Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Состояние вопроса
1.1 Мировые концепции в области питания 6
1.2 Комбинированные молочно - растительные продукты 12
1.3 Харакі еристика видового состава микроорганизмов молочных продуктов 16
1.4 Биотехнологический потенциал зерна ржи и продуктов его переработки 24
1.5 Технологии и ассортимент продуктов переработки ржи 33
1.6 Заключение по обзору литературы и постановка цели и задач исследований 38
ГЛАВА 2 Организация и проведение экспериментов. материалы и методы исследований
2.1 Объекты исследований и постановка эксперимента 41
2.2 Me годы исследований 43
ГЛАВА 3 Разработка способа получения ржаной крупы с высокой пищевой ценностью
3.1 Разработка способа получения ржаной крупы 57
3.2. Исследование качественной характеристики ржаной крупы и муки, полу ченных по новой технологии 83
3.3 Медико-биологические испытания ржаной крупы .86
ГЛАВА 4 Разработка кисломолочного биопродукта с использованием ржаной крупы
4.1 Выбор и обоснование оптимальных режимов подготовки ржаной крупы
4.1.1 Исследование влияния тепловой обработки на содержание водорастворимых веществ 88
4.1.2 Исследование влияния ферментативного гидролиза на содержание декстринов и Сахаров 94
4.2 Исследование бифидогенных свойств ржаной крупы 101
4.3 Разработка технологии кисломолочного биопродукта «Энерджи синбио-тик» с использованием ржаной крупы 107
4.4 Исследование сроков хранения кисломолочного биопродукта 112
ГЛАВА 5 Исследование влияния ржаной крупы на свойства саламата 114
Выводы 122
Библиография
- Комбинированные молочно - растительные продукты
- Технологии и ассортимент продуктов переработки ржи
- Исследование качественной характеристики ржаной крупы и муки, полу ченных по новой технологии
- Исследование влияния ферментативного гидролиза на содержание декстринов и Сахаров
Введение к работе
Стратегической задачей современной пищевой технологии является создание функционального питания, обеспечивающего поддержание и активизацию жизненно важных функций человека, повышение общей сопротивляемости организма агрессивным условиям среды жизнедеятельности. Особую роль в функциональном питании ученые отводят комбинированным продуктам, которые открывают широкие возможности для повышения пище-вой и биологической ценности создаваемых продуктов. Сочетание молочного и растительного сырья - один из распространенных способов корректирования состава молочных продуктов. Особую важность с медико-биологической точки зрения представляют собой молочные продукты питания, в комбинации с различными зерновыми компонентами. Это позволяет обогатить комбинированные продукты пищевыми волокнами, растительными белками, жирами, углеводами, эссенциальными жирными кислотами, микро- и макроэлементами.
При создании функциональных молочных продуктов важны выбор и обоснование ингредиентов, формирующих новые свойства, связанные со способностью оказывать физиологическое воздействие. Так в качестве заква-сочной флоры могут являться бифидобактерии, поскольку они составляют основу нормального микробиоценоза кишечника человека, принимают непосредственное участие в процессе пищеварения и витаминообразования. В качестве зернового компонента могут служить продукты переработки ржи. Зерно ржи от других злаковых культур отличает более сбалансированный аминокислотный состав, за исключением овса, и высокое содержание слизей (2,5-7,2%) и .гемицеллюлоз, которые положительно влияют на состав микрофлоры кишечника, обуславливают ее диетические свойства и могут играть роль структурообразователей. Рожь содержит витамины группы В, минеральные вещества и пищевые волокна, основная масса которых локализуется в периферийных частях зерна (семенных и плодовых оболочках, алейроно-
вом слое и зародыше). Однако при традиционной технологии переработки ржи эти части удаляются в отруби, так как они могут ухудшать потребительские и частично санитарно-гигиенические свойства готовой продукции. В связи с этим необходимы новые продукты переработки с высоким содержанием периферийных частей, и одновременно с хорошими потребительскими и улучшенными санитарно-гигиеническими свойствами для их успешного продвижения на рынке.
При создании продуктов питания, необходимо учитывать традицион-ные предпочтения в пище данного региона. Так в Восточной Сибири с ее холодной зимой и жарким летом, необходимы продукты с разной калорийностью и биологической ценностью.
Принимая во внимание вышесказанное, разработка технологий кисломолочных биопродуктов разной калорийности с использованием продуктов переработки ржи, с повышенным содержанием периферийных частей и обладающих хорошими потребительскими свойствами, является актуальной.
Комбинированные молочно - растительные продукты
Учеными и специалистами в области технологий продуктов питания ведутся работы по развитию научного направления, связанного с созданием комбинированных продуктов, обладающих предпочтительным набором и со-отношением !компонентов, максимально приближенных к физиологическим потребностям организма. При создании таких продуктов не используют химические вещества, различные БАДы и БАВы; используют только натуральное сырье, и при их создании не предполагается специальной затратной обработки [68, 76, ПО, 111].
Решить эту задачу можно с помощью пищевого сырья животного и растительного происхождения. Особого внимания заслуживают комбинированные продукты на основе молочных и зерновых компонентов. В молочные продукты вносят сиропы, экстракты и листостебельную массу трав, плодовые, ягодные, овощные, рыбные полуфабрикаты, растительные белок и жир, аминокислоты, пищевые волокна, водоросли, кальций, яичную скорлупу и яичный белок, лизоцим, витамины и другие вещества в нативном и обработанном виде [5, ПО].
Практика показала, что все виды молочных продуктов можно комбинировать с различными зерновыми компонентами. В молочные продукты вносят цельное зерно пшеницы, ржи, ячменя, кукурузы, гороха, солодовые экстракты, продукты переработки зерна - муку, крупу, хлопья, побочные продукты его переработки -зародыш, отруби [110, 111, 188, 189, 190, 121, 81,82,84,171,172].
Так, например, в кисломолочные продукты добавляют полисолодовые экстракты ячменя, ржи, пшеницы и кукурузы. Вырабатывают продукт по технологии кисломолочных напитков термостатным или резервуарным методом. Для этого в молоко пастеризованное и охлажденное вносят кефирную закваску и предварительно подготовленный злаковый наполнитель. После тщательного перемешивания смесь оставляют в покое до образования сгустка с кислотностью 65-90С [110, 111].
Запатентован способ производства молочно-растительного напитка, который предусматривает внесение в обезжиренное молоко овса в соотношении 1: 0,008-0,09, нагревание смеси до температуры 97-99С и выдерживание при этой температуре в течение 1,5-2 часов [123].
Омскими учеными разработан специализированный кисломолочный напиток, обогащенный рисовой или гречневой крупой.
Учеными ВСГТУ во главе с Хамагаевой И. С. разработан целый ряд комбинированных продуктов с использованием овсяной, ржаной и рисовой муки. Так, например, разработана технология комбинированного напитка «Бодрячок» в который вносят овсяную и рисовую муку в количестве 2%, и 3% соответственно, злаковую добавку заваривают на молоке при температуре 92-95С в течение 20-25 мин [81].
Отруби и хлопья зародыша пшеницы, ржи и овса используют при изготовлении кисломолочных напитков, сметаны, мороженого, творога, молочно-яичных десертов, желеобразных продуктов, кислотно-сычужных и плавленых сыров [110,189]. Разработаны новые продукты: творожная масса «Оригинальная» на основе нежирного творога с добавлением зерновой добавки из обжаренных овсяных хлопьев; творожно - растительный продукт «Осенний» с пшеничными зародышевыми хлопьями; «Лактоалейрон» с пшеничными отрубями. Разработана технология плавленого сыра «Ячменный», в рецепту-ру которого, как источник пищевых волокон, введена пивная дробина.
Были разработаны йогурты с добавлением зерновых культур, таких как ячмень, пшеница, рожь, овес, подсолнечник [58]. Щетининым М. П. и Мусиной О. Ы. предложена технология производства молочных продуктов с использованием пророщенных семян пшеницы. Муку из проросших семян пшеницы непосредственно вносят в творог с курагой, при этом оптимальными дозами признаны 7% злакового наполнителя от массы творога и 5-6% кураги [190]. Разработана технология мороженого с пророщенным зерном ржи, а также ядром подсолнечника. В мороженое вносят 2% компонента из измельченного проросшего и высушенного зерна ржи, при этом заменяют 0,5% стабилизатора (муки) и 1,5% сахара. Ядро подсолнечника при производстве мороженого непосредственно выполняет роль эмульгатора. Наилучшие результаты получены при дозировке подсолнечника от 5 до 10%. [188]/
Получен патент на сухой молочный продукт для детского питания, где используют рисовую, гречневую муку и толокно в соотношении с цельным молоком 58%:36%. Для улучшения органолептических показателей в продукт вносят сахар и соль [124]. Признана изобретением сухая молочная каша, где компонентами являются сухая молочная основа, мука, обработанная ме-юдом экструзии и сахароза [125]. В Алтайском техническом университете Иунихиной В. С. и Курцевой В. Г. разработан продукт для детского и диетического пи гания, для получения которого проращивают промытое зерно ржи при температуре 18-20С в течение 2-3 сут, высушивают при температуре 70-80С и измельчают, а затем смешивают с ячменной, рисовой, овсяной, ржаной сеяной мукой и сухим цельным молоком [122].
Технологии и ассортимент продуктов переработки ржи
Мукомольные и крупяные заводы выполняют следующие функции: 1) принимают и кратковременно хранят зерно; 2) подготавливают зерно к переработке; 3) вырабатывают готовую продукцию; 4) кратковременно хранят и отпускают готовую продукцию в таре или бестарным способом [37,44,45].
В современном технологическом процессе подготовительные операции играют важную роль, более чем на 50% от них зависит эффективность производства готовой продукции. При подготовке зерна к переработке проводят предварительную очистку зерна от примесей, гидротермическую обработку, обработку (очистку) поверхности зерна, окончательную очистку зерна от примесей. Сырье, подготовленное к переработке, должно обладать оптимальными технологическими свойствами, т. е. позволять вьірабоїагь из него продукцию наивысшего качества в максимально возможном размере при невысоких удельных затратах. Выбор схемы процесса подготовки зерна зависит от вида помола. При подготовке зерна к помолу основное внимание уделяют удалению примесей. Направленно изменить исходные технологические свойства зерна позволяет гидротермическая обработка (ГТО). В связи с на личием у зерна ржи пластических свойств его увлажняют в меньшей степени, чем зерно пшеницы — не выше 14,5-15,0%, и отволаживают зерно не более 8 часов. При очистке удаляется пыль И; грязь с поверхности зерен, частично отделяются плодовые оболочки, богатые неусвояемой одревесневшей клетчаткой. Обработку поверхности зерна проводят сухим или мокрым способом. В первом случае проводят шелушение на машинах А1-ЗШН-3 или же на обоечных машинах с абразивной поверхностью [15,44,45,46]. Содержание оболочек снижается на 2-4%, что улучшает качество и питательность муки. Если при использовании обоечных машин зольность зерна в конце очистки уменьшается примерно на 0,07%, то при шелушении зерна на машинах А1-ЗШН-3 достигается» снижение зольности на 0,1-0,15%) [44,15,16]. Однако в этом случае происходит сильное истирание зерна, снижается его биологическая ценность и появляются высокие энергозатраты. При использовании обоечных машин степень очистки поверхности зерна достаточна для переработки зерна в муку, так как его периферийные части уходят в отруби, но недостаточна для .переработки зерна в крупу.
Влажный способ очистки поверхности зерна осуществляется в моеч [ ных машинах и машинах мокрого шелушения А1-БМШ. Обработка зерна в моечной машине являє гея наиболее эффективной. В ванне моечной машины зерно интенсивно промывается - грязь и микроорганизмы удаляются не только с поверхности зерна, но и из бороздки. При обработке в отжимной колонке моечной машины происходит легкое шелушение зерна. Одновременно с очисткой поверхности зерна в ванне моечной машины удаляются из зерновой массы гидродинамические легкие и тяжелые примеси. Для мойки зерна разрешается использовать только питьевую воду. Снижение зольности зерна со-ставляет 0,03-0,05% [45]. Недостатками этого способа являются большой расход питьевой воды (около 2 м на 1 тонну зерна), затраты на строительство очистных сооружений для контроля сточных вод и отходов, поэтому этот способ на практике-применяют только для макаронных помолов.
В результате ударного воздействия и интенсивного взаимного трения зерен в машине А1-БМШ происходит очистка поверхности зерна от минерального заірязнения, надорванных оболочек, частиц зародыша и бородки. Эффективность работы машин А1 - БМШ оценивается увлажнением зерна на 1,6-2%, количеством отходов 0,1%, зольностью отходов не менее 3%.
Снижение зольности зерна составляет 0,02-0,05%. Отличительной особенностью машин мокрого шелушения является совмещение функций мойки и шелушения зерна [15]. Недостатками использования этой машины являются трудность регулирования степени увлажнения, особенно для зерна с исходной влажностью, близкой к технологической, необходимость контроля сырых отходов, включающего сепаратор А1-БСТ, пресс У2-БПО и сушилку, что повышает стоимость оборудования.
Известен прием при помоле зерна ржи в сеяную муку, при котором используется вальцовый станок, имеющий специальную плющильную систему, предшествующую драному процессу. При этом зерно слегка раздавливается, раскальїваеіся вдоль оси, и накопившаяся в бороздке пыль может быть удалена. На плющильной системе отбирают около 1% кормовой мучки, имеющей высокую зольность 3,5-4,0%. При этом необходимо отметить, что на эту систему поступает уже очищенное, прошедшее основной и дополнительный этап гидротермической обработки зерно [45].
Исследование качественной характеристики ржаной крупы и муки, полу ченных по новой технологии
Как показывают полученные результаты, ржаная крупа №1 является более крупной и темной по цвету. Она содержит больше минеральных веществ, белка, жира, клетчатки, витаминов и пектина, но меньше крахмала. Однако вся ржаная крупа по сравнению с ржаной мукой обладает большей пищевой ценностью. На это указывает более высокое содержание белка, клетчатки, минеральных веществ, витаминов, общих Сахаров. Так содержание витаминов выше в крупе №1 почти в 2,5 раза, чем в сеяной муке (Bi-0,20 мг%, В2-0,05 мг%) [173]. Содержание клетчатки выше в крупе №1 на 1,41% и 0,59%, чем в сеяной и обдирной муке соответственно.
Пищедую ценность ржаной крупы оценивали по степени перевариваемости белков, коэффициенту удовлетворения балластных веществ и энергетической ценности.
Степень перевариваемости белков ржаной крупы №1 несколько ниже, чем у крупы №2, поскольку она содержит больше оболочек и алейронового слоя, которые снижают за счет присутствия в них клетчатки усвояемость белков. Кроме того, белок заключен в толстостенные клетки алейронового слоя и поэтому менее доступен действию ферментов.
Для сравнения пищевых продуктов по содержанию балластных веществ, использовали коэффициент удовлетворения в балластных веществах (KG), чем он ближе к 1, тем выше пищевая ценность продуктов и они могут - быть рекомендованы для широкого потребления и для создания диетических продуктов [145]. С точки зрения авторов, наиболее обоснованной на сегодняшний день, является норма, равная 25 г. балластных веществ в день. Она рассчитана на среднестатистического субъекта и восполняется за счет как непосредственно пищевых волокон, так и не перевариваемых соединительнотканных белков. В ходе технологического рафинирования количество удаленных балластных веществ прямо пропорционально соответствующему возрастанию1 энергетической ценности продуктов. Эта же закономерность обусловливает энергешческое пресыщение пищевых рационов населения с одной стороны и значительный недостаток в пище малопереваримых грубо волокнистых веществ - с другой. С точки зрения адекватного питания, крайне важно и необходимо, чтобы вновь разрабатываемые продукты повышенной пищевой ценности имели значения количества балластных веществ (Б) в пределах 100-105 ккал/г, при этом коэффициент удовлетворения в балласт-пых веществах приближался бы к 1. Только в этом случае практически устраняется их дефицит в рационе питания. Коэффициент удовлетворения балластных веществ для крупы №1 составляет 0,98, для крупы №2 - 0,7, что значительно выше, чем у ржаной муки (у сеяной муки - 0,2, обдирной - 0,5) [ИЗ].
Энергетическая ценность ржаной крупы 2-х номеров одинакова и составляет 284 ккал. Она ниже, чем у других видов круп и ржаной муки, так, у манной крупы она составляет 326 ккал, для овсяной - 303 ккал, сеяной муки - 305 ккал, обдирной муки - 298 ккал. Вследствие этого ржаная крупа может быть рекомендована в качестве диетического продукта.
Таким образом, полученная ржаная крупа обладает более высокой пищевой ценностью, чем ржаная мука, поскольку содержит больше, белка, жира, клетчатки, минеральных веществ, витаминов и пектина и обладает более высоким коэффициентом удовлетворения в балластных веществах. Для подтверждения функциональных свойств ржаной крупы были проведены медико-биологические исследования.
В результате проведенных исследований установлено, что среднесуточный прирост массы тела у крысят в опыте с кормлением крупы №1 составил в среднем 1,58±0,07 г и у крыс, получавших крупу №2 - 1,50±0,06 г. У животных группы сравнения, получавших манную крупу, среднесуточный прирост составил 2,05±0,12 г, а у крысят, получавших комбикорм - 2,08±0,14 г. При определении содержания сахара в крови установлено, что у крыс в опыте с кормлением крупой №1 содержание сахара по сравнению с таковым у крыс, получавших крупу манную, было ниже на 14%, у крысят, получавших крупу №2 - на 23% (таблица 26).
Исследование влияния ферментативного гидролиза на содержание декстринов и Сахаров
Известно, что крахмал злаковых культур при ферментативном гидролизе а- и В-амилазами, содержащимися в самом зерне, расщепляется на оли-госахара и декстрины, которые являются источниками питания бифидобак-іерий и могут играть роль структурообразователей. Чтобы повысить их содержание в продуктах переработки ржи, готовили ржаную болтушку в соотношении 10:-1 и определяли оптимальные режимы ее обрабоїки. При of ом исходили из того, чго необходимо повысить атакуемость крахмала за счет его клейстеризации (начальная точка клейс геризации ржаного крахмала 55С). Температурный оптимум для В-амилазы 51С, для а-амилазы 65С [61,72]. Таким образом, температурный интервал при котором были бы активны оба фермента и происходила бы клейстеризация крахмала, для продуктов переработки ржи составляет 55-60С.
Содержание декстринов и Сахаров при выдерживании водно-ржаной болгушки при этих температурах представлено в таблице 28 и на рисунках 13, 14.
При температуре клейстеризации крахмала содержание декстринов во всех образцах растет. При этом в ржаной крупе №1 их содержание увеличивается интенсивнее и при нагревании в течение 30 минут составляет 34,6%, что выше по сравнению с содержанием декстринов в крупе №2 и муке примерно в 1,5 раза.
Содержание Сахаров при этих условиях увеличивается в большей степени, чем при действии высоких температур. Особенно увеличивается содержание восстанавливающих Сахаров. Наибольшее их содержание в крупе №1 получено при выдерживании в течение 30 минут, а в крупе №2 и муке -при 10-минутной выдержке.
При температуре 55-60С активизируется по большей части а-амилаза, ко горая действует быстрее, чем р — амилаза. Оптимум действия (3 — амилазы при 5 ГС, поэтому для усиления действия ферментов после экспозиции при температуре 55-60С в течение 30 минут, болтушку охлаждали до 50-52С и исследовали влияние продолжительности выдерживания при этой температуре на содержание Сахаров (рисунок 15).
В этих условиях в большей степени растет содержание общих Сахаров, их оптимум наблюдается при продолжительности нагрева 20 минут, а восстанавливающих Сахаров —10 минут.
Проведенные исследования показали, что содержание водорастворимых веществ и декстринов возрастает с увеличением продолжительности обработки и достигает максимальных значений при 95-100С во всех продуктах переработки ржи. Содержание Сахаров при этих режимах возрастает только в ржаной крупе №1, а в ржаной крупе №2 и муке при увеличении температуры более 60С уменьшается. Выдерживание болтушки при температурных интервалах оптимальных для действия амилолитических ферментов позволяет увеличить содержание Сахаров в большей степени. Учитывая, что источником питания бифидобактерий являются прежде всего сахара, именно те режимы, которые приводят к их максимальному накоплению следует считать оптимальными. Для ржаной крупы №1 это выдерживание при температуре 55-6СГС в течение 30 минут, затем.охлаждение до температуры 50-52С и выдерживание при этой температуре 20 минут. Содержание декстринов при этих режимах изменяются от 1,2 до 34,6%. Для болтушки из ржаной крупы №2 и муки продолжительность нагрева при этих температурах составляет 10 и 20 минут соответственно. Следует отметить, что наибольшее содержание водорастворимых веществ, декстринов и Сахаров наблюдается в ржаной крупе №1.
При получении кисломолочного биопродукта подготовка ржаной крупы №1 на воде ухудшает потребительские свойства готового продукта, поэтому было решено готовить болтушку при выбранных режимах на молоке.
Для подтверждения изменения содержания Сахаров под действием температуры были проведены исследования ИК-спектров фильтратов водных боліушек из ржаной крупы №1, полученных после осаждения белков и инверсии сахарозы, при этом в фильтрат в основном переходят низкомолекулярные декстрины и сахара. Температуру обработки изменяли от 20 до 100С. В качестве сравнения использовали дистиллированную воду.
Исследования показали, что при сравнении спектров фильтратов и спектра воды появляются идентичные пики с волновыми числами 3384-3384,9 см"1, 1635,0-1635,7 см"1, 2100,3-2112,1 см"1, которые1 соответствуют валентным и деформационным колебаниям группировок воды. На спектрах фильтратов, полученных при температурной обработке ржаных болтушек появляются два новых пика по сравнению с пиками воды с числом 2330,4-2341,5 и 2358,5-2359,2 см"1. Такие волновые числа соответствуют группировкам: - NH2 и СО2 [114]. Поскольку эти пики появляются также при сня-тии спектрограмм чистых сухих веществ углеводов - сахарозы, глюкозы, мальтозы и фруктозы, то вероятность соответствия этого пика группировке -NH2 очень низкая. Принадлежность этого пика группировке диокиси углеро- да тоже остается под сомнением. На спектре воды этот пик отсутствует. Чтобы удостовериться имеют ли отношение данные пики к углеводам, были сняты спектрограммы рас гвора сахарозы разной концентрации, которые показа ли, что площадь пиков возрастает прямо пропорционально этим концентрациям (рисунок 16). Полученная кривая описывается полиномиальной функцией с высоким коэффициентом корреляции (рисунок 17).
