лецитину уповільнює процес окислення на початку зберігання, тому його краще використовувати як синергіст. Виявлено, що найбільш ефективними інгібіторами є солод вівса та спіруліна.

5. На основі використання методології експериментально-статистичного моделювання розроблено ряд математичних моделей і дана їх графічна інтерпретація, що дозволяє розробляти рецептури сухих сніданків з додаванням пшеничного зародку із заданим хімічним складом.

6. Медико-біологічними дослідженнями встановлено профілактичні властивості сніданків із спіруліною. Визначено ефективність їх використання в харчуванні населення, яке зазнає впливу радіації, та в раціоні осіб з порушенням мінерального обміну і хворобами шлунку.

7. На продукти з пшеничним зародком та спіруліною розроблено і затверджено у встановленому порядку необхідну нормативно-технічну документацію. Очікуваний економічний ефект від випуску 20 т нових видів сухих сніданків з пшеничним зародком на Бориспільському заводі продовольчих товарів складає 7084,4 грн.

Перелік робіт, що опубліковані за темою дисертації

Перетворення білкових речовин у процесі екструзійної обробки / Ковбаса В.М., Миронова Н.Г., Ковальов О.В., Гайдук В.В., Терлецька В.А., Дячук О.В. - К.: УкрІНТЕІ, 1996. - 19 с.

Екструзія як процес оброблення харчової сировини / Ковбаса В.М., Миронова Н.Г., Дорохович А.М., Бондар І.П.: Зб. наук. пр. - К.: Український державний університет харчових технологій. - 1997. - С.95-97.

Ковбаса В.М., Миронова Н.Г., Шаповал С.В. Зміни вуглеводного комплексу зернових у процесі екструзії // Вісник аграрної науки. - 1997. - №3. - С. 55 - 57.

Миронова Н.Г., Ковбаса В.Н. Разработка оптимальных рецептур сухих завтраков повышенной биологической ценности с использованием математического моделирования // Хранение и переработка сельхозсырья. - 1998. - №1. - С.51 - 52.

Миронова Н.Г., Корзун В.Н., Ковбаса В.Н. Использование спирулины в производстве сухих завтраков // Хранение и переработка сельхозсырья. - 1998. - № 7. - С. 43 - 45.

Миронова Н.Г., Ковбаса В.Н., Кобылинская Е.В., Хиврич Б.И. Влияние некоторых продуктов на срок хранения сухих завтраков // Известия ВУЗов: Пищевая технология. - 1998. - № 2 - 3. - С. 29 - 31.

Ковбаса В.М., Миронова Н.Г., Ляшенко О.М. Розробка нових продуктів екструзійної технології профілактичної дії // Проблеми та перспективи розвитку виробництва та споживання хлібопродуктів. - Одеса: Одеська державна академія харчових технологій. 1997 - т. 3: Нове в технології та техніці хлібопекарного виробництва та пакування харчових продуктів. - С. 10 -12.

Kovbasa V.N., Mironova N.G., Bobrovnik L.D., Remeslo N.V., Sypalo L.O. Use of topinambur powder in manufacture of extrusion technique products // International workshop on inulin as medicine food ingredient. Properties and applications of inulin Kiev, Ukrainian State University of Food Technologies. -1997.-С. 14.

Миронова Н.Г., Ковбаса В.М., Суровцева Т.А. Використання деяких антиокисників у виробництві сухих сніданків / Експрес - новини: наука, техніка, виробництво. - К.: УкрІНТЕІ, 1997. - № 21 - 22. - С.9 - 10.

Патент на винахід № 23568 А 23 L 1/64. Склад для сухого сніданку / Ковбаса В.М., Миронова Н.Г., Сипало Л.О., Гулий І.С., Бобрівник Л.Д., Ремесло Н.В. ; Заявл. 27.06.97.; Опубл. 02.06.98. - 10 с.

Рішення про видачу патенту України на винахід без проведення експертизи по суті N97063357 від 27.05.98р. Склад глазурі для сухого сніданку / Ковбаса В.М., Миронова Н.Г., Корзун В.Н., Ятченко О.О. Фліс Л.М., Смирнов А.Е., Шевеленко О.М.

Ковбаса В.М., Миронова Н.Г., Решетицький С.С., Бондар І.П., Олефіренко В.М. Системи одношнекових і двошнекових екструдерів. - Київ, 1996. - 10 с. Деп. в ДНТБ України 12.03.96 р., № 747 - Ук 96.

АНОТАЦІЇ

Миронова Н.Г. Розроблення технології сухих сніданків профілактичного та дієтичного призначення. - Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.01 - технологія хлібопекарських продуктів та харчоконцентратів. - Український державний університет харчових технологій Міністерства освіти України, Київ, 1998.

Дисертацію присвячено питанням розроблення технології сухих сніданків з додаванням пшеничних зародків, спіруліни, порошку топінамбуру. Визначений оптимальний вміст цих добавок в різних зернових сумішах та запропоновані раціональні параметри екструдування.

Досліджено біохімічні перетворення компонентів сировини в процесі екструзійного оброблення.

Визначено вплив кверцетину, вітамінного преміксу та рослинних добавок (солоду вівса та сої, спіруліни, лецитину) на швидкість процесу самоокислення сухих сніданків при зберіганні.

Продукти із спіруліною пройшли клінічну апробацію. Основні результати роботи знайшли промислове впровадження на Бориспільському заводі продовольчих товарів.

Ключові слова: сухі сніданки, спіруліна, пшеничні зародки, порошок топінамбуру, премікс, кверцетин, екструзія, якість, нормативна документація, впровадження.

Миронова Н.Г. Разработка технологии сухих завтраков профилактического и диетического назначения. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.18.01 - технология хлебопекарных продуктов и пищеконцентратов. - Украинский государственный университет пищевых технологий Министерства образования Украины, Киев, 1998.

Диссертация посвящена вопросам разработки технологии сухих завтраков с добавлением пшеничных зародышей, спирулины, порошка топинамбура. Определено оптимальное содержание этих добавок в различних зерновых смесях и предложены рациональные параметры экструдирования.

Исследованы биохимические изменения компонентов сырья в процесе экструзионной обработки.

Определено влияние кверцетина, витаминного премикса и растительных добавок (солода овса и сои, спирулины, лецитина) на скорость процесса самоокисления сухих завтраков при хранении.

Продукты со спирулиной прошли клиническую апробацию. Основные результати работы нашли производственное внедрение на Бориспольском заводе продовольственных товаров.

Ключевые слова: сухие завтраки, спирулина, пшеничные зародыши, порошок топинамбура, премикс, кверцетин, экструзия, качество, нормативная документация, внедрение.

Mironova N.G. Development technology of dry morning meals of preventive and dietetic appointing. - Manuscript.

The Dissertation for the scientific degrees of candidate of technical sciences speciality 05.18.01 - bread-making product technology and food concentrates, Ukrainian state university food technologies of Ministries of forming an Ukraine, Kiev, 1998.

The Dissertation is devoted to the questions of technology development of dry morning meals with the accompaniment of wheat embryo, spirulina, topinambur powder. Оptimum contents of these additives in different corn mixtures have been defined and rational extrusion parameters have been offered.

Explored biochemical changing the components an raw material in extrusion processing. Influence of quercetin, vitamin mixture and vegetable additives (malt oats and soybean, spirulina, lecithins) on the velocity of self-oxidation process of dry morning meals at keeping have been determined. Products with spirulina pass a clinical approbation. Main result of Dissertation have found a production introduction on Borispol's plant of foodstuffs.

Keywords: dry morning meals, spirulina, wheat embryo, topinambur powder, mixtures, quercetin, extrusion, quality, normative documentation, introduction.

Размещено на Allbest.ru