Научно-практические основы технологий продуктов питания поликомпонентного состава с использованием сои

Размещено на http://www.allbest.ru/

Специальности: 05.18.07 - Биотехнология пищевых продуктов

05.18.15 - Товароведение пищевых продуктов и технология продуктов общественного питания

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

доктора технических наук

Научно-практические основы технологий продуктов питания поликомпонентного состава с использованием сои

Скрипко Ольга Валерьевна

Владивосток 2009

Работа выполнена в ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт сои Россельхозакадемии и ГОУ ВПО «Тихоокеанский государственный экономический университет»

Научные консультанты

доктор технических наук, профессор, заслуженный изобретатель РФ Доценко Сергей Михайлович

доктор биологических наук, профессор Каленик Татьяна Кузьминична

Официальные оппоненты

доктор технических наук, профессор Чиркина Тамара Фёдоровна

доктор биологических наук, профессор Шульгина Лидия Васильевна

доктор технических наук, профессор Перебейнос Анатолий Васильевич

Ведущая организация ГНУ Дальневосточный Ордена Трудового Красного Знамени научно-исследовательский институт сельского хозяйства Россельхозакадемии

Защита диссертации состоится на заседании объединенного диссертационного совета ДМ 212.054.02 при ГОУ ВПО «Тихоокеанский государственный экономический университет» по адресу: 690091, г. Владивосток, Океанский проспект, 19, ауд. 148, тел/факс: (4232) 43-40-55.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО «Тихоокеанский государственный экономический университет». С авторефератом можно ознакомиться на официальных сайтах ВАК Минобрнауки РФ http://vak.ed.gov.ru/announcements/techn/ и ТГЭУ http://www.psue.ru.

Ученый секретарь диссертационного совета ДМ 212.054.02, кандидат технических наук, доцент Л.О. Коршенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

соевый сырье модифицированный пищевой

Актуальность работы В основных направлениях государственной политики в области здорового питания особое внимание уделено биотехнологии качественно новых, сбалансированных по пищевой и биологической ценности продуктов, способных обеспечивать потребности различных групп населения в пищевых веществах и энергии, в том числе на основе ресурсосбережения.

Получение высококачественных и недорогих продуктов питания затрудняется из-за дефицита полноценного мясного и рыбного пищевого сырья, а также их постоянно растущей стоимости. Поэтому в пищевой биотехнологии развивается новое научное направление по пищевой комбинаторике сырья растительного и животного происхождения, что обеспечивает потенциальную возможность обогащения получаемых продуктов незаменимыми веществами, а также позволяет регулировать их состав, создавать системы сбалансированного состава с заданной пищевой и биологической ценностью.

На решение проблемы биотехнологии получения полноценных пищевых продуктов направлены усилия многих ученых, в частности изучению битехнологических проблем питания посвящены труды В.Б. Толстогузова, В.Г. Высоцкого, В.А. Тутельяна и др., изучению и созданию мясорастительных продуктов А.Б. Лисицина, И.А. Рогова, Л.В. Антиповой, А.И Жаринова и др., повышению качества рыбных продуктов Т.М. Сафроновой, Т.М. Бойцовой, В.М. Дацуна, созданию биотехнологий пищевых производств Н.И. Дунченко, А.А. Кочетковой, Т.К. Каленик и др., разработке технологий функциональных продуктов питания Н.Н. Тужилкина, В.М. Поздняковского, комбинированных продуктов Н.Н. Липатова, С.М. Доценко, Р.М. Салаватулиной, О.Г. Чижиковой, M.F. Campbell, D.T. Hopkins, L.A. Johonson и других ученых.

В основу теоретических биотехнологий комбинированных поликомпонентных продуктов положена пищевая комбинаторика, то есть систематизация признаков и формализация критериев, определяющих возможность сочетания ингредиентов растительного сырья, в частности белков, с животным сырьём по составу, физико-механическим, реологическим, органолептическим, биологическим и другим свойствам, показателям безопасности.

Одним из наиболее перспективных источников пищевого сырья, сочетающимся по указанным показателям и характеристикам с мясным и рыбным сырьём является соя и продукты её переработки (А.В. Подобедов, А.Б. Лисицин, И.А. Рогов, Л.В. Антипова, С.М. Доценко). Зерно сои и продукты её переработки содержат полноценные белки (запасные, структурные и каталитические), комплекс биологически активных компонентов, в том числе энзимы, эссенциальные фосфолипиды, изофлавоны и др., углеводный комплекс, содержащий дисахариды, трисахариды, тетрасахариды и полисахариды, и ряд витаминов (группы В, РР, токоферол, ниацин, холин и др.), которые при условии направленной технологической обработки хорошо усваиваются организмом. Применяемые сегодня при конструировании и производстве продукты переработки сои стабилизируют белково-жировые эмульсии, а потому обеспечивают улучшение технологических свойств и качества целевых продуктов. Частичное замещение дорогостоящего сырья животного происхождения растительным соевым сырьем снижает себестоимость готовых продуктов (В.Б. Толстогузов, С.М. Доценко, А.Б. Лисицин, В.Ф. Лищенко). Однако используемые зарубежные текстураты, концентраты, изоляты белка, протеины и другие продукты биотехнологической переработки сои, получаемые в основном из обезжиренного сырья, не позволяют создавать качественные мясорастительные и рыборастительные продукты питания с заданными характеристиками, адекватные потребностям организма человека и животных.

В этой связи исследования, направленные на создание теоретических и практических основ получения доступных населению и высококачественных мясорастительных и рыборастительных продуктов, путем разработки биотехнологических способов и технологий получения соевого белкового ингредиента соответствующей структурной формы и состава с целью обеспечения функционального единства и высокой эффективности питания человека являются крупной научной и народнохозяйственной проблемой, требующей своего решения.

Работа выполнялась в период с 1998 по 2008 гг. в рамках Постановления Правительства РФ №146 от 22.02.93 г «О программе по производству и переработке сои» в соответствии с планом НИР ГНУ ВНИИ сои «Разработать технологии, комплект оборудования и технологический регламент на безотходное производство экологически чистой белковой продукции из семян сои» согласно заданию РАСХН 01.02.02, а также заданию 10.03.01.01 «Разработать высокоэффективные технологии переработки соевого сырья и создать на их основе поликомпонентные продукты питания с высокой биологической ценностью».

Цель и задачи исследований Целью исследований является обоснование и разработка теоретических и практических основ биотехнологий получения белковых ингредиентов, а также мясорастительных и рыборастительных продуктов питания поликомпонентного состава с их использованием, с заданными характеристиками, доступных по стоимости и адекватных по структурной форме и составу потребностям организма человека.

Для реализации поставленной цели решались следующие задачи:

- обосновать и разработать биотехнологическую модификацию соевого сырья, обеспечивающую получение белкового ингредиента по форме и составу сочетающегося с компонентом животного происхождения и образующего в совокупности композицию единой функциональной направленности;

- на основе анализа, обобщения и систематизации литературных данных научно обосновать целесообразность использования модифицированного соевого сырья в комбинированных пищевых продуктах;

- получить теоретическую модель прироста усвояемости питательных веществ сырья и пищевых продуктов в зависимости от биотехнологических способов их обработки;

- изучить и проанализировать влияние физико-химического состава на функциональные и технологические свойства мясного, рыбного и модифицированного соевого сырья как компонентов комбинированных пищевых систем и качество целевых продуктов;

- путём математического моделирования установить зависимости органолептических, реологических и функционально-технологических показателей и свойств комбинированных мясорастительных и рыборастительных пищевых систем от технологических режимов и параметров;

- обосновать и разработать биотехнологию формирования бинарных рыборастительных и мясорастительных пищевых систем с заданным составом;

- разработать научно-обоснованные рецептуры и технологии комбинированных продуктов питания поликомпонентного состава, с заданными характеристиками;

- разработать пакет технической документации на новые комбинированные продукты питания;

- определить экономическую эффективность разработанных технологий новых продуктов питания.

Научная концепция работы В основу теоретического и экспериментального обоснования создания высокобелкового ингредиента из соевого сырья заданной формы и состава, для соответствующей комбинированной пищевой системы, положена модификация сырья, заключающаяся в направленных технологических операциях, приводящих к изменению состава и формы белкового ингредиента, с целью получения бинарных рыборастительных и мясорастительных композиций для приготовления продуктов питания поликомпонентного состава, содержащих комплементарный белок, эссенциальные жирные кислоты и комплекс других жизненно важных пищевых нутриентов.

Основные положения, выносимые на защиту:

- научно-практическое обоснование направленной модификации соевого сырья для получения функционального белкового ингредиента;

- технология структурной модификации соевого белкового ингредиента в виде трёх форм: пасты, фарша, текстурата;

- влияние модифицированных по составу и форме ингредиентов на качество, безопасность и функционально-технологические свойства комбинированных бинарных пищевых систем;

- аналитические и эмпирические закономерности, зависимости и модели, позволяющие конструировать рыборастительные и мясорастительные продукты питания с прогнозируемыми качественными (состав, структурные формы, сенсорные и реологические показатели) характеристиками;

- разработанные технологии и рецептуры новых комбинированных рыборастительных и мясорастительных пищевых систем поликомпонентного состава.

Научная новизна работы Сформулирована научно-обоснованная концепция направленной модификации соевого сырья, заключающаяся в использовании комплекса технологических операций, приводящих к изменению состава и формы белкового ингредиента, как основного компонента комбинированных пищевых систем с заданными свойствами, обеспечивающего функциональное единство с пищевым компонентом животного происхождения.

В ходе экспериментальных исследований подтверждена возможность получения модифицированного соевого белкового ингредиента различной физической формы и состава.

Установлены закономерности формирования заданных форм и состава модифицированного соевого сырья.

Разработана методология создания бинарных рыборастительных и мясорастительных фаршевых систем, включающая теоретические и экспериментальные модели процессов приращения усвояемости питательных веществ организмом и повышения пищевой ценности соевого ингредиента и бинарных композиций с получением их необходимой структурной формы и состава.

Получены новые научные данные, позволяющие проектировать продукты питания поликомпонентного состава с высокой пищевой ценностью на основе животного и модифицированного соевого сырья.

Разработаны математические модели оценки качества бинарных рыборастительных и мясорастительных пищевых систем.

На основе новых данных разработаны рецептуры, технологии производства мясорастительных и рыборастительных продуктов питания и их оптимальные параметры.

В результате проведенных исследований определено и разработано новое научное направление в технологии создания поликомпонентных продуктов питания заданной формы и состава с использованием модифицированного определенным способом соевого сырья.

Получены новые способы создания поликомпонентных продуктов питания с прогнозируемой степенью усвоения.

Новизна технологических решений подтверждена 14 патентами РФ на изобретения.

Практическая значимость работы На основе полученных новых научных данных разработаны методология направленной модификации соевого сырья и технологии модифицированного соевого ингредиента в виде пасты, фарша и влажного текстурата, а также фаршевых бинарных композиций с их использованием.

Разработаны научно-обоснованные рецептуры и технологии получения комбинированных рыборастительных и мясорастительных продуктов питания в виде стерилизованных паштетов и фаршей.

Разработан и утвержден пакет документов из 6 комплектов технической документации на новые виды пищевых продуктов: ТУ 9146-009-52909487-00 Соевая белковая паста и ТИ на её производство; ТУ 9146-014-52909487-04 Соевый белковый продукт и ТИ на его производство; ТУ 9146-015-52909487-04 Соевый белковый текстурат и ТИ на его производство; ТУ 9266-010-00668442-00 Паштеты рыбные с соевой белковой пастой и ТИ на их производство; ТУ 9266-005-00668442-07 Фарши рыбные с соевым белковым продуктом и ТИ на их производство; ТУ 9217-006-00668442-07 Фарши мясорастительные с соевым белковым текстуратом и ТИ на их производство, которые прошли промышленную апробацию; разработаны рекомендации по производству и использованию соевых белковых текстуратов и мясорастительных фаршей.

Разработанные биотехнологии модифицированных белковых ингредиентов апробированы и внедрены на предприятиях Дальневосточного Федерального округа РФ: ООО «Райт» (г. Благовещенск), ООО НТЦ «Технология» (г. Благовещенск), ООО «Соевые технологии» (г. Благовещенск), ООО «Анастасия» (г. Благовещенск).

Экспериментальные образцы модифицированного соевого сырья испытаны с положительным результатом в технологии мясорастительных и рыборастительных кулинарных изделий в производственных условиях столовых войсковой части 78655 (г. Благовещенск), войсковой части 06019 (г. Хабаровск), в комбинате питания ГОУ ВПО «Амурский государственный университет» (г. Благовещенск), в кафе «Далянь» (г. Благовещенск).

Дана положительная оценка использования рыборастительных и мясорастительных бинарных композиций в составе консервированных паштетов и фаршей, изготовленных в условиях ООО ТФТ «Благовещенский консервный завод» (г. Благовещенск), кафе «Восточный аромат» (г. Благовещенск), столовых войсковой части 78655 (г. Благовещенск), ГОУ НПО «Профессиональное училище №11» (г. Райчихинск), ГУ Амурской области «Ивановский социальный приют для детей» (с. Ивановка, Амурской обл.), ООО «Анастасия» (г. Благовещенск), закусочной «Самородок» (г. Белогорск).

Результаты диссертационных исследований используются: при проектировании комбинированных рыборастительных и мясорастительных продуктов питания данного ассортимента; в учебном процессе при подготовке инженеров и аспирантов технологических специальностей, в том числе на кафедре Технологии продовольственных продуктов специального назначения и общественного питания ФГОУ ВПО «Дальневосточный государственный аграрный университет» и включены в учебно-методические комплексы основных образовательных программ по дисциплинам «Технология пищевых концентратов, консервирования плодов, овощей, мяса и рыбы», «Технология сушки», «Технология консервов из гидробионтов», «Технология консервов и пищеконцентратов на основе сои», «Технология консервов для детского питания», издано 2 учебных пособия, 8 лабораторных практикумов; для научно-технической поддержки специалистов предприятий общественного питания и перерабатывающих производств малого и среднего бизнеса.

Апробация работы Основные результаты исследований представлялись на Международных, Всероссийских симпозиумах и конференциях, в том числе: I Международном симпозиуме «Пищевые биотехнологии: проблемы и перспективы в ХХI веке» (Владивосток, 2000), III Международной научно-практической конференции: «Наука-Техника-Технология на рубеже третьего тысячелетия» (Находка, 2001), Международной научной конференции «Теория и практика производства продуктов питания. Технология. Техника. Качество» (Владивосток, 2002), IV Международной научно-практической конференции «Пища. Экология. Качество» (Новосибирск, 2004), II Международном симпозиуме «Пищевые биотехнологии: проблемы и перспективы в XXI веке (Владивосток, 2004), III Международной научной конференции: Рыбохозяйственные исследования мирового океана (Владивосток, 2005), координационном совещании зоны Дальнего Востока и Сибири «Итоги координации НИР по сое за 2001-2004 гг. и направления исследований на 2006-2010 гг.» (Благовещенск, 2006), II Открытой Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Молодежь и наука XXI века» (Ульяновск, 2007), V Международной научно-практической конференции «Торгово-экономические проблемы регионального бизнес-пространства» (Челябинск, 2007), VIII Всероссийской конференции молодых ученых с международным участием «Пищевые технологии» (Казань, 2007), II Всероссийской научной конференции студентов и молодых ученых с международным участием «Актуальные проблемы современных аграрных технологий» (Астрахань, 2007), II Международной научно-практической конференции «Безопасность и качество товаров» (Саратов, 2008), Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы аграрной науки и образования» (Ульяновск, 2008), II Международной научно-практической конференции «Технология и продукты здорового питания» (Саратов, 2008), III Международном симпозиуме «Пищевые биотехнологии: проблемы и перспективы в XXI веке (Владивосток, 2008), научно-практических конференциях ФГОУ ВПО «Дальневосточный государственный аграрный университет» (Благовещенск, 1998-2003, 2006, 2008 гг.), на расширенном заседании лаборатории хранения и переработки сельскохозяйственной продукции ГНУ «Всероссийский научно-исследовательский институт сои» Россельхозакадемии (Благовещенск, 2008).

Разработка проекта технологии «Технология производства комбинированных рыбных продуктов с использованием сои» награждена дипломом Президиума РАСХН за лучшую завершенную научную разработку 2007 года (протокол №13 заседания Президиума РАСХН от 20.12.07).

Публикации Основное содержание диссертационной работы опубликовано в 77 работах, в том числе 2 монографиях, 2 учебных пособиях, 14 патентах РФ на изобретения; в изданиях, рекомендованных ВАК РФ: журналах «Пищевая промышленность», «Мясная индустрия», «Известия ВУЗов. Пищевая технология», «Рыбная промышленность», «Хранение и переработка сельхозсырья», «Всё о мясе», «Вестник КрасГАУ».

Структура и объем работы Диссертация состоит из введения, аналитического обзора литературы, 6 глав собственных исследований, общих выводов, списка литературы, включающего 300 источников отечественных и зарубежных авторов. Работа изложена на 380 страницах основного текста, содержит 87 таблиц, 44 рисунка, 31 приложение.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность работы, изложена краткая сущность решаемой проблемы, сформулированы цели и задачи исследований, научная новизна, практические результаты и их ценность, выделены научная концепция и положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Теоретические и практические предпосылки создания продуктов питания поликомпонентного состава с использованием сои» проанализированы состав и свойства, а так же обоснована возможность и целесообразность обогащения химического состава, повышения пищевой и биологической ценности, улучшения структурных свойств и сенсорных показателей качества рыбного и мясного сырья.

Обобщены и систематизированы данные о конструировании и создании мясорастительных и рыборастительных продуктов питания, обоснована целесообразность использования продуктов переработки сои в технологии комбинированных пищевых продуктов, определена проблема недостатка нутриентов по структурной форме и составу.

Проблеме дефицита белка и основных пищевых нутриентов в рационах питания людей посвящены работы В.Б. Толстогузова, В.Г. Высоцкого, С.Б. Иваницкого, А.Б. Лисицына, А.В. Подобедова, В.М. Покровского, Р.М. Салаватулиной, В.А. Тутельяна, С.М. Доценко, И.А. Рогова, А.И Жаринова, Л.В. Антиповой, Н.И. Дунченко, А.А.Кочетковой, О.Г. Чижиковой, Е.А. Бородина, M.R. Angharad, M.C. Anon, M.F. Campbell, M. Friedman, D.T. Hopkins, L.A. Johonson и многих других ученых.

Решению данной проблемы способствует мировое увеличение производства бобовых культур и, в частности сои, а также технологический и технический прогресс в вопросах переработки сои на масло и использованием обезжиренного, так называемого «белого лепестка», при производстве соевых изолятов, концентратов, текстуратов и муки.

Данный ассортимент соевых продуктов, имея определенную физическую форму и состав, высокие функционально-технологические свойства, в тоже время, при определенных условиях, не в полной мере обеспечивает гармоничное сочетание с рыбным и мясным сырьем по реологическим, биохимическим, органолептическим и экономическим показателям и свойствам, а также по оптимальному соотношению пищевых нутриентов в продуктах питания поликомпонентного состава.

Отсутствие комплексных и обобщающих исследований по проблеме создания мясорастительных и рыборастительных продуктов питания не позволяет получить математическую модель, характеризующую причинно-следственную связь между создаваемыми продуктами питания поликомпонентного состава с использованием сои и их усвояемостью организмом человека. Выявленные в результате анализа источников литературы противоречия между стремлением создать адекватные обмену веществ рыборастительные и мясорастительные продукты питания поликомпонентного состава с одной стороны, и уровнем знаний о закономерностях процессов модификации полножирного соевого сырья; получения бинарных композиций на основе животного и модифицированного соевого сырья, а также производства мясорастительных и рыборастительных консервов порождает проблемную ситуацию, на решение которой и направлена данная диссертационная работа.

Обозначенная проблемная ситуация явилась определяющей при постановке цели и задач настоящей работы.

Во второй главе «Методология и постановка эксперимента» приведена методология подхода к проведению исследований, включающая 7 этапов диссертационного исследования (рисунок 1), охарактеризованы объекты и методы исследований.

Общий методологический подход к научному и экспериментальному обоснованию разработки технологии комбинированных рыборастительных и мясорастительных пищевых продуктов с использованием соевого компонента включает: анализ результатов научных исследований в области химического состава и функционально-технологических свойств рыбного сырья, мясного сырья и соевого зерна, обоснование возможности взаимообогащения их составов при производстве комбинированных продуктов; обоснование способа и режимов влаготепловой обработки соевого зерна; разработку технологии соевого белкового ингредиента в виде пасты, фарша, влажного текстурата путем обоснования рациональных способов воздействия на пищевое сырьё, оптимальных параметров и режимов их получения; разработку технологии стерилизованных рыборастительных и мясорастительных паштетов и фаршей с соевыми белковыми ингредиентами.

Объектами исследований являлись: рыбное сырье - сельдь тихоокеанская, минтай, мойва, треска, окунь морской, горбуша с выраженными признаками нерестовых изменений, молоки кеты, по качеству соответствующее ГОСТ 1168-86 «Рыба мороженая» и хранившееся при температуре не менее минус 18⁰С в течение не более 4-9 месяцев; мясное сырьё - говядина по ГОСТ 779-87 от туш I и II категории упитанности, свинина по ГОСТ 7724-77 II, III, IV категорий упитанности, мясо птицы по ГОСТ 21784-76 в охлажденном и замороженном состоянии; соевое зерно сорта «Октябрь-70», «Соната», отвечающее требованиям ГОСТ 17109-88 «Соя. Требования при заготовках и поставках»; мука соевая дезодорированная необезжиренная по ГОСТ 3898-56; соевая белковая паста, полученная путем влаготепловой обработки соевого зерна и его измельчения (ТУ 9146-009-52909487-00); соевый белковый продукт, полученный путем измельчения соевого зерна, его экстракции и коагуляции (ТУ 9146-014-52909487-04); соевый белковый текстурат (ТУ 9146-015-52909487-04); фаршевые композиции, изготовленные из рыбного сырья с соевой белковой пастой; с соевым белковым продуктом; фаршевые композиции, изготовленные из мясного сырья с соевым белковым текстуратом; паштеты рыбные с соевой белковой пастой; фарши рыбные с соевым белковым продуктом; фарши мясорастительные с соевым белковым текстуратом.

Размещено на http://www.allbest.ru/

Рисунок 1 - Общая схема диссертационного исследования

62

Размещено на http://www.allbest.ru/

Для технологических целей при производстве пищевых продуктов использовали вспомогательное сырьё и материалы, тару и упаковочные материалы, соответствующие требованиям действующей нормативно-технической документации РФ. Объекты исследований оценивали по совокупности органолептических, физико-химических, микробиологических показателей и показателей безопасности в соответствии с требованиями СанПиН 2.3.2.1078-01.

При выполнении исследований использовали общепринятые, стандартные и оригинальные (определение эквивалентного диаметра, давления разрушения соевого зерна) методы исследований.

Отбор проб исследуемых объектов проводили по ГОСТ 7631-85, ГОСТ Р 51447-99, ГОСТ 7702.2.0-95, их подготовку и оценку результатов проводили по существующим методикам и в соответствии с ГОСТ 7636-85, ГОСТ 26668-85, ГОСТ 26669-85, ГОСТ Р 51446-99, ГОСТ Р 51448-99, ГОСТ 26929-94, ГОСТ 26670-91.

Технологическую модификацию соевого зерна проводили путём его влаготепловой обработки с переменным давлением и измельчением, экстракции и коагуляции белковых веществ в соевой суспензии, криовоздействия на соевый белок в дисперсной фазе.

Общий химический состав определяли стандартными методами: определение массовой доли влаги по ГОСТ Р 51479-99; определение массовой доли жира по ГОСТ 23042-86, ГОСТ 26183-84; определение содержания белка по ГОСТ 25011-81; аминокислотный состав белков определяли на аминокислотном анализаторе ААА-339; определение индекса биологической ценности производили путем расчета аминокислотного скора, активность уреазы определяли по ГОСТ 4599-73; определение массовой доли хлоридов по ГОСТ Р 51480-99, ГОСТ 26186-84; энергетическую ценность сырья и готовой продукции рассчитывали, пользуясь коэффициентами Рубнера.

Микробиологические исследования безопасности проводили по стандартным методикам: определение уровня санитарно-показательных микроорганизмов: БГКП (коли-формы) по ГОСТ Р 50474-93; КМАФАнМ по ГОСТ 10444.15-94; определение уровня патогенных микроорганизмов, в том числе сальмонелл по ГОСТ Р 50480-93, ГОСТ 10444.1-84, ГОСТ 10444.2-94, ГОСТ 10444.7-86-10444.9-88; определение уровня сульфитредуцирующих клостридий по ГОСТ 29185-91; определение уровня плесеней и дрожжей по ГОСТ 10444.12-88.

Определение показателей безопасности сырья и пищевых продуктов: определение содержания свинца по ГОСТ 26932-86; мышьяка по ГОСТ 26930-86; кадмия по ГОСТ 26933-86; ртути по ГОСТ 26927-86; меди по ГОСТ 26931-86; цинка по ГОСТ 26934-86, железа по ГОСТ 26928-86, олова по ГОСТ 26935-86; содержание тяжелых металлов (Сu, Zn, Cd, Pb) и мышьяка в сырье и продукции определяли методом атомно-абсорбционной спектроскопии с измерением на спектрометре «Ф-855» фирмы «Nippon Jarrell Ash», подготовку проб к анализу проводили с использованием метода сухого озоления для определения содержания тяжелых металлов и мокрого озоления - для определения содержания мышьяка; определение микотоксинов (афлатоксина В₁) по ГОСТ 30711-2001; определение нитрозаминов (сумма НДМА и НДЭА) по МУК 4.4.1.011-93; определение антибиотиков (левомицетин, тетрациклиновая группа, гризин, бацитрацин) по МУК 4.2.026-95; определение бенз(а)пи-рена по ГОСТ Р 51650-2000; определение пестицидов (гексахлорциклогексан, ДДТ и его метаболиты) по МУ 2142-80; определение радионуклидов (цезий-137, стронций-90) по МУК 2.6.1.717-98.

Для органолептической оценки качества фаршевой и паштетной продукции использовали метод балльных шкал, а также профильный метод (Т.М. Сафронова).

Определение физико-механических свойств соевого зерна проводили с использованием известных методик (А.В. Горбатов и др.); реологические характеристики фарша исследовали по модифицированной методике С.Я. Вейлера и П.А. Ребиндера, описанной А.В. Горбатовым, с помощью прибора с плоскопараллельным зазором; адгезионные свойства фаршевых композиций определяли с помощью адгезиометра, действующего по принципу отрыва, созданного В.А. Даниловым, Ю.А. Мачихиным и О.Г. Силаевым; эффективную вязкость фаршевых композиций определяли с помощью ротационного вискозиметра РВ-8 системы М.П. Воларовича; определение водоудерживающей способности по ГОСТ 7636-85; лабораторную проверку оптимального режима стерилизации консервов проводили согласно нормативной документации по проверке и разработке режимов стерилизации, термофизические замеры в консервах и автоклаве проводили дистанционным термометром, при этом стерилизацию консервов осуществляли с помощью лабораторного автоклава в паровой среде, охлаждение вне автоклава водой.

Медико-биологическую эффективность технологии оценивали методом in vivo на модельной тест-системе - беспородных белых крысах-самцах линии Вистар, путем определения степени переваримости и усвояемости продукта (В.А. Тутельян, Г.Г. Онищенко, З.С. Зобкова, D.T. Hopkins). Расчеты биологической ценности белка и коэффициента эффективности белка осуществляли по методике, предложенной И.А. Роговым, А.И. Жариновым.

Социально-экономическую эффективность технологии оценивали путем расчета нормативной калькуляционной себестоимости продукта и ориентировочного годового экономического эффекта от внедрения технологии (Т.И. Николаева, Н.Р. Егорова, Г.А. Ланин).

Получение математических моделей осуществляли с помощью методики планирования экспериментальных исследований. Достоверность данных достигалась планированием количества экспериментов (Э.Э. Рафалес - Ламарк и В.Г. Николаев). Для обработки экспериментальных данных и построения графических зависимостей, использовали стандартную специализированную программу Origin (v.2.0) для Windows ХР, для статистической и графоаналитической обработки опытных данных использовались ПЭВМ с пакетами прикладных программ Office Pro (Excel), программы Statistica 6.0.

В третьей главе «Обоснование и разработка технологических подходов к модификации исходного сырья как объекта переработки в пищевые системы» теоретически и экспериментально обоснованы подходы к технологии модификации соевого сырья, приводящей к изменению функциональных свойств, исследованы характеристики и химический состав рыбного сырья, химический состав и свойства мясного сырья, а также физико-механические свойства и химический состав соевого зерна.

Все технологические процессы с биологически активным сырьём, в том числе приводящие к изменению состава и структурной формы ингредиентов, относят к пищевой биотехнологии (В.Б. Толстогузов, А.И. Жаринов, Н.П. Елинов, M.M. Mitsuiki, J.W. Rhim и др.).

В исследованиях предложено использовать принцип повышения пищевой и биологической ценности субстратов за счет увеличения доступности к усвоению собственных комплексов ферментов, инактивация которых происходит в результате влаготепловой обработки с учетом максимальной активности индивидуальных ферментов, на что имеются ссылки ведущих ученых в данной области (О.В. Кислухина, И.И. Кюдулас, Н.П. Елинов).

В результате теоретического анализа процесса технологической обработки пищевого сырья, используемого в составе комбинированных пищевых систем, получена аналитическая модель прироста усвояемости питательных веществ в зависимости от продолжительности и условий проведения технологической обработки.

На основе теоретических исследований и эксперимента усвояемость продукта можно выразить уравнением (1).

, (1)

где - оптимальная усвояемость продукта;

R(t) - совокупность технологических факторов в их взаимной связи, обусловливающая технологическое воздействие на пищевые системы в заданном направлении.

Анализ зависимости (1) показывает, что равенство у(t)=y_оп достигается при условии, когда R(t) стремится к max, то есть R(t)>max.

В общем, неявном виде функцию R(t) можно представить следующим образом:

R(t) = f(N, БЦ, С, W, ВУС, е, з, ПНС, С_р , t, ф, …)>max, (2)

где N - органолептические показатели качества продукта;

БЦ - биологическая ценность;

С - массовая доля модифицированного соевого ингредиента (МСИ);

W - массовая доля воды;

ВУС - водоудерживающая способность;

е - липкость продукта;

з - вязкость продукта;

ПНС - предельное напряжение сдвига продукта;

С_р - соотношение питательных веществ в готовом продукте;

t - температура стерилизации;

ф - продолжительность стерилизации.

Увеличение использования организмом питательных веществ рациона может быть достигнуто за счет повышения их концентрации в единице массы сухого вещества продукта, при одновременном его соответствии требованиям физиологии и качества.

Концентрация энергии Э₁ в единице массы сухого вещества пищевых продуктов колеблется от соотношения в них органических элементов и определяется в основном их перевариваемостью (П).

, (3)

где k - коэффициент пропорциональности, определяемый экспериментально.

Перевариваемость питательных веществ пищевого продукта представим как:

, (4)

где Н - неперевариваемость питательных веществ продукта (в долях единицы); У - усвояемость питательных веществ.

Данный показатель представим в виде целевой функции

, (5)

где А - активность антиалиментарных (антипитательных) веществ, ед.

С учетом выражения (4) можно записать:

, (6)

где з^ТЭ - коэффициент технологической эффективности обработки пищевого сырья.

Анализ процесса приготовления пищевых продуктов с использованием соевого сырья показывает, что коэффициент технологической эффективности зависит от активности А и, в неявном виде, может быть представлен как:

62

Размещено на http://www.allbest.ru/

(7)

Эффективность процесса технологической обработки пищевых систем, осуществляемого с целью разрушения антипитательных веществ, зависит от их наличия в сырье А₀, а также в готовых пищевых продуктах А_i:

, (8)

где А_i - изменение активности антипитательных веществ в процессе обработки пищевого сырья, при этом А_i ? [А_о], где [А₀] - допустимое содержание А, в соответствии с требованиями СанПиН 2.3.2.1078-01.

Энергию, заключенную в количестве равном суточному потреблению продукта питания данного вида представим как:

(9)

Анализ выражения (9) показывает, что чем меньше неперевариваемая часть пищевого продукта (в идеале должна стремиться к нулю Н>0), тем выше усвояемость, а также энергия суточного потребления продукта питания данного вида, таким образом повысить перевариваемую долю пищевого сырья можно путем применения рациональных способов его обработки (А>0), а также применением более совершенных пищевых технологий и технических средств.

В процессе исследований по обобщению и систематизации существующих научных данных (В.Б. Толстогузов, А.А. Покровский, В.М. Поздняковский и др.) установлены зависимости усвояемости питательных веществ пищевого сырья у=f(ф), в целом согласующиеся с нашими данными (рисунок 2).

Рисунок 2 - Зависимости усвояемости питательных веществ пищевого сырья от продолжительности тепловой обработки при оптимальных температурах

Анализ полученных зависимостей показывает, что усвояемость питательных веществ мясного, рыбного и соевого сырья повышается при увеличении продолжительности тепловой обработки, что, по-видимому, связано с различными биохимическими превращениями питательных веществ сырья.

Технологический процесс получения высокобелковых соевых продуктов, как базового ингредиента комбинированных пищевых систем, представляет сложную систему, состоящую из совокупности отдельных операций, обладающих определенной автономностью.

На основе классификации способов обработки соевого сырья нами разработаны операторные модели технологических процессов получения высокобелковых соевых ингредиентов различной физической формы и структуры (рисунок 3).

Данные модели позволяют выделить основные процессы, оказывающие влияние на получение соевого компонента заданной структурной формы и состава.

Рисунок 3 - Операторные модели процессов обработки и модификации соевого зерна и получения высокобелковых продуктов:

Т - твердое вещество; Ж - жидкое вещество; П - пар; Э - экстракция;

К - коагуляция; З - замораживание; Р - размораживание

Экспериментальные исследования химического состава и характеристик соевого сырья показали, что соевое зерно и мука являются наиболее подходящими белковыми ингредиентами, позволяющими повысить пищевую ценность рыбного и мясного сырья. Установлено, что на химический состав и свойства соевых ингредиентов значительное влияние оказывает сортовая принадлежность сои. Результаты исследований показывают, что наиболее ценные технологические свойства имеет соевое зерно сортов «Соната» и «Октябрь-70», районированных для Дальневосточного региона.

Для определения возможности и целесообразности взаимодополнения рыбного или мясного сырья соевым сырьем проведены экспериментальные исследования химического состава и свойств соевого сырья, размерно-массового состава и характеристик рыбного и мясного сырья. Результаты сравнительного анализа состава рыбного и мясного сырья с соевым сырьём показали, что они являются взаимодополняющими. Так, использование при конструировании рыборастительных и мясорастительных пищевых систем соевых белковых компонентов позволит повысить содержание белков, липидов, в том числе полиненасыщенных жирных кислот, углеводов и минеральных веществ в пищевых продуктах. Сочетание животных и растительных ингредиентов обеспечит получение комплементарных по структурной форме и составу продуктов с заданными качественными характеристиками, высокими органолептическими показателями, пищевой и биологической ценностью.

В четвёртой главе «Разработка модификации соевого сырья» обоснованы параметры технологий получения модифицированных соевых ингредиентов.

На основании проведенных исследований теоретически и экспериментально обоснованы технологии трех базовых белковых ингредиентов - соевой белковой пасты (ТУ 9146-009-52909487-00) как компонента рыбных паштетных систем, соевого белкового продукта в виде фарша (ТУ 9146-014-52909487-04) как компонента рыбных фаршевых систем и соевого белкового текстурата (ТУ 9146-015-52909487-04) как компонента мясных фаршевых систем. Определено влияние технологических факторов на образование состава и структурной формы соевых белковых компонентов.

Для получения соевого модифицированного продукта в виде пасты необходим биотехнологический прием, позволяющий снизить твердость соевого зерна и содержание в нем ингибиторов пищеварительных ферментов, что достигается путем влаготепловой обработки. Экспериментальные исследования процесса влаготепловой обработки (ВТО) соевого зерна позволили определить характер влияния факторов (температуры - t и продолжительности обработки - ф, интенсивности снижения давления в автоклаве - v) на критерии оптимизации данного процесса: - давление разрушения соевого зерна, МПа; ДЭ - удельные затраты теплоты, МДж/кг, а также обосновать вид математической модели, описывающей процесс ВТО и оценить степень ее достоверности:

(10)

(11)

Адекватность моделей подтверждается с вероятностью Р=0,95, при коэффициенте корреляции R₁= 0,93 и R₂=0,90, неравенством F_R>F_T.

В результате решения полученных уравнений, определены оптимальные значения параметров процесса влаготепловой обработки соевого зерна: температура обработки 130⁰C; продолжительность 49 мин; интенсивность снижения давления в автоклаве 0,04 МПа/мин.

При этом натуральные величины критериев оптимизации составляют = 4,2 МПа, ДЭ = 1,4 МДж/кг. Это, возможно, обеспечивает высокую биологическую ценность зерна за счет активации эндоферментов сырья, что позволяет выполнить условие БЦ>max, при этом А>0.

На основании полученных экспериментальных данных разработана технология получения соевой белковой пасты (СБП) как компонента рыборастительных продуктов питания. Согласно разработанным биотехнологическим приемам, достигаемым путем воздействия на соевое зерно в процессе его влаготепловой обработки переменного давления, обеспечивается модификация внутренней структуры зерна. Получен компонент мазеподобной структуры, комплементарной рыбным паштетам и пастам. Исследованы химический состав (таблица 1) и функционально-технологические свойства полученной пасты, разработана техническая документация на её производство. Технология является новой и защищена патентом РФ на изобретение №2150851.

В результате экспериментальных исследований разработана технология соевого белкового фарша (СБФ), аналогичного рыбному фаршу по своим структурно-механическим свойствам, в ходе исследований установлена зависимость эффективной вязкости (з) СБФ, которая значительно влияет на органолептические показатели пищевого продукта, от продолжительности измельчения (ф), которую определяют по полученной нами формуле:

ф = 161,7 - 102,8 ? ln (10,7 - з), (12)

где з - эффективная вязкость рыбного фарша.

Анализ данной зависимости показывает, что продолжительность измельчения соевого белкового продукта в зависимости от реологических показателей рыбного фарша находится в пределах 2-4 мин и позволяет получить растительный фарш идентичный по структурной форме рыбному фаршу, что обеспечивает доступность питательных веществ к усвоению. Полученная структура продукта обеспечивает условие, когда N>max.

На основании полученных данных разработана биотехнология соевого белкового фарша, в данной технологии основным подходом к биотехнологической модификации зерна сои является выделение белка и осаждение его на нерастворимую фракцию зерна с получением продукта смешанной волокнисто-агрегатной структуры комплементарной рыбному фаршу. Исследованы химический состав (таблица 1) и функционально-технологические свойства полученного растительного фарша, разработана техническая документация на его производство.

При разработке технологии влажного соевого белкового текстурата (СБТ) из соевой муки определялась зависимость максимально возможного выхода белковых веществ и других незаменимых нутриентов определенной формы и состава в экстрагент от времени экстракции t_э с учетом соответствующих ограничений:

(13)

По результатам опытов определена зависимость выхода данных веществ в экстрагент от степени измельчения соевого зерна в процессе получения соевой муки G=f(л).

В результате исследований подтверждена гипотеза о влиянии степени измельчения соевого зерна л_опт на выход жизненно важных нутриентов в экстрагент:

(14)

Анализ данного выражения показывает, что с увеличением степени измельчения л увеличивается выход данных веществ в экстрагент. Необходимую степень измельчения определяли с учетом времени экстракции t_э равным t_опт посредством полученного в результате исследований выражения:

(15)

Данное выражение позволяет определить, что оптимальная степень измельчения составляет 5,0±0,05 мкм.

В результате обработки априорной информации были выделены наиболее значимые факторы, оказывающие наибольшее влияние на качественные показатели процесса экстракции растворимых фракций из соевой муки. К ним отнесены: температура экстрагента - Т, °С; время экстракции - t_э, мин; гидромодуль - м, % и активная кислотность, рН, ед.

После реализации эксперимента по матрице плана и получения значений критерия оптимизации проведена обработка результатов и построены математические модели в виде уравнений регрессии:

- удельные затраты теплоты:

(16)

- выход растворимых фракций:

(17)

Адекватность моделей подтверждается с вероятностью Р=0,95, при коэффициенте корреляции R₁= 0,98 и R₂=0,93, неравенством F_R>F_T.

В результате решения задачи определены независимые переменные, влияющие на критерии оптимизации, которые имеют следующие оптимальные значения: температура экстрагента (Т) - 46⁰С; время экстракции (t_э=t_опт) - 79 мин; гидромодуль (м) - 13,5%; активная кислотность (рН) - 7,1 ед., которые обеспечивают высокую биологическую ценность, так как обеспечивается условие, когда А>0.

В результате проведенных исследований разработана технология производства влажного соевого белкового текстурата (СБТ). Согласно разработанной технологии модификация соевой муки производится путем экстракции и коагуляции белковых веществ соевой муки и криовоздействия на выделенный соевый белок в дисперсной фазе при значениях рН в области близкой к 4,5 ед. с получением компонента рыхлой кусочкообразной структуры, подобной мясной фаршевой системе. Исследованы химический состав (таблица 1), функционально-технологические и органолептические показатели, разработана техническая документация на соевый белковый текстурат. Получаемый по данной технологии текстурат, имея идентичную мясному фаршу структуру, обеспечивает условие, когда, А>0; БЦ, N >max. Элементы разработанной технологии защищены патентами РФ на изобретения №2206232 и №2290835.

Анализ полученных данных показывает, что все модифицированное соевое сырьё высокой усвояемости имеет большое содержание белков, липидов, углеводов и минеральных веществ, что приводит к обогащению сырья животного происхождения ценными пищевыми нутриентами растительного происхождения.

На заключительном этапе исследований изучены товароведные характеристики и показатели безопасности модифицированного соевого сырья: определено содержание токсичных элементов; микотоксинов; пестицидов; радионуклидов, а также исследован уровень их микробиологической безопасности, которые соответствуют требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01.

Таблица 1 - Сравнительный химический состав соевого сырья и модифицированных соевых белковых компонентов на 100 г

Наименование показателя	Наименование сырья и продуктов
	Соевое зерно	Соевая мука	Соевая белковая паста	Соевый белковый фарш	Соевый белковый текстурат
Вода, г	12,0±0,06	9,0±0,08	36,0±0,70	16,0±0,50	26,0±0,20
Белки, г	40,0±0,19	44,0±0,20	26,0±0,11	37,0±0,22	38,5±0,23
Липиды, г	20,1±0,14	25,4±0,19	16,0±0,13	19,5±0,11	13,0±0,17
Углеводы, г	22,9±0,19	16,3±0,20	17,0±0,16	22,5±0,10	18,5±0,19
Минеральные вещества, г	5,0±0,03	5,3±0,02	5,0±0,05	5,0±0,04	4,0±0,03
Калорийность, ккал/кДж	431,6/ 1807,0	469,8/ 1966,9	316,0/ 1323,0	413,5/ 1731,2	345,0/ 1444,4

В пятой главе «Обоснование и разработка технологических подходов к созданию и оценке фаршевых бинарных композиций на основе растительного и животного сырья» представлены результаты исследований по разработке технологии и оценке органолептических и реологических характеристик фаршевых композиций на основе рыбного или мясного сырья и модифицированного соевого сырья.

Выбор методов органолептических исследований определяется поставленной целью. Поэтому для обнаружения различий в образцах фаршевых композиций использовали метод парных сравнений с указанием величины наблюдаемой разницы (Т.М. Сафронова).

С целью получения сопоставимых данных по результатам органолептического анализа проводились дегустационные исследования, разрабатывались специальные анкеты на каждый вид фаршевых композиций. На основании поисковых опытов по определению оптимальных режимов и рецептур для конструирования фаршевых композиций были определены наиболее значимые факторы и уровни их варьирования: содержание модифицированного соевого сырья (МСС), массовая доля воды и продолжительность куттерования.

На основании полученных результатов был проведен регрессионный анализ зависимостей у_i=ѓ(х₁,х₂,х₃) и построены математические модели органолептической оценки фаршевых композиций в зависимости от количества добавляемого МСС (С), позволяющего обеспечить условие, когда N, ВУС, е, з, ПНС > max, массовой доли воды (W), которая оказывает влияние на N, С_р БЦ в фаршевых композициях, и продолжительности их куттерования (ф), способствующей повышению усвояемости питательных веществ продукта.

Для фаршевых композиций из рыбного сырья с соевой белковой пастой:

(18)

(19)

(20)

(21)

(22)

где N₁- композиция на основе молок кеты + соевая белковая паста (СБП); N₂ - сельдь + СБП; N₃ - мойва + СБП; N₄ - минтай + СБП; N₅ - горбуша + СБП.

Адекватность моделей подтверждается с вероятностью Р=0,95, при коэффициенте корреляции R₁= 0,94, R₂= 0,96, R₃= 0,96, R₄= 0,99, R₅=0,98, неравенством F_R>F_T.

Проведенные исследования позволяют заключить, что оптимальными значениями факторов являются: содержание МСС в фаршевых композициях 30%; влажность 70%; продолжительность куттерования 5 мин.

Для фаршевых композиций из рыбного сырья с модифицированным соевым сырьём в виде фарша:

(23)

(24)

(25)

(26)

(27)

где N₁ - горбуша + соевый белковый фарш (СБФ); N₂ - минтай + СБФ; N₃ - сельдь + СБФ; N₄ - окунь морской + СБФ; N₅ - треска + СБФ.

Адекватность моделей подтверждается с вероятностью Р=0,95, при коэффициенте корреляции R₁= 0,91, R₂= 0,96, R₃= 0,96, R₄= 0,97, R₅=0,96, неравенством F_R>F_T.

Оптимальными значениями факторов являются: содержание МСС в фаршевых композициях 30%; влажность 50-60%; продолжительность измельчения 6 мин.

Для фаршевых композиций на основе мясного сырья с МСС в виде влажного текстурата:

(28)

(29)

(30)

где N₁ - говядина + соевый белковый текстурат (СБТ); N₂ - (говядина, свинина и мясо птицы)+СБТ; N₃ - свинина + СБТ.

Адекватность моделей подтверждается с вероятностью Р=0,95, при коэффициенте корреляции R₁= 0,94, R₂= 0,96, R₃= 0,93, неравенством F_R>F_T.

Оптимальными значениями параметров являются: содержание МСС в мясных фаршевых композициях до 30%; влажность 40%; продолжительность куттерования 8 мин.