Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Обзор литературы 6
1.1. Продукты питания функционального назначения 6
1.2. Современные подходы к созданию продуктов функционального назначения на зерновой основе 13
1.3. Применение биологически активных добавок в производстве продуктов питания 17
1.4. Характеристика зерна ржи. Классификация 25
1.4.1. Химический состав ржи 28
1.4.2. Переработка ржи 32
1.4.3. Ассортимент продуктов на ржаной основе 35
Глава 2 Материалы и методы исследования 41
2.1. Объекты исследований и постановка эксперимента 41
2.2. Методы исследования 41
Глава 3 Экспериментальная часть 48
3.1. Физико-химические показатели качества зерна ржи 48
3.2. Влияние влаготепловой обработки (ВТО) на физико-химические свойства зерна ржи. Подбор режимов влаготепловой обработки ржи . 50
3.3. Влияние ВТО на активность ферментов 53
3.4. Влияние ВТО на микробиологические характеристики зерна ржи . 57
3.5. Влияние ВТО на изменение углеводного комплекса зерна ржи 59
3.6. Влияние ВТО на белковый комплекс зерна ржи 64
3.7. Изменение содержания водорастворимых веществ в процессе влаготепловой обработки 68
3.8. Влияние ВТО на содержание микро-и макроэлементов 70
3.9. Влияние ВТО на мукомольные свойства зерна ржи 72
ГЛАВА 4 Разработка и получение продукта функционального назначения 77
4.1 Разработка рецептуры питательной смеси функционального назначения с использованием крапивы двудомной 77
4.2 Разработка технологии производства продукта функционального назначения на основе ржи 81
4.3 Медико-биологические испытания питательной смеси 84
4.4 Изменение качества продукта при хранении 87
Выводы 89
Библиография
- Применение биологически активных добавок в производстве продуктов питания
- Химический состав ржи
- Влияние влаготепловой обработки (ВТО) на физико-химические свойства зерна ржи. Подбор режимов влаготепловой обработки ржи .
- Разработка технологии производства продукта функционального назначения на основе ржи
Введение к работе
Проблема сохранения здоровья и увеличения продолжительности жизни человека всегда являлась и продолжает оставаться одной из самых важных и актуальных. Большое значение в решении этой проблемы отводится вопросам питания, качеству и функциональным свойствам пищевых продуктов.
Сложившаяся в стране ситуация заставляет обратить внимание на общедоступные продукты зернового происхождения, обладающие широким спектром функциональных свойств, способствующих повышению общей сопротивляемости организма, нормализации обмена веществ и т.п.
Удельный вес зерновых продуктов в рационе населения высок, поэтому создание продуктов функционального назначения на зерновой основе является чрезвычайно актуальным.
Ставится задача создания зернопродуктов нового поколения с повышенным содержанием важнейших природных, питательных, биологически активных компонентов путем разработки новых нетрадиционных технологий переработки хлебных культур и использования биологически активных добавок.
Анализ научных и промышленных разработок в области функционального питания свидетельствует о том, что в настоящее время активное развитие получили продукты питания, содержащие парафармацевтические средства. Предполагается, что широкое применение биологически активных добавок -парафармацевтиков существенно расширяет адаптационные возможности человека в условиях техногенного, химического и эмоционального стресса.
В качестве основного сырья для производства функциональных зерновых продуктов питания может быть использована рожь.
Известно, что зерно ржи обладает рядом ценных свойств, высоким содержанием природных компонентов, минеральных веществ, витаминов, аминокислот, пищевых волокон.
Поэтому разработка новых технологий переработки ржи и расширение ассортимента продуктов питания из зерна ржи, способных уменьшить негативное влияние и улучшить состояние организма человека, и его здоровье в современных условиях приобретает особую актуальность.
Применение биологически активных добавок в производстве продуктов питания
Биологически активные добавки к пище (БАД) или food supplements, нутрицевтики, парафармацевтики - термины, вошедшие в современную медицину сравнительно недавно. Однако эмпирический и культовый поиск и применение с профилактическими и лечебными целями различных активных природных компонентов растительного и животного происхождения известны с глубокой древности.
Естественный комплекс минеральных веществ из растений имеет существенные преимущества, прежде всего потому, что он прошел через своеобразный биологический фильтр и вследствие этого отличается наиболее благоприятным для организма соотношением основных компонентов.
Последнее трудно достижимо при создании искусственных смесей в связи с недостаточной изученностью физиологического значения всего многообразия синергических и антагонистических взаимоотношений между многочисленными элементами, составляющими основу всего живого. Существенным преимуществом растений является также то, что в них микроэлементы находятся в органически связанной, то есть в наиболее доступной и усвояемой форме, а также в наборе, свойственном живой природе в целом.
Разнообразное действие растений характеризуется тем, что они способны синтезировать огромное количество химических соединений различной природы. Для большинства из них характерна физиологическая активность, проявляющаяся в стимулирующем, тонизирующем и адаптогенном действии, они способны снижать утомление, повышать естественную сопротивляемость организма инфекциям и другим неблагоприятным воздействиям внешней среды. Поэтому они объединяются под названием биологически активные вещества - БАВ [6, 127].
Нутрицевтики - эссенциальные биологически активные вещества, которые являются основными компонентами пищи. Это - витамины или их близкие предшественники, полиненасыщенные жирные кислоты макро-и микроэлементы, незаменимые аминокислоты, моно-и дисахариды, пищевые волокна.
Применение БАД-нутрицевтиков является эффективной формой первичной и вторичной профилактики, а также лечения таких заболеваний как ожирение, атеросклероз, злокачественные новообразования, имуннодефинитные состояния [22, 138].
Парафармацевтические средства - это биологически активные вещества, обладающие определенной фармакологической активностью. Они применяются для профилактики, вспомогательной терапии и поддержки в физиологических границах функциональной активности органов и систем. Эти вещества, как правило, являются минорными компонентами пищи - органические кислоты, некоторые олигосахариды и многие, так называемые натурпродукты, эубиотики.
Предполагается, что широкое применение биологически активных добавок парафармацевтического ряда является попыткой человека вновь прийти к гармонии с природой и существенно расширить свои адаптационные возможности в условиях нарастающего техногенного, физического, химического и эмоционального стресса.
Сегодня человек в большей степени потребляет ограниченный набор пищевых продуктов и, как правило, рафинированных, которые в биологическом отношении являются не совсем полноценными. В них практически отсутствуют ценные биологически активные вещества, необходимые для нормальной жизнедеятельности организма. Диета должна быть не только адекватной по количеству пищи и по содержанию белков, жиров, углеводов, но и должна быть сбалансирована по биологически активным веществам (БАВ) [6, 126, 131, 132]. Управление процессом поступления в организм биологически активных веществ может явиться мощным средством оздоровления людей, Идея применения пищевых добавок как неалиментарных веществ (по Покровскому А.А., 1979) или природных комплексов БАВ с целью поддержания и укрепления здоровья получает широкое признание и находит подтверждение в кругу специалистов - фармакологов и физиологов [11].
Высказываются предположения о том, что с развитием нутрициологии вопросы, связанные с традицией питания и одновременно индивидуализацией рационов будут всесторонне изучены, в перспективе будут разработаны специальные продукты, оздоровительные средства, обладающие широким спектром регуляции, сочетающие в себе не только пищевые, но и оздоровительные, укрепляющие здоровье свойства.
В последние годы ведутся исследования по изучению способов введения биологически активных веществ растений в состав пищевых продуктов.
Так, экстракты рябины и крапивы двудомной рекомендованы для использования в хлебопекарной промышленности как добавка, повышающая качество, снижающая потери при хранении и повышающая пищевую ценность хлеба, в котором возрастает содержание витаминов, органических кислот, минеральных элементов [24].
При производстве диетических хлебобулочных изделий рекомендуется применять траву нута обыкновенного в виде муки [34]. Ряд авторов [37] предлагают выпекать фитодиетический хлеб с экстрактами целевого сбора лекарственных растений - бессмертника, душицы, зверобоя, мяты, пустырника и других. Разработаны рецептуры сухих смесей предназначенных для приготовления мучных изделий, соусов, первых обеденных блюд.
Химический состав ржи
По своему общему химическому составу рожь отличается от пшеницы несколько меньшим содержанием белков и большим углеводов, особенно слизей,
Общий химический состав и соединение белковых веществ в зерне ржи колеблется в зависимости от сорта и района произрастания. В районах недостаточного увлажнения количество белка в зерне выше, чем в условиях влажных районов. Поэтому рожь стран Западной Европы содержит меньше белка, чем рожь, произрастающая в России. Азотистые удобрения повышают содержание белка в зерне ржи так же, как и у пшеницы,[44]
Химический состав ржи изучали многие ученые: И. Канонникова, К.Н, Дебу, В.К. Михини, М.П. Нейман, А. Шулеруд, Л.Н. Любарский, Е.Д. Казаков и др.[39, 40, 41,43]. По данным исследований количество белка в зерне ржи колеблется от 12,44 до 15%. Количество крахмала в пределах 62,5 - 66,5, клетчатки 2,12 -3,28%, золы- 1,45-2,01%. Химический состав зерна ржи имеет следующие особенности,
Содержание крахмала меньше, чем в зерне пшеницы и колеблется от 58-66%. Среди хлебных культур рожь наиболее богата сахарами (слизями), содержание которых находится в пределах 4-8% и полисахаридами, образующими с водой вязкие растворы, придающие зерну повышенную эластичность, усложняющую его дробление. В состав ржи входит большое количество водорастворимых веществ от 12-17%.
Как было отмечено, по содержанию белка рожь несколько уступает пшенице, однако, считается общепризнанным, что по аминокислотному составу белок ржи обладает большей питательной ценностью, чем белок других зерновых культур.
Аминокислотный состав белка ржи достаточно изучен. Обращает на себя внимание, повышенное содержание лизина, физиологическая ценность которого весьма важна в связи с его недостатком во многих растительных белках. Фракции отрубей и зародышей ржи также имеют более высокое содержание этой незаменимой аминокислоты [52, 125].
Так как, пищевая ценность продуктов зависит от количества содержащейся в нем первой дефицитной аминокислоты, то сначала Митчелл и Блок, а позднее объединенный комитет экспертов предложили понятие химического скора [40].
Более высокая питательная ценность ржи по сравнению с пшеницей, вследствие относительно более высокого содержания лизина подтверждена исследованиями авторов Казакова Е.Д. и др. [39].
Особенно сложным и спорным являлся вопрос о клейковине ржи. Несмотря на то, что кроме пшеницы клейковина была получена из зерна многих представителей трибы ячменных и в первуго очередь из многих сортов ячменя, существование ржаной клейковины оспаривалось. В последние годы, применяя новые методы исследования белков, удалось полностью решить этот вопрос. Оказалось, что если удалить из ржаной муки слизистые вещества, то можно отмыть ржаную клейковину, по упругости, эластичности, по соотношению белков - глиадина и глютенина - мало отличающуюся пшеничной [57].
Содержание крахмала в зерне ржи колеблется по данным разных авторов от 57,5 до 64,1%. Крахмал присутствует только в эндосперме в виде крахмальных гранул различного размера и формы [56].
При нагревании с водой крахмал клейстеризуется, Температура клейстеризации ржаного крахмала ниже, чем у пшеничного и равна 55С. Ржаной крахмал легче поддается действию амилолитических ферментов.
Набухание углеводов ржи имеет важное значение и зависит не только от содержания и свойств крахмала, но и в значительной степени от свойств и содержания растворимых и нерастворимых пентозанов. Они играют определенную роль в формировании структуры ржаного хлеба и реологических свойств. Общее количество пентозанов в зерне ржи колеблется от 6,6 до 9,6%.
Многие исследователи особо выделяют в зерне ржи растворимую в воде фракцию некрахмальных полисахаридов [8, 139], образующих чрезвычайно вязкие и клейкие растворы. Их называют слизями или гумми. Содержание их в
зерне ржи колеблется от 2,5 до 7,4% /8/ и они примерно на 80-90% состоят из пентозанов. Их вязкость значительно выше растворов крахмального клейстера и белка, и они оказывают стимулирующее действие на функции желудочно-кишечного тракта.
Общее содержание сырого жира во ржи (от 1,5 до 2,0) соответствует количеству жира в других зерновых культурах, например, в пшенице, ячмене и тритикале, но значительно ниже, чем в овсе.
Липиды ржи характеризуются также высоким содержанием ненасыщенных жирных кислот в частности линоленовой (18:3) и олеиновой (18:1) [57].
В России из ржи вырабатывают муку сеяную с выходом 63% (при односортном помоле), обдирную с выходом 87% (при односортном помоле), сеяную и обдирную с выходом 80 % и обойную с выходом 95.
Особенностью технологии переработки ржи, является то, что при дроблении зерна чистые частицы эндосперма образуются в незначительном количестве. Промежуточные продукты представляют собой так называемые сростки, т.е. эндосперм вместе с оболочками. Поэтому ситовеечный процесс имеет низкую эффективность, и его при сортовых размолах ржи не применяют. Построение процесса отличается значительной простотой.
Влияние влаготепловой обработки (ВТО) на физико-химические свойства зерна ржи. Подбор режимов влаготепловой обработки ржи .
Для подготовки зерна к помолу на мукомольных предприятиях широко применяют один из видов гидротермической обработки - холодное кондиционирование, включающее увлажнение зерна и отволаживание в оптимальных пределах. При этом стремятся усилить различия свойств оболочек и эндосперма и тем самым обеспечить их эффективное разделение.
В данной работе было решено исследовать влияние на технологические свойства зерна ржи нового вида гидротермической обработки - влаготепловой. Влаготепловая обработка заключалась в увлажнении зерна до различной влажности, его отволаживании и тепловой обработке в жарочном аппарате. Как известно под влиянием гидротермической обработки изменяются физико-химические свойства зерна.
Это обусловлено набуханием зерна при увлажнении и изменением структурно- механических свойств его анатомических частей.
Поэтому было исследовано влияние влаготепловой обработки на плотность зерновки, т.к плотность является комплексным показателем, с помощью которого можно оценить степень разрыхления эндосперма зерна, происходящее при обработке зерна водой и теплом.
Зерно увлажняли до 9-25%, отволаживали в пределах 28 часов и проводили его термическую обработку при температуре 160С, установленной в результате предварительных исследований.
Результаты представленные в таблице 3.2 показывают, что влаготепловая обработка значительно снижает плотность зерна ржи. Так плотность исходного зерна составила 1390 кг/м , а после обработки ее значение уменьшилось на 230 кг/м и составила 1160 кг/м .
Повышение влажности зерна перед тепловой обработкой от исходной равной 6.8% до 25% приводит к снижению плотности, при этом наибольшее разрыхление эндосперма достигнуто при влажности 25%. Плотность зерна при этом уменьшилась до 870 кг/м3.
Было выдвинуто предположение, что вспучиванию зерна ржи препятствует повышенная прочность оболочек. Поэтому было исследовано влияние влаготепловой обработки на плотность зерна с предварительным шелушением. Однако, это предположение не подтвердилось, т.к плотность шелушенного зерна выше плотности нешелушенного зерна и составила 960-970 кг/м3.
К другим важным физико-химическим показателям относится и натура зерна. Результаты исследования влияния режимов влаготепловой обработки на натурный вес зерна, представлены в таблице 3.2.
Данные таблицы показывают, что натурный вес зерна с влажностью 6.8%, прошедшего тепловую обработку ниже натуры исходного зерна на 245 г/л, что свидетельствует о разрыхлении эндосперма зерновки. Однако, при увеличении влажности перед влаготепловой обработкой натура зерна, прошедшего ВТО несколько увеличивается. Следовательно, чрезмерное увлажнение может обусловить снижение технологических свойств зерна и является нежелательным.
При подборе режимов подготовки зерна к помолу изменяли влажность зерна ржи от исходной до 25%, время отволаживания в пределах 28 часов для достижения равновесной влажности, температуру тепловой обработки варьировали от 120 до 200С.
Было установлено, что при температуре обработки в пределах 120-150 С изменение цвета и размеров зерна ржи незначительны. Наиболее благоприятное изменение этих показателей качества происходит при температуре обработки 160С. При дальнейшем повышении температуры (170-180С) зерно приобретает темный цвет и при температуре 190-200С начинает подгорать. Предварительные исследования также показали, что влияние степени увлажнения зерна при влаготепловой обработке превалирует над временным фактором, и лучшие результаты наблюдаются при отвод аживании зерна в течение 24 часов.
Поэтому в дальнейших исследованиях с целью выбора оптимальной степени увлажнения зерна при ВТО температура обработки зерна составляла 160 С, продолжительность отволаживания - 24 часа.
Разработка технологии производства продукта функционального назначения на основе ржи
На основании проведенных исследований была разработана технология производства сухой питательной смеси функционального назначения с радиопротекторными свойствами - смесь, рекомендуется употреблять в виде крупяного продукта быстрого приготовления и напитка. Продукт предлагается производить путем дозирования и смешивания ржаной крупки с биологически активной добавкой крапивой двудомной. Продукт выпускается в рассыпном виде, полностью готовый к употреблению. Технологический процесс производства смеси осуществляется в соответствии с технологической схемой в следующей последовательности, рис. 4.1.
Зерно ржи очищается от примесей и направляется на влаготепловую обработку.
При проведении ВТО зерно рекомендуется увлажнять до 15,0%, отволаживать в течение 24 часов. Затем подвергать термообработке при температуре 160С.
Подготовленное таким образом зерно измельчают до крупности частиц, проходящих через сито № 1,0. Проходовую фракцию смешивают с измельченными листьями крапивы двудомной в количестве 3% к массе крупки.
Для употребления в виде каши сухую смесь необходимо заливать горячей водой с температурой 95-100 С в соотношении от 1:10 до 1:15. Каша имеет приятный вкус обжаренного зерна. При использовании питательной смеси в виде напитка количество воды увеличивают в 5 раз.
Таким образом, питательная смесь может употребляться в качестве продукта функционального назначения, в виде каши и напитка с хорошими вкусовыми качествами.
В Институте общей и экспериментальной биологии СО РАН в июле-августе 2003 года проведены исследования по оценке биологической полноценности и радиопротекторного действия питательной смеси, с содержанием крапивы двудомной.
Исследования проведены на белых крысятах линии Wistar обоего пола в возрасте 2-х месяцев. Продукт давали крысятам из расчета суточной потребности комбикорма -12.5 г на одного крысенка. Крысятам контрольной группы давали стандартный комбикорм в аналогичном количестве. Взвешивание крысят проводили в течение 3-х недель через каждые 7 дней. Данные прироста массы крысят приведены в таблице 4.4.
В результате проведенных испытаний установлено, что питательная смесь повышает прирост массы крысят на 34%. Во второй серии опытов проведена оценка радио протекторно го действия смеси, содержащих крапиву двудомную. Примечание: - означает, что здесь и далее различие достоверно по сравнению с контролем при Р± 0,05. Радиозащитное свойство смеси определяли на модели острой лучевой болезни при однократном облучении животных в дозе 6 г.
Испытуемые кормовые средства давали животным в течение 15 дней до и 30 дней после облучения. В результате проведенных исследований через 30 дней после облучения установлено, что выживаемость животных, получавших питательную смесь, составила 59% соответственно, тогда как у крыс контрольной группы составило 33%.
При исследовании общего клинического анализа крови установлено, что у крыс, получавших питательную смесь, показатели общего анализа крови достоверно выше таковых у крыс контрольной группы (табл.4.5).
При анализе биохимических показателей крови крыс установлено, что применение испытуемого продукта, ингибируют процессы перекисного окисления липидов (ПОЛ), активизирующих при лучевом облучении и вызывающих истощение антиоксидантнои защиты организма. Полученные результаты свидетельствовали о снижении явлений цитолиза и холестаза (табл. 4.6).
