Введение к работе
Актуальность проблемы. В современных условиях модернизации и интенсификации различных отраслей пищевой промышленности важное значение имеет развитие фундаментальных и прикладных исследований в области биотехнологической модификации свойств растительного сырья и использования ее продуктов в пищевых технологиях в качестве альтернативных источников незаменимых факторов питания. В реализации государственной политики Российской Федерации в области здорового питания особая роль отводится разработке инновационных технологий, позволяющих создать конкурентоспособные пищевые продукты, обогащенные биологически активными веществами, способные корректировать метаболизм в организме человека, снижать риск воздействия ксенобиотиков и развития алиментарнозависимых заболеваний.
Существенный теоретический и практический вклад в разработку научных основ и технологий пищевых продуктов с использованием растительного сырья внесли ученые: Тутельян В.А., Рогов И.А., Жаринов А.И., Храмцов А.Г., Колодязная В.С., Николаева М.А., Елисеева Л.Г., Иванова Т.Н., Кочеткова А.А., Майорникова Л.А., Позняковский В.М., Битуева Э.Б., Arnold D.L., Boyes B.G., Karlesking K., Mizota T.Н. и др. Однако, фрагментарность и противоречивость научной информации о химическом составе и функционально-технологических свойствах растительного сырья в зависимости от почвенно-климатических условий произрастания и экологических факторов предопределяет необходимость исследования их применительно к регионам.
В Республике Северная Осетия–Алания (РСО-Алания) широко распространены зернобобовые культуры и пряно-ароматические растения (ПАР). Из зерновых культур особое место занимает - кукуруза, бобовых – чечевица, ПАР-чабрец, черемша, укроп, крапива двудомная и мята лимонная, отличающиеся высоким содержанием биологически активных веществ, особенно витаминов как водорастворимых, так и жирорастворимых, минеральных элементов, фенольных соединений и пищевых волокон. В тоже время это сырье крайне ограниченно используется в качестве источника эссенциальных макро- и микронутриентов в технологии пищевых продуктов функционального назначения.
Следует отметить, что существующие технологии переработки зернобобовых культур и ПАР приводят к значительному снижению содержания биологически активных веществ. В связи с этим перспективным направлением совершенствования процессов их переработки является создание принципиально новой технологии переработки кукурузы и чечевицы с помощью биотехнологических приемов модификации белково-жирового и белково-углеводного комплексов путем естественной ферментации при проращивании семян, обеспечивающей получение новых продуктов с повышенным содержанием биологически активных веществ. Продукты, полученные путем биомодификации зернобобовых культур целесообразно использовать в технологии мучных и мясных изделий, как продуктов массового потребления. Однако отсутствует теоретическое обоснование и практическая реализация технологических решений по получению и применению продуктов модификации кукурузы, чечевицы и ПАР при производстве мясных и мучных изделий повышенной биологической ценности.
В связи с изложенным, исследования, направленные на решение важной народно-хозяйственной проблемы, связанной с развитием теоретических основ и разработкой технологий продуктов модификации экологически безопасного растительного сырья (кукурузы, чечевицы и ПАР), а также с применением их при производстве мясных и мучных изделий функционального назначения, являются актуальными и имеют важное социально-экономическое значение.
Исследования проводились в соответствии с целевой программой РСО-Алания «Профилактика заболеваний, связанных с дефицитом йода и других микронутриентов в питании населения РСО–Алания» на период 2007-2011 годы, научно-исследовательской тематикой Горского государственного аграрного университета «Перспективные процессы в перерабатывающих отраслях АПК».
Цель и задачи исследования. Цель работы–теоретически обосновать и разработать технологии продуктов модификации кукурузы, чечевицы, ПАР и их применение в производстве мясных и мучных изделий функционального назначения.
Для выполнения поставленной цели решались следующие задачи:
- теоретически обосновать целесообразность применения кукурузы, чечевицы и пряно-ароматических растений для получения продуктов модификации и применения их при разработке технологий мясных и мучных изделий функционального назначения на основе обобщения и систематизации научно-технической информации, а также маркетинговых исследований;
- изучить химический состав кукурузы, чечевицы и пряно-ароматических растений, произрастающих в почвенно-климатических условиях РСО-Алания;
обосновать технологические параметры модификации кукурузы, кукурузной муки, чечевицы и ПАР; разработать ресурсосберегающие технологии продуктов их модификации с заданными функционально-технологическими свойствами;
- исследовать биологически активные вещества в продуктах модификации кукурузы, чечевицы и ПАР, определить их функционально-технологические свойства;
- исследовать влияние продуктов модификации кукурузы, чечевицы и пряно-ароматических растений на органолептические, структурно-механические и физико-химические показатели качества мясных фаршей и дрожжевого теста;
- разработать рецептуры колбасных и хлебобулочных изделий с применением продуктов модификации кукурузы, чечевицы и ПАР, используя компьютерное моделирование;
- исследовать изменения органолептических, физико-химических, микробиологических показателей качества и безопасности разработанных продуктов в зависимости от продолжительности хранения в охлажденном состоянии; обосновать сроки их годности;
- определить пищевую, в том числе, биологическую, физиологическую и энергетическую ценность колбасных и хлебобулочных изделий с добавлением продуктов модификации растительного сырья;
- провести доклиническую и клиническую оценку безопасности и эффективности разработанных мучных и мясных изделий;
- разработать технологии и пакет технической документации на продукты модификации чечевицы, кукурузы и ПАР и их применение при производстве колбасных и хлебобулочных изделий; провести опытно-промышленную апробацию предложенных технологий на предприятиях агропромышленного комплекса РСО-Алания;
- оценить социально-экономическую целесообразность внедрения колбасных и хлебобулочных изделий функционального назначения на продовольственном рынке РСО-Алания.
Научная новизна. На основании теоретических и экспериментальных исследований, анализа химического состава и функционально-технологических свойств кукурузы, чечевицы и пряно-ароматических растений и продуктов модификации показана целесообразность использования их в пищевых технологиях.
Установлено, что в продуктах модификации растительного сырья (ПМРС): кукурузном солоде, проращенной чечевице и ростках чечевицы в результате повышения активности ферментов, регулирующих процессы гидролиза и синтеза, образуются новые биологически активные вещества. Выявлено, что в продуктах модификации увеличивается содержание незаменимых аминокислот, витаминов группы В, аскорбиновой кислоты, -токоферола, Р- активных веществ, что определяет возможность их использования для устранения дефицитных нутриентов в мясных и мучных изделиях.
Изучены особенности химического состава продуктов модификации растительного сырья. Установлено, что продукты модификации кукурузы отличаются высоким содержанием моно- и полиненасыщенных жирных кислот, витаминов: РР, С, В1, Е, чечевицы–белков, незаменимых аминокислот, витаминов: В1, В2, В6, В12, С, Е, каротины, кобальта, калия, порошков ПАР - витаминов, минеральных элементов, флавоноидов, алкалоидов. Определены пищевая ценность, функционально-технологические свойства и биологически активные вещества продуктов модификации растительного сырья.
Реализованы методологические принципы разработки мясных и мучных изделий с использованием продуктов модификации растительного сырья, обоснованы их рецептурные составы, технологические режимы производства, дана оценка безопасности, биологической и физиологической ценности.
Установлены зависимости изменения физико-химических, структурно-механических и органолептических показателей качества фаршевых и тестовых полуфабрикатов от массовой доли продуктов модификации растительного сырья; составлены уравнения регрессии, характеризующие эти зависимости.
Исследована сорбционная способность (СС) продуктов переработки различных пряно-ароматических растений по отношению к свинцу; показано, что максимальное значение СС имеет чабрец, а минимальное - крапива двудомная.
Установлено, что продукты модификации чечевицы (ПМЧ) и кукурузы (ПМК), а также хлебобулочные изделия, приготовленные с их добавлением, имеют низкие гликемические индекс и нагрузку. Показана энтеросорбирующая и липотропная способность разработанных мясных и мучных изделий.
Практическая значимость работы. Разработаны способы модификации кукурузы, чечевицы и ПАР. С помощью компьютерного моделирования составлены рецептуры колбасных и хлебобулочных изделий с использованием продуктов модификации растительного сырья, обеспечивающие сбалансированность по эссенциальным макро- и микронутриентам.
Разработаны технологии и пакет технической документации на:
- продукты модификации растительного сырья: «Модифицированная чечевица» ТИ 9413-001-00493617-09, «Модифицированная кукуруза» ТИ 9413-002-00493617-09, «Модифицированные пряно-ароматические растения» ТИ 9513-001-00493617-09;
- мясные продукты: колбаса вареная «Осетинская» ТУ 9213-001-02069591-97, колбаса вареная «Аланская», ТИ 9213-002-00493617-08, колбаса вареная «Оздоровительная», ТИ 9213-003-00493617-08;
- хлебные изделия: «Улучшенный, Эльхотовский» ТИ 9113-002-00493617-08, хлеб «Лечебный» ТУ 9113-001-00493617-07.
Технология хлеба «Лечебный» внедрена на хлебопекарне ООО «Колос». Апробированы и внедрены в промышленное производство на агропромышленных предприятиях РСО-Алания, в частности, на хлебопекарне ООО «Черткоев» и колбасных заводах ООО «Станичник», ООО «Да» и другие новые разработанные функциональные продукты. Положительные результаты выполненной работы подтверждаются соответствующими актами о внедрении на предприятиях АПК.
Разработанные научные положения и практические решения нашли применение при организации учебно-исследовательской работы студентов; результаты исследований включены в методические указания по выполнению лабораторных работ в Горском государственном аграрном университете.
Результаты работы взяты за основу при разработке и реализации Закона РСО–Алания от 18.04. 2007 г № 12-РЗ о Республиканской целевой программе «Профилактика заболеваний, связанных с дефицитом йода и других микронутриентов в питании населения Республики Северная Осетия - Алания» на 2007-2011 годы. Новизна и приоритет технологических и технических решений, предложенных на основе новых научных сведений, приведенных в диссертации, подтверждены патентами на изобретения РФ: № 2171605, № 2288595, № 2358430.
Основные научные положения, выносимые на защиту:
- научно обоснованные ресурсосберегающие технологии модификации кукурузы, чечевицы и ПАР, обеспечивающие получение продуктов с повышенным содержанием биологически активных веществ;
- результаты исследования химического состава, пищевой ценности и функционально-технологических свойств ПМРС;
- совокупность экспериментальных данных по оптимизации многокомпонентного состава мучных и мясных изделий функционального назначения с помощью компьютерного моделирования;
- результаты экспериментальных исследований, характеризующие зависимости изменения физико-химических, микробиологических и органолептических показателей качества хлебобулочных и колбасных изделий от условий и продолжительности хранения в охлажденном состоянии;
- результаты доклинических и клинических исследований эффективности действия продуктов модификации чечевицы, кукурузы, хлебобулочных изделий и вареных колбас на биохимические показатели сыворотки крови животных и человека.
Апробация работы. Основные положения диссертации доложены и обсуждены на:
региональной научной конференции:
- международных научных, научно-практических, научно-технических конференциях: «Пища, экология, человек» (Москва. 1999 г.); «31 НТК профессорско-преподавательского состава» (Ставрополь, 2000.); «Новые и редкие растения Северного Кавказа» (Владикавказ, 2003); «Устойчивое развитие горных территорий. Проблемы и перспективы интеграции науки и образования» (Владикавказ, 2004.); «Актуальные и новые направления сельскохозяйственной науки». (Владикавказ, 2005.); «Горы Осетии» (Владикавказ, 2006.); «Инновационные технологии для устойчивого развития горных территорий» (Владикавказ, 2007); «Научное обеспечение устойчивого развития агропромышленного комплекса горных и предгорных территорий». (Владикавказ, 2008);
- всероссийской научно-практической конференции: «Новые направления в решении проблем АПК на основе современных ресурсосберегающих инновационных технологий» (Владикавказ, 2010).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 49 печатных работ, из которых 11 издано в периодических изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 3 монографии общим объемом 24,4 п. л, 3 патента РФ на изобретение.
Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, 7 глав, выводов, списка использованных литературных источников и приложений. Работа изложена на 289 стр. основного текста, содержит 98 таблиц, 59 рисунков, 39 приложений, 409 источников, в том числе зарубежных – 62.
