Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопрос а 6
1.1. Роль продуктов питания функционального назначения в улучшении здоровья населения
1.2. Биологически активные добавки, используемые в производстве продуктов функционального назначения 18
1.3. Современное состояние технологии производства муки и крупы из ячменя 30
1.3.1. Характеристика ячменя - как сырья для производства муки и крупы 30
1.3.2. Методы гидротермической обработки зерна ячменя и их влияние на изменение технологических свойств 38
Глава 2 Материалы и методы исследований 49
2.1. Объекты исследований и постановка экспериментов 49
2.2. Методы исследований. 51
Глава 3 Экспериментальная часть 55
3.1. Влияние ВТО на технологические и структурно-механические свойства зерна ячменя
3.1.1. Влияние ВТО на технологические свойства 55
3.1.2. Влияние ВТО на структурно-механические свойства 60
3.2. Влияние параметров ВТО на биохимические свойства ячменя 63
3.2.1. Изменение активности ферментов 63
3.2.2. Изменение углеводного комплекса 69
3.2.3. Изменение белкового комплекса 78
3.2.4. Изменение липидного комплекса 82
3.3. Влияние ВТО на содержание водорастворимых веществ 83
3.4. Исследование минерального состава ядра ячменя после ВТО 85
3.5. Изменение микробиологической характеристики зерна ячменя под действием ВТО 88
Глава 4 Разработка технологии производства продуктов функционального назначения из ячменя 90
4.1. Обоснование рецептуры и разработка технологической схемы 90
4.2. Медико-биологические испытания продукта функционального назначения 95
4.3. Исследование изменения качества питательной смеси в зависимости от сроков хранения
Выводы 100
Список литературы 102
Приложения 117
- Биологически активные добавки, используемые в производстве продуктов функционального назначения
- Методы гидротермической обработки зерна ячменя и их влияние на изменение технологических свойств
- Влияние ВТО на технологические свойства
- Медико-биологические испытания продукта функционального назначения
Введение к работе
Значительные перемены в образе жизни населения России вызвали изменения специфики заболеваний, характеризующейся преобладанием роста алиментарно-зависимых заболеваний. Недостатки в структуре и качестве питания сопровождаются неспособностью соответствующих защитных систем организма адекватно отвечать на неблагоприятные воздействия окружающей среды, что резко повышает риск развития многих заболеваний.
Согласно анализу Госкомсанэпиднадзора граждане России стали употреблять значительно меньше рыбы, мяса, фруктов, овощей и растительного масла. В связи с этим значительная часть населения испытывает белково-калорийную недостаточность. В группах населения с низкими доходами дефицит энергии и белка составляет от 15 до 20% необходимой нормы. Сегодня человек в большей степени потребляет ограниченный набор пищевых продуктов и, как правило, рафинированных. Они являются далеко не полноценными по содержанию биологически активных веществ, необходимых для нормальной жизнедеятельности организма. По данным обследований 90% населения подвержены недостатку в организме аскорбиновой кислоты и витаминов группы В, а также каротина, кальция и других минеральных веществ. Продолжает сокращаться средняя продолжительность жизни. Специалисты этот факт напрямую связывают с некачественным питанием.
Доля хлебопродуктов в рационе населения страны неуклонно растет и у различных групп населения достигает 40% и более.
В этой связи возникает острая необходимость улучшения качества продуктов питания на зерновой основе по двум направлениям: во-первых, путем обогащения продуктов наиболее массового спроса (муки, хлеба, крупы), жизненно важными незаменимыми веществами — витаминами, микро-и макроэлементами. Во-вторых, путем создания зернопродуктов нового поколения с повышенным содержанием важнейших природных, питательных, биологически активных компонентов, обладающих функциональными свойствами путем разработки и освоения нетрадиционных технологий.
До настоящего времени ассортимент продукции крупяной промышленности остается практически неизменным, качество вырабатываемых круп находится на низком уровне. Крупяная промышленность осуществляет в основном первичную переработку зернового сырья. Ее продукция нуждается в длительной кулинарной обработке или используется в качестве сырья при создании других пищевых продуктов. В этой связи возникает необходимость применения интенсивной влаготепловой обработки зерна (ВТО) для обеспечения глубоких структурных изменений и сокращения технологии переработки. Поэтому одним из направлений развития крупяной промышленности является ее дооснащение новыми технологиями для более глубокой переработки, которые должны быть разработаны или заимствованы из смежных отраслей. Эти технологии должны быть достаточной гибкости в отношении перерабатываемого крупяного сырья и ассортимента готовой продукции, включая производство продуктов функционального назначения. Это позволит придать отрасли необходимый динамизм в развитии, производить не только то, что она может сегодня, но и более прибыльную и необходимую для потребления продукцию.
В связи с этим разработка эффективной технологии переработки ячменя и производства продуктов функционального назначения является актуальной.
Биологически активные добавки, используемые в производстве продуктов функционального назначения
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. Еще до новой эры в Египте, Тибете, Индии и других странах Востока сложились довольно стройные системы терапии различных заболеваний путем использования растительных и животных препаратов [4, 7, 8. 12, 13, 64, 89].
Естественный комплекс биологически активных 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 биологические активные вещества находятся в органически связанной, т.е. наиболее доступной и усвояемой форме, а также в наборе, свойственном живой природе в целом [94, 100, 104, 108, 109, 118, 119, 128].
Разнообразие действия 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. По этому признаку они объединяются под названием биологически активные вещества - БАВ [77, 104, 113]. Нутрицевтики — эссенциальные биологически активные вещества, которые являются основными компонентами пищи. Это — витамины или их близкие предшественники, полиненасыщенные жирные кислоты семейства со-3, макро- и микролементы, незаменимые аминокислоты, моно- и дисахариды, пищевые волокна. Применение БАД - нутрицевтиков является эффективной формой первичной и вторичной профилактики, а также лечения таких заболеваний как атеросклероз, злокачественные новообразования, иммуннодефицитные состояния [116].
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 биофлаваноиды, кофеин, биогенные амины, регуляторные ди-олигопептиды, некоторые олигосахариды и многие так называемые натурпродукты [116].
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 далеко неполноценными по содержанию биологически активных веществ, необходимых для нормальной жизнедеятельности организма. Диета должна быть не только адекватной по количеству пищи и по содержанию белков, жиров, углеводов, она должна быть сбалансирована по биологически активным веществам (БАВ). Управление процессом поступления в организм биологически активных веществ может явиться мощным средством оздоровления населения страны.
Идея применения пищевых добавок как неалиментарных или природных комплексов БАВ с целью поддержания и укрепления здоровья получила широкое признание и находит подтверждение в кругу специалистов — фармакологов и физиологов [46, 59, 77, 81, 82, 118].
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. Авиценна в своем каноне писал о «лекарственной пище» и «пищевых лекарствах». В традиционной восточной медицине широко распространены лекарства, в рецептуры которых входят многие пищевые растения. По всей видимости, валеологические продукты станут средствами общего, неспецифического действия на организм и займут промежуточное положение между группой пищевых продуктов и группой лекарственных средств [118].
В настоящее время растения рассматриваются не только как источники пищи, но и как носители структурной информации, необходимой для экологической адаптации человека. Этим объясняется повышенный интерес к созданию продуктов питания протекторного действия с биогенными фитодобавками [82].
Методы гидротермической обработки зерна ячменя и их влияние на изменение технологических свойств
При переработке зерна в муку и крупу гидротермическая обработка сопровождается улучшением его технологических и биохимических свойств [34, 46, 48, 49, 55, 56, 98, 106, 107]. При гидротермической обработке ячменя предусматривают увлажнение зерна перед шелушением на 5-6% с последующим отволаживанием в течение 25-30 минут и шелушение в специально сконструированных шелушильных машинах [22].
При производстве перловой крупы этап ГТО очень важен. Кроме холодного кондиционирования при производстве перловой крупы иногда используют пропаривание зерна перед шелушением. Пропаривание зерна проводят как при избыточном давлении, так и при давлении, близком к атмосферному. В этом случае сухое зерно в процессе пропаривания нагревается до 85-95С, при этом влажность зерна повышается до 20-28%. Данная влажность является оптимальной для последующего процесса. Основным достоинством этого способа является сокращение длительности процесса [22].
При пропаривании под давлением 0,2 МПа в течение 3 минут заметно улучшаются технологические свойства зерна и потребительские достоинства крупы. В таблице 1.3.4 показано, влияние ГТО на выход пенсака и перловой крупы [36].
Таким образом, в результате ГТО общий выход перловой крупы возрастает на 10%, причем за счет наиболее ценной, крупных номеров. Перловая крупа, выработанная из зерна, прошедшего ГТО, быстрее разваривается, ее пищевые достоинства также улучшаются.
Известен другой способ гидротермической обработки ячменя при переработке его в перловую и ячневую крупу [67]. Способ заключается в увлажнении зерна ячменя перед шелушением на 5-6% с последующим 25-30 минутным отволаживанием. Недостатком этого способа является значительное повышение влажности снимаемых в процессе шелушения оболочек (до 31-34%). Для доведения оболочек до влажности 17-20% требуется 3-4 часовое отволаживание совместно шелушенного зерна и оболочек или подсушивание их подогретым воздухом. Значительное увлажнение периферийных слоев ячменной зерновки снижает эффективность последующего процесса шелушения и, кроме того, связано с повышенным расходом воды. Однако, способ рекомендован авторами только в привязке его к новой конструкции шелушильной машины (НГМД), не нашедшей до настоящего времени применения на ячменозаводах.
ВНИИЗ разработана усовершенствованная технология, позволяющая повысить степень использования зерна путем увеличения выхода крупы и дополнительного отбора пищевой ячменной муки [66]. Новая технология основана на использовании влажного способа шелушения зерна. В целом технология включает очистку зерна от примесей по рекомендациям «Правил организации и ведения технологического процесса на крупяных предприятиях», увлажнение очищенного ячменя холодной водой температурой 18-20С на 1,0-1,5% и последующее отволаживание в течение 8-10 мин.; шелушение увлажненного зерна в пенсак; шлифование пенсака в крупу; полирование крупы.
При увлажнении зерна создается градиент влажности между оболочками ячменя и эндоспермом, за счет чего связь оболочки с ядром ослабляется. При шелушении увлажненные оболочки легче отделяются от зерна, что позволило уменьшить количество систем для шелушения с четырех до двух. Предварительное увлажнение зерна ячменя существенно уменьшает дробимость зерновки. Получаемый после шелушения пенсак содержит только 10-12% колотых зерен, при содержании необрушенных зерен 4-6%.
При обработке ячменя по данному способу не только улучшается качество пенсака, но и увеличивается выход его на 3% по сравнению с шелушением традиционным способом. В процессе шелушения увлажненные оболочки не измельчаются, а снимаются целиком, в связи с этим уменьшается образование высокозольной кормовой мучки темного цвета. После провеивания смеси пенсака с оболочками в дуоаспираторе, полученная лузга имеет влажность 10-12% и не нуждается в дополнительной сушке, а может быть сразу направлена на производство кормосмесей.
Использование влажного шелушения зерна позволило наряду с увеличением общего выхода перловой крупы сократить ее технологический процесс производства за счет сокращения процесса шелушения и уменьшения на 1-2 системы шлифовально-полировочного процесса.
Влияние ВТО на технологические свойства
В качестве объекта исследования на содержание основных химических веществ, технологические свойства проанализированы наиболее распространенные сорта ячменя, произрастающие в регионе Восточной Сибири: «Красноярский — 80», «Витим», «Наран».
Из таблицы видно, что по химическому составу исследованные сорта не уступают известным сортам произрастающим в западных регионах страны. Содержание белка несколько меньше, чем у зерна собранного на Нечерноземье. Объемная масса зерна колеблется в пределах 640-651 г/л, пленчатость в диапазоне 9,1-11,0%. По данным показателям и по крупности изученные образцы соответствуют требованиям стандартов, предъявляемым к зерну при поставках крупяной промышленности. Из анализированных образцов сорт «Красноярский - 80» имеет лучшие показатели качества.
Обзор литературы показал, что при переработке зерна в крупу для повышения эффективности производства используются различные способы обработки с применением тепла и влаги. При их взаимодействии с зерном происходят значительные изменения технологических свойств. В нашей работе использована влаготепловая обработка (ВТО), которая включала увлажнение, отволаживание и кондуктивно — конвективный нагрев зерна. С целью определения влияния ВТО на технологические свойства зерна ячменя учитывались три основных фактора: влажность, длительность отволаживания и температура обработки зерна. Это связано с тем, что от степени увлажнения и времени отволаживания зависит глубина проникновения влаги внутрь зерна, степень набухания крахмальных гранул и белковых веществ, от температуры -глубина структурных преобразований.
Предварительные исследования показали, что при температуре обработки ниже 200С наблюдается подсушивание крупных зерен, выше - происходит подгорание мелких. Поэтому с целью термообработки в одном потоке нагрев зерна производили при температуре 200С.
С целью установления оптимальных параметров обработки зерно увлажняли в пределах 14 - 34% и отволаживали в течение 6—18 часов. В зависимости от влажности и угла наклона барабанов продолжительность термообработки зерна изменялась в диапазоне 2,5 - 3,0 мин. Опыты показали, что при высоких температурах происходит «вспучивание» зерна со значительными изменениями в структуре.
Для исследования технологических свойств после ВТО каждый образец подвергался шелушению в лабораторном шелушителе марки ТМ-05. Для ячменя ослабление связи между эндоспермом и цветковой оболочкой имеет первостепенное значение. Процесс шелушения должен обеспечить возможно более полное отделение оболочек от эндосперма. Кроме того, при шелушении желательно сохранить цельность ядра.
. Влияние степени увлажнения и длительности отволаживания на эффективность шелушения Видно, что наилучший результат достигается при обработке зерна влажностью 22%, прошедшего отволаживание в течение 12 ч. При данных параметрах значение коэффициента составляет 99,3%, тогда как у контрольного образца, не прошедшего ВТО равен 78,8%. С увеличением влажности зерна выше 22% коэффициент шелушения снижается. При использовании ВТО происходит резкое увеличение объёма зерновки с разрывом и ослаблением связи между цветковой оболочкой и эндоспермом по всей поверхности. Увеличение объема сопровождается округлением формы зерновок. Видно, что структура оболочек становится хрупкой, ослабляется связь с эндоспермом, повышая эффективность шелушения. При дальнейшем увеличении влажности зерна до 34% происходит снижение коэффициента шелушения до 96,3%. По-видимому, это связано с пластификацией оболочек и эндосперма при повышении влажности зерна.
Повышение влажности образцов до 34% снизило Ец, незначительно до 0,82%. Это свидетельствует о том, что при тепловой обработке в зерновках ячменя с высокой влажностью происходят аналогичные для влажности 22% структурные изменения. Разрыхленный эндосперм зерновок из-за высокой пористости при шелушении дробится в меньшей степени, чем эндосперм исходного зерна.
Из таблицы 3.1.2 видно, что с увеличением температуры коэффициент шелушения зерна ячменя возрастает с 93,5% до 99,3%. Высокая эффективность шелушения объясняется тем, что при интенсивной тепловой обработке влажного зерна внутри образуется избыточное давление, которое затем сбрасывается внезапно. Данный эффект способствует, как указывалось выше, ослаблению связей между оболочками и эндоспермом, разрыхлению структуры зерна.
Установлено, что режимы тепловой обработки не оказывают заметного положительного влияния на коэффициент цельности ядра. Дальнейшее повышение температуры приводило к ухудшению технологических свойств зерна и потребительских достоинств продукции. На основании проведенных исследований установлены оптимальные параметры влаготепловой обработки зерна: влажность 22 %, длительность отволаживания 12 ч и температура обработки 200С.
Воздействие воды, тепла приводят к глубоким изменением структурно — механических свойств зерна. Внутриклеточные и межклеточные взаимодействия переходят в разносторонние крупномасштабные процессы, охватывающие все ткани зерна, при этом большое значение имеет скорость проникновения воды внутрь зерновки и распределение её по частям зерна. При обработке зерна водой происходит увеличение его объема, ограниченное или предельное набухание, диффузия молекул, полимеров зерна, растворяемых водой. Вода диффундирует в тело зерновки, гидратируя полярные участки макромолекул полисахаридов и белков. При этом цепи полимеров раздвигаются, связи между макромолекулами ослабляются, объем зерновки увеличивается. В дальнейшем тепловая обработка влажного зерна способствует тому, что в нем происходят более глубокие внутренние преобразования с разуплотнением клеточных структур до пористого состояния, разрывом крупных крахмальных гранул и денатурацией белков с образованием резиноподобных тяжей.
Медико-биологические испытания продукта функционального назначения
Для определения функционального действия питательных смесей с пятилистником кустарниковым были проведены медико-биологические испытания на базе лаборатории Института Общественного Здоровья в Улан-Баторе (Монголия).
При изучении фитохимического состава Курильского чая кустарникового установлено наличие в различных частях этого растения флавоноидов, дубильных веществ, тритерпеноидов, катехинов, фенолкарбоновых кислот, витаминов. Флавоноиды обнаружены в количестве 4-6%. Надземная часть пятилистника кустарникового содержит кварцетин, кварцитин, кемпферол около 250 мг% аскорбиновой кислоты, 15,5 мг% каротина, витамин К.
Обнаружены также фенолкарбоновые кислоты и их производные: хлорогеновая, кофейная, синаповая, феруловая, р-кумаровая, эллаговая. Во всех частях растения обнаружены катехины.
Использование побегов пятилистника кустарникового в профилактических дозах предупреждает развитие тяжелых форм сахарного диабета, улучшает функциональное состояние печени и почек и защитные функции организма. [84, 125]
Медико-биологические испытания с целью определения сахаропонижающих свойств питательной смеси проведены на трех группах морских свинок разного возраста. Испытания проводились в течение 10 дней. Контрольные группы получали стандартный комбикорм, а экспериментальные группы — питательную смесь. По окончании срока испытании в группах животных определяли содержание сахара в сыворотке крови с помощью прибора «Хумалайзер - 2000» немецкой фирмы «HUMEN». Результаты анализов представлены в таблице 4.2.1.
Экспериментальные данные показывают, что питательная смесь, изготовленная по базовой рецептуре (без побегов пятилистника) не имеет выраженного сахароснижающего действия. Введение пятилистника кустарникового оказывает благотворное влияние на углеводный обмен. Использование питательной смеси снижает содержание сахара в крови для всех групп животных: у младшего возраста на 18,7%, среднего на 15,4%, старшего на 30,8%.
Таким образом, можно сделать вывод, что полученный продукт может быть рекомендован в качестве продукта функционального назначения для профилактики больных сахарным диабетом. Это связано с тем, что углеводы, содержащиеся в зерновой основе, медленнее перевариваются. Они выполняют защитную функцию по отношению к диабету, предотвращая заметные колебания уровня глюкозы крови после еды, поддерживая чувствительность к инсулину и давая чувство насыщения от принимаемой пищи. Замедление перевариваемости связано в основном с повышенным содержанием пищевых волокон в зерновой основе, по сравнению со стандартным комбикормом и наличием в продукте пятилистника кустарникового, обладающего выраженным сахаропонижающим свойством.
Стойкость пищевого продукта при хранении определяется гигроскопичностью, наличием микрофлоры, состоянием липидной фракции и зависит от способа обработки зерна. В процессе хранения отрицательные процессы наблюдаются во всех крупах. Продукт, выработанный из зерна нормального качества, более устойчив при хранении, так как распад жира идет медленнее, чем в продукте выработанной из партии содержащих дефектные зерна.
Введение в технологический процесс выработки крупяного продукта гидротермической обработки показало, что при этом способе стабилизируется кислотное число жира, задерживается прогоркание. Пропариванием достигается инактивация липазы и липоксидазы, что в значительной степени предотвращает не только гидролиз жира, но и образование в крупах при хранении продуктов, продуктов окисления, придающих им горький вкус.
Опыты по определению стойкости питательной смеси к хранению проводились в течение 6 месяцев в условиях, соответствующих требованиям предъявляемым к зерновым продуктам. Образцы хранились в упаковке, в помещении с относительной влажностью воздуха 65%, при температуре 18-20С. В процессе хранения через каждые 30 суток из образцов отбирали пробы для определения влажности, кислотности по болтушке. Содержание микроорганизмов определяли в начале и конце хранения.
