ГЕРАСИМОВА Наталия Юрьевна СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО И ЖИВОТНОГО СЫРЬЯ
advertisement
На правах рукописи ГЕРАСИМОВА Наталия Юрьевна СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУФАБРИКАТОВ ИЗ РАСТИТЕЛЬНОГО И ЖИВОТНОГО СЫРЬЯ ДЛЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ПИТАНИЯ 05.18.01 – Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства 05.18.04 – Технология мясных, молочных, рыбных продуктов и холодильных производств АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Краснодар – 2009 2 Работа выполнена в ГОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет» Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент Магзумова Наталья Владимировна Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Борисенко Алексей Алексеевич кандидат технических наук, доцент Решетняк Александр Иванович Ведущая организация: ГУ «Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции» Российской сельскохозяйственной академии Защита состоится «17» декабря 2009 года в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.100.05 в Кубанском государственном технологическом университете по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, кор. А, конференц-зал С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного технологического университета Автореферат разослан «17» ноября 2009 г. Ученый секретарь диссертационного совета, канд. техн. наук В.В. Гончар 3 1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 1.1 Актуальность темы. В настоящее время стремление к здоровому образу жизни набирает силу. Состояние здоровья человека в значительной мере зависит от питания. Важным фактором здорового питания является поступление всех компонентов пищи в их адекватном соотношении и количестве. Вследствие этого пищевая индустрия переориентируется на производство функциональных продуктов питания, поддерживающих здоровым организм человека. Перспективным направлением создания таких продуктов является комбинирование растительного и животного сырья, что также обеспечивает сбалансированность состава по основным пищевым веществам. Из широкого спектра зернобобового сырья, выращиваемого в Краснодарском крае, кукуруза и нут являются доступными источниками растительного белка, углеводов, витаминов и минеральных веществ. Проблема их рациональной переработки и использования в сочетании с сырьем животного происхождения до сих пор не решена в полной мере. Мясо как источник биологически полноценного белка, входит в число основных продуктов питания. Однако, за годы экономических преобразований, производство мяса в России сократилось более чем в 2 раза. Проблема увеличения производства мяса может быть решена за счет роста поголовья и продуктивности традиционных видов скота, а также за счет разведения и переработки нетрадиционных, таких как черный африканский страус, выращивание и производство мяса которого в промышленном масштабе налажено в Краснодарском крае с 1995 г. Особое значение продукты функционального питания имеют для детей школьного возраста, т.к. в это время интенсивно растет и развивается скелет и увеличивается масса тела, увеличиваются энергозатраты организма, связанные с повышением физической и умственной нагрузки. Из-за неправильного питания как в школе, так и дома, больше половины детей после окончания школы страдают различными заболеваниями. Разработка полуфабрикатов, обладающих функциональной направленностью, в том числе для детей школьного возраста, является актуальной, соответствует целям и задачам государственной политики в области здорового питания населения России. 4 1.2 Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является совершенствование технологии полуфабрикатов из растительного и животного сырья для функционального питания. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи: - определить основные требований к сырью для производства полуфабрикатов функционального назначения; - обосновать возможность использования смеси зерна нута и кукурузы для компенсации лимитирующих аминокислот (в кукурузе – лизина и треонина, в нуте – метионина и цистина) и разработать технологию производства растительной добавки методом СО2-гомогенизации; - изучить общий химический состав и степень набухания растительной добавки из смеси зерна нута и кукурузы, полученной методом СО2гомогенизации; - обосновать возможность использования мяса черного африканского страуса в производстве полуфабрикатов для функционального питания; - оптимизировать функционально-технологические свойства мяса черного африканского страуса, путем воздействия на него различных факторов; - сконструировать аминокислотный модуль на основе белковой составляющей изучаемого растительного и животного сырья; - разработать поликомпонентные рецептурные композиции сбалансированных продуктов функционального питания с применением методов компьютерного моделирования; - усовершенствовать технологию, построить аппаратурно- технологическую схему процесса производства и провести промышленную апробацию разработанных полуфабрикатов для функционального питания, в том числе для детей школьного возраста; - провести комплексную оценку пищевой, биологической ценности и показателей безопасности разработанных полуфабрикатов для функционального питания, в том числе для детей школьного возраста; - разработать техническую документацию на новые полуфабрикаты и оценить экономическую эффективность от внедрения усовершенствованной 5 технологии получения разработанных полуфабрикатов для функционального питания, в том числе для детей школьного возраста. 1.3 Научная новизна работы. Установлено, что биологически полноценный растительный белок может быть получен из смеси зерна нута и кукурузы в соотношении 1:1,5. Впервые показано, что использование метода СО2-гомогенизации при переработке смеси зерна нута и кукурузы в выявленном соотношении обеспечивает получение растительной добавки, содержащей биологически полноценный белок, а также обеспечивает увеличение выхода до 88 %. Установлено, что оптимизировать функционально-технологические свойства мяса черного африканского страуса позволяет использование раствора лимонной и яблочной кислот на основе молочной сыворотки. Методом компьютерного моделирования сконструирован сбалансированный аминокислотный модуль на основе белковой составляющей зерен нута и кукурузы в сочетании с белком мяса страусов, что позволило создать новый высокобелковый продукт функционального назначения. 1.4 Практическая значимость работы. Полученные результаты работы позволили решить задачи, связанные с рациональной переработкой зерна нута и кукурузы, а также мяса черного африканского страуса. Разработана технология получения растительной добавки из смеси зерна нута и кукурузы методом СО2-гомогенизации. Разработаны сбалансированные по составу поликомпонентные рецептурные композиции рубленых полуфабрикатов для функционального питания детей школьного возраста. Усовершенствована, апробирована и внедрена в производство на ООО «Северский мясной двор «УБИН» (ст. Северская, Краснодарский край) технология рубленых полуфабрикатов для функционального питания детей школьного возраста. Разработана и утверждена техническая документация на новые виды полуфабрикатов из растительного и животного сырья. 1.5 Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены, обсуждены и одобрены на заседаниях кафедры технологии мясных и рыбных продуктов (г.Краснодар, 2006-2009 гг.); Международной науч- 6 но-практической конференции «Перспективные нано- и биотехнологии в производстве продуктов функционального назначения» (г. Краснодар, 2007 г.); Международной научно-практической конференции «Государственная программа развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008-2012 гг.» (г. Пенза, 2008 г.); II Международной научно-практической конференции «Пищевая промышленность и агропромышленный комплекс: достижения, проблемы, перспективы» (г. Пенза, 2008 г.); Международной научно-практической конференции «Теория и практика суб- и сверхкритической флюидной обработки сельскохозяйственного сырья» (г. Краснодар, 2009 г.). 1.6 Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 9 научных работ, в том числе 5 научных статей (из них 3 статьи – в журналах, рекомендованных ВАК РФ), получено 2 патента РФ на изобретения и патент РФ на полезную модель. 1.7 Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, трех основных глав, выводов, списка использованной литературы и приложения. Основное содержание диссертации изложено на 178 страницах компьютерного текста, содержит 64 таблицы и 50 рисунков. Список литературных источников включает 185 наименований, в том числе 18 – зарубежных авторов. 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 2.1 Определение требований к сырью. При создании функционального продукта питания один из основных принципов – выбор и обоснование определенных видов сырья и функциональных ингредиентов. Одним из основных условий выпуска высококачественного продукта является использование свежего, доброкачественного сырья, отвечающего СанПиН 2.3.2.1078-01 «Гигиеническим требованиям безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов» и СанПиН 2.3.6.1079-01 «Санитарноэпидемиологические требования к организациям общественного питания, изготовлению и оборотоспособности в них пищевых продуктов и продовольственного сырья. Санитарно-эпидемиологические правила». 7 Подбор основного и вспомогательного сырья для производства полуфабрикатов для функционального питания проводили исходя из основных положений науки о рациональном питании, концепции сбалансированного питания, знании химического, витаминного и минерального составов исходных ингредиентов с учетом их сочетаемости и возможности обеспечения заданных органолептических характеристик готового продукта. 2.2 Объекты исследований. В качестве основных объектов исследований использовали сырье растительного и животного происхождения; растительную добавку из смеси зерна нута и кукурузы, полученную методом СО2гомогенизации; мясо черного африканского страуса (Struthio camelus domesticus) до и после обработки раствором органических кислот на основе молочной сыворотки; разработанные полуфабрикаты для функционального питания, в том числе для детей школьного возраста. В качестве основного сырья растительного происхождения использовали зерно нута (сорт «Кубанский 199») и кукурузы (гибрид Краснодарский 382 МВ), районированные по Северо-Кавказскому региону. В качестве основного сырья животного происхождения использовали мясо черных африканских страусов, выращенных на ООО «Сельскохозяйственное предприятие «Приреченский» в Краснодарском крае, которые являются нетрадиционным видом сырья для России. 2.3 Методы исследований. В работе применяли современные стандартные и общепринятые методы химических, биохимических, микробиологических и органолептических исследований: содержание влаги – по ГОСТ 9793, золы – по ГОСТ 27494, белка – методом Къельдаля, липидов – методом Сокслета, жирнокислотного состава, витаминов А, D и Е – методом газожидкостной хроматографии, аминокислотного состава – методом ионообменной хроматографии на аминокислотном анализаторе «Кристалл-2000 М», витаминов В1 и В2 - методом инверсионной вольтамперометрии, витамина С - методом титрования раствором 2,6-дихлорфенолиндофенолята натрия, β-каротина методом абсорбционной хроматографии, витаминов В6, фолацина, биотина и ниацина (РР) - микробиологическими методами анализа, токсичные элементы 8 – по ГОСТ 26927, ГОСТ 26930, ГОСТ 26932, ГОСТ 26933, пестициды – по МУ № 2142 методом тонкослойной хроматографии, радионуклиды – по МУК 2.6.1.717 (фосфатный метод), влагосвязывающую способность (ВСС) - методом прессования, энергетическую и биологическую ценность - расчетным методом, относительную биологическую ценность – с использованием тесторганизма Tetrachimena pyryphormus, содержания поваренной соли - по ГОСТ 9957, массовую долю хлеба - по ГОСТ 4288, рН определяли на рН-метремилливольтметре рН-410. Эксперименты проводили с применением методов математического планирования и статистической обработкой полученных результатов. Описательную статистическую обработку данных вели по методу Ашмарина И.П., Воробьева А.А., Каминского Л.К. и Боровикова В.П. Математическую обработку данных проводили с помощью компьютерных программ Microsoft Excel, Statistica. Компьютерное моделирование рецептур проводили в программе Generic 2.0. Схема проведения исследований представлена на рисунке 1. 3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 3.1 Обоснование возможности использования смеси зерна нута и кукурузы и разработка технологии производства растительной добавки методом СО2-гомогенизации. Зерно нута и кукурузы содержат в своем составе большой набор витаминов и минеральных веществ, моно- и полиненасыщенные жирные кислоты. Однако, белки нута и кукурузы являются неполноценными, т.к. содержат лимитирующие аминокислоты (зерно кукурузы – аминокислотный скор лизина – 53%, треонина – 78%; зерно нута – аминокислотный скор метионина+цистина – 80%). При моделировании наилучшего соотношения зерна нута и кукурузы для производства растительной добавки использовали разработанную на кафедре Технологии мясных и рыбных продуктов компьютерную программу Generic 2.0. В результате получено оптимальное соотношение зерна нута и кукурузы в смеси, составляющее 1:1,5, в котором аминокислоты зерна нута и кукурузы взаимно дополняют друг друга и дают биологически полноценный растительный белок. 9 Теоретический этап исследований Анализ патентно-информационной литературы по изучаемой проблеме с использованием фондов научных библиотек и системы Internet Мониторинг состояния рынков растительного и животного сырья Обзор существующих способов производства и основные тенденции создания функциональных пищевых продуктов Анализ медико-биологических требований к функциональным продуктам, в том числе для детей школьного возраста Постановка задач исследования Выбор объектов и методов исследований Определение требований к сырью Экспериментальный этап исследований Обоснование возможности использования мяса страуса при производстве функциональных пищевых продуктов Обоснование возможности использования зерна нута и кукурузы для создания биологически полноценного белка Оптимизация функционально-технологических свойств мяса страуса (ВСС, усилие резания) Получение растительной добавки из смеси зерна нута и кукурузы методом СО2-гомогенизации Изучение общего химического состава сырья после обработки Изучение способности к набуханию Конструирование сбалансированного аминокислотного модуля на основе белковой составляющей зерна нута и кукурузы и мяса черного африканского страуса Разработка поликомпонентных рецептур полуфабрикатов с использованием выбранного сырья для функционального питания Совершенствование технологии и построение аппаратурно-технологической схемы производства полуфабрикатов для функционального питания детей школьного возраста Оценка пищевой, биологической ценности и безопасности разработанных продуктов Разработка технической документации и опытно-промышленная апробация рецептур Полуфабрикатов из растительного и животного сырья для функционального питания, в том числе для детей школьного возраста, расчет экономической целесообразности внедрения усовершенствованной технологии Рисунок 1 – Схема проведения исследований 10 Известно, что при обработке цельного зерна и получении крупы по классическим технологиям выход составляет около 40%, и происходят потери большого количества белков. С целью максимального сохранения питательных веществ и увеличения выхода для производства растительной добавки из смеси зерна нута и кукурузы (в соотношении 1:1,5) предложено использование диоксида углерода в различных фазовых состояниях. Процесс СО2-гомогенизации осуществляется в два этапа: на первом этапе сырье насыщается жидким диоксидом углерода под давлением; на втором – давление резко сбрасывается и происходит разрушение структуры обрабатываемого сырья. В проведении эксперимента варьировали: диапазон давлений паров СО2 в барокамере в интервале от 2,9 до 6,0 МПа и продолжительность процесса насыщения сырья жидким диоксидом углерода – от 15 до 65 минут. Основным критерием оптимизации параметров обработки служил размер частиц полученной добавки после проведения процесса СО2гомогенизации. В результате проведенных исследований спланирован двухфакторный эксперимент, что позволило получить уравнение регрессии зависимости размера частиц растительной добавки (К) от условий проведения эксперимента: Ê 1063,081 7,218 Õ1 174,121Õ2 0,179 Õ12 2,103 Õ1 Õ2 49,853 Õ22 , (1) где Õ1 – давление паров СО2 в барокамере, МПа; Õ2 –продолжительность насыщения сырья жидким СО2, мин. На рисунке 2 показана динамика изменения размера частиц растительной добавки в зависимости от давления паров СО2 в камере и продолжительности процесса насыщения сырья жидким СО2. Из представленной диаграммы можно сделать вывод, что увеличение давления паров СО2 в барокамере и продолжительности процесса насыщения предварительно подготовленной смеси зерна нута и кукурузы (в соотношении 1:1,5) жидким СО2 приводит к уменьшению размера частиц получаемой растительной добавки. Однако, учитывая предпочтительный размер частиц (0,60,7 мм), рекомендованы следующие параметры проведения процесса СО2гомогенизации: давление паров СО2 в барокамере 4,4-4,5 МПа, продолжительность процесса насыщения сырья жидким диоксидом углерода 40 минут. 11 181,818 263,636 345,455 427,273 509,091 590,909 672,727 754,545 836,364 918,182 above Рисунок 2 – Изменение размера частиц растительной добавки в зависимости от давления паров СО2 в барокамере и продолжительности процесса насыщения сырья жидким СО2 В результате проведения исследований разработана технологическая схема получения растительной добавки из смеси зерна нута и кукурузы (рисунок 3). 3.2 Изучение общего химического состава и степени набухания растительной добавки из смеси зерна нута и кукурузы, полученной методом СО2-гомогенизации. После разработки технологии и технологических режимов были исследованы общий химический и аминокислотный составы полученной растительной добавки в сравнении с целым зерном нута и кукурузы и кукурузной крупой. Результаты исследования представлены в таблицах 1-2. Таблица 1 – Общий химический состав растительной добавки в сравнении с зерном кукурузы и нута и крупой Наименование показателя Влага Белок Жир Углеводы Зола Зерно нута 14,0 20,1 5,0 57,9 3,0 Значение показателя, % Зерно Растительная кукурузы добавка 14,0 10,3 4,9 69,6 1,2 14,0 13,4 4,9 65,7 2,0 Крупа нута и кукурузы (по класс. техн. 14,0 8,3 1,2 75,8 0,7 12 Зерно кукурузы Зерно нута Инспекция Инспекция - Гидротермическая обработка (Т=40 С, до влажности зерна 15-16%) Измельчение до размера 2,5-3 мм Дозирование Отволаживание Измельчение Зародыш Сортирование Дозирование Смешивание Лепесткование на вальцах до толщины 0,15-0,20 мм Растительная добавка из смеси зерна нута и кукурузы (в соотношении 1:1,5) СО2-гомогенизация: 1 этап: Р=4,4-4,5 МПа t=40 мин Т=23 С 2 этап: Р=0,2-0,3 МПа t=10 мин Т=5 С Просушивание Рисунок 3 – Технологическая схема получения растительной добавки методом СО2-гомогенизации Таблица 2 – Аминокислотный состав растительного сырья Значение показателя, мг на 100 г продукта Зерно Зерно Растительная Крупа нута и нута кукурузы добавка кукурузы (по класс. техн.) содер скор содер скор содер скор содер скор Валин 920 92 667 128 721 108 410 99 Изолейцин 1370 170 410 100 746 139 410 124 Лейцин 1520 108 1250 173 1277 136 960 165 Лизин 1545 140 300 53 749 102 210 46 Мет.+цистин 560 80 480 133 481 103 250 86 Треонин 1013 126 320 78 561 105 160 48 Триптофан 245 121 97 94 147 109 60 72 Фенилал.+тир 1420 118 840 136 1008 125 660 133 Лим.аминокислота, Мет+цис. – 80 Лизин – 53 нет Лизин – 46 скор% Треон – 78 Треон. – 48 Наименование показателя 13 Показано, что применение процесса СО2-гомогенизации для получения растительной добавки из смеси зерна нута и кукурузы является целесообразным и позволяет сохранить количественный и качественный состав белка, а также увеличить выход продукции до 88%. Одним из важных критериев выбора направления использования растительного сырья в качестве добавки, улучшающей консистенцию и выход готового продукта, при производстве полуфабрикатов является его способность связывать влагу. Учитывая это, исследовали способность разработанной добавки к набуханию в сравнении со смесью зерна нута и кукурузы, измельченной по классической технологии. Динамика изменения степени набухания растительной добавки в зависимости от способа получения приведена на рисунке 4. 40 Степень набухания, % 35 30 25 классическая технология 20 СО2-гомогенизация 15 10 5 Рисунок 4 – Динамика изменения степени набухания в зависимости от способа получения растительной добавки 0 0 20 30 40 50 65 Температура, град. Цельсия Из приведенных данных видно, что растительная добавка, полученная методом СО2-гомогенизации при температуре 65 0С, связывает влаги в 1,5 раза больше, чем крупа, изготовленная по классической технологии. 3.3 Обоснование возможности использования мяса черного африканского страуса для производства полуфабрикатов для функционального питания. Для обоснования возможности применения нетрадиционного для России вида мясного сырья было изучено мясо черных африканских страусов, выращенных на ООО «Сельскохозяйственное предприятие «Приреченский» в Краснодарском крае. Исследовали общий химический состав мяса черного африканского страуса в зависимости от анатомического расположения частей мышц тушки: филейную вырезку (передняя мышца бедренной и большой берцовой кости – m. iliotibialis cranialis) и мясо бедренной ча- 14 сти (средняя проба мышц, относящихся к мясу I класса). Выявлены незначительные различия в химическом составе, поэтому, учитывая стоимость и направление для дальнейшей переработки (в нашей работе на производство рубленых полуфабрикатов) последующие исследования проводили для мяса бедренной части тушки. Химический состав мяса черного африканского страуса в сравнении с говядиной 1 категории представлен в таблице 3. Таблица 3 – Химический состав мяса черного африканского страуса в сравнении с говядиной 1 категории Наименование показателя Влага, % Жир, % Белок, % Зола, % Аминокислотный состав, мг/100г сырья: Валин Изолейцин Лейцин Лизин Метионин+цистин Треонин Триптофан Фенилаланин+тирозин Значение показателя Мясо Говядина Аминокислотстрауса 1 кат. ный скор (мясо страуса/говядина 1 категории), % 74,3 66,4 2,2 14,0 22,4 18,6 1,1 1,0 1142 963 1814 1523 829 941 246 1747 1035 782 1478 1589 704 803 210 1453 102/112 108/105 115/114 124/155 106/109 105/108 110/113 130/131 Установлено, что по химическому составу мясо черного африканского страуса превосходит говядину 1 категории, а скор незаменимых аминокислот мяса страуса незначительно отличается от говядины 1 категории. Мясо страуса характеризуется повышенным содержанием лизина, что видно из соотношение аминокислот триптофан : лизин : (метионин+цистин)=1:6:3. Важными показателями при рекомендации использования сырья для производства продуктов являются химические и микробиологические показатели безопасности. По результатам оценки этих показателей мясо черного африканского страуса соответствует установленным нормам. Проведенные исследования показали, что мясо черного африканского страуса, которое является нетрадиционным сырьем для России, может быть рекомендовано в ка- 15 честве сырья для производства функциональных продуктов питания, в том числе предназначенных для детей школьного возраста. 3.4 Оптимизация функционально-технологические свойств мяса черного африканского страуса путем воздействия на него различных факторов. Мясо черного африканского страуса содержит большое количество соединительной ткани (содержание оксипролина 11 мг в 1 г белка), которая влияет на функционально-технологические свойства сырья и качество готовых полуфабрикатов. Для улучшения функционально-технологических свойств (в частности нежности и влагосвязывающей способности) были проведены исследования по обработке мяса страуса молочной сывороткой и органическими кислотами, разрешенными для применения в производстве пищевых продуктов. В качестве основы для получения модельных растворов использовали молочную сыворотку, регулируя рН количеством вводимой смеси органических кислот (яблочной и лимонной в соотношении 1:1). На первой стадии эксперимента был проведен опыт по исследованию влияния молочной сыворотки, растворов яблочной и лимонной кислот отдельно, а также раствора этих органических кислот на основе молочной сыворотки на изменение влагосвязывающей способности и усилия резания. Для проведения эксперимента использовали растворы с рН 1,95-4,39, выдержку проводили в течение 15 минут при температуре 18-20 0С. На рисунках 5 и 6 показано изменение исследуемых показателей в зависимости от вида кислот при различных рН растворов. 73,8 73,6 73,4 ВСС, % 73,2 рН=6,10 73 рН=4,39 72,8 рН=2,08 72,6 рН=1,95 72,4 72,2 72 71,8 мясо без обработки молочная сыворотка лимонная кислота яблочная кислота смесь сыворотки и кислот Рисунок 5 – Изменение ВСС мяса страуса от вида кислот, используемых для обработки 16 18 Усилие резания, кг*с 16 14 12 рН=6,10 10 рН=4,39 8 рН=2,08 6 рН=1,95 4 2 Рисунок 6 – Изменение усилия резания мяса страуса от вида кислот, используемых для обработки 0 мясо без обработки молочная сыворотка лимонная кислота яблочная кислота смесь сыворотки и кислот Анализ полученных данных позволяет сделать вывод, что наибольшее увеличение влагосвязывающей способности происходит при обработке мяса страуса раствором лимонной кислоты. Лучшие показатели усилия резания, характеризующие нежность мяса, получены при использовании раствора яблочной кислоты. При использовании раствора органических кислот на основе молочной сыворотки получены наилучшие величины исследуемых показателей, предположительно за счет явления синергизма. Таким образом, последующие исследования проводились для раствора органических кислот на основе сыворотки с диапазоном концентраций водородных ионов 1,95-2,61 в течение 5-45 минут при температуре 18-20 0С. Исследовалось влияние рН и продолжительности процесса обработки сырья на усилие резания и влагосвязывающую способность мяса страуса. В результате проведенных исследований спланирован двухфакторный эксперимент, что позволило получить уравнения регрессии зависимости влагосвязывающей способности (N) и усилия резания (Н) от условий проведения эксперимента: N 54,001 16,657 Õ 4 0,186 Õ3 3,939 Õ 42 0,015 Õ3 Õ 4 0,002 Õ32 , (2) Í 42,925 31,53 Õ 4 0,987 Õ3 9,74 Õ 42 0,13 Õ3 Õ 4 0,007 Õ32 , (3) где Õ 3 – продолжительность процесса обработки, мин; Õ4 – концентрация водородных ионов в растворе, ед. 17 На рисунках 7 и 8 показана динамика изменения влагосвязывающей способности и усилия резания мяса страуса в зависимости от рН раствора и продолжительности процесса обработки. 72,002 72,205 72,407 72,610 72,812 73,015 73,217 73,420 73,622 73,825 above 3,636 5,273 6,909 8,545 10,182 11,818 13,455 15,091 16,727 18,364 above Рисунок 7 – Изменение ВСС мяса страуса в зависимости от продолжительности процесса обработки смесью сыворотки и органических кислот Рисунок 8 - Изменение усилия резания мяса страуса в зависимости от рН раствора и продолжительности процесса обработки смесью сыворотки и органических кислот Из представленных графиков можно сделать вывод, что увеличение концентрации органических кислот и продолжительности процесса обработки приводит к увеличению влагосвязывающей способности мяса страуса и уменьшению усилия резания, что положительно сказывается на нежности изготавливаемых продуктов. Однако следует учитывать органолептические и химические показатели мяса страуса после обработки, т.к. продолжительное проведение процесса негативно сказывается на консистенции и цвете образцов. При увеличении концентрации органических кислот накопление положительного заряда ионов водорода (Н+) может спровоцировать быстрое течение кислотного гидролиза и частичную денатурацию белков. Исходя из вы- 18 шеизложенного, рекомендованы следующие параметры проведения процесса обработки: раствор смеси с рН=2,24, продолжительность обработки 25 минут. После проведения обработки мяса черного африканского страуса раствором органических кислот на основе молочной сыворотки были исследованы его общий химический и аминокислотный составы (таблицы 4 и 5). Таблица 4 – Общий химический состав мяса черного африканского страуса Наименование показателя Влага Белок Жир Зола Значение показателя, % Необработанное мясо Мясо после обработки 74,3 74,5 22,4 22,7 2,2 1,9 1,1 0,9 Таблица 5 – Аминокислотный состав мяса черного африканского страуса Наименование аминокислот Валин Изолейцин Лейцин Лизин Метионин+цистин Треонин Триптофан Фенилаланин+тирозин Содержание, мг/100г сырья необработанное после мясо обработки 1142 1180 963 1022 1814 1861 1523 1725 829 863 941 999 246 295 1747 1612 Аминокислотный скор после обработки, % 106 113 117 130 109 110 120 118 Установлено, что при обработке мяса страуса раствором органических кислот на основе молочной сыворотки происходит некоторое увеличение содержания влаги и белка (и соответственно аминокислот), что объясняется переходом части аминокислот молочной сыворотки в обрабатываемое сырье. Наблюдается увеличение содержания всех аминокислот кроме фенилаланина и тирозина, предположительно за счет течения кислотного гидролиза. Повышается биологическая ценность сырья (КРАС=7,5 %, БЦ=91,7 %, U=0,917). 3.5 Конструирование сбалансированного аминокислотного модуля на основе белковой составляющей растительного и животного сырья. В качестве основного сырья для конструирования сбалансированного аминокислотного модуля использовали растительную добавку, полученную методом СО2-гомогенизации из смеси зерен нута и кукурузы в соотношении 1:1,5, 19 и мясо черного африканского страуса с улучшенными функциональнотехнологическими свойствами и повышенной биологической ценностью. Методом математического моделирования получено оптимальное соотношение компонентов аминокислотного модуля: растительная добавка : мясо черного африканского страуса как 1:2. Результаты исследований аминокислотного скора полученного модуля в сравнении с идеальным белком представлены на рисунке 9. Рисунок 9 - Аминокислотный скор иде1,15 ального белка и ами1,1 нокислотного модуидеальный белок 1,05 ля: а1 – валин; а2 – аминокислотный модуль изолейцин; а3 - лей1 цин; а4 – лизин; а5 – 0,95 метионин+цистин; 0,9 а6 – треонин; а6 – а1 а2 а3 а4 а5 а6 а7 а8 Аминокислоты триптофан; а7 - фенилаланин+тирозин В результате проведенных исследований получен сбалансированный Аминокислотный скор, ед. 1,2 аминокислотный модуль на основе белковой составляющей растительной добавки и мяса черного африканского страуса, который можно рекомендовать для производства функциональных продуктов питания. 3.6 Разработка поликомпонентных рецептур сбалансированных продуктов функционального питания с применением методов компьютерного моделирования. С помощью компьютерного моделирования получены 3 рецептуры полуфабрикатов (таблица 7), отвечающие заданным требованиям. 3.7 Совершенствование технологии и построение аппаратурнотехнологической схемы процесса производства полуфабрикатов из растительного и животного сырья для функционального питания детей школьного возраста. В результате проведенных исследований усовершенствована технология полуфабрикатов функционального назначения, в том числе для потребления детьми школьного возраста. Отличительной особенностью усовершенствованной технологии является введение растительной добавки из смеси зерна нута и кукурузы (в соотношении 1:1,5), полученной методом СО2-гомогенизации, и использование предварительной обработки 20 мяса черного африканского страуса для улучшения функционально- технологичес-ких свойств раствором органических кислот на основе молочной сыворотки. Опытно-промышленная апробация технологии разработанных полуфабрикатов функционального назначения, в том чиле для детей школьного возраста, проведена в условиях ООО «Северский мясной двор «УБИН» (ст. Северская, Краснодарский край). Таблица 7 – Состав рецептурных композиций Аминокислотный модуль: мясо страуса растительная добавка Мясо котлетное говяжье Свинина жирная Белок соевый Казеинат натрия Картофель Капуста белокачанная Морковь Тыква Лук репчатый Меланж Молоко коровье пастеризованное (1,5 % жирности) Молоко коровье обезж. сух Мука пшенич. 1сорта Крупа манная Хлеб пшеничный Сухари панировочные Масло кукурузное Зелень петрушки Соль пищевая Вода питьевая Перец душистый Биточки «Юность» контроль Крокеты «Школьные» контроль Котлеты «Николаевские» Ингредиенты контроль Норма расхода, масс.% 26,9 12,85 16,0 20,0 5,0 1,0 41,9 20,9 4,8 8,0 3,7 3,2 33,0 16,0 10,0 2,0 2,0 41,9 20,9 5,3 5,6 3,7 3,3 36,0 10,0 0,5 0,6 10,0 10,0 2,5 - 41,9 20,9 1,4 7,4 3,7 3,3 5,0 4,0 1,2 8,0 0,05 2,3 2,9 2,8 5,1 1,4 0,9 2,0 0,1 8,95 4,0 2,0 22,0 0,05 2,0 3,7 5,0 0,9 7,6 0,1 3,2 8,0 4,0 0,6 14,6 0,05 2,1 2,4 3,8 5,0 1,5 0,9 5,6 0,1 3.8 Комплексная оценка пищевой, биологической ценности и показателей безопасности разработанных полуфабрикатов. После изготовления полуфабрикатов по разработанным рецептурам проведена оценка их химического состава, пищевой и биологической ценности (таблица 7). 21 Таблица 7 – Оценка пищевой и биологической ценности полуфабрикатов Наименование показателя Массовая доля в готовой продукции, % влага белок жир углеводы зола Содержание соли, % Содержание хлеба Энергетическая ценность, ккал КРАС, % БЦ, % ОБЦ, % U, ед. Значение показателя котлеты крокеты биточки конт- «Никола- конт- «Школь- конт- «Юность» роль еские» роль ные» роль 63,31 11,32 11,40 12,87 1,10 1,00 16,20 61,38 13,59 13,53 10,41 1,09 0,91 15,93 64,95 11,47 12,04 10,42 1,12 0,97 15,91 62,30 13,43 13,74 9,47 1,06 0,91 15,62 64,40 12,01 12,37 10,12 1,10 0,99 16,24 62,88 13,49 13,59 8,92 1,12 0,90 15,71 199 4,38 95,62 86,40 0,949 212 2,25 97,75 93,20 0,975 196 4,88 95,12 84,80 0,946 213 2,25 97,75 94,90 0,977 200 3,50 96,50 84,40 0,962 209 1,38 98,62 93,20 0,984 Проведенный анализ химического состава показывает, что разработанные полуфабрикаты превосходят контрольные образцы по содержанию белка, показателям биологической и относительной биологической ценности. Кроме того, было установлено, что по аминокислотному, витаминному и минеральному составам новые полуфабрикаты не уступают контрольным образцам. Показатели безопасности и микробиологические характеристики разработанных полуфабрикатов соответствует требованиям СанПиН 2.3.2-1078-01 и дополнениям и изменениям к нему. 3.9 Разработка технической документации на новые полуфабрикаты и оценка экономической эффективности от внедрения усовершенствованной технологии разработанных полуфабрикатов для функционального питания детей школьного возраста. На основании проведенных исследований разработана техническая документация на новые рецептуры ТУ 9214-123-04801346-09 «Полуфабрикаты мясосодержащие – мясорастительные рубленые с мясом страуса для детей школьного возраста замороженные». Ожидаемый экономический эффект от производства разработанных полуфабрикатов составит: для котлет «Николаевских» 18894,7 руб/т продукции, 22 для крокет «Школьных» 20153,9 руб/т продукции, для биточков «Юность» 20017,2 руб/т продукции. ВЫВОДЫ 1 Проанализированы медико-биологические требования к продуктам питания и определены основные требования к сырью для производства полуфабрикатов для функционального питания, исходя из основных положений науки о рациональном питании, основанном на удовлетворении потребностей человека в основных пищевых нутриентах. 2 Предложено для компенсации лимитирующих аминокислот в зерне кукурузы (лизин, треонин) смешивать ее с зерном нута (лимитирующие аминокислоты метионин+цистин) в соотношении 1:1,5. В результате получен биологически полноценный растительный белок (аминокислотный скор: лизин – 100%, треонин – 103%, метионин+цистин – 100%). 3 Установлена аналитическая зависимость размера частиц растительной добавки, полученной из смеси зерна нута и кукурузы, от давления в барокамере газожидкостного модуля и продолжительности насыщения жидким СО 2. Рекомендованы следующие параметры проведения процесса до достижения размера частиц 0,6-0,7 мм: давление в барокамере 4,4-4,5 МПа, продолжительность насыщения сырья – 40 минут. 4 Впервые разработана технология получения растительной добавки из смеси зерна нута и кукурузы методом СО2-гомогенизации, которая позволяет в сохранить нативные свойства сырья. В сравнении с крупой, полученной из смеси зерна нута и кукурузы (в соотношении 1:1,5) по классической технологии в растительной добавке содержится на 9% больше белка, на 12% – витаминов и на 14% – минеральных веществ, выход растительной добавки увеличивается до 88 %. 5 Установлено, что степень набухания полученной методом СО2гомогенизации растительной добавки в 1,5 раза больше, чем крупы, полученная по классической технологии. 6 Обоснована возможность использования мяса черного африканского страуса в составе рецептур полуфабрикатов для функционального питания. Установлено, что белки мяса черного африканского страуса являются биоло- 23 гически полноценными. Доказана высокая пищевая и биологическая ценность изучаемого сырья (КРАС=10,62 %, БЦ=89,38 %, U=0,890). Уровень показателей безопасности не превышает установленный нормативами к продуктам функционального питания. 7 Исследовано влияние молочной сыворотки, лимонной и яблочной кислот и раствора этих органических кислот на основе молочной сыворотки на ВСС и усилие резания мяса страуса. Доказано, что наилучший результат достигается при использовании раствора органических кислот (соотношение кислот 1:1) на основе молочной сыворотки. 8 Спланирован двухфакторный эксперимент и получены уравнения регрессии зависимости влагосвязывающей способности и усилия резания от рН раствора органических кислот в молочной сыворотке и продолжительности обработки. Рекомендованы следующие параметры проведения процесса: рН раствора 2,24, продолжительность обработки 25 минут. В результате предложенной обработки влагосвязывающая способность увеличивается до 73,76%, усилие резания уменьшается до 8,6 кг*с, биологическая ценность белка увеличивается до 92,5%. 9 Сконструирован методом компьютерного моделирования сбалансированный аминокислотный модуль на основе белковой составляющей зерен нута и кукурузы в сочетании с белком мяса страусов, обладающий функциональной направленностью. 10 С использованием компьютерного моделирования сконструированы рецептурные композиции полуфабрикатов (котлеты «Николаевские», крокеты «Школьные», биточки «Юность»), наиболее полно отвечающие требованиям, предъявляемым к функциональным продуктам, в том числе для детей школьного возраста. 11 Усовершенствована технология и построена аппаратурно- технологическая схема производства полуфабрикатов с использованием нетрадиционных видов растительного и животного сырья, предусматривающая получение растительной добавки из смеси зерна нута и кукурузы в соотношении 1:1,5 методом СО2-гомогенизации и обработку мяса черного африканского страуса раствором органических кислот на основе молочной сыворотки. 24 Проведена опытно-промышленная апробация технологии разработанных полуфабрикатов для детей школьного возраста в условиях ООО «Северский мясной двор «УБИН» (ст. Северская, Краснодарский край). 11 Проведены комплексные исследования качественных показателей, пищевой и биологической ценности разработанных полуфабрикатов. Установлено, что модельные образцы превосходят контрольные по содержанию белка (12,07-12,75 %); соотношение белок:жир=1:(1,07-1,12) приближено к идеальному; отличаются повышенной биологической ценностью (БЦ=97,7598,62 %, ОБЦ=93,2-94,9 %) и усвояемостью (U=0,975-0,984). 12 В результате выполненных исследований разработан комплект технической документации на новые виды продуктов ТУ 9214-123-04801346-09 «Полуфабрикаты мясосодержащие – мясорастительные рубленые для детей школьного возраста замороженные». Ожидаемый экономический эффект от производства новых полуфабрикатов при рентабельности 15 % составит: для котлет «Николаевских» 18894,7 руб/т продукции, для крокет «Школьных» 20153,9 руб/т продукции, для биточков «Юность» 20017,2 руб/т продукции. СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ 1 Герасимова, Н.Ю. Применение процесса СО2-гомогенизации при переработке зерна кукурузы и нута [Текст] / Н.Ю. Герасимова, Н.В. Магзумова // Известия вузов. Пищевая технология, № 5-6, 2009. – С. 21-23. 2 Герасимова Н.Ю. Получение растительной добавки из зерна кукурузы методом СО2-гомогенизации / Н.Ю. Герасимова, Н.В. Магзумова // Сб. мат. конф. Межд. науч.-практич. конф. «Теория и практика суб- и сверхкритической флюидной обработки сельскохозяйственного сырья». – Краснодар: КубГТУ, 2009. – С. 88-90. 3 Герасимова Н.Ю. Применение процесса СО2-гомогенизации в производстве мясорастительных полуфабрикатов [Текст] / Н.Ю. Герасимова, Н.В. Магзумова, Е.В. Шевченко, Т.В. Ковтун//Сб. матер. конф. межд. науч.практич. конф. «Теория и практика суб- и сверхкритической флюидной обработки сельскохозяйственного сырья».– Краснодар: КубГТУ, 2009.–С. 90-93. 4 Герасимова, Н.Ю. Управление качеством и безопасностью пищевых продуктов из сырья животного и растительного происхождения [Текст] / Н.Ю. Герасимова, В.А. Бирбасов, В.Н. Данилин и др.// Сб. науч. трудов КНИИХП «Перспективные биотехнологии переработки сельскохозяйственного сырья».- Краснодар: ГУ КНИИХП, КубГТУ, 2008.- С. 59-61. 5 Герасимова, Н.Ю. Возможность использования нетрадиционного вида сырья для производства пищевых продуктов [Текст] / Н.Ю. Герасимова, Н.В. Магзумова // Сб. матер. межд. науч.-практич. конф. «Перспективные нано- и 25 биотехнологии в производстве продуктов функционального назначения».Краснодар: Изд. КубГТУ, 2007.- С. 69-70. 6 Магзумова, Н.В. Возможность использования мяса страусов при производстве пищевых продуктов [Текст] / Н.В. Магзумова, Н.Ю. Герасимова, Ю.В. Филимонова и др. / Сб. статей межд. науч.-практич. конф. «Государственная программа развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008-2012 гг».Пенза, 2008.- С.46-48. 7 Герасимова Н.Ю. Исследование показателей качества мяса страуса для изготовления полуфабрикатов для школьного питания [Текст] / Н.Ю. Герасимова, Е.В. Шевченко, К.А. Кирилин и др. // Сб. 3 межд. науч.-практич. конф. «Пищевая промышленность и агропром. комплекс: достижения, проблемы, перспективы». – Пенза: Приволжский Дом знаний, 2009. – С. 26-28. 8 Герасимова, Н.Ю. Использование молочной сыворотки для обработки мяса страусов [Текст] / Н.Ю. Герасимова, Н.В. Магзумова // Известия вузов. Пищевая технология, № 2-3, 2009. – С. 29-31. 9 Касьянов, Г.И. Ферментативный гидролиз коллагенового сырья животного происхождения [Текст]/ Г.И. Касьянов, Н.Ю. Герасимова, В.А. Бирбасов // Известия вузов. Пищевая технология, № 4, 2008. – С. 17-20. 10 Пат. 2333690 РФ, МПК А 23 L 1/325. Способ производства полуфабрикатов с использованием нетрадиционных видов сырья для школьного питания / Герасимова Н.Ю., Магзумова Н.В., Латынин А.С. Заявка № 2007106622/13. Заявл. 21.02.2007. Опубл. 20.09.2008. Бюл. № 26. 11 Пат. 2333683 РФ, МПК А 23 L 1/314, 1/317. Мясорастительный полуфабрикат для питания детей старшего школьного возраста / Герасимова Н.Ю., Магзумова Н.В., Никульшина Ю.В., Кубрина И.В., Солодова А.А. Заявка № 2007108230/13. Заявл. 05.03.2007. Опубл. 20.09.2008. Бюл. № 26. 12 Пат. 82993 РФ, МПК А 23 В 4/09. Линия для производства котлет с использованием нетрадиционных видов мясного сырья / Герасимова Н.Ю., Магзумова Н.В., Кубрина И.В., Ковтун Т.В., Ревенко М.Г., Борисенко О.В. Заявка № 2009106595/22. Заявл. 22.02.2009. Опубл. 20.05.2009. Бюл. № 14.