Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Анализ теоретических основ и технологических аспектов производства экструдированных продуктов 15
1.1. Теоретические основы экструзии пищевого сырья 16
1.2. Использование различных видов животного сырья в технологии мясорастительных экструдатов 23
1.3. Влияние технологических параметров на реологические характеристики пластических материалов 32
1.4. Экструзия как способ регулирования функционально-технологических свойств растительного сырья 38
1.5. Анализ способов модификации коллагенсодержащего сырья 43
1.5.1 Факторы, влияющие на рост и жизнедеятельность молочнокислых бактерий 53
1.6. Использование экструдированных белковых препаратов в технологии мясопродуктов 57
1.7. Заключение по состоянию вопроса 62
ГЛАВА 2. Методологические подходы, объекты и методы исследований. схема проведения исследований 65
2.1 Методологические подходы к проектированию растительно-мясных экструдатов и мясопродуктов с их использованием 65
2.2. Объекты и методы исследований 74
ГЛАВА 3. Системный анализ и концептуальное моделирование технологического процесса экструдирования смесей нативного мясного и растительного сырья с целью получения продукции заданного качества 78
3.1. Идентификация задачи получения растительно-мясных экструдатов заданного качества как системной проблемы 80
3.2. Системная декомпозиция и концептуальная модель получения экструдатов заданного качества 84
3.3. Структуризация ресурсов и методов обеспечения качества экструдатов 8 8
3.4. Системный подход к решению задачи получения экструдатов заданного качества 96
3.5. Базовый метод оценки комплексного показателя качества
экструдатов 104
ГЛАВА 4. Системный анализ показателей качества растительных белоксодержащих 112
4.1 Теоретическое обоснование выбора растительного ингредиента . 112
4.2. Изучение состава и функционально-технологических свойств растительных экструдатов 118
4.2.1. Изучение функционально-технологических свойств систем экструдат:вода 124
4.2.2 Изучение функционально-технологических свойств систем экструдат:вода:жир 130
4.3. Исследования микроструктуры образцов растительных экструдатов 143
4.3.1 Изучение микроструктуры муки пшеничной экструдированной 143
4.3.2. Микроструктурные исследования муки ячменной экструдированной 150
4.3.3 Микроструктурные исследования муки чечевичной экструдированной 152
ГЛАВА 5. Изучение механизма биомодификации коллагенового сырья и обоснование использования модифицированной белковой композиции в технологии растительно-мясных экструдатов на принципах взаимозаменяемости 161
5.1. Выбор коллагенсодержащего сырья 162
5.2. Выбор бактериального препарата 165
5.3. Моделирование состава белковой композиции и параметров модификации 170
5.3.1. Выбор углеводного компонента 172
5.3.2. Моделирование оптимального состава белковой композиции и параметров модификации 177
5.4. Исследование свойств модифицированной белковой композиции 183
5.5. Изучение микроструктурных изменений композиции в процессе биомодификации 189
ГЛАВА 6. Моделирование технологического процесса экструдирования смесей мясного нативного и растительного белоксодержащего сырья 199
6.1. Выбор и обоснование объектов исследования 199
6.2. Выбор конфигурации профиля шнековых элементов 202
6.3. Исследование реологических характеристик базовой смеси 206 6.4 Математическое моделирование состава и технологических параметров экструдирования 208
6.5. Комплексная оценка показателей качества растительно-мясных экструдатов 224
6.6. Обоснование взаимозаменяемости растительного и мясного сырья в технологии растительно-мясных экструдатов 229
6.7. Микроструктурные исследования растительно-мясных смесей и экструдатов 233
6.7.1.Микроструктурные исследования смесей в ходе экструдирования 233
6.7.2. Микроструктура растительно-мясных экструдатов на основе ячменной муки 246
6.7.3. Микроструктура образцов растительно-мясных экструдатов на основе муки чечевичной 249
ГЛАВА 7. Разработка частных технологий новых мясопродуктов с использованием растительных экструдатов 256
7.1 Разработка технологии паштетов на основе муки ячменной экструдированной 258
7.1.1. Анализ рынка мясных и мясорастительных консервов 258
7.1.2. Моделирование состава и разработка технологии паштетов 262
7.1.3. Микроструктурные исследования паштетов 268
7.2. Разработка рецептур полуфабрикатов и оценка качества готовой продукции 270
7.3. Использование белково-жировых композиций с МПЭ и животным
жиром в технологии мясопродуктов 276
ГЛАВА 8. Разработка технологий экструдированных завтраков и новых мясопродуктов с использованием растительно-мясных экструдатов 291
8.1 Разработка нормативно-технологической документации на
растительно-мясные закуски 292
8.2. Моделирование рецептур и разработка технологии новых видов
паштетов с использованием растительно-мясных экструдатов 297
8.2.1. Функциональные свойства растительно-мясных экструдатов в системе объект:вода:жир 298
8.2.2. Моделирование рецептур паштетов 302
8.3. Исследование микроструктуры паштетов 310
8.4. Обоснование сроков годности паштетов 314
8.5. Развитие нового подхода к разработке режимов стерилизации 317
8.5.1. Виды потребительской тары, потенциально пригодные для стерилизации 317
8.5.2. Разработка высокоэффективной технологии паштетов в баночках из пластика 323
8.5.3.Установление зависимости величины стерилизующего эффекта от состава слоев материала потребительской упаковки для гарантированных сроков годности продукции до 12 и 24 месяцев 329 8.6. Разработка рекомендаций по применению растительно-мясных экструдатов на основе муки чечевичной и говядины 335
Выводы 339
Список использованных источников
- Использование различных видов животного сырья в технологии мясорастительных экструдатов
- Методологические подходы к проектированию растительно-мясных экструдатов и мясопродуктов с их использованием
- Идентификация задачи получения растительно-мясных экструдатов заданного качества как системной проблемы
- Изучение состава и функционально-технологических свойств растительных экструдатов
Введение к работе
В соответствии с развитием «Концепции государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации» предусмотрено расширить фундаментальные исследования в области науки о питании, а также научно-исследовательские работы по созданию новейших технологий высококачественных пищевых продуктов, в том числе связанные с глубокой переработкой сельскохозяйственного сырья.
Определенное место в реализации сформулированных задач может занимать технология термопластического экструдирования смесей мясного и растительного сырья, в том числе рационально не используемого в традиционных технологиях мясных продуктов.
Экструзионная технология широко используется в пищевой промышленности. С ее помощью производят различные виды продуктов: сухие завтраки, закуски, аналоги мясо- и рыбопродуктов, макароны и каши быстрого приготовления, различные виды чипсов и др.
Процесс термопластической экструзии в настоящее время изучают, в основном, в трех направлениях: первое- оценка пищевой ценности готового продукта, второе - изучение основных функциональных свойств, третье - прогнозирование изменения тех или иных функциональных свойств на основе модельных представлений о механизме процесса. Все три составляющих достаточно хорошо проработаны в отношении растительного сырья.
При производстве некоторых экструдатов использовано мясное, предварительно обработанное, в частности, обезвоженное сырье. Работы по изучению процесса термопластической экструзии смесей нативного мясного и растительного сырья еще не получили должного развития, а имеющиеся результаты носят фрагментарный характер.
В теорию и практику производства экструдированных продуктов питания значительный вклад внесли Богатырев А.Н., Cho S.H., Винникова Л.Г., Fichtali J., Засыпкин Д.В., Жушман А.И., Карпов В.Г., Касьянов Г.И., Lawrie R.A., Лисицын
8 А.Б., Mittal P., Pradahn A.M., Rhee K.S., Рогов И.А., Толстогузов В.Б., Файвишевский М.Л., Юрьев В.П., Van Zuilichem D.J и др.
Рациональное сочетание нативного мясного и растительного сырья позволит получить экструдаты с высоким содержанием белка для использования в качестве основы при производстве продукции для традиционного и функционального питания.
Применение системного подхода к изучению процесса экструдирования позволит установить методологические основы создания новых технологий экструдатов с мясным сырьем, совершенствовать их качественные характеристики.
Вышеизложенное позволяет утверждать, что развитие теоретических основ и практики термопластического экструдирования поликомпонентных смесей является актуальным в современных условиях, так как их реализация в новых технологиях растительно-мясных экструдированных готовых продуктов и функциональных добавок позволит расширить ассортимент высококачественных мясопродуктов.
Цель и задачи исследования. Целью настоящее работы является разработка методологических принципов создания и совершенствования технологии экструдирования смесей нативного мясного и растительного сырья, и частных технологий мясопродуктов с использованием экструдатов.
В соответствии с поставленной целью исследований решали следующие основные задачи:
разработать методологические принципы создания и совершенствования технологий экструдирования смесей нативного мясного и растительного сырья с целью получения экструдатов с заданными показателями качества;
создать теоретическую модель и обосновать технологические принципы экструдирования смесей нативного мясного и растительного сырья;
применить разработанные принципы для совершенствования процессов получения растительно-мясных экструдатов заданного качества;
систематизировать сведения, характеризующие свойства традиционного и перспективного животного и растительного сырья для производства поликомпонентных экструдатов;
изучить биохимические аспекты модификации коллагенового сырья и обосновать использование модифицированной белковой композиции для производства растительно-мясных экструдатов;
- обосновать и реализовать принцип взаимозаменяемости компонентов
растительного и мясного происхождения в технологии поликомпонентных
экструдатов;
- провести комплексное исследование состава и свойств экструдатов, обосновать
направления их использования в питании или технологии мясных продуктов;
- разработать и реализовать технологии экструдированных закусок и
поликомпонентных добавок, а также мясных продуктов с их использованием,
обеспечивающих более рациональную структуру питания населения.
Научная новизна. Разработаны методологические основы системного подхода к созданию и совершенствованию технологии экструдирования смесей мясного нативного и растительного сырья с учетом специфики состава ингредиентов, целенаправленного их сочетания, характера внутри- и межмолекулярных трансформаций белков и полисахаридов под воздействием технологических параметров экструдирования, определяющих концепцию повышения качества поликомпонентных экструдатов и рационального их использования в технологиях мясных продуктов.
На основе системного анализа установлены теоретические и методологические подходы, позволяющие проектировать и совершенствовать нутриентную адекватность, функционально-технологические свойства и микроструктуру поликомпонентных экструдатов на мясной основе.
Систематизированы и обобщены экспериментальные данные, характеризующие качественные показатели экструдатов злаковых и бобовых культур и продуктов их переработки, их функционально-технологические свойства.
Разработана математическая модель биомодификации коллагенового сырья, изучен комплекс биохимических, микробиологических и функционально-технологических показателей, и определены направления использования полученных поликомпонентных композиций в технологии растительно-мясных экструдатов.
Обоснован и доказан принцип взаимозаменяемости растительного и мясного сырья при получении экструдированных продуктов.
Выявлены особенности изменения комплекса физико-химических, функционально-технологических, структурно-механических свойств растительно-мясных экструдатов в зависимости от вида мясного и растительного сырья.
Практическая значимость разработок. На основе разработанной в диссертации теоретической модели процесса экструдирования смесей мясного и растительного белоксодержащего сырья предложена новая технология получения растительно-мясных экструдатов заданного качества.
На основе комплексного исследования показателей качества растительного белоксодержащего сырья и полученных из него экструдатов показана возможность взаимозаменяемости растительного сырья в технологии растительно-мясных экструдатов.
Создана технология биомодификации коллагенсодержащего сырья, позволяющая получить белковую композицию с улучшенными органолептическими и функционально-технологическими свойствами. Доказана возможность использования модифицированной белковой композиции взамен мясного сырья при производстве растительно-мясных экструдатов.
Разработана нормативная документация на производство четырех видов нового экструдированного продукта с использованием мясного и модифицированного коллагенсодержащего сырья. ТУ 9196-839-00419779-06 «Закуски растительно-мясные «Фаворит»»
Разработаны частные технологии новых мясных и мясосодержащих продуктов питания с использованием растительных и растительно-мясных экструдатов:
- ТУ 9217-709-00419779-02 Паштеты «Ярмарка» пяти наименований
мясорастительных паштетов с экструдированной ячменной мукой;
- разработаны рецептуры и технология 10 наименований мясорастительных
паштетов в полимерной таре на основе белково-жировых композиций с
растительно-мясными экструдатами смесей говядины и коллагенсодержащого
сырья с ячменной, пшеничной и чечевичной мукой.
Разработана энергосберегающая технология мясных и мясорастительных паштетов в полимерной потребительской таре (ТУ 9216-046-51444550-03 Консервы мясные. «Паштеты из Царицыно», ТУ 9217-872-00419779-05 Консервы мясорастительные. Паштеты «Раздолье», ТУ 9216-077-51444550-06 Консервы. Паштеты) с обоснованными с позиции повышенной безопасности экструдатов режимами стерилизации, обеспечивающая высокое качество продукции в гарантированные сроки годности, позволяющая интенсифицировать процесс тепловой обработки консервов и снизить затраты на теплоносители в размере 4,9-5,2 млн. руб. для предприятий мощностью 40-50 ТУБ в смену.
Впервые разработана и внедрена технология консервированных продуктов питания (15 ТУ на более 70 наименований), в том числе первых и вторых обеденных блюд в полимерной потребительской упаковке, основанная на энергосберегающих режимах стерилизации, обеспечивающих величину стерилизующего эффекта: для мясорастительных продуктов - 11-12 условных минут, для мяса в соусе и бульоне - 8-9 условных минут; для первых обеденных блюд - 9-Ю условных минут.
Научные результаты, полученные в ходе выполнения настоящей диссертации, послужили основой для создания перспективных технологических решений, новизна которых подтверждена патентами РФ: № 2151526 «Способ производства мясных полуфабрикатов»; № 2160023 «Способ производства мясного продукта»; Патент № 2251357 «Способ производства сухого продукта»; Патент РФ № 2196435 «Композиция для получения белкового обогатителя»; Патент РФ № 2212181 «Способ производства сухого продукта»; положительное решение по заявке
12 №2004138865/13(042254) «Способ производства мясорастительного консервированного продукта» от 13.02.2006 г.
Разработанные научные положения и практические решения используются при переподготовке специалистов консервной отрасли.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены:
на Европейских и Международных конгрессах работников мясной промышленности (Краков 2001 г., Белград 2002 г., Рим 2002 г., Хельсинки 2004 г., Белград 2005 г., Дублин 2006 г.);
международная конференция "Научно-технический прогресс в пищевой промышленности" (Москва, 1995 г.); 1У международный симпозиум "Экология человека: пищевые технологии и продукты" (Москва - Видное, 1996 г.); Вторая международная научно-практическая конференция "Пищевая промышленность 2000" (Казань, 1998 г.); Международная конференция "Продукты XXI века" (Москва, 1998 г.); Международная конференция «Пищевая промышленность на рубеже веков: состояние, проблемы, перспективы» (г.Алматы, 2001 г.); 6-я Международная научная конференция памяти В.М.Горбатова (Москва, 2002 г.); Международный симпозиум "Федеральные и региональные аспекты государственной политики в области здорового питания" (Кемерово, 2002г.); 3-я международная научно-практическая конференция "Пища. Экология. Качество" (Кемерово, 2003 г.); 6-я Международная научная конференция памяти В.М.Горбатова (Москва, 2002 г.); 7-я Международная научная конференция памяти В.М. Горбатова (Москва, 2004 г.);
межреспубликанская НТК молодых ученых по состоянию и перспективам мало- и безотходной технологии и использованию вторичных материальных ресурсов (Тбилиси, 1985 г.); VI ВНТК "Электрофизические обработки пищевых продуктов" (Москва, 1989 г.); ВНТК "Совершенствование технологических процессов производства новых видов продуктов и добавок, использование вторичного сырья пищевых ресурсов" (Киев, 1991 г.); РНПК "Проблемы природоохранных и ресурсосберегающих технологий и оборудования для переработки с/х сырья" (Краснодар, 1993 г.); межрегиональная научно-практическая
13 конференция "Пищевая промышленность 2000" (Казань, 1996 г.); межвузовская научно-практическая конференция "Проблемы здорового питания" (Орел, 1998г.); научно-практическая конференция «Проблемы глубокой переработки с/х сырья и экологической безопасности в производстве продуктов питания XXI века» (Углич, 2001г.); научно-практическая конференция «Федеральный и региональный аспекты государственной политики в области здорового питания» (Кемерово, 2002 г.).
Список сокращений, приведенных в работе
AAA - амино-амиачный азот;
Ак - содержание к-й аминокислоты;
БЭф - коэффициент эффективности белка;
БП - бактериальный препарат;
БУЖ композиция - белко-углеводно-жировые композиция;
ВРБ - водорастворимые белки;
ВСС - влагосвязывающая способность;
ГО - гелеобразующая способность;
ЖСС - жиросвязывающая способность;
KB - коэффициент взрыва;
КПК - комплексный показатель качества экструдатов;
КР - коэффициент расширения;
КСБ - коэффициент сбалансированности незаменимых аминокислот;
ЛЖК - летучие жирные кислоты;
ЛПР - лицо, принимающее решение;
М -микроструктура;
МБК - модифицированная белковая композиция;
МНЖК - мононенасыщенные жирные кислоты;
МП - мука пшеничная;
МПЭ - мука пшеничная экструдированная;
МЧ - мука чечевичная;
МЧЭ - мука чечевичная экструдированная;
14 ЫЯ - мука ячменная; МЯЭ - мука ячменная экструдированная; НАК - незаменимые аминокислоты; НЖК - насыщенные жирные кислоты; НС -напряжение среза; ОП - органолептические показатели; ПБ - показатели безопасности; ПНЖК - полиненасыщенные жирные кислоты, ПНС - предельное напряжение сдвига; ПЦ - пищевая ценность;
CKmin- минимальная величина аминокислотного скора; СМП - структурно-механические показатели; СЭ - стабильность эмульсий; ФТП -функционально-технологические показатели; ЭГК - экструдат смеси говядины и кукурузного крахмала; ЭГП - экструдат смеси говядины с пшеничной мукой; ЭГЯ - экструдат смеси говядины и ячменной муки; ЭРП -экструдат смеси муки пшеничной и рубца; ЭРЯ - экструдат смеси рубца и ячменной муки; ЭС - эмульгирующая способность.
Использование различных видов животного сырья в технологии мясорастительных экструдатов
Исследования по экструзии различных видов животного сырья проводятся сравнительно недавно, а именно с конца 80-х годов. Накопленный на данный момент практический опыт свидетельствует о следующем.
В ГНУ ВНИИ мясной промышленности им. В.М.Горбатова разработан ряд продуктов, сухих завтраков "Экстругем", "Надежда" и "Бодрость" лечебно-профилактического значения [231, 234, 236-239]. Продукты предназначены для населения всех возрастных групп с целью лечения и профилактике железодефицитных анемических заболеваний, ожирения, дискинезии желудочно-кишечного тракта (запоров), диабета, ишемической болезни сердца. Продукты произведены на основе природного пищевого сырья; богаты белками животного и растительного происхождения, углеводами, макро- и микроэлементами и другими биологическими активными веществами. Отличительной их особенностью является высокое содержание ионов высокоусвояемого железа органического происхождения (70-250 мг/кг), что обусловлено введением в состав исходного сырья пищевой крови убойных животных. Для производства данных продуктов используют пшеничную муку, сухую кровь убойных животных, порошок костный пищевой, сухое молоко, сахар.
В МГУПБ Бобренёвой И.В, Токаевым Э.С, Николаевой СВ., разработан специализированный продукт для лечебно-профилактического питания "Янтарь", употребление которого приводит к снижению уровня холестерина в крови [22]. Он включает в свой состав следующие компоненты: кукурузную муку, сухой мясной бульон, сухой говяжий фарш, пищевые волокна (рПВ -гуммиарабик). При разработке рецептуры использовали рекомендации специалистов Московской медицинской академии имени И.М. Сеченова.
Токаевым Э.С, Винниковой Л.Г.и др. разработан экструдат, в качестве одного из компонентов которого использовался костный остаток [222].
Во ВНИИППиСПТ исследованы технологические параметры производства новых видов экструзионных продуктов на основе различных круп с добавлением грибов, предварительно высушенного мяса, пивных дрожжей и специй в разных сочетаниях. Продукт, выработанный по оптимальным технологическим режимам, имел высокопористую структуру, хрупкую консистенцию, приятный нежный вкус [4].
Винниковой Л.Г. и др. проведен комплекс исследований по разработке рациональных технологических параметров получения мясорастительных продуктов с использованием сухого говяжьего фарша и белков молока [29-31]. В качестве определяющей качество экструдатов характеристики, была выбрана насыпная масса продукта. Было изучено влияние концентрации мясного ингредиента, исходной влажности смесей, температуры экструзии и частоты вращения шнека на величину насыпной массы экструдатов.
Анализ полученных результатов позволил авторам сделать вывод, что получить продукт с заданными свойствами и требуемым качеством возможно при следующих режимах процесса экструзии: соотношение мясного и растительного сырья - от 5:95 до 15:85, влажность исходной смеси- 14-16%, температура экструзии - 150-160С, частота вращения шнека 400 мин"1.
Антиповой Л.В, Глотовой И.А., Кузнецовым А.Н. разработана технология получения мясорастительных экструдатов с использованием измельченной, высушенной порошкообразной массы из коллагеносодержащего сырья, высушенного мяса птицы механической обвалки, манной и чечевичной крупки, а также порошкообразных молочно-овощных полуфабрикатов [10, 11, 104]. Установлены основные закономерности и получено математическое описание процесса экструзии мясорастительных смесей, рекомендованы, как рациональные, следующие режимы экструзионного процесса: температура смеси перед матрицей 165-185С, влажность 14-16%, массовая доля мясного компонента 20% и частота вращения шнека 10,5 с"1.
Rhee K.S., Cho S.H., Pradahn A.M. [326, 327] были получены экструдаты на основе смесей кукурузного крахмала с мясом коз, овец и ягнят. Проведенные исследования по оптимизации процесса с использованием методологии поверхностного реагирования показали, что экструдаты с минимальными значениями силы среза можно получить при исходной массовая доле влаги смеси 26,5%, температуре обработки 148С при скорости шнека 14,1 с 1. В работе использовали лабораторный одношнековый экструдер с соотношением длины и диаметра цилиндра 15:1. Если массовая доля влаги в смесях превышала 34,5 %, экструдаты получались жесткими; когда температура в третьей секции цилиндра (температура обработки) превышала 180С, экструдаты начинали «гореть».
Методологические подходы к проектированию растительно-мясных экструдатов и мясопродуктов с их использованием
Самостоятельным аналитическим этапом, предшествовавшим формированию общей структуры работы, обоснованию ее специфики в соответствии с целью и задачами диссертационной работы, явилось изучение методологических подходов системного анализа, проектирования и оценки качества продукции, обоснования и моделирования технологическим процессов. Последовательность проведения исследований, взаимосвязь их объектов и исследуемых показателей, а также иерархия и соподчиненность используемых методологических подходов, этапов выполнения исследований приведены на рис.2.1.
Работа состоит из трех частей: 1- создание теоретической модели и обоснование технологических принципов процесса экструдирования смесей нативного мясного и растительного сырья; 2 - разработка технологии растительно-мясных экструдатов заданного качества; 3 - разработка технологии экструдированных завтраков, закусок и мясопродуктов с использованием экструдатов.
На первом этапе работы предложен методологический подход к созданию экструдатов на основе смесей нативного мясного и растительного сырья заданного качества. На основе теоретических положений системного анализа разработана модель технологического процесса получения экструдатов, позволяющая управлять технологическим процессом на его стадиях. Общая схема методологического подхода приведена на рис.2.2.
Для объективной оценки качества экструдатов предложена модель его комплексного показателя с определением перечня единичных показателей качества.
На втором этапе на основании показателей качества, полноты сырьевых ресурсов и эффективности экструдирования проведен выбор растительного сырья для получения растительно-мясных экструдатов (рис.2.3).
На третьем этапе обоснована и разработана технология биомодификации коллагенсодержащего сырья бактериальными препаратами молочнокислых культур с целью получения модифицированной белковой композиции и ее последующего использования в технологии растительно-мясных экструдатов (рис.2.4).
На четвертом этапе разработана базовая технология получения растительно-мясных экструдатов и доказана возможность взаимозаменяемости растительного и мясного сырья в технологии экструдатов с получением продукции с показателями качества в предпочтительном интервале величин (рис.2.5).
Определены интервалы величин единичных показателей качества экструдатов на примере базовой смеси.
На пятом этапе обоснованы общие рекомендации и разработаны частные технологии мясопродуктов на основе гелей и белково-жировых композиций с экструдированной пшеничной и ячменной мукой общей и профилактической направленности (рис.2.6).
На шестом этапе разработаны частные технологии готовых к употреблению закусок и мясопродуктов на основе гелей и белково-жировых композиций с растительно-мясными экструдатами (рис.2.7), сбалансированные по пищевой и биологической ценности.
В качестве объектов исследования выбраны следующие перспективные для решения задач настоящей диссертационной работы виды сырья: I - мука пшеничная, II - мука ячменная, III - крахмал кукурузный , IV - мука чечевичная, V - мука пшеничная экструдированная, VI- мука ячменная экструдированная;; VII - мука чечевичная экструдированная; VIII -говядина 2 сорта, IX - сухой животный бульон, X - светлый пищевой альбумин, XI - рубец крупного рогатого скота, XII - модифицированная белковая композиция; XIII - БУЖ-композиция; XIV - бактериальный препарат «Биоантибут»; XVI - сухой животный бульон; XXVI- растительно-мясной экструдат по рецептуре 1; XXVII - по рецептуре 2; XXVIII - по рецептуре 3; XXIX — экструдат смеси муки пшеничной и рубца; XXX -экструдат смеси рубца и муки ячменной; XXXI - экструдат смеси кукурузного крахмала, говядины и светлого альбумина; XXXI I - экструдат смеси кукурузного крахмала, сухого животного бульона и рубца; XXXIII -экструдат смеси муки пшеничной и говядины; XXXIV - экструдат смеси муки ячменной и говядины; XXXV - экструдат смеси чечевичной муки и говядины; XXXVI - экструдат смеси муки чечевичной, крахмала и говядины по рецептуре 1; XXXVII - экструдат по рецептуре 2; XXXVIII -экструдат по рецептуре 3; XXXIV - экструдат по рецептуре 4; XXXV -технологические операции экструдирования поликомпонентных смесей, ; XXXVI - многокомпонентные смеси (фарши, паштетные массы), содержащие один или несколько перечисленных выше видов сырья; XXXVII - стадии частных технологий мясных и мясосодержащих продуктов; XXXVIII - готовая продукция, выработанная из многокомпонентных смесей.
Идентификация задачи получения растительно-мясных экструдатов заданного качества как системной проблемы
Первым этапом в решении поставленной задачи является разработка концептуальной модели комплексного показателя качества экструдатов. Проблема получения экструдатов заданного качества связана с шестью основными аспектами (рис.3.3): проблемой сохранения и увеличения пищевой ценности (ПЦ) и проблемами улучшения структурно-механических (СМП), функционально-технологических (ФТП), органолептических показателей (ОП) и показателей безопасности (ПБ), а также микроструктуры (М) продукции.
Модель комплексного показателя качества экструдатов можно представить в виде кортежа: где соответственно Кпц, Ксмп ,К фтп, Коп ,Кпб, Км - модели ПЦ, СМП, ФТП, ОТІ, ПБ и М.
Для описания задачи получения экструдатов заданного качества, позволяющей выделить системные компоненты и определить общесистемные характеристики, использована модель целенаправленного функционирования системы: цель - стратегия -» ресурсы .
Под ресурсами {d(t)} понимаем все средства (исходное сырье, способ и степень его измельчения, уровень увлажнения или подсушки, равномерность смешивания компонентов, технологические параметры экструзии, форма и диаметр отверстий матрицы, тип шнековых элементов и последовательность их сборки и др.), которые необходимы для достижения цели W(x) - получение экструдатов заданного качества. В этом случае вектором E(W) свойств цели является достижение оптимального состояния из множеств состояний X(t) системы (S), соответствующих заданному уровню КПК (X(t) W(x)), желаемых лицу, принимающему решение (далее ЛПР), где t-продолжительность. Описание множества W(x) заключается в формировании ограничений на вектор X(t) (количественных и качественных) и в задании вектора E(W) свойств цели (вектор эффективности), которые считает предпочтительными ЛПР. Поскольку достижение целевых состояний (X(t) W(x)) возможно различными путями -стратегиями, то в общем случае существует множество Cl(Y) стратегий Y(t), Y(t) Cl(Y) , реализующих цель W(x). Множество fl(Y) определяет функцию системы и может быть оценено вектором оценки E(Q).
Под стратегией ЛПР понимаем механизм выбора и распределения ресурсов, обеспечивающих оптимальное качество экструдатов, а под управлением - совокупность мероприятий, которые приводят к оптимальной стратегии. Тогда у ЛПР, очевидно, существует критерий выбора оптимальной стратегии. Наличие множества стратегий достижения качества экструдатов определяет проблему выбора на этом множестве.
Одним из путей выбора оптимальной стратегии получения экструдатов заданного качества, можно считать введение приоритетности для целей и ресурсов. В конкретном случае приоритеты формировали как до непосредственного распределения ресурсов, так и в процессе решения задачи, после анализа полученной информации о важности той или иной цели, или об эффективности использования каждого имеющегося ресурса.
Таким образом, задача получения экструдатов заданного качества имеет многоцелевой характер, обладает многокритериальностью оценки и альтернативностью решений и требует к себе системного подхода, основанного на принципе единства функционально-целевых и причинно-следственных отношений на всех этапах и фазах решения задачи и на всех уровнях управления ею. Общая схема проведения системного исследования приведена нарис.3.4.
Процедура синтеза системы S представляет собой сложный, связанный с решением большого числа различных задач, в т.ч. информационное обеспечение. Конечным продуктом процесса будет оптимальный вектор ресурсов, согласованный с целями задачи и возможностями объекта исследования.
Информационное обеспечение формирования новой технологии экструдатов заданного качества направлено на формирование блока информации, отвечающей на вопросы «зачем», «с какими требованиями»», «какими средствами» и «с каким качеством». Такое неформальное процедурное описание, определяющее перечень стадий формирования новой технологии и информационные связи между ними, позволяет объединить различные задачи формирования системы S и их модели в единую систему.
Изучение состава и функционально-технологических свойств растительных экструдатов
Как установлено (глава 3, п.3.3) стадия приготовления смеси является одной из двух определяющих качество экструдатов. Выбор растительного сырья для получения растительно-мясных экструдатов проводили на основе системного подхода к оценке качества сырья и экструдатов в соответствии с общей схемой постановки эксперимента (рис.2.3) и схемами 4.1 и 4.2.
Под совместимостью понимали возможность сочетания растительного сырья с мясным сырьем без ухудшения органолептического восприятия такой смеси. Взаимодополняемость - возможность сбалансирования аминокислотного состава белков смеси.
Пшеничная мука является самым распространенным и традиционно применяемым в технологии мясопродуктов растительным сырьем. Пшеничную муку используют в небольших количествах (2-3,5%) для увеличения вязкости и влагоудерживающей способности фарша некоторых видов вареных колбас, в технологии паштетов [142, 215]. Определяющим показателем технологических свойств и пищевой ценности пшеничной муки является характеристика ее белковых веществ, представленных, в основном, запасными белками - проламинами и глютенинами. Входящие в состав пшеничной муки белковые частицы образуют сетчатую структуру из глютенина, включающую глиадин. Обе белковые фракции прочно связаны между собой через водородные мостики, а также с помощью ионогенных и гидрофобных взаимодействий [296]. Высокие влагопоглощающую и влагоудерживающую способности пшеничных белков можно объяснить присутствием в их составе гидрофильных центров: высокополярных амидогрупп глутаминовои и аспарагиновои кислот; полярных групп таких аминокислот, как серии, треонин и тирозин; сульфгидрильных групп цистина. Вместе с тем небольшое число неамидированных остатков глутаминовои и аспарагиновои кислот, а также остатки лизина и гистидина дают, соответственно, положительно и отрицательно заряженные группы, обладающие способностью притягивать диполи воды. Поэтому в процессе перемешивания пшеничной муки с водой глобулярная и волокнистая структуры агрегированных белков превращается в структуру постоянных пленок и мембран, которые сообщают рецептурной массе вязко-эластичные свойства, обеспечивающие оптимум поглощения и удержания жидкостей в процессе дальнейшей обработки.
Остатки таких аминокислот пшеничного белка, как глицин, лейцин, изолейцин, аланин, валин, фенилаланин и пролин, содержание которых составляет 40-50% всех аминокислот, придают молекуле белка гидрофобные свойства, что предопределяет ее высокие жиропоглощающую и жироудерживающую способности. Входящий в состав пшеничной муки крахмал также обладает прекрасной сорбционной способностью по отношению к воде и липидам [186, 215].
Известно, что ячмень занимает 2 место после пшеницы по посевным площадям в России. Массовая доля белка в крупе ячневой и муке ячменной составляет 10,0%, в крупе манной и муке пшеничной - 10,0-10,3%, т.е. по данному показателю ячмень не уступает пшенице и продуктам ее переработки. Примечательным является то, что коэффициент сбалансированности белка ячменя на 15,2% выше соответствующего показателя для белка пшеницы (табл.4.1-4.2) [247].
По качественному составу белка зерно пшеницы и ячменя также выгодно отличаются от других зерновых культур. Хотя такие аминокислоты как лизин и треонин являются лимитирующими (табл.4.1.).
