Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Теоретические и технологические аспекты производства функциональных продуктов питания 12
1.1. Роль основных нутриентов в питании 12
1.2. Анализ фактического питания и перспективы в развитии производства функциональных продуктов 25
1.3. Эссенциальные ингредиенты, придающие продуктам функциональную направленность 34
1.3.1. Пищевые волокна. Строение, классификация 35
1.3.2. Медико-биологические аспекты использования пищевых волокон 40
1.3.3. Физиологическое значение полиненасыщенных жирных кислот и витамина Е 45
1.3.4. Роль эубиотиков в регулировании микроэкологии человека. На значение и свойства 49
1.4. Тенденции использования биологически активных веществ и растительных добавок в молочной промышленности 60
1.4.1. Продукты переработки зерна: технологические аспекты получения и направления переработки в молочной промышленности 66
1.5. Проектирование новых видов продуктов максимально соответствующих физиологическим нормам 75
1.5.1. Методы оценки биологической ценности молочных продуктов 76
1.5.2. Применение численных методов расчёта аминокислотной и жирнокислотной сбалансированности состава молочных продуктов 81
Глава 2. Обоснование основных направлений исследований, их цель и задачи 88
Глава 3. Организация эксперимента и методы исследований 97
3.1. Организация и схема проведения исследований 97
3.2. Объекты и методы исследований 104
3.2.1. Физико-химические и биохимические методы 104
3.2.2. Микробиологические методы 107
Глава 4. Исследование состава и свойств продуктов переработки зерна 109
4.1. Определение состава продуктов переработки зерна 109
4.2. Изучение функционально-технологических свойств пшеничных зародышей и отрубей 120
4.3. Методы стабилизации качества продуктов переработки зерна с целью дальнейшего их использования в пищевых технологиях 130
4.3.1. Способы обработки ржаных и пшеничных отрубей 131
4.3.2. Исследование динамики микрофлоры обработанных пшеничных и ржаных отрубей в процессе хранения 137
4.3.3. Изучение влияния способов обработки и режимов хранения на липидную фракцию пшеничных зародышей 140
Заключение по четвертой главе 153
Глава 5. Проектирование состава продуктов в соответствии с требованиями науки о питании 158
5.1. Разработка моделей функциональных продуктов питания на молочной основе с зерновыми добавками 158
5.2. Проектирование состава кисломолочных белковых продуктов с пониженной энергетической ценностью 167
Заключение по пятой главе 171
Глава 6. Исследование технологических особенностей производства кисломолочных напитков с зерновыми добавками 173
6.1. Подбор микроорганизмов-пробиотиков и исследование возможности их культивирования 173
6.2. Оптимизация основных параметров кислотного свертывания молочно-зерновой смеси 183
6.2.1. Изучение влияния режимов пастеризации, доз добавки и закваски на кислотное свертывание молочно-зерновой смеси 183
6.2.2. Влияние зерновой добавки на рост и развитие бифидобактерий 196
Заключение по шестой главе 198
Глава 7. Оптимизация основных параметров кислотно-сычужного свертывания молочно-зерновой смеси и исследование технологических особенностей производства сыров и творожно-растительных продуктов 201
7.1. Обоснование выбора дозы зерновой добавки 201
7.2. Влияние зерновых добавок на процесс протеолиза 210
7.3. Исследование влияния отдельных технологических факторов на процесс формирования мягких кислотно-сычужных сыров с зерновыми добавками 213
7.4. Установление технологического регламента производства мягких сыров с зерновыми добавками 222
7.5. Изучение влияния процесса тепловой обработки молочно-растительной смеси на качество молочных белковых продуктов с зерновыми добавками 230
7.6. Экспериментальный анализ эффективности совместного использования зерновых добавок и пробиотиков в производстве сыра и творожно-растительных продуктов 234
Заключение по седьмой главе 243
Глава 8. Разработка технологии функциональных молочных продуктов со злаковыми добавками 248
8.1. Кисломолочный бифидосодержащий напиток, обогащенный пшеничными зародышевыми хлопьями 248
8.2. Кислотно-сычужные мягкие сыры с добавками из пшеничных, ржаных отрубей и зародышей пшеницы 254
8.3. Кисломолочные белковые продукты с зерновыми добавками 259
8.4. Сыр плавленый с добавкой из ржаных отрубей 266
8.5. Изучение влияния зерновых добавок на микробиологические, физико-химические, органолептические показатели новых видов продуктов в процессе хранения
Заключение по восьмой главе 290
Глава 9. Изучение пищевой ценности новых видов продуктов сложного сырьевого состава 293
9.1. Пищевая и энергетическая ценность продуктов 293
9.2. Оценка биологической ценности продуктов 295
Заключение по девятой главе 300
Выводы 305
Литература 308
Приложения 348
- Медико-биологические аспекты использования пищевых волокон
- Изучение функционально-технологических свойств пшеничных зародышей и отрубей
- Проектирование состава кисломолочных белковых продуктов с пониженной энергетической ценностью
- Установление технологического регламента производства мягких сыров с зерновыми добавками
Введение к работе
Основной ценностью человека является здоровье. По данным Всемирной организации здравоохранения - это многофакторная зависимость, определяемая социальным, экономическим и политическим развитием общества, психофизиологическими и медицинскими аспектами. Состояние здоровья человека, в первую очередь, зависит от питания.
Исследованиями института питания РАМН отмечается существенное ухудшение структуры и качества питания населения России. Основные изменения структуры питания проявляются в чрезмерном потреблении высоко-энергетичных нутриентов на фоне устойчивого дефицита поступающих с пищей жизненно важных ингредиентов. По обобщенным данным обследования населения дефицит полноценных белков составляет до 25 %, пищевых волокон - до 40 %, витамина С - до 90 %, витаминов группы В, фолиевой кислоты - до 40...80 %, витамина А -до 50 % [279]. Большинство людей недополучает с пищей макро- и микронутриенты, отдельные полиненасыщенные жирные кислоты и др. Отрицательные изменения в структуре питания россиян приводят к снижению иммунитета, возникновению различных заболеваний, снижению продолжительности жизни.
К основным факторам, приводящим к возрастанию уровня заболеваний населения, связанных с нарушениями питания относятся:
ухудшение экологической обстановки, проявляющееся в накоплении в продуктах питания разнообразных токсичных и мутагенных веществ -вследствие химизации сельского хозяйства, глобального загрязнения поверхностных вод, локальных радиоактивных загрязнений;
применение при производстве продуктов питания пищевых добавок, улучшающих органолептические и технологические свойства продукции, но неблагоприятно действующих на организм человека;
использование продуктов промышленного производства, в которых в результате проведения жесткой технологической обработки полностью или частично отсутствуют природные биологически активные вещества - ви-
6 тамины, минеральные элементы, фосфолипиды, фитостерины и другие биорегуляторы обмена веществ, гормональной деятельности, иммунитета и функций отдельных органов и систем организма.
рост потребления ряда лекарственных средств без учета их действия на желудочно-кишечный тракт и населяющую его микрофлору, деятельность которой необходима для здоровья человека.
Вышеперечисленные проблемы ставят жизненно важную задачу - поиск средств оздоровления населения страны. Одним из путей решения этой фундаментальной проблемы является разработка функциональных продуктов питания. По своему предназначению они относятся к продуктам массового потребления, т.е. имеют вид традиционной пищи и предназначены для питания в составе обычного рациона основных групп населения, но содержат физиологически ценные природные ингредиенты, которые восполняют дефицит эс-сенциальных пищевых веществ и оказывают биологически значимое позитивное воздействие. Регулярное потребление таких продуктов в составе пищевого рациона соответствует принципам здорового питания, улучшая состояние здоровья и существенно снижая риск возникновения заболеваний.
Большой теоретический и практический вклад в развитие технологии продуктов функционального питания внесли ученые отечественных школ прикладной биотехнологии, биохимии и нутрициологии: Н.Н. Липатов (ст.), A.M. Бражников, О.В. Большаков, М.Н. Волгарев, A.M. Уголев, А.В. Гудков, В.Д. Харитонов, Ю.Я. Свириденко, Л.А. Остроумов, Н.Н. Липатов (мл.), В.И. Покровский, В.М. Позняковский, И.А. Рогов, Н.С. Родионова, Е.И. Титов, Н.А. Тихомирова, Э.С. Токаев, Н.Б. Гаврилова, В.А. Тутельян, И.С. Хамагае-ва, А.Г. Храмцов, А.М, Шалыгина, Л.А. Забодалова, А.А. Майоров, М.П. Щетинин, М.С. Уманский, И.А. Евдокимов, В.И. Ганина и другие.
Одним из основных направлений в области позитивного питания является производство продуктов, имеющих поликомпонентный состав. Создание указанной группы продуктов представляется актуальным, поскольку за счет многокомпонентности состава достигается наиболее полное обеспечение организма физиологически полезными нутриентами в требуемом количестве.
Такие продукты призваны восстанавливать микробиологический баланс человеческого организма, повышать иммунный статус и в итоге должны поддержать здоровье и снизить стоимость затрат на его восстановление.
Ключевыми аспектами в решении настоящей проблемы являются научно обоснованный поиск и подбор перспективных источников сырья с высокими санитарно-гигиеническими и медико-биологическими показателями, а также применение современных биотехнологических приемов, позволяющих существенным образом влиять не только на органолептические и физико-химические показатели сырья и готовой продукции, повышая их пищевую ценность, но и придавать им направленные функциональные свойства.
Важное место в питании населения занимают молочные продукты, относящиеся к повседневным продуктам потребления. Обладая уникальным составом, они обеспечивают организм белками, углеводами, липидами, минеральными веществами, витаминами, микроэлементами и другими жизненно важными веществами. Без молока и молочных продуктов невозможно позитивное питание. Свойства молока позволяют улучшать качество других пищевых продуктов. Обогащение молока и молочных продуктов функциональными ингредиентами является одним из наиболее надежных способов ликвидации дефицита эссенциальных веществ. Следует подчеркнуть, что сочетание молочных и растительных белков представляет собой более совершенную композицию по аминокислотному составу. Кроме того, при введении в рецептуру растительных компонентов происходит обогащение продукта витаминами, минеральными элементами, органическими кислотами, пищевыми волокнами и другими биологически активными веществами. Варьируя основами продуктов в процессе их производства, обогащая их эссенциальными нутри-ентами, можно добиться определенной направленности физиологического воздействия.
Большие перспективы имеет создание функциональных продуктов, путем сочетания молочного и зернового сырья. Большое количество биологически активных веществ содержится в продуктах переработки зерна — отрубях и зародышах. Они отличаются повышенным содержанием таких
эссенциальных нутриентов как, незаменимые аминокислоты, полиненасыщенные жирные кислоты семейства ш-3 и со-6, минеральные элементы, витамины. Отруби действуют как улучшающее пищеварение средство, источник пищевых волокон. Особым достоинством пшеничных зародышей является повышенное содержание токоферола. Введение компонентов зерна в молочные продукты позволит обогатить их биологически важными веществами, придавая этим продуктам ряд ценных свойств и снижая их калорийность. Сложный природный комплекс веществ, содержащийся в таких продуктах, будет способствовать восполнению потребности организма в эссенциальных нутриентах, повышению его сопротивляемости к вредным воздействиям окружающей среды, продлению жизни.
Ассортимент молочных продуктов с зерновыми добавками на отечественном рынке практически отсутствует. Такие продукты представляют большой научный и практический интерес. Возможность включения зерновых добавок различного химического состава и физиологической направленности может обеспечить конструирование продуктов питания повышенной пищевой ценности и обладающих определенными защитными комплексами.
В настоящее время в развитых странах продукты функционального питания обогащаются не только пребиотиками, но и эубиотиками (пробиотика-ми). Особенно большое значение в поддержании здоровья играют пробиоти-ческие продукты, ферментированные лакто- и бифидобактериями. Интерес к видам этих бактерий связан с их важностью для здоровья человека. Эти микроорганизмы, являясь доминирующими представителями нормальной микрофлоры кишечника, обладают полезной метаболической активностью (синтез ряда витаминов, гидролиз желчных солей и холестерина), оказывают антагонистическое действие по отношению к условно-патогенной и патогенной микрофлоре, благотворно влияют на пищеварение и моторику желудочно-кишечного тракта, устраняют дисбиотические нарушения [322, 330]. Все это позволяет рассматривать лакто- и бифидобактерии как одну из основных категорий позитивного питания.
Основным способом повышения численности полезной микрофлоры в кишечнике человека является пероральное введение жизнеспособных клеток этих микроорганизмов, содержащихся в составе кисломолочных продуктов. Однако этот путь не всегда дает стабильное улучшение кишечной микрофлоры, поскольку экзогенные бифидобактерии не успевают закрепиться в кишечнике в условиях жесткой конкуренции за питательные субстраты между мно-гочислеными родами обитающих там микроорганизмов и быстро вымываются после прекращения приема пробиотиков [119]. Поэтому в последние годы интенсивно развивается принципиально новое направление производства функциональных продуктов - комбинация пробиотиков и пребиотков. Применение пребиотиков способствует пролиферации и адсорбции бифидо- и лактобакте-рий в кишечнике.
Большое внимание уделяется применению пребиотиков натурального происхождения в виде растительных и животных продуктов. Принципиально возможными для использования в качестве бифидогенного фактора могут быть продукты переработки зерна. Интересна оценка бифидогенного действия этих продуктов. Немаловажно и то, что, по сравнению с использованием очищенных пребиотиков, использование такого сырья требует значительно меньших затрат.
Выпуск максимально доступных всем категориям населения наименований функциональных продуктов является государственной задачей, так как напрямую затрагивает интересы общества. «Усилия ученых должны быть направлены не на бесплодные поиски эрзацев и синтетики, а на обеспечение человечества полноценными продуктами на базе традиционного сырья, вводя в круг традиционности все больше и больше объектов растительного и животного происхождения» (А. Д. Сахаров).
Учитывая актуальность вышеизложенного, в Кемеровском технологическом институте пищевой промышленности разработаны научные и практические основы производства функциональных продуктов питания на основе молочного сырья с использованием в качестве дополнительных источников биологически ценных веществ — зерновых добавок, которые одновременно вы-
полняют роль поставщиков эссенциальных веществ в сбалансированных количествах, обладают бифидогенным действием и оказывают функциональное воздействие. Результаты исследований обобщены и представлены в настоящей диссертационной работе.
Настоящая работа посвящена исследованию особенностей производства, созданию технологий и расширению ассортимента различных функциональных продуктов на молочной основе, обладающих функциональными свойствами, благодаря наличию в их составе полезных природных ингредиентов - пищевых волокон, витаминов-антиоксидантов, полиненасыщенных жирных кислот, пробиотиков, минеральных веществ.
Теоретическое обоснование возможности использования зерновых добавок основывалось на изучении химического состава, биологической ценности, функциональных свойств, гигиенической надежности, влияния на них различных технологических факторов и формирования сбалансированного аминокислотного, жирнокислотного, минерального и витаминного составов функциональных продуктов с использованием ЭВМ. Для получения оптимального эффекта проводился сенсорный анализ количественного сочетания молочной основы и зерновых добавок. Установлено, что зерновые добавки хорошо сочетаются с молочным сырьем в соотношении, установленном методом математического проектирования.
В диссертационной работе приведены исследования по изучению закономерностей процесса кислотного, кислотно-сычужного свертывания и формирования качественных показателей многокомпонентных продуктов функционального назначения, установлению рациональных технологических режимов производства. Для этого выполнены исследования по подбору соотношения культур бифидобактерий и ацидофильной палочки в двувидовой закваске. При подборе микрофлоры и разработке технологии производства закваски были учтены специфические требования, предъявляемые к продуктам функционального назначения: физиологичность микрофлоры для организма; умеренная кислотность продукта; достаточное количество клеток жизнеспособных микроорганизмов, вводимых с заквасками; повышение пищевой цен-
11 ности, усвояемости и гигиенической надежности продукта. С целью совершенствования технологии в направлении интенсификации процессов и улучшения качества сыров с зерновыми добавками исследованы биохимические свойства молочно-растительного сгустка. Изучено влияние зерновой добавки, как стимулятора роста бифидобактерий, в результате чего установлено, что введение данного бифидогенного фактора позволяет увеличить количество жизнеспособных клеток бифидобактерий в продукте более чем на порядок. Установлены основные закономерности формирования кислотного и кислотно-сычужного сгустков. Отработаны режимы выработки кисломолочных напитков, мягких и плавленых сыров, творожно-растительных продуктов, а также изучена их пищевая ценность, исследованы физико-химические, микробиологические и органолептические показатели в процессе хранения.
Практической стороной работы явилось создание различных молочных продуктов, обогащенных зерновыми добавками и пробиотиками. Основными критериями разработанных продуктов являются качество, безопасность для потребления, физиологическое воздействие, технологичность и приемлемая стоимость. Новые продукты внедряются на предприятиях Кемеровской, Омской областей, Алтайского края.
Результаты работы опубликованы в монографиях «Тенденции использования пищевых и поли функциональных добавок в производстве молочных продуктов» (10 печ. л.) и «Научно-практические аспекты производства функциональных продуктов из молока и злаков» (12,2 печ. л.), в 97 научных статьях и тезисах. На 7 новых продуктов поданы заявки на изобретения, на 6 из них получены патенты и на 1 положительное решение о выдаче патента. Технологии мягких сыров «Зерновой», «Пшеничный», «Трюфельный», «Компаньон-ский», «Русич», плавленого сыра «Отрубной», кисломолочного напитка «Росток», творожно-растительных продуктов «Лактоалейрон», «Осенний», пасты творожной «Оригинальная» отмечены дипломами отчетных конференций Минобразования России «Технологии живых систем» (Москва, 2002 г., 2003 г.).
Медико-биологические аспекты использования пищевых волокон
Рассматривая динамику изменения структуры питания человека в историческом аспекте, можно четко выделить следующие общие для населения всех индустриально развитых стран, явно неблагоприятные тенденции: во-первых, избыточное потребление жиров, в частности насыщенных; во-вторых, значительное увеличение потребления сахара и соли; в-третьих, существенное уменьшение потребления крахмала и ПВ [227, 339].
До 1960 г. пищевое и медицинское значение ПВ игнорировалось, так как они не подвергались перевариванию в желудочно-кишечном тракте и выводились из организма как ненужные. Это нашло отражение в их обозначении: «балластные» вещества, «грубые», «неочищенные» [29,115].
Представление о ПВ как балластных, не нужных организму человека веществах, способствовало рафинизации, очистки от них пищевых продуктов. Увеличилось производство пшеничной высокосортной муки с максимально возможным удалением периферийных слоев зерновки (плодовой и семенной оболочек, а также алейронового слоя, богатых клетчаткой и гемицеллюлоза-ми) [114, 115]. И таких примеров много - шлифование риса, отжим сока из плодов, различные процессы экстракции и т.д. Потребление таких продуктов составляет около 60 % от общей калорийности рациона [62]. По данным ФАО/ВОЗ, низкое потребление пищевых волокон наблюдается практически во всех странах мира: вместо необходимых 25-30 г в сутки среднестатистический человек съедает их не более 10-15 г [62, 65,79,114, 250, 300].
По мнению ученых, рафинирование продуктов приводит к тому, что организм человека недополучает сотни, а возможно и тысячи биологически важных веществ, которые наши предки получали с пищей в течение долгих лет [78, 89]. И, как следствие, недостаток или отсутствие ПВ может привести к нарушению гомеостаза - динамического постоянства внутренней среды организма и к патологии [114,115].
Установлено, что дефицит ПВ в пище является фактором риска таких заболеваний, как рак толстой кишки, синдром раздраженной толстой кишки, гипомоторная дискинезия толстой кишки с синдромом запоров, дивертикулез, аппендицит, грыжа пищевого отверстия диафрагмы, желчно-каменная болезнь, сахарный диабет, ожирение, атеросклероз, ишемическая болезнь сердца, диабет, варикозное расширение и тромбоз вен нижних конечностей [7, 61, 62, 72,151, 319].
Медико-биологическая ценность ПВ во многом обусловлена особенностью их физико-химических свойств. Чрезвычайно важную роль играют ПВ в функционировании толстой кишки. Одним из основных свойств ПВ является их способность удерживать воду. Некоторые ПВ сохраняют в 5-30 раз больше воды, чем их собственная масса. Так, 1 г пшеничных отрубей удерживает 5 г воды. Способность ПВ сохранять воду обеспечивает ускорение кишечного транзита и перистальтики толстой кишки, увеличение массы кала, изменяет внутрикишечное давление, изменяет концентрацию фекальных электролитов [79, 115, 199]. Следует отметить, что зерновые отруби с самым низким уровнем удержания воды обеспечивают наибольшую скорость прохождения содержимого начальных отделов толстой кишки и непосредственно действуют как фактор, формирующий стул. Таким образом, злаковые ПВ (в основном отруби) могут оказывать прямой эффект на формирование содержимого толстой кишки, в то время как ПВ из других источников дают тот же эффект не прямо, а в результате бактериальной ферментации и других механизмов [30, 117, 365].
Из других свойств ПВ следует отметить их адсорбирующий эффект. Они связывают и затем выводят из организма значительное количество желчных кислот (ЖК), а поскольку ЖК синтезируются в печени из холестерина, то клетчатка оказывает гипохолестеринемическое действие [30, 78, 190, 370]. Считают, что связывание ЖК волокнами приводит к удвоенной потере воды организмом, вследствие уменьшения реабсорбции и увеличения выведения с калом нейтральных стероидов в результате нарушения их всасывания и недостатка тех же ЖК [168, 227, 248, 393]. Установлено, что уровень связывания ЖК пищевыми волокнами может быть увеличен при введении минеральных веществ [380]. Помимо ЖК, ПВ адсорбируют и другие метаболиты, токсины, электролиты [73, 79, 180]. Нерастворимая стенка клеток растений может выступать как плотная матрица, через которую просачивается жидкая часть кишечного содержимого. В то же время растворимая часть ПВ может являться как бы жидкой матрицей. Кишечная флора и ПВ, взаимодействуя, изменяют кишечное содержимое - трансформируют гликохолаты в дезоксихолаты, что при определенных патологических количественных соотношениях может вызвать токсемический эффект. При этом увеличение объема ПВ снижает степень такой токсемии либо адсорбцией токсинов на ПВ, либо путем растворения токсинов за счет увеличения массы содержимого толстой кишки, что укорачивает время кишечного транзита, т.е. уменьшает опасность контактирования слизистой оболочки с токсинами. Наряду с этим добавление ПВ к пище усиливает кишечный синтез витаминов Вь Вг, В6, РР и фолиевой кислоты, благоприятно действующего на рост лакто- и бифидобактерий [36, 65]. Указанное свойство определяет пребиотический эффект ПВ. Исследованиями М.С. Дудкина установлен высокий уровень адсорбции условно-патогенных микроорганизмов пищевыми волокнами [78,79].
Одним из аспектов физиологического действия является их влияние на минеральный обмен. Имеются доказательства, что высокое потребление ПВ может нарушать минеральный баланс в организме. В основе этих процессов лежат катионообменные свойства, что способствует выведению ионов тяжелых металлов, например свинца, стронция, и позволяет рассматривать возможность использования клетчатки для выведения радионуклидов из организма [82, 137]. ПВ не относятся к числу высокоэффективных блокаторов радиоактивных веществ в организме живых существ. Однако ПВ растительного происхождения играют важную роль в уменьшении всасывания, а в ряде случаев и удалении радионуклеидов по сравнению с естественным выведением их из организма, что позволяет снизить накопление радионуклеидов в организме человека. Они служат важным средством ослабления его внутреннего облучения радионуклидами цезия и стронция — наиболее распространенными на радиозагрязненных территориях [81].
Изучение функционально-технологических свойств пшеничных зародышей и отрубей
Под функционально-технологическими свойствами сырья принято понимать физико-химические характеристики, определяющие его поведение при переработке в пищевые продукты, а также способность обеспечивать желаемые структуру, технологические и потребительские свойства пищевых продуктов. К наиболее важным функционально-технологическим свойствам добавок, используемых в производстве кисломолочных напитков, творожных продуктов, сыров следует отнести набухание, растворимость, совместимость с молочным сырьем, реологические свойства и другие [315].
Растительные добавки, используемые в производстве молочных продуктов, должны иметь хорошую набухаемость (увеличение в объеме), а, следовательно, обладать хорошей влагопоглотительной способностью. При введении в продукт они не должны придавать ему ощущение мучнистости и другие нежелательные ощущения. Применение их не должно существенно изменять технологию производства молочных продуктов.
Теоретическое обоснование использования продуктов переработки зерна в производстве многокомпонентных продуктов на молочной основе с определенным составом и свойствами включало изучение функциональных свойств зародышей пшеницы и отрубей при различных технологических параметрах. Установление оптимальных режимов, при которых наибольшее количество влаги связывается растительным наполнителем, имеет существенное значение при проведении технологического процесса и получении готового продукта высокого качества.
В производстве кисломолочных напитков пшеничные зародыши или отруби, можно вносить на следующих этапах технологического процесса: в нормализованную смесь перед гомогенизацией при температуре от 50 до 70 С, перед пастеризацией при температуре от 80 до 95 С и после пастеризации при температуре сквашивания от 35 до 40 С.
Внесение зерновой добавки из пшеничных зародышей и отрубей при производстве кисломолочных белковых продуктов с длительным сроком хранения может осуществляться на следующих этапах технологического процесса: перед пастеризацией молока при температуре от 80 до 95 С, после пастеризации при температуре его сквашивания - от 35 до 45 С или в готовую мо-лочно-белковую основу перед термомеханической обработкой молочно-растительной смеси - от 55 до 65 С, или после неё.
При выработке сыров злаковые компоненты можно вводить перед пастеризацией, перед сычужным свертыванием, после свертывания. Способность к набуханию зерновой добавки влияет на процесс свертывания, а также на консистенцию готового продукта. В исследованиях, проведенных В.А. Малиным, была изучена способность зародышей пшеницы, прошедших тепловую обработку при 70 С с различной выдержкой (30, 300, 600 сек), к набуханию. Исследования проводились при 20, 30 и 40 С (выбор режимов обоснован технологическими особенностями выработки сыров — кислотное и сычужное свертывание). Наибольшая степень набухания зародышей была при температуре 40 С - 2,3. Для варианта опыта, проводимого при 20 С, степень набухания составила 1,8, при 30 С - 2,1 [178].
Известно, что процесс набухания зависит от дисперсности продукта, величины, структуры частиц, температуры и вида дисперсионной среды, поэтому изучали увеличение в объёме, способность связывать влагу при набухании, скорость набухания как нативных, так и измельчённых зерновых добавок без предварительной обработки. В качестве жидких дисперсионных сред при проведении экспериментов были взяты вода и обезжиренное молоко. За процессом набухания наблюдали в течение 60 минут. Установлен гранулометрический состав пшеничных зародышевых хлопьев в пробах, взятых для исследования: 29,5 % частиц имели размер до 1,25 х 10"3 м; 40,5 % имели размер от 1,25 х 10"3 до 1,50 х 10 3 м; 30,0 % - от 1,50 х10"3до 2,00 х ИГ3 м. Измельченные зародыши имели следующий гранулометрический состав: 22,0 % частиц имели максимальный размер от 0,65 х 10"3до 0,40 х 10"3м; 16,0 % имели размер от 0,40 х 10"3 до 0,1 х 10"3 м; 62,0 % -до 0,1 х 10"3 м. Отруби формируются из потока размольных и мелких отрубей драного процесса. Выделена гранулометрическая фракция с размером частиц от 0,65 х 10"3 м до 1,25 х 10 3 м - 12,5 % от 0,19 х 10 3 м до 0,65 х 10 3 м - 69,9 %; сумма фракций частиц менее ОД х 10" м составляла 17,6 %. Сумма фракций частиц менее 0,1 х 10"3 м в измельченных отрубях составляла 55,8 %, остальное составляла фракция отрубей со средним размером 0,19 х Ю-3 м. Результаты исследования степени увеличения в объёме при набухании злаковых в зависимости от температуры и вида дисперсионной среды представлены на рис. 4.1,4.2. Полученные данные свидетельствуют, что процесс набухания в воде как измельченных, так и цельных злаковых добавок имел идентичный характер: степень увеличения объема пшеничных зародышей и отрубей при набухании в воде с увеличением температуры дисперсионной среды до (65 ± 1) С увеличивалась и при этой температуре была максимальной (2,70 и 1,96 - пшеничные зародыши измельченные и нативные; 2,50 и 1,92 - отруби измельченные и нативные), при дальнейшем повышении температуры до (95 ± 1) С степень увеличения объема при набухании снижалась (2,50 и 1,75 - пшеничные зародыши измельченные и нативные; 2,10 и 1,41 - отруби измельченные и нативные).
Анализируя зависимость набухания от размера частиц, установлено, что степень набухания в исследуемых интервалах температуры неизмельченных зародышей и отрубей была ниже, чем измельченных в среднем на 28,0 и 31,0 % - в воде и в молоке (зародыши); 25,0 и 17,0 % - соответственно отруби. Это объясняется тем, что при измельчении происходит ослабление и частичное разрушение структуры клеточных оболочек. Добавление жидкости способствует «продавливанию» дополнительной влаги во внутриклеточное пространство. Это свойство проницаемости клеточных оболочек для влаги сохраняется после высушивания объекта исследований.
Так, результаты экспериментов по изучению влияния термообработки на набухаемость показали, что термическая обработка пшеничных отрубей (сушка при температуре 120 С до влажности 3 — 5 %) способствует увеличению степени набухания, которая в сравнении с нативными была выше в воде и в молоке в среднем на 10,0 и 11,0 % соответственно. Аналогичное явление наблюдалось и с увеличением дисперсности частиц термообработанных пшеничных отрубей, а именно степень увеличения в объёме измельчённых отрубей в исследуемых температурных интервалах была выше, чем неизмельченных в воде и обезжиренном молоке в среднем на 20,0 и 22,0 % (рис. 4.3).
Проектирование состава кисломолочных белковых продуктов с пониженной энергетической ценностью
Использование отрубей в качестве растительного компонента при разработке функциональных продуктов на основе молока в основном обусловлено значительным содержанием волокон. Необходимость включения пищевых волокон в ежедневные рационы питания обоснована многими работами. Их недостаток приводит к развитию ряда заболеваний (глава 1). Основное достоинство пшеничных и ржаных отрубей то, что они характеризуются повышенным содержанием пищевых волокон (53,3 - в пшеничных отрубях и 45,4 % - в ржаных), которые представляют собой комплекс гемицеллюлозы (27,0 и 11,1 %), целлюлозы (11,6 и 23,3 % ) и лигнина (9,8 и 8,0 %) от абсолютно сухого вещества. В связи, с чем продукты, содержащие пшеничные или ржаные отруби, будут оказывать соответствующее физиологическое воздействие (нормализация деятельности желудочно-кишечного тракта, выведение из организма тяжелых металлов, радионуклидов и других вредных соединений).
Экологическая безопасность продуктов переработки зерна оценивалась по содержанию тяжелых металлов и пестицидов. Токсикологическая проверка показала, что образцы отвечали установленным требованиям по содержанию тяжелых металлов (при условии - у исходного сырья не превышены значения ПДК). Таким образом, низкое содержание токсических соединений позволяют отнести пшеничные зародыши и отрубей к разряду экологически чистых функциональных ингредиентов.
Для выбора режимов переработки отрубей и зародышей в функциональные продукты, а также для обеспечения желаемой структуры, технологических и потребительских свойств готовых пищевых продуктов были изучены функционально-технологические свойства отрубей и зародышей пшеницы -водопоглотительная способность. Высокая гидрофильность продуктов переработки зерна связана с капиллярно-пористой структурой. Гидратация отрубей и зародышей пшеницы зависит от поведения белков и крахмала. При температуре до 45 С гидратация происходит за счет белков. Повышение температуры усиливает этот процесс в результате увеличения гидратации крахмала. Причем, с увеличением дисперсности частиц влагопоглотительная способность возрастает.
С целью предотвращения микробиологического загрязнения готового продукта изучены различные способы предварительной обработки отрубей: гидротермическая обработка, высушивание при различных температурах, обжаривание, сушка инфракрасными лучами, облучение ультрафиолетовыми лучами, обработка растворами уксусной, лимонной, сорбиновой кислот и раствором хлорида натрия. Помимо обеспечения санитарно-гигиенической надежности важно правильно подготовить добавки к использованию в рецептурах продуктов - путем применения мягких режимов обработки, позволяющих сохранить весь комплекс полезных веществ.
Как показали исследования, необходимым требованиям удовлетворяет сушка отрубей при температуре (120 ± 5) С, а также обжарка при температуре (205 ± 5) С. При этом происходит наиболее равномерный и быстрый прогрев продукта, лучший съем влаги. Кроме того, обеспечивается снижение микробиологической обсемененности отрубей до уровня, регламентируемого Минздравом России. Для использования отрубей в производстве плавленых сыров разработана технология предварительной обработки отрубей 2,5 %-ным раствором хлорида натрия. Рекомендуется использовать данный полуфабрикат свежеприготовленным. Эффективность сушки отрубей при температуре (120 ± 5) С до влажности продукта 7 % составила - 99,91...99,94 %; обжаривания отрубей при температуре (205 ± 5) С - 99,97...99,98 %; обработки отрубей 2,5 %-ным раствором хлорида натрия в соотношении 1:1,5 с выдержкой 5 минут - 99,91...99,97 %. Проведенные исследования показали, что данные способы обработки отрубей не оказали существенного влияния на их физико-химический состав и повысили сроки хранения.
В отрубях после термообработки, хранившихся в полиэтиленовой упаковке при температуре (4 ± 2) С, не отмечено значительных изменений видового и количественного состава микрофлоры в течение контролируемого периода хранения - 90 суток, при температуре (20 ± 2) С — 60 суток (обработанные отруби при температуре (120 ± 5) С) и 180 суток (обработанные отруби при температуре (205 ± 5) С). Термическая обработка позволяет получить стабилизированные отруби длительного хранения.
С целью стабилизации свойств зародыша пшеницы предложена его термическая обработка до влажности ниже 7 % - сушка при температуре (130 + 5) С, при этом, температура нагрева зародыша достигает 70 С. В процессе термической обработки происходит значительное снижение липолити-ческих ферментов, что положительно сказывается на качестве зародышей. Выполненные исследования позволили установить, что данная тепловая обработка приводит к незначительному окислению ненасыщенных жирных кислот, при этом достигаются необходимые параметры для стабилизации продукта в процессе хранения (влажность и микробиологическая чистота). Механическая обработка (измельчение) практически не влияет на липидную фракцию ПЗХ.
В течение 60 суток хранения при температуре (20 ± 2) С продукт сохраняет все свои исходные показатели качества, в то время как нестабилизированный зародыш существенно изменяется через 10 суток хранения. Использование низких температур (минус 12 ±2) С рекомендуется для нативных зародышей в качестве промежуточного хранения до обработки, если невозможно провести ее сразу, или для стабилизированных с целью длительного хранения. Хранение нативных зародышей пшеницы при температуре (6 ± 2) С не рекомендуется, так как, несмотря на замедление процесса прогоркания жира, рост плесеней происходит довольно быстро. Применение данной температуры возможно для увеличения срока хранения термически обработанного продукта.
Установление технологического регламента производства мягких сыров с зерновыми добавками
Максимальное отделение сыворотки наблюдалось из сгустков, полученных из пастеризованного при температуре 70 С и скоагулированного при 40 С молока, как с пшеничными отрубями, так и с ржаными отрубями: при внесении 1,0 % бактериальной закваски - 34,0 и 35,0 %; при внесении 2,0 % закваски - 35,0 и 36 %; при внесении 3,0 % - 36,0 и 35,8 % соответственно с пшеничными отрубями и ржаными отрубями.
Минимальное отделение сыворотки наблюдалось из сырных сгустков, полученных из пастеризованного при температуре 90 С и свернутого при температуре 30 С молока. При внесении 1,0 % закваски выделилось 25 и 20,9 % сыворотки; при внесении 2,0 % закваски количество отделившейся сыворотки повысилось на 1,6 и 0,6 %; при внесении 3,0 % - количество выделенной сыворотки составило 28,0 и 23,5 % соответственно из сгустков с пшеничными отрубями и сгустков с ржаными отрубями.
Повышение температуры свертывания молочно-зерновой смеси (от 30 до 40 С) оказывало то же влияние, что и увеличение дозы закваски, т.е. ускоряло выделение сыворотки (рис. 7.7). Наиболее быстрое отделение сыворотки отмечено из сгустка, полученного из прошедшего пастеризацию молока при температуре 70 С и дозе бактериальной закваски 3,0 %. При температуре свертывания 30 С объем выделившейся сыворотки составил 33 и 34 %; при температуре свертывания 35 С — 35 и 34,5 %; при температуре свертывания 40 С - 36 и 35,0 % соответственно из сгустков с пшеничными отрубями и из сгустков с ржаными отрубями.
Минимум интенсивности отделения сыворотки наблюдали при максимальной температуре пастеризации 90 С и минимальной дозе закваски 1,0 %. Синерезис составил 25 и 20,9 % - при температуре свертывания 30 С; 27 и 21,7 % - при температуре 35 С; - 21,7 %; 30 и 23,5% - при температуре 40 С соответственно из сгустков с пшеничными отрубями и из сгустков с ржаными отрубями.
Таким образом, выделение сыворотки из молочно-зернового сгустка является результатом взаимодействия всех трех факторов - температуры пастеризации, дозы закваски и температуры свертывания.
Выход сыра зависит от степени использования составных частей молока, главным образом, белка и жира. О степени использования сухих веществ в сгустке косвенно судили по степени перехода сухих веществ в сыворотку. Зависимость степени перехода сухих веществ в сыворотку от температуры пастеризации, дозы закваски, температуры свертывания выражается следующим уравнением регрессии: Y4 = (118,2 - а) - 14,6 - 3,04х3 + 0,043 з - 0,0002: где а - среднее отклонение значения степени перехода сухих веществ в сыворотку, для соответствующих значений Xi, Х2, хз: а = 0 для пшеничных отрубей; а = 0,38 для ржаных отрубей Влияние изучаемых факторов в заданных интервалах на переход сухих веществ в сыворотку показано на рисунках 7.9, 7.10, 7.11. Анализируя полученные математическую зависимость и графики, следует отметить, что при повышении температуры пастеризации от 70 до 90 С наблюдали снижение степени перехода сухих веществ в сыворотку (рисунок 7.9). Уменьшение содержания сухих веществ в сыворотке объясняется денатурацией сывороточных белков, которые выпадают в осадок, что позволяет использовать их в сгустке. Минимальные потери сухих веществ отмечены при обработке сгустков, полученных из пастеризованного при температуре 90 С молока, скоагулированно-го при температуре 35 С и дозе закваски 3,0 %. Степень перехода сухих веществ в сыворотку в этом варианте составила 50 и 50,5 % соответственно из сгустков с пшеничными отрубями и из сгустков с ржаными отрубями. Из сгустков, полученных из пастеризованного при температуре 70, 80С, скоагулированного при вышеназванных параметрах, степень перехода сухих веществ в сыворотку составила 51,7 % и 50,3; 53,5 и 52,0 % соответственно из сгустков с пшеничными отрубями и из сгустков с ржаными отрубями. Таким образом, за счет повышения температуры пастеризации улучшается степень использования белков молока. Несколько выше потери сухих веществ составили при обработке сгустков, полученных из молока с добавлением 1,0 % закваски и свернутого при температуре 30 и 40 С. Степень перехода сухих веществ в сыворотку составила 52,3 и 51,8 % (температура пастеризации 90 С); 53,8 и 53,0 %(температура пастеризации 80 С); 55,4 % . (температура пастеризации 70 С) соответственно из сгустков с пшеничными отрубями и из сгустков с ржаными отрубями). Влияние дозы бактериальной закваски на использование сухих веществ молока показано на рис. 7.9. По мере увеличения дозы закваски степень перехода сухих веществ в сыворотку незначительно увеличилась. При внесении 1 % закваски минимальное значение составило 50,0 % - при обработке сгустков с пшеничными отрубями, полученных из пастеризованного молока при температуре 90 С и скоагулированного при температуре 35 С; при 2 % - 50,6 %; при 3 % - 51,0 %. При обработке сгустков с ржаными отрубями — 50,5, 50,0 и 50,4 % соответственно. Максимальное значение степени перехода сухих веществ в сыворотку наблюдалось при температуре пастеризации 70 С, температуре свертывания 30 и 40 С и составило: при 1 % закваски - 54 %, 2,0 % - 55 %, 3,0 % - 55,5 %. При обработке сгустка, полученного из молока, скоагулированного при температуре от 30 до 35 С степень перехода сухих веществ в сыворотку снижалась, что видно на графиках из рисунка 7.10. В сыворотке из сгустков с пшеничными отрубями, полученных при температуре свертывания 30 и 40 С степень перехода сухих веществ равнялась 55,4 % и при температуре свертывания 35 С - 54,0 %. В сыворотке из сгустков с ржаными отрубями результаты аналогичны. При этом параметры температуры пастеризации и доза закваски были неизменны: 70 С и 1,0 %. Минимальная степень перехода сухих веществ в сыворотку была достигнута при температуре пастеризации 90 С и внесении закваски в количестве 3,0 % и составила: 51,4 % - свертывание молочно-зерновой смеси при 30 С; 50,0 % - свертывание при 35 С; 51,0 % -свертывание при 40 С. Таким образом, минимальные потери сухих веществ достигаются при соблюдении следующих технологических параметрах: температура пастеризации 90 С, доза закваски 3,0 %, температура свертывания 35 С.
