Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Теоретические и практические предпосылки создания продуктов питания поликомпонентного состава с использованием сои 23
1.1 Научные и практические предпосылки биотехнологии создания комбинированных рыбных и мясных продуктов питания 23
1.2 Анализ исследований по разработке и созданию рыборастительных продуктов питания 33
1.3 Особенности разработки и создания мясорастительных продуктов питания 46
1.4 Соевое сырье как базовый компонент комбинированных рыборастительных и мясорастительных продуктов питания 56
1.5 Требования к формированию потребительских свойств и качества комбинированных продуктов питания 72
Глава 2 Методология и постановка эксперимента 77
2.1 Методологический подход к организации исследований 77
2.2 Объекты исследований 79
2.3 Методы исследований 81
2.4 Методика обработки экспериментальных данных 88
Глава 3 Обоснование и разработка технологических подходов к модификации исходного сырья как объекта переработки для включения в пищевые системы 94
3.1 Теоретические аспекты управления пищевой и биологической ценностью сырья и пищевых продуктов 94
3.1.1 Разработка технологических основ создания легкоусвояемых пищевых продуктов 105
3.2 Разработка биотехнологических основ создания соевых белковых продуктов 110
3.3 Экспериментальные исследования особенностей состава и товароведных характеристик пищевого сырья 112
3.3.1 Экспериментальные исследования особенностей состава и товароведных характеристик соевого сырья 112
3.3.2 Экспериментальные исследования особенностей состава и товароведных характеристик рыбного сырья 118
3.3.3 Экспериментальные исследования особенностей состава и товароведных характеристик мясного сырья 122
Глава 4 Обоснование и разработка модификации соевого сырья 125
4.1 Разработка технологии модифицированной соевой белковой пасты 125
4.2 Разработка технологии модифицированного соевого белкового фарша 134
4.3 Разработка технологии модифицированного соевого белкового тексту-ратаи обоснование её параметров 139
Глава 5 Обоснование и разработка основ и технологических подходов к созданию фаршевых бинарных композиций на основе растительного и животного сырья. оценка их качества 150
5.1 Разработка технологии и оценка органолептических и реологических характеристик фаршевых композиций на основе рыбного сырья и соевой белковой пасты 150
5.2 Разработка технологии и оценка органолептических и реологических характеристик фаршевых композиций на основе рыбного сырья и соевого белкового фарша 167
5.3 Разработка технологии и оценка органолептических и реологических характеристик фаршевых композиций на основе мясного сырья и соевого белкового текстурата 183
Глава 6 Разработка технологии рыборастительных и мясо-растительных продуктов питания с использованием модифицированного соевого сырья 204
6.1 Разработка технологий рыборастительных продуктов питания 204
6.2 Разработка рецептур и технологии пищевых продуктов на основе комбинированного рыбного фарша 221
6.3 Разработка рецептур и технологии пищевых продуктов на основе комбинированного мясного фарша 231
6.4 Оценка медико-биологической эффективности разработанных технологий 238
Глава 7 Оценка социально-экономической эффективности разработанных технологий 244
Заключение 252
Выводы 270
Список литературы 273
Приложения 304
- Анализ исследований по разработке и созданию рыборастительных продуктов питания
- Разработка биотехнологических основ создания соевых белковых продуктов
- Экспериментальные исследования особенностей состава и товароведных характеристик мясного сырья
- Разработка технологии и оценка органолептических и реологических характеристик фаршевых композиций на основе рыбного сырья и соевого белкового фарша
Введение к работе
Одним из важнейших факторов, определяющих здоровье населения, является здоровое питание, обеспечивающее нормальный рост и развитие человека, способствующее профилактике заболеваний, продлению жизни, повышению работоспособности и создающее условия для адекватной адаптации людей к окружающей среде [207].
В современном мире, в науке о питании (нутрициологии) появилось новое направление - позитивное, то есть здоровое, функциональное питание, основной задачей которого является разработка основ и принципов создания функциональных продуктов питания.
У большинства населения России выявляются нарушения питания, обусловленные недостаточным потреблением витаминов, минеральных веществ, полноценных белков и нерациональным их соотношением [251].
Известно, что белки с их функционально-технологическим свойствами занимают особое место в питании человека. Поставщиком белка служат продукты питания животного (мясо и рыба) и растительного происхождения. ФАО/ВОЗ рекомендовано потребление белков в соотношении: животного -55% и растительного - 45% [207].
В настоящее время, в ряде регионов России, в том числе и на Дальнем Востоке, по-прежнему значителен дефицит белковых продуктов питания. Это связано с ростом цен на мясные и рыбные продукты, как основной источник белка, и появлением в рационе питания населения продуктов с недостаточным содержанием нутриентов.
По данным НИИ питания РАМН, в России, начиная с 1992 г., потребление животных белков снизилось на 25-35%, и соответственно, увеличилось потребление углеводсодержащей пищи (картофеля, хлебопродуктов, макаронных изделий). Среднестатистическое потребление белка животного происхождения снизилось с 47,5 до 38,8 г в сутки на человека и составило 49% против 55% рекомендуемых [202]. В семьях с низким доходом потребление общего белка в сутки не превышает 29 - 40 г. Так как животные белки остаются самым ценным источником в традиционном рационе питания населения РФ, необходимо решить важную проблему - проблему создания новых высококачественных рыбо-растительных и мясорастительных продуктов, обогащенных белком.
Очевидно, что в России в ближайшие годы невозможно нарастить производство животноводческой продукции до уровня устранения дефицита.
В Российской Федерации проблема устранения дефицита белка за счет потребления рыбной продукции решается с трудом, так как ценные виды рыб и гидробионтов постоянно дорожают в связи с увеличением объема вылова мелких и малоценных в пищевом отношении видов рыб [132]. Характерной особенностью сырьевой базы рыбного хозяйства является неоднородность пищевого сырья, отличающегося размерным и массовым составом, биохимическими свойствами и пищевой ценностью, и, как следствие, возникает проблема рационального использования сырьевой базы.
Технология обработки видов рыб пониженной товарной ценности развивается в двух направлениях: разработка способов изготовления из них традиционных видов продукции и получение обезличенной белково-содержащей продукции, такой, как изоляты белка, гидролизаты, пищевая рыбная мука, белковая масса, фарши и др. Наиболее перспективным признано производство пищевого рыбного фарша и создание на его основе различных видов формованной и структурированной продукции [11].
В связи с увеличением объема вылова мелких и малоценных видов рыб в Российской Федерации расширяется ассортимент фаршевых изделий с различными растительными и водорослевыми добавками [11-17, 21, 50, 51, 133, 267].
Производство различных видов кулинарных изделий из фарша отвечает требованиям комплексного и полного использования сырья, так как на предприятиях более рационально используются пищевые отходы или съедобные части тела рыб (некоторые внутренности, кожа и др.). Такую группу продуктов как, паштеты, фарши выпускают из многих видов рыб, в основном из мелких и рыб пониженной пищевой ценности, а также пищевых отходов от разделки рыб \ \ і
и нерыбных объектов промысла. В качестве сырья используют рыбу с механическими повреждениями, с дефектами разделки, нестандартные по размерам и деформированные куски, понятно, что из такого сырья не возможно получать высококачественные пищевые продукты, необходимо внесение различных добавок, повышающих пищевую ценность, улучшающих структуру и т.д. [121, 128].
Помимо ценных пищевых веществ (макро- и микронутриентов) все виды сырья растительного и животного происхождения содержат различные антиалиментарные (непищевые) вещества, которые снижают усвояемость различных пищевых продуктов. Это большая группа ингибиторов протеолитических ферментов, которые приводят к снижению активности ингибиторов протеиназ и неполному перевариванию белков пищи; пуриновые основания, которые замедляют процесс усвоения пищи и др. Поэтому помимо повышения пищевой и биологической ценности продукта за счет введения в рецептуру того или иного вида сырья, необходимо проводить соответствующую его обработку для повышения усвояемости содержащихся в нем питательных веществ.
Однако зачастую производители не задумываются о степени переваримости и усвояемости пищи, а направляют свои усилия на внесение компонентов, способных увеличить содержание тех или иных питательных веществ в продукте.
Частично проблема повышения пищевой ценности решена за счет производства пищевых продуктов, обогащенных некоторыми недостающими компонентами, получаемыми из нетрадиционного сырья (белок, минеральные вещества, полиненасыщенные жирные кислоты, пищевые волокна, витамины и т.д.), путем обогащения, прежде всего, продуктов массового потребления, доступных всем группам населения и регулярно используемых в повседневном питании (фаршевые кулинарные изделия, паштеты, колбасы и др.) [8].
Однако, как показывают прогнозы глобального обеспечения населения Земли белками, в нынешнем столетии обеспечение белкового баланса в про дуктах может быть достигнуто лишь при комбинировании растительных и животных белков [128, 133, 144, 212, 220].
Трудами ведущих ученых-гигиенистов ранее было установлено, что содержание в пище одного животного или растительного белка обладает меньшей биологической ценностью, чем их смесь в оптимальном соотношении [128, 133].
Развивающееся в пищевой биотехнологии новое научное направление -«пищевая комбинаторика сырья растительного и животного происхождения» обеспечивает потенциальную возможность обогащения получаемых продуктов незаменимыми веществами, а также позволяет регулировать их состав, создавать системы сбалансированного состава с заданной пищевой и биологической ценностью.
В наших исследованиях 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, органолеп-тическим, 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. Зерно сои и продукты его переработки содержат полноценные белки (запасные, структурные и каталитические), комплекс биологически активных компонентов, в том числе энзимы, эс-сенциальные 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.
По данным ООН, количество белка, полученного с 1 га сои, в 3 раза выше по сравнению с пшеницей и в 1,5 раза выше, чем у такой культуры, как подсолнечник, который считается самой высокобелковой сельскохозяйственной культурой в России [300].
В этой связи одним из основных путей решения проблемы дефицита пищевого белка является следующее:
- создание соевых белковых продуктов, непосредственно употребляемых в пищу, так называемых текстуратов и аналогов традиционных пищевых продуктов;
- вовлечение в процесс производства мясных, молочных, рыбных и овощных изделий соевых белков различной степени обработки, то есть создание комбинированных белковых продуктов.
Многочисленные научные исследования доказывают лечебные свойства соевых продуктов и их способность предупреждать и сдерживать развитие разт личных заболеваний (сердечно-сосудистых, онкологических и др.) [3, 6, 19, 27, 45,48, 113,118, 140, 157, 165,202,205].
Соя содержит полноценные белки, практически не уступающие по питательности и пищевой ценности белкам животного происхождения, комплекс биологически активных компонентов (клетчатка, кальций, железо, цинк, магний и др.) и ряд витаминов (А, К, Е и др.) при отсутствии холестерина. Соя и соевые продукты идеально сбалансированы по калорийности, содержанию питательных веществ и практически полностью усваиваются человеческим организмом [1, 25, 29, 47, 52, 99, 105, 125, 142, 251, 264, 275, 280, 283, 285, 300].
По данным НИИ питания РАМН, соевый белок: - в пищевом отношении, является легкоусвояемым, высокоценным, достаточно сбалансированным по аминокислотному составу белком, сравнимым по биологической ценности с белками молока, рыбы и говядины; - соевый белок обладает способностью снижать уровень сывороточных липидов у больных различными формами гиперлипидемических состояний (атеросклероз, сахарный диабет и др.);
- его аминокислотный состав, в частности, содержание незаменимых аминокислот, позволяет в достаточной степени обеспечить потребности в них различных возрастных групп населения в соответствии с рекомендациями ФАО/ВОЗ при строгом соблюдении адекватного уровня потребления белка и энергии в сутки;
- в связи с невысоким содержанием фитатов является эффективным обогатителем рационов минеральными компонентами, в частности биодоступным железом, магнием, калием, цинком и др.;
- как источник биологически активного железа (в среднем 18 мг / на 1 белка) не уступает по усвояемости высокоценным белкам животного происхождения и значительно превосходит аналогичные показатели, установленные для других видов растительных белков;
- имунно-химическая реактивность большинства компонентов соевых белков легко устраняется при тепловой обработке, что позволяет относить их к ги-поаллергенным белкам в отличие от белков коровьего молока.
Немаловажен и тот факт, что платежеспособный спрос на изделия из сои в несколько раз выше, чем на аналоговые продукты из животного белка [45].
Для повышения пищевой ценности продуктов питания в разных отраслях пищевой промышленности успешно используются соевые ингредиенты: изоля-ты, концентраты, текстураты, соевая мука и др. [107, 218, 219, 229-233, 264, 265], которые позволяют получать белково-жировые эмульсии с большим содержанием животных жиров. Концентраты соевых белков используются при производстве мясных и рыбных продуктов, для повышения их биологической ценности, при этом продукты не содержат других ценнейших компонентов (растительных липидов, углеводов, минеральных веществ и витаминов), эти белки не оказывают влияния на структурно-механические и реологические свойства пищевых продуктов. Поэтому возникает необходимость разработки технологии соевых белковых продуктов, способных повысить пищевую ценность и усвояемость пищевых продуктов, а также улучшить их качество.
Основанием для широкого использования соевых белков при производстве мясных и рыбных продуктов является:
- уникальность аминокислотного состава белков сои;
- комплементарность белков сои с мышечными белками, что повышает общую биологическую ценность белкового состава готового продукта;
- нейтральность вкусоароматических характеристик соевых белков и их совместимость с различными видами сырья в рецептурах изделий;
- наличие высоких функционально-технологических характеристик эмульгирование, удержание влаги и способность к гелеобразованию, стабилизирующие реологические характеристики эмульсионных систем;
- относительно низкая стоимость этих продуктов в гидратированной форме по сравнению с белками животного происхождения.
Использование ингредиентов из соевого зерна при производстве продуктов на основе низкосортного рыбного или мясного сырья приведет к обогащению химического состава готовой продукции. Учитывая высокую стоимость рыбы и мяса, частичное их замещение полноценным соевым сырьем будет способствовать снижению себестоимости готовых продуктов. Введение в рецептуры мясных и рыбных продуктов соевых компонентов стабилизирует белково-липидные эмульсии, что обеспечит улучшение качества продуктов.
Указанные белковые ингредиенты, вводимые в рецептуры мясных и рыбных продуктов, позволяют получать высококачественные готовые изделия, не уступающие по биологической ценности традиционным продуктам, однако их стоимость и на сегодняшний день высока.
Известны многочисленные исследования по созданию комбинированных мясных, молочных, мучных, крупяных, овощных и рыбных продуктов с использованием соевых белковых изолятов и других продуктов переработки сои, призванных изменить в требуемом направлении состав продуктов, их реологи ческие, структурные и органолептические свойства [3, 8, 19, 20, 25, 27, 28, 37, 45-48, 98, 99, 103-109, 112-114, 119, 125, 128-131, 136, 140-142, 147-149, 157, 158, 162-166, 173, 177-181, 199, 200, 202-205, 210, 211, 213-215, 218, 219, 226, 229-233, 242, 251, 253, 254, 257, 258, 262, 264, 265, 275, 277-280, 283, 286, 291, 293-298, 300].
В то же время, известны технологии создания, например, мясных паштетов с использованием соевой муки, имеющей относительно низкую стоимость [200]. Однако, являясь, по сути, полуфабрикатом, соевая мука не обеспечивает требуемых технологией консистенции и вкуса готового комбинированного мясного продукта, из-за специфической структуры, бобовых привкуса и запаха. Недостатком соевой муки является и наличие в ней олигосахаров. Многие используемые зарубежные текстураты, концентраты, изоляты белка, протеины и другие продукты биотехнологической переработки сои, получаемые в основном из обезжиренного сырья, не позволяют создавать качественные мясорасти-тельные 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.
Рабочей гипотезой для решения данной проблемы является предположение о том, что создание комбинированных пищевых продуктов на основе животного и растительного сырья с повышенной пищевой и биологической ценностью возможно и целесообразно, путем изыскания и выбора рациональных способов получения соевого белкового ингредиента, с последующим его включением в определенных формах и соотношениях в рыбные и мясные фарши, обеспечивающем возможность управления качеством готовых продуктов питания.
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 органо-лептических, 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 мясорасти-тельных композиций для приготовления продуктов питания поликомпонентного состава, содержащих комплементарный белок, эссенциальные жирные кислоты и комплекс других жизненно важных пищевых нутриентов.
Объект исследований Мясное, рыбное и соевое сырьё; модифицированные соевые белковые ингредиенты; бинарные мясорастительные и рыборасти-тельные композиции и комбинированные продукты питания, а также технологические процессы их получения.
Предмет исследований Закономерности процессов получения соевого белкового компонента в виде пасты, соевого фарша и текстурата, бинарных фаршевых композиций на основе рыбного, мясного и соевого компонентов готовых продуктов питания, а также оценка их органолептических и реологических свойств и показателей.
Основание, методология и методы исследований 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 чис той 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».
Общей методологической основой исследований являлось использование системного подхода, обеспечивающего комплексное рассмотрение и изучение процессов создания комбинированных продуктов питания на основе рыбного, мясного и соевого сырья с учетом взаимосвязей технологических, технических, потребительских, экономических и других факторов и свойств сырья.
В аналитических исследованиях использованы методы и положения теории вероятностей и математической статистики.
Экспериментальные исследования проводились с использованием методов планирования многофакторных экспериментов и математического моделирования.
Анализ и обработка полученного экспериментального материала осуществлялась методами математической статистики.
Основные положения, вынесенные 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 рыбо-растительных 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 ингредртента, 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 мясо-растительных фаршевьтх 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.
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 разработок подтверждена 14 патентами РФ на изобретения (1998-2008 гг.).
Теоретическая и практическая значимость работы Теоретическая значимость определяется тем, что впервые на основании большого количества экспериментального материала обоснована и разработана 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.
На основе новых данных разработаны рецептуры, технологии производства мясорастительных и рыборастительных продуктов питания и их оптимальные параметры.
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 вой сковой 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 мясо-растительных 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, в том числе 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 XXI 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), 11 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 Пре зидиума 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 сельхозсы-рья», «Всё о мясе», «Вестник КрасГАУ» - 8 статей.
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 397 страницах основного текста, содержит 87 таблиц, 42 рисунка, 31 приложение.
Анализ исследований по разработке и созданию рыборастительных продуктов питания
В последнее время в общемировом вылове возросла доля мелких рыб и рыб пониженной товарной ценности, малопригодных для производства высококачественных пищевых продуктов по традиционным технологиям. В целом это привело к уменьшению душевого потребления рыбы и морепродуктов. В то же время нельзя не отметить, что любая рыба содержит большое количество полноценных белков. Кроме всего прочего, благодаря высокой пищевой и биологической ценности, а также вкусовым качествам, рыба широко применяется в повседневном рационе, а также в детском и диетическом питании.
Выход из создавшегося положения можно найти путем разработки и применения новых технологий. Прежде всего, это производство рыбного фарша и изготовление на его основе различных кулинарных изделий. Из рыбного фарша вырабатывают копченые и вареные колбасы, сосиски, котлеты и многое другое. Интерес к такой продукции во всем мире постоянно растет. Именно поэтому технология производства рыбных пищевых фаршей перспективна и актуальна в свете происходящих перемен в сырьевой базе рыбной промышленности многих стран мира.
Рыбные фарши открывают новые возможности в области рационального использования рыбного сырья. Фаршевая продукция относительно недорогая по сравнению с другими видами рыбных полуфабрикатов, и ее производство дает возможность расширения ассортимента одновременно с созданием продуктов с заданными вкусовыми и биологическими характеристиками. К преимуществам производства рыбного фарша относятся: возможность обработки разнообразных видов рыбы, в том числе и не пригодных для филетирования на механизированных линиях; высокий выход готовой продукции — до 45-65%, тогда как при филети ровании рыбы он составляет 28-33%; рациональное использование рыбного сырья, поскольку применение сепараторов дает возможность получать съедобное мясо из отходов от филетирования рыбы; снижение трудоемкости обработки рыбы благодаря большим возможностям механизации и автоматизации процессов производства фарша; простота получения из фарша разнообразных видов рыбных продуктов [129, 131].
Количественное соотношение белков и липидов в составе рыбных продуктов влияет на усвояемость и тех и других. Исследованиями установлено, что при завышенных содержаниях липидов тормозится отделение желудочного сока, замедляется переваривание белков пищеварительными ферментами-пепсином и трипсином, изменяется ход обмена некоторых веществ, подавляется система свертывания крови и процесс ассимиляции витаминов [237].
Высокое качество готовых рыбных фаршевых консервов можно сформировать за счет: сбалансированного химического состава, наличия требуемых количеств незаменимых компонентов в составе продукта, высоких органолеп-тических показателей, высокой переваримости и усвояемости, стабильности свойств продукта при регламентируемом периоде хранения.
Одним из вариантов создания комбинированных белковых продуктов может быть использование в качестве сырья соевого зерна, с последующим приготовлением из него белкового продукта.
В комплекс показателей, характеризующих качество пищевых продуктов, должны входить следующие данные: общий химический состав, характеризуемый массовыми долями влаги, белка, липидов, углеводов и золы; аминокислотный состав белков, жпрнокислотный состав липидов, структурно-механические характеристики; показатели безопасности, относительная биологическая ценность, органолептическая оценка.
В современном питании, особенно в условиях малоподвижного образа жизни, при небольших энергозатратах, внимание следует уделить оптимальному соотношению рыбного сырья с растительными компонентами.
Технологам рыбной отрасли в тесном контакте с сырьевиками и медиками необходимо создать новую стратегию производства пищевых продуктов с учетом современных представлений о концепции безопасности пищевой продукции и конструирования и проектирования рецептур [256].
За последние десятилетия появились новые сведения о значении незаменимых жирных кислот в питании людей, их потребности в витаминах, микро- и макроэлементах. При этом установлено, что вредна не только недостаточность отдельных эссенциальных факторов, но и опасен дисбаланс многих аминокислот и других пищевых веществ, связанный с разбалансированием рационов питания. Все это приводит к утрате адаптивных механизмов и нарушению биохимического гомеостаза организма, т.е. нарушению клеточного питания. Концепция сбалансированного питания оказывает решающее влияние не только на теоретические представления о путях ассимиляции пищи, но и на решение важнейших практических проблем, связанных с обоснованием физиологических норм питания, разработкой специализированных продуктов и рационов, изысканием новых ресурсов пищевых веществ, повышением биологических ценностей уже известных продуктов [133].
При разработке комбинированных продуктов очевидна основополагающая роль медико-биологических аспектов. Поэтому, рассматривая вопрос, по какому принципу и в каких пропорциях применим тот или иной белковый ин- гредиент в рецептурах таких продуктов, прежде всего, учитывают эквивалентность заменяемого сырья по биологической ценности [107, 218]. С точки зрения пищевой ценности и технологической пригодности наиболее ценным компонентом рыбного фарша является белок, который состоит из фракций, различающихся растворимостью, рН изоэлектрической точки, молекулярной массой и температурой коагуляции.
Разработка биотехнологических основ создания соевых белковых продуктов
Технологический процесс получения высокобелковых соевых продуктов, как базового ингредиента комбинированных пищевых систем, представляет сложную систему, состоящую из совокупности отдельных операций, обладающих определенной автономностью. На рисунке 3.4 представлена схема классификации основных способов получения соевого белкового продукта.
На основе классификации способов обработки соевого сырья нами разработаны операторные модели технологических процессов получения высокобелковых соевых ингредиентов различной физической формы и структуры (рисунок 3.5).
Данные модели позволяют выделить основные процессы, оказывающие влияние на получение соевого компонента заданной структурной формы и состава.
Использование данного подхода к разработке способов приготовления соевых белковых продуктов позволило разработать эффективные способы получения СБП, которые защищены патентами на изобретения [182, 185, 187, 188, 193, 194, 196].
В связи с тем, что различные сорта сои имеют неодинаковые биохимические, органолептические и другие показатели, нами проведены исследования с целью выявления сорта сои, из производимых в Амурской области РФ, имеющего наиболее высокое качество и наиболее подходящего для приготовления соевого белкового продукта. Необходимо отметить, что ни один из сортов сои, районированных в Амурской области, не является трансгенным.
Качество соевого белкового продукта зависит не только от соблюдения технологического регламента, но и от сорта сои, который применяется в процессе производства. При испытании сортов амурской селекции, выведенных в лабораториях ГНУ ВНИИ сои Россельхозакадемии, было отмечено разное качество материала по биохимическому составу соевого сырья и по органолептиче-ским показателям качества соевого белкового компонента (таблицах 3.1 и 3.2) [178]. По результатам экспертной оценки наиболее качественный соевый компонент, был получен из зерна сои сорта «Октябрь-70» и сорта «Соната», селекции ВНИИ сои (таблица 3.2). Суммарная экспертная оценка 12,1 и 12,0 балла соответственно.
В процессе экспериментальных исследований установлены некоторые физико-механические свойства, основные линейные характеристики сортов сои и выход необезжиренной муки, химический состав соевого зерна и содержание незаменимых аминокислот в нем, которые представлены в таблицах 3.3 - 3.6.
Анализ таблиц 3.5, 3.6 показывает, что соевое зерно сортов «Октябрь-70» и «Соната» имеет относительно высокое содержание общего белка, значение которого составляет 39,6-40,0%). Оно также содержит значительное количество липидов - 19,7-20,1%), углеводов - 22,9-23,9% и 4,8-5% минеральных веществ.
Сумма незаменимых аминокислот составляет 15,48-15,73%, а сумма заменимых - 22,52-23,27%). При этом соотношение указанных аминокислот равно 0,69-0,7. Отношение незаменимых и заменимых аминокислот к общему белку составляет 0,403-0,407 и 0,593-0,597 соответственно.
Многочисленные исследования показывают, что аминокислотный состав соевого белка является наиболее совершенным из всех источников растительных белков. Соевые белки полноценны, сбалансированы по составу аминокислот, имеют высокое содержание белка, обладают многоцелевым назначением, экономически доступны.
Следовательно, соевое зерно наиболее подходящий белковый компонент, позволяющий повысить пищевую ценность пищевых продуктов. Сырьем для получения соевого белкового продукта может являться соевая мука (активность уреазы 0,1 ед.). Качество соевой муки из разных сортов сои и её химический состав представлен в таблицах 3.7, 3.8. Выход муки зависит от крупности семян и коэффициента величины окружности. Максимальный выход соевой муки обеспечил сорт «Салтус» масса 1000 семян, которого была выше, чем у остальных сортов на 20 - 40 г, и был выше на 3,0-4,7%.
При производстве соевого белкового продукта из соевой муки наиболее высокое качество наблюдали при использовании сорта «Октябрь - 70». Мука, полученная из семян этого сорта, была по общей оценке выше на 2,0 -2,5 балла, чем по другим исследуемым сортам, а также обеспечивала лучшую водоудер-живающую способность соевого белкового продукта.
Анализ таблицы 3.8 показывает, что соевая мука имеет высокое содержание растительного протеина (Nx6,25), значение которого составляет 39,3-48,9%, причем по аминокислотному составу белок является полноценным, средний набор аминокислот соответствует качественному составу по рекомендациям ФАО и ВОЗ (таблица 3.9). Кроме того, соевая мука содержит значительное количество липидов - 1,3 - 25,4%, углеводов - 21,0 - 33,5%, минеральных веществ - 5,3 - 7,3%.
Экспериментальные исследования особенностей состава и товароведных характеристик мясного сырья
Современные принципы разработки рецептур мясных изделий основаны на выборе определенных видов сырья и таких их соотношений, которые бы обеспечивали достижение требуемого качества готовой продукции, включая количественное содержание и качественный состав пищевых веществ, наличие определенных органолептических показателей, потребительских и технологических характеристик. При этом одновременно выбранные компоненты рецептуры должны удовлетворять не менее важному требованию: иметь приемлемые функционально-технологические свойства, их максимальную совместимость или взаимокомпенсацию, что должно обеспечивать в процессе переработки сырья получение стабильных мясных эмульсий.
Снабжение организма человека необходимым количеством аминокислот основная функция белка в питании. В белке пищи должен быть сбалансированным не только состав незаменимых аминокислот, но и должно быть определенное соотношение незаменимых и заменимых аминокислот, в противном случае часть незаменимых будет расходоваться не по назначению.
Пищевая ценность мясного сырья характеризуется наличием в них компонентов, необходимых для биологического синтеза и покрытия энергетических затрат организма, а также их вкусовым достоинствам.
В говядине и мясе кур II категории упитанности высокое содержание белка и низкое содержание жира, в свинине III категории низкое содержание белка и высокое содержание жира. Мясо, в состав которого входит определенное количество соединительной ткани, содержит коллаген, который является неполноценным. Структура и состояние соединительной ткани и составляющих ее компонентов во многом определяет биологическую ценность, переваримость, усвояемость и вкусовые качества мяса.
При использовании сырья с высоким содержанием соединительной ткани готовые мясопродукты характеризуются повышенной жесткостью и сухостыо. Для предотвращения жесткости мясного сырья в практике производства мясных продуктов используют различные приемы воздействия на соединительную ткань. Качество мясных продуктов зависит не только от соблюдения технологического регламента, но и от состава сырья, применяемого в процессе его производства.
Расчет энергетической ценности мясного сырья осуществляли с помощью коэффициентов Рубнера (таблица 3.15). Таблица 3.15 - Химический состав и энергетическая ценность мясного сырья Таким образом, проведенные исследования показали, сложность состава мяса. Наличие в нем белков разной молекулярной организации предопределяет своеобразие и многоплановость использования при разработке рецептур кулинарных изделий и консервов.
На основании проведенных исследований определены исходные требования к разрабатываемому пищевому продукту через основную интегральную функциональную зависимость П « y(t) = yoll{\ -e K(n) - max, с учетом состава и свойств пищевого продукта, его назначения, безопасности и сроков хранения. Учитывая тип разрабатываемого пищевого продукта и установленных требований к нему, определены виды основных сырьевых компонентов и исследованы их состав и свойства.
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 ингредиентов 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.
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.
Процесс ВТО соевого зерна влияет не только на степень усвояемости соевого белка, но и на степень разрушения ингибитора трипсина. Как уже указывалось ранее, необходимость термообработки соевого зерна обусловлена еще и тем, что инактивируя большую часть ингибитора трипсина, желудочный сок в организме человека не разрушает ингибитор Боумана-Бирка. Он наиболее стоек к действию как тепловых процессов, так и желудочного сока. Однако данные полученные в результате исследований, показывают, что в случае направленной обработки соевого зерна, содержание некоторого остаточного количества антипитательных веществ не оказывает существенного влияния на качество пищи. Ввиду отсутствия в литературе данных о закономерностях разрушения антипитательных веществ в соевом зерне при ВТО, нами была экспериментально исследована зависимость степени разрушения антипитательных веществ от продолжительности ВТО соевого зерна.
Разработка технологии и оценка органолептических и реологических характеристик фаршевых композиций на основе рыбного сырья и соевого белкового фарша
Для более четкой различимости баллов составлено словесное описание каждой градации, причем степень совершенства отдельных единичных показателей выражена в баллах согласно таблице 5.10 [236]. Таблица 5.10 - Вариант пятибалльной шкалы и общая характеристика
уровней качества продукта Количество баллов, установленное каждому показателю, в зависимости от качественного состояния продукта, умножали на коэффициент весомости, определенный экспериментальным путем (таблица 5.2) [67, 72, 74, 76, 79]. На основании поисковых опытов — по определению оптимальных рецептур и режимов технологий фаршевых бинарных композиций были определены наиболее значимые факторы и уровни их варьирования, представленные в таблице 5.11. Дегустации представленных образцов фаршевых композиций с СБП проводились в специализированной лаборатории. Образцы изделий кодировались с использованием произвольных трехзначных чисел. Результаты оценки образцов каждого дегустатора заносились в дегустационный лист. В них рассчитывали среднее арифметическое значение единичных показателей и фиксировали эти результаты (таблица 5.12). Общая оценка, значения комплексных и единичных показателей служили основой для заключения о качестве продукции [83].
Таблица В таблице 5.13 представлена матрица планирования 3-х факторного эксперимента и полученные результаты органолептическои оценки следующих фаршевых бинарных композиций: - у! -горбуша с брачным нарядом + СБП; - у2 -минтай мелкий + СБП; - уз -сельдь + СБП; - у4 -окунь морской + СБП; - у5 -треска + СБП. На основании полученных результатов был проведен регрессионный анализ зависимостей y,=/(xi7JQ,X3) и построены математические модели органолептическои оценки фаршевых бинарных композиций в зависимости от количества добавляемого соевого белкового продукта, массовой доли влаги в фаршевых бинарных композициях и продолжительности их измельчения [67, 91,244]. Математические модели органолептических показателей фаршевых би нарных композиций в кодированном виде представлены уравнениями: Таким образом, результаты органолептической оценки, полученные с помощью анкет для парных сравнений, выявили лишь разницу по конкретным органолептическим показателям качества фаршевых бинарных композиций, изготовленных из рыбного сырья с различным количеством соевого белкового продукта в виде фарша (СБФ). Органолептическая оценка их с помощью пятибалльной шкалы, дала возможность не только оценить уровень качества фаршевых бинарных композиций в баллах, но и получить математические модели, позволяющие определить оптимальные значения факторов - С, W и Т. Проведенные исследования позволяют заключить, что оптимальными значениями факторов являются: - содержание СБФ в фаршевых композициях - 30%; - влажность - 50 - 60%; - продолжительность измельчения - 6 мин.
Результаты органолептической оценки качества фаршевых бинарных композиций, изготовленных по оптимальным параметрам С, W, Т представленные на рисунке 5.8, свидетельствуют о разном уровне качества фаршевых композиций из разного рыбного сырья. Как видно, пределы колебаний в оценке их качества составили от 92,6 до 97,6 % [67, 72]. Сравнительная органолептическая оценка показала разный уровень качества фаршевых бинарных композиций, зависящий от соотношения СБФ: рыба улучшающийся по всем основным показателям в следующем порядке уг, Уз, У4, У5, Уі. После проведения органолептической оценки и построения математических моделей были определены количество незаменимых аминокислот в фаршевых бинарных композициях и их энергетическая ценность, результаты показаны в таблице 5.15.
