Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 19
1.1. Функциональное и лечебное питание 19
1.2. Теоретические и практические вопросы лечебно-профилактического питания 22
1.3. Защитные факторы пищевых продуктов 26
1.4. Пищевые волокна. Классификация. Способы получения 32
1.5. Физиологическое значение пищевых волокон 45
1.6. Применение пищевых волокон при производстве хлебобулочных и кондитерских изделий 64
2. Экспериментальная часть 81
2.1. Сырье, использованное при проведении исследований 81
2.2. Методы исследований, применявшиеся в работе 82
2.2.1. Методы исследований свойств сырья 83
2.2.2. Методы исследований свойств полуфабрикатов 85
2.2.3. Методы исследований готовых изделий 86
2.2.4. Способы приготовления хлебобулочных изделий 87
2.2.5. Способы приготовления композитных смесей 88
2.2.6. Способ приготовления блинов и оладий. 90
2.2.7. Способ приготовления слоеных дрожжевых изделий 90
2.2.8. Способ приготовления слоеных бездрожжевых изделий 92
2.2.9. Способы приготовления мучных кондитерских изделий 93
2.2.10. Специальные методы исследований 96
2.2.10.1. Методы определения химического состава сырья, полуфабрикатов и готовых изделий 96
2.2.10.2. Методы определения функциональных свойств сырья и добавок 101
2.2.10.3. Термогравиметрический метод определения влажности теста и хлеба 108
2.2.10.4.Микробиологические методы исследования зерна пшеницы и продуктов его переработки 109
2.2.10.5. Метод электрохимической активации воды 109
2.2.10.6. Метод исследования морфологического строения пищевых волокон 110
2.2.10.7. Метод исследования фазового состава МКЦ, арабиногалактана и мучных кондитерских изделий ... 110
2.2.10.8. Методы определения реологических свойств полуфабрикатов 111
2.2.10.9. Метод определения пищевой ценности готовых изделий 113
2.2.10.10. Методы математической обработки результатов исследований 113
2.3. Характеристика сырья, применявшегося в исследованиях... 113
2.4. Результаты исследований и их анализ 121
2.4.1.Научное обоснование применения пищевых волокон при производстве диетических сортов хлебобулочных и кондитерских изделий 121
Заключение по разделу 2.4.1 133
2.4.2. Исследование сырья с высоким содержанием пищевых волокон и возможности его использования при производстве хлебобулочных и кондитерских изделий 134
2.4.2.1. Исследование содержания пищевых волокон в зерне пшеницы и овса, облепихе и продуктах их переработки 136
2.4.2.2. Исследование технологических и биохимических свойств муки второго сорта из твердой пшеницы (Дурум) 137
2.4.2.3. Исследование влияния электрохимической активации воды при гидротермической обработке на микрофлору зерна, муки и отрубей 152
2.4.2.4. Разработка технологии облепиховой муки 156
Заключение по разделу 2.4.2 160
2.4.3. Разработка технологии хлебобулочных и кондитерских изделий на основе сырья с высоким содержанием пищевых волокон 162
2.4.3.1. Разработка технологии хлебобулочных изделий с использованием муки второго сорта из твердой пшеницы (Дурум) 162
2.4.3.1.1.Исследование влияния муки второго сорта из твердой пшеницы (Дурум) на качество хлеба 163
2.4.3.1.2. Разработка рецептуры и технологии хлеба из муки второго сорта из твердой пшеницы (Дурум) 169
2.4.3.2. Разработка технологии мучных кондитерских изделий с использованием муки второго сорта из твердой пшеницы 187
2.4.3.3. Разработка технологии хлебобулочных и кондитерских изделий с использованием продуктов переработки овса 193
2.4.3.4. Разработка технологии мучных кондитерских изделий с использованием продуктов переработки облепихи 203
Заключение по разделам 2.4.3.1. - 2.4.3.5 205
2.4.3.5. Разработка технологии композитных смесей для слоеныъх дрожжевых и бездрожжевых изделий 207
2.4.3.5.1. Обоснование компонентов рецептур композитных смесей для слоеных изделий 209
2.4.3.5.2. Исследование функциональных свойств компонентов композитных смесей для слоеных изделий 213
2.4.3.5.3.Исследование технологических свойств компонентов смесей 214 2.4.3.5.4.Исследование содержания и свойств клейковины, отмываемой из композитных смесей 218
2.4.3.5.5.Исследование свойств теста, приготовленного из композитных смесей 219
2.4.3.5.6.Исследование показателей качества слоеных изделий, приготовленных из композитных смесей 222
2.4.3.5.7.Исследование химического состава композитных смесей... 225
2.4.3.5.8.Исследование свойств композитных смесей в процессе хранения 226
2.4.3.5.9. Определение пищевой ценности композитных смесей и слоеных изделий на их основе 228
2.4.3.6. Разработка рецептуры композитной смеси для блинов и оладий и технологии их приготовления 229
2.4.3.6.1.Определение оптимального состава блинной муки 233
2.4.3.6.2.Разработка способа приготовления блинов 235
2.4.3.6.3. Определение срока хранения смеси для блинов 238
Заключение по разделу 2.4.3.5-2.4.3.6 247
2.4.4. Исследование концентратов пищевых волокон и возможности их использования при производстве хлебобулочных и кондитерских изделий 251
2.4.4.1. Исследование морфологического строения концентратов пищевых волокон 252
2.4.4.2. Исследование фазового состава концентратов пищевых волокон 254
2.4.4.3. Исследование физико-химических и функциональных свойств концентратов пищевых волокон 256
2.4.4.4. Разработка технологии получения активированного пектина. 268
Заключение по разделу 2.4.4 273
2.4.5. Разработка технологии хлебобулочных и мучных кондитерских изделий с использованием концентратов ПВ 276
2.4.5.1. Разработка технологии хлебобулочных изделий с использованием МКЦ 276
2.4.5.2. Разработка технологии мучных кондитерских изделий с использованием МК 281
2.4.5.3. Разработка технологии мучных кондитерских изделий с использованием арабиногалактана 282
2.4.5.4. Разработка технологии продуктов на основе активированного пектина 316
Заключение по разделу 2.4.5. 322
2.4.6. Исследование содержания пищевых волокон в хлебобулочных и мучных кондитерских изделиях 325
2.4.7. Влияние пищевых волокон на пищевую ценность хлебобулочных и мучных кондитерских изделий 326
2.4.8. Внедрение результатов исследований и экономическая эффективность 328
Общие выводы 330
Список литературы 335
Приложения 379
- Теоретические и практические вопросы лечебно-профилактического питания
- Применение пищевых волокон при производстве хлебобулочных и кондитерских изделий
- Методы определения химического состава сырья, полуфабрикатов и готовых изделий
- Обоснование компонентов рецептур композитных смесей для слоеных изделий
Введение к работе
Актуальность проблемы. В современных условиях нарастающих темпов развития научно-технического прогресса, способствующего значительному увеличению продолжительности жизни людей, в большинстве стран все большее внимание обращают на улучшение структуры и качества питания как одного из главных факторов здорового образа жизни.
Между распространением многих болезней цивилизации и нарушениями питания четко установилась взаимосвязь. Это, как свидетельствуют многочисленные исследования, обусловлено отрицательным изменением структуры и качества питания, выражающимся в резком увеличении потребления продуктов с высокой энергетической ценностью и недостаточным содержанием биологически активных нутриентов: минеральных солей, витаминов, пищевых волокон и др. - недостаток которых в организме обусловливает возникновение ряда заболеваний. Отсюда вытекает одно из важнейших мероприятий по профилактике болезней цивилизации - необходимость разработки новых продуктов питания повседневного спроса, в том числе хлебобулочных и мучных кондитерских изделий, обладающих высокой пищевой ценностью.
Значительный вклад в создание научных основ хлебобулочных и мучных кондитерских изделий лечебного и профилактического назначения внесли Л.М. Аксенова, Л.Я. Ауэрман, В.Ф. Доценко, В.И. Дробот, Г.Г. Дубцов, Е.Д. Казаков, Л.И. Карнаушенко, Н.П. Козьмина, В.Л. Кретович, И.В. Матвеева, В.А. Патт, Р.Д. Поландова, Л.И. Пучкова, Т.Б, Цыганова, Л.Н. Шатнюк и многие другие. В результате проведенных исследований было показано, что специальные хлебобулочные и мучные кондитерские изделия могут использоваться как для функционального, так и для лечебного питания больных с нарушением функций большинства жизненно важных органов и систем организма человека. Среди функциональных пищевых ингредиентов большая роль принадлежит пищевым волокнам (ПВ), которые имеют важное физиологическое значение для здоровья человека в профилактике и лечении ряда заболеваний.
Значительное количество ПВ содержится в традиционных для пищевой промышленности видах сырья, но пока еще используемых в незначительных объемах. К таким видам сырья относятся сорта муки высоких выходов, в том числе мука второго сорта из твердой пшеницы (Дурум), обле-пиховая и овсяная мука. Кроме того, нетрадиционными источниками ПВ могут быть различные виды одревесневшего растительного сырья: лиственная и хвойная древесина, тростник, травы и другие сельскохозяйственные культуры. Эти виды сырья могут быть источниками как нерастворимых, так и растворимых концентратов ПВ; запасы их в России велики и постоянно возобновляются.
В России и за рубежом активно ведутся работы по выделению и производству различных видов концентратов ПВ, что позволяет рационально использовать сырьевые ресурсы и расширять ассортимент продуктов функционального и лечебного питания.
В связи с этим, актуальным является поиск новых источников пищевых волокон, которые без ущерба для качества пищевых продуктов способствуют повышению их пищевой ценности и функциональной и лечебной направленности.
С этих позиций к перспективным пищевым добавкам относятся микрокристаллическая целлюлоза различного происхождения, относящаяся к нерастворимым пищевым волокнам и представляющая собой практически чистую целлюлозу, и арабиногалактан - концентрат водорастворимых пищевых волокон, экстрагируемый из древесины лиственницы. Однако работы по разработке способов и приемов применения ПВ в технологиях хлебобулочных и мучных кондитерских изделий для функционального и лечебного питания до настоящего времени проводились незначительно, а технологии с использованием арабиногалактана на момент начала наших исследований практически отсутствовали. В настоящее время в качестве источника ПВ широко используется пектин и пектинсодержащие продукты. Однако недостаточно данных по разработке пищевых продуктов на основе активированного пектина.
Поэтому актуальны исследования, направленные на поиск новых источников ПВ, на рациональное использование уже имеющихся источников ПВ и создание эффективных технологий хлебобулочных и мучных кондитерских изделий для функционального и лечебного питания.
Диссертационная работа направлена на решение важной народнохозяйственной задачи - создание эффективных технологий хлебобулочных и мучных кондитерских изделий, предназначенных для функционального и лечебного питания, в основе которых лежит использование сырья с высоким содержанием ПВ и концентратов ПВ.
Диссертационная работа соответствует основным принципам и направлениям государственной политики в области здорового питания, изложенным в «Концепции государственной политики в области здорового питания населения до 2005 года».
Цель и задачи исследования. Целью настоящего исследования явилась разработка научно-практических основ применения пищевых волокон в хлебопекарном и кондитерском производствах для создания изделий функционального и лечебного питания. Для реализации поставленной цели необходимо было решить следующие задачи: - научно обосновать применение ПВ при производстве хлебобулочных и мучных кондитерских изделий для функционального и лечебного питания; - разработать комплексный подход к использованию ПВ при создании продуктов функционального и лечебного питания; - исследовать сырье с высоким содержанием ПВ и возможности его использования при производстве хлебобулочных и мучных кондитерских изделий; - разработать технологии хлебобулочных и мучных кондитерских изделий на основе сырья с высоким содержанием ПВ; - исследовать концентраты ПВ и возможности их использования при производстве хлебобулочных и мучных кондитерских изделий; - разработать технологии хлебобулочных и мучных кондитерских изделий с использованием концентратов ПВ; - исследовать состав и содержание ПВ в хлебобулочных и мучных кондитерских изделиях; - определить влияние ПВ на пищевую ценность хлебобулочных и мучных кондитерских изделий; - разработать новые виды хлебобулочных и мучных кондитерских изделий для функционального и лечебного питания; - провести промышленную апробацию и внедрение разработанных изделий на предприятиях хлебопекарной и кондитерской промышленности.
Научная концепция. В основу разработки научно-практических основ применения ПВ в хлебопекарном и кондитерском производствах положен комплексный подход в решении логически взаимосвязанных задач от исследования сырья с высоким содержанием ПВ и концентратов ПВ, определения возможности их использования на основе технологических, биохимических, рентгенодифрактометрических, физико-химических методов, а также электронной микроскопии, позволяющих определить содержание и свойства ПВ в объектах исследований, до разработки и совершенствования технологий применения ПВ при производстве хлебобулочных и кондитерских изделий, определения их пищевой ценности и внедрения результатов исследований.
Научная новизна. На основе комплексного подхода, учитывающего современные принципы обогащения пищевых продуктов, обоснован выбор основных критериев обогащения хлебобулочных и кондитерских изделий ПВ с учетом целевого назначения изделий (для функционального или лечебного питания).
Научно обоснована и экспериментально подтверждена технология проведения гидротермической обработки зерна с использованием электрохимически активированной воды с целью повышения микробиологической чистоты зерна пшеницы, муки и отрубей, являющихся источниками значительных количеств ПВ.
Установлена эффективность применения в качестве источника ПВ муки второго сорта из твердой пшеницы (Дурум), овсяной муки и овсяных хлопьев «Геркулес», облепиховой муки, концентратов ПВ: микрокристаллической целлюлоза «Алмоцел» (МКЦ) и арабиногалактан (АГ), на основе изучения их физико-химических и технологических свойств.
Выявлено, что особенности химического состава и технологических свойств муки второго сорта из твердой пшеницы (Дурум), обусловливают возможность ее использования в качестве основного сырья при производстве хлебобулочных и мучных кондитерских изделий. Особенности химического состава и хлебопекарных свойств муки второго сорта из твердой пшеницы (Дурум) путем сравнительной характеристики с мукой пшеничной хлебопекарной высшего, первого и второго сортов, позволили разработать оптимальную рецептуру и технологии приготовления хлебобулочных, мучных кондитерских изделий и композитных смесей (КС) для блинов и оладий. Научно обоснован и экспериментально подтвержден состав компонентов и свойства КС для производства слоеных изделий, блинов и оладий, предназначенных как для массового, так и функционального питания.
Выявлена взаимосвязь между функциональными и технологическими свойствами компонентов КС для слоеных изделий, позволяющая корректировать составы рецептур КС и изменять в них содержание ПВ, крах-.. мала, белка, липидов, в том числе фосфолипидов, используя овсяную муку, яичный порошок, сухую пшеничную клейковину, пищевую добавку «Мос-лецитин»;
Научно обоснованы пути применения МКЦ и АГ как полифункциональных пищевых добавок при производстве хлебобулочных и мучных кондитерских изделий на основании комплексных исследований их физико-химических и функциональных свойств.
Выявлены различия в изменении дифракционных пиков МКЦ (нерастворимого ПВ) и АГ (растворимого ПВ) при термообработке, позволяющие предположить поведение нерастворимых и растворимых ПВ, содержащихся в сырье, и концентратах ПВ, в процессе технологической переработки и показывающие, что растворимые ПВ в большей степени подвергаются изменениям в процессе производства.
Установлена способность АГ специфически растворяться в воде, образовывать вязкие растворы, стабилизировать пену, удерживать влагу и связывать жир, что открывает перспективу его использования в качестве функциональной добавки при производстве мучных кондитерских: изделий.
Впервые установлены особенности морфологического строения нерастворимых и растворимых ПВ (на примере МКЦ и АГ), заключающиеся в том, что МКЦ представляет собой распавшиеся на отдельные части волокна целлюлозы, имеющие вид анизодиаметрических частиц типа иголок, собранных в агрегаты, а АГ представляет собой находящиеся во взаимодействии мелкие и средние тонкодисперсные частицы, образующие круп 13 ные конгломераты, что объясняет медленное растворение АГ в воде, а также влияние АГ на формирование упруго-вязко-пластичных свойств различных видов кондитерского теста.
Выявлено, что ПВ (на примере МКЦ) оказывают значительное влияние на водопоглотительную способность теста, увеличивающуюся за счет упрочнения связи ПВ с сорбционной влагой в гетерогенной системе (тесто, хлеб), причем это влияние превышает влияние вносимых белковых веществ.
Рентгенодифрактометрическими исследованиями впервые установлено изменение фазового состава АГ до и после перекристаллизации его из водного раствора; показано, что при термической обработке происходит аморфизация АГ, обусловливающая положительное влияние его как на усвояемость, так и на вкус вырабатываемых с ним изделий.
Выявлены закономерности изменения реологических характеристик сахарного и бисквитного теста с АГ, заключающиеся в снижении пластичных свойств сахарного теста и повышении эффективной вязкости бисквитного теста, обусловленные высокой водопоглотительной способностью АГ.
Методами электронной микроскопии и рентгеноструктурного анализа впервые установлено (на примере сахарного печенья), что внесение АГ в рецептуру изделия увеличивает степень кристалличности многокомпонентной системы, которая в процессе хранения сахарного печенья с АГ в течение 3 месяцев уменьшается, приводя к аморфизации системы, оказывающей положительное влияние на сохранение свежести, вкуса и усвояемости изделий.
Установлена возможность получения активированного пектина, предусматривающая обработку пектинсодержащего сырья щелочными растворами с целью растворения арабинанов и галактанов и освобождения подхода к функциональным группам пектинового комплекса и деэтирефи-кации самих пектиновых веществ, заключающаяся, главным образом, в отщеплении метоксильных групп и образовании пектатов, которые под действием кислот (лимонная кислота) переходят в пектовую кислоту, активно взаимодействующую с ионами тяжелых металлов и радионуклидами, образуя с ними водонерастворимые комплексы.
Выявлены незначительные изменения содержания растворимых и нерастворимых ПВ на различных стадиях технологического процесса производства хлебобулочных и мучных кондитерских изделий, происходящие,. главным образом, в результате температурной и ферментативной деструкции растворимых и нерастворимых ПВ.
Практическая значимость результатов исследований. В результате проведенных исследований научно обосновано практическое применение сырья с высоким содержанием ПВ и концентратов ПВ (нерастворимых и растворимых), путем создания комплексных технологий их применения при производстве хлебобулочных и мучных кондитерских изделий повышенной пищевой ценности.
Полученные результаты исследований позволили решить важную народно хозяйственную задачу использования в хлебопекарном и кондитерском производствах муки второго сорта из твердой пшеницы (Дурум), являющейся побочным продуктом производства муки для макаронной промышленности и не нашедшей в ней применения.
С целью повышения микробиологической чистоты зерна пшеницы и продуктов его переработки разработана схема установки электроактиватора для воды применительно к мельзаводам, построенным по типовым проектам, и предложен метод и режимы холодного кондиционирования зерна пшеницы с использованием электрохимически активированной (ЭХА) воды, апробированные на Бугульминском и Краснодарском комбинатах хлебопродуктов.
Разработаны новые виды хлебобулочных и мучных кондитерских изделий с использованием пшеничной муки второго сорта из твердой пше 15 ницы (хлеб «Посадский» - ТУ 8 РСФСР 11-75-90, пряник «Ириша», песочный полуфабрикат «Мечта», бисквитный полуфабрикат «Лилия», пирожное «Сударушка» - рецептуры утверждены Главным Управлением продовольственных ресурсов 24.05.1991 г).
Разработана технология производства муки облепиховой и изделий на ее основе (пряник «Облепиховый»). Основные результаты исследований по использованию облепиховой муки подтверждены опытно-промышленной апробацией на хлебокомбинате №2 г. Пржевальск Иссык-Кульского производственного объединения хлебопекарной промышленности.
Разработаны новые виды изделий с использованием овсяной муки и овсяных хлопьев «Геркулес»: сдобные сухари «Ароматные» и «Александра», кекс «Овсяночка» и КС для оладий и слоеных изделий.
Разработаны КС для слоеных изделий с использованием овсяной муки и пищевой добавки «Мослецитин» - «Алена», «Бэлла» и «Влада»; для блинов и оладий на основе пшеничной муки второго сорта из твердой пшеницы (Дурум) «Блины русские» и «Оладушки» (ТУ 8-11-15-89). Разработан прейскурант розничных цен на КС «Блины русские», организована и начата ее выработка в г. Москве. КС «Алена», «Бэлла» и «Влада» прошли опытно-промышленную апробацию на ОАО «Хлебокомбинат» в г. Обнинске Калужской области и рекомендованы к внедрению.
Разработаны и утверждены технические условия (ТУ 07506004-94-96, гигиенический сертификат - №72-ЦГС-771) на МКЦ «Алмоцел».
Разработаны новые виды хлебобулочных и кондитерских изделий с использованием концентратов пищевых волокон: хлеб «Здоровье» - ТУ 8-11-02-93, батон «Тонус» - ТУ 8-11-01-93, заварной полуфабрикат, пирожное «Янтарное», печенье «Радуга», конфеты «Малиновка» с использованием МКЦ и бисквитный полуфабрикат, сахарное печенье «Лесное» с использованием АГ. Основные результаты исследований по использованию МКЦ и АГ прошли промышленную апробацию и рекомендованы к внедрению на предприятиях ЭКБК «Звездный», ГП ТПО «Алтайхлебпром», кондитерской фабрике ТОО «Ярославлькондитер» и Львовской кондитерской фабрике «Светоч».
Разработаны способы и приемы применения ПВ в технологиях хлебобулочных и мучных кондитерских изделий на основе использования сырья с высоким содержанием ПВ и концентратов ПВ.
Разработаны «Методические рекомендации по расчету пищевой ценности хлебобулочных изделий», утвержденные ГосНИИ хлебопекарной промышленности.
Материалы научных исследований включены в учебные программы по дисциплинам: «Технология хлеба, кондитерских и макаронных изделий», «Технология консервов и пищеконцентратов», «Пищевая химия», «Пищевые и биологически активные добавки», в изданные учебно-методические пособия «Пищевая химия», «Лабораторная работа по пищевой химии» и «Расчет пищевой ценности хлебобулочных и кондитерских изделий» для студентов МГТА и слушателей МПА, а также в программы профессиональной переподготовки и повышения квалификации МПА для специалистов хлебопекарной и кондитерской промышленности.
Личный вклад соискателя Обоснование постановки цели и задач исследований. Руководство и участие во всех теоретических и экспериментальных исследованиях, в том числе проводимых по Постановлениям ГКНТ СССР, координационным планам Министерств хлебопродуктов СССР и РСФСР, комплексной программе Минвуза РСФСР «Продовольствие», в проведении производственных испытаний, организации внедрения. Руководство научной работой соискателей, аспирантов и студентов. Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на Всесоюзной научной конференции «Разработка и совершенствование технологических процессов, машин и оборудования для производства, хранения и транспортирования продуктов питания» (Москва, 1987); на Всесоюзной научно-технической конференции «Разработка процессов получения комбинированных продуктов питания» (Москва, 1988); на Всесоюзной научно-технической конференции «Совершенствование технологических процессов производства новых видов пищевых продуктов и добавок» (Киев, 1991); на Международной конференции «Энергосберегающие технологии переработки сельскохозяйственного сырья» (Астрахань, 1993); на Втором Международном семинаре «Экология человека: проблемы и состояние лечебно-профилактического питания» (Москва-Пятигорск, 1993); на научной конференции «Проблемы рационального питания детского и взрослого населения, проживающего на территориях, пострадавших в результате аварии на Чернобыльской АЭС» (Брянск, 1993); на 3 Международном симпозиуме. «Экология человека: Проблемы и состояние лечебно-профилактического питания» (Москва, 1994); на Международной научно-технической конференции «Пища. Экология. Человек » (Москва, 1995); на 11 Международном симпозиуме «Питание и здоровье: биологически активные добавки к пище» (Москва, 1996); на Международной научно-технической конференции «Холод и пищевые производства» (Санкт-Петербург, 1996); на IV и V Международных симпозиумах «Экология человека: пищевые технологии и продукты» (Москва, 1996 ) и «Экология человека: пищевые технологии и продукты на пороге XXI века» (Пятигорск-Москва, 1997); на Международной конференции «Современные проблемы производства кондитерских изделий» -«Кондитерские изделия-97», Москва, 1997); на Второй Международной конференции «Современное состояние мукомольно-крупяного производства и перспективы его развития» - «Мельница-97» (Москва, 1997); на Второй Международной конференции «Пищевые добавки-98» (Москва, 1998); на научно-практической конференции «Пищевая промышленность на рубеже третьего тысячелетия» (Москва, 2000); на 7-ой Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в пищевой промышленности третьего тысячелетия» (Москва, 2001); на 8-ой Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы развития пищевой промышленности и стандартизации пищевых продуктов» (Москва, 2002); на второй Международной конференции «Качество зерна, муки и хлеба» (Москва, 2002).
Материалы работы докладывались на заседаниях научно-технических советов МПА и МГТА, на семинарах и конференциях научного комитета Российского Союза пекарей.
Публикации. Основные научные положения диссертации опубликованы в 57 работах, в том числе в 6 отдельно изданных работах, получены 2 авторских свидетельства на изобретения.
Теоретические и практические вопросы лечебно-профилактического питания
В эпоху, бурно развивающейся научно-технической революции, наряду с положительными явлениями возникли и определенные отрицательные последствия, связанные в первую очередь с загрязнением окружающей среды вредными компонентами [14, 344, 310, 379, 393, 20, 131, 375, 381, 376,380] . В развитых странах резко выросла химическая нагрузка на биосферу, которую ученые сегодня определяют как живое вещество, дискретно распределенное на поверхности земли [309].
Рост промышленного производства, химизация сельского хозяйства и быта, интенсивное использование горючих ископаемых привели к появлению в окружающей среде более 4 миллионов [1] ксенобиотиков, не встречающихся на предшествующих этапах развития человечества. Многие из этих веществ различными путями попадают в организм человека [15,211,286, 1,398,400,380].
В результате испытаний ядерного оружия, развития атомной энергетики во внешнюю среду поступает огромное количество радионуклидов. Образовался длительно действующий источник внешнего и внутреннего облучения. На этапе добычи и переработки уранового сырья, при производстве тепловыделяющих элементов для атомных реакторов атомных станций, в окружающую среду поступают естественные радионуклиды и продукты их распада, на АЭС, радиохимических заводах, при захоронениях их отходов в природную среду поступают разнообразные искусственные нуклиды [51, 52, 53]. Возник "бытовой" уровень радиации — радио-фон, к которому человек эволюционно не приспособлен, но который вполне реально создает слабые лучевые поражения, существенно влияющие на течение ряда различных заболеваний [363]. За последние 30-40 лет исчезли многие виды животных и растений, в промышленно развитых странах за эти годы резко увеличилось количество новорожденных детей с патологическими отклонениями [309].
В связи с аварией на Чернобыльской атомной электростанции зоной экологического бедствия объявлены территория Украины, а также более 1100 населенных пунктов России, Белоруссии. [393,375]. В ряде районов в результате Чернобыльской катастрофы, наряду с радиоактивным, отмечается загрязнение тяжелыми металлами (цезием, стронцием, рутением, свинцом, лантаном, барием и др.), выброшенными из реактора во время аварии. Высокие уровни радиационного загрязнения дают целый комплекс отрицательных факторов воздействия на окружающую природу и человека, с которыми в таких масштабах еще нигде не сталкивались [395,393] .
В связи с интенсификацией сельскохозяйственного производства, увеличением количества внесенных азотных удобрений и различных пестицидов уже сегодня в некоторых районах нашей страны отмечаются случаи болезни и гибели сельскохозяйственных животных [53] .
В результате контакта с пестицидами в мире ежегодно отравляются 2 млн. человек (без данных по СНГ). Но есть и скрытое воздействие на человека и животный мир через водные источники, пишу, воздух. Оно вызывает аллергию, сказывается на развитии плода в течение беременности. Не случайно самое большое количество младенцев, родившихся с различными дефектами, характерно для регионов страны с активным использованием пестицидов, дефолиантов и др. Атмосфера более 100 городов СНГ насыщена органическими и неорганическими соединениями, концентрации которых больше предельно допустимых [290]. Это приводит к снижению трудового потенциала населения и к экономическим потерям. Величина потерь, происходящих вследствие антропогенных изменений в биосфере и окружающей среде, по некоторым оценкам составляет несколько десятков миллионов рублей в год.
Экстенсивное развитие химической, металлургической, радиоэлектронной промышленности, расширение производства новых химических веществ и материалов закономерно ведет к увеличению числа рабочих, вступающих в непосредственный контакт с различными элементами, многие из которых могут быть отнесены к особо вредным [211,328,33]. Создается потенциальная опасность возникновения профессиональных заболеваний. На современном этапе в силу определенных технических и техно 25 логических причин не всегда удается обеспечить необходимую безопасность производства и экологических катаклизмов. Вследствие чего на всех промышленных предприятиях, среди населения страны проводится комплекс технических, технологических, санитарных и других мероприятий, направленных на ограничение неблагоприятного воздействия на людей вредных факторов окружающей среды. В системе мер по профилактике заболеваний, в т.ч. и профессиональных, особо возрастает значение медико-биологических мероприятий, среди которых важное место отводится лечебно-профилактическому питанию [133, 148, 149,15, 344, 379, 321, 348] .
Основу профилактического, функционального питания составляет рациональное питание, построенное с учетом метаболизма ксенобиотиков в организме и роли отдельных компонентов пищи, оказывающих защитный эффект при взаимодействии химических соединений или вредном влиянии физических факторов [188, 379, 316].
Рациональное питание призвано способствовать сохранению здоровья, противодействовать инфекциям, повышать устойчивость к различным неблагоприятным факторам внешней среды. Кроме того, рациональное питание должно задерживать старение организма и развитие болезней, таких как атеросклероз, ишемическая болезнь сердца, онкологические заболевания и многих других «болезней цивилизации», отнесенных к группе заболеваний нарушенного обмена веществ [13,370]. Вследствие чего разработаны рационы питания для различных профессиональных групп населения в зависимости от экологических и производственных условий [132, 188, 358,25,300,328 287,361].
Применение пищевых волокон при производстве хлебобулочных и кондитерских изделий
Реализация второго направления осуществляется с большими трудностями, так как предусматривает привлечение в хлебопечение различных видов сырья, причем не всегда микробиологически чистого. В связи, с чем возникает проблема его очистки и специальной подготовки. Наибольшее внимание уделяется использованию отрубей [65, 67, 154], пивной дробины [77] , различных фруктовых и овощных порошков, пюре, пектинов [66, 74, 76, 159, 160] , выжимок цитрусовых [63, 64], кукурузной мезги [92],шротов лекарственных трав [21]. При этом авторы отмечают высокую эффективность применяемых добавок в повышении содержания пищевых волокон в готовых изделиях.
Разработаны новые технологии приготовления хлебобулочных изделий с использованием в качестве источника пищевых волокон яблочного порошка, порошка из виноградных выжимок, пивной дробины, овощных порошков. Установлено, что яблочный порошок целесообразно вносить в хлебобулочные изделия в количестве 10% к массе муки. На основе использования этой добавки разработан новый сорт изделий - хлебцы особые.
Пивную дробину рекомендуется использовать в количестве 10% взамен муки при производстве ржано-пшеничных сортов хлеба. Клинические исследования показали, что пивная дробина улучшает моторно-эвакуаторную функцию кишечника. На основе ее использования разработан новый лечебно-профилактический сорт хлеба.
Известна технология приготовления сухарей с использованием порошка из гранатовых корок, содержащих в своем составе клетчатку, пектин, минеральные и дубильные вещества, витамины. Внесение этого порошка в тесто благотворно влияет на биохимические микробиологические и коллоидные процессы, протекающие при его созревании. Готовые изделия отличались равномерной окраской поверхности, тонкостенной мелкопористой структурой [72].
С целью улучшения качества хлеба с обогатителями рекомендуется: введение ферментных препаратов, сахара и растительного масла при использовании яблочного порошка и пивной дробины [75, 76, 77], увеличение влажности теста (при использовании пивной дробины) [25].
Разработаны новые виды диетических хлебобулочных (булочка Бо-бек) и мучных кондитерских изделий (пряники Денсаулык и Жаналык), изготовленных с применением овощных порошков. Тыквенный и морковный порошки способствовали оптимизации процесса брожения, улучшали структуру мякиша и сохраняли свежесть изделий. Введение 3% сухих тыквенного и морковного порошков позволило обогатить изделия пищевыми волокнами, минеральными веществами, органическими кислотами [66, 67].
Рассмотрена возможность использования различных добавок растительного происхождения (овощного пюре из картофеля, турнепса, кабачков, тыквы и репы), а также композиционных смесей (крупы овсяной, кукурузной и отрубей) для снижения энергетической ценности мучных кондитерских изделий. При введении в песочный полуфабрикат пюре из картофеля и репы наблюдалось увеличение пищевых волокон. Использование композиционных смесей способствовало снижению сахароемкости и увеличению содержания пищевых волокон, особенно при введении отрубей, кукурузной мезги, овсяной и гречневой муки [112, 163, 181, 205, 215, 255, 256].
Разработаны рецептуры и технологии приготовления мучных кондитерских изделий из песочного теста профилактического назначения. В качестве наполнителей использовали кукурузную, овсяную, гречневую муку и пшеничные отруби. Вводимые наполнители благоприятно влияли на структуру изделий, не ухудшали органолептические и физико-химические показатели (намокаемость, плотность). При снижении содержания сахара и жира на 20% в песочный полуфабрикат вносили исследуемые добавки в количестве 30% к массе муки. Введение наполнителей оказывало влияние на пищевую ценность - снижалось содержание легкоусвояемых углеводов и жиров, увеличивалось содержание белков, пищевых волокон, минеральных веществ и витаминов [146].
При приготовлении диетических мучных кондитерских изделий типа вафель, обогащенных ПВ, витаминами и минеральными веществами, часть пшеничной муки заменяли отрубями и проросшим зерном. [355, 356]. Отмечено, что вафли имели повышенное содержание ПВ, белков и пониженное содержание углеводов.
Разработаны технологии сдобного диабетического печенья, заварных пряников, бисквитов, кексов, конфет, предусматривающие использование зародышевых хлопьев пшеницы, пшеничных отрубей, солодовых и полисолодовых экстрактов, овощного пюре (морковного, свекольного, тыквенного), молочной сыворотки, цикория, лечебно-душистых трав, а также многоатомных спиртов сорбита и ксилита [238, 255].
Разработана технологии диабетического печенья «Чародей», в рецептуру которого вводили пшеничные отруби в количестве 50% к массе пшеничной муки, печенья «Травинка» и «Ячменное», в рецептуру которых вводили пивную и квасную дробины в количестве до 20% к массе пшеничной муки, кекса на сорбите, обогащенного растительными волокнами метилцеллюлозы [187, 196, 256].
Предложен новый способ приготовления кондитерских изделий (кексы, печенье, пряники, рулеты) с заменой большей части сахара яблочным порошком. Показана полная сохраняемость вкусовых свойств и более высокие органолептические показатели, в частности, по консистенции и цвету, опытная продукция имела более высокие баллы. Учитывая тот факт, что в яблочном порошке содержался пектин, кондитерские изделия были рекомендованы в качестве профилактического средства.
Методы определения химического состава сырья, полуфабрикатов и готовых изделий
По полученным данным строили калибровочную кривую для стандартного раствора. По величине оптической плотности исследуемого образца, измеренной в области 720 нм на фотометре КФК-3, определяли неизвестную концентрацию.
Идентификация фракций фосфолипидов на пластинке проводилась по методике, изложенной в [216] С целью идентификации пятен на отдельную пластинку наносили аналогичные аликвоты экстракта, растворы стандартов - яичного или соевого фосфатидилхолина (фирмы Рон-Пуленк), предварительно выдерживавшиеся при комнатной температуре, т.е. пробы, в которых должен был заведомо содержаться лизофосфатидилхолин как продукт разложения фосфатидилхолина. С этой же целью наносили в виде отдельного пятна сконцентрированный хлороформ-метанольный экстракт сыворотки крови человека с известным составом фосфолипидов и содержащий фосфатидилхолин, сфингомиелин и лизофосфатидилхолин (в порядке убывания Rf в данной системе растворителей).
Для уточнения идентификации использовали также специфические реагенты на определенные химические группы: - реагент Васьковского — на любые фосфолипиды; - реагент Драгендорфа - на холиновую группу, т.е. на холинсодер-жащие фосфолипиды. Идентификация верхнего (Rf 0,5) пятна как фосфатидилхолина подтверждена сопоставлением Rf с Rf стандарта фосфатидилхолина и окраской обоими цветными реагентами. Идентификация нижнего небольшого пятна как лизофосфатидилхоли-на подтверждена окраской обоими использованными реагентами, а также совпадением Rf с Rf нижнего Драгендорф-положительного пятна экстракта сыворотки крови, представляющего собой лизофосфатидилхолин. Подтверждением правильности этой идентификации является и совпадение Rf с Rf компонента, появляющегося при длительном хранении соевого фосфатидилхолина (известно, что при этом образуется именно лизофосфати дилхолин).
Функциональные свойства определяли для компонентов КС: сухой пшеничной клейковины, яичного порошка и добавки «Мослецитин». О функциональных свойствах судили по следующим показателям: жиро-эмульгирующей способности (ЖЭС), стабильности эмульсии (СЭ), жирос-вязывающей способности (ЖСС), пенообразующей способности (ПОС) и стабильности пены (СП), которые определяли соответственно с методами, изложенными в литературе [129].
Для определения жироэмульгирующей способности (ЖЭС) навеску исследуемого сырья в количестве 3,5 г помещали в миксер, добавляли 50 см3 дистиллированной воды и суспензировали в течение I мин. Затем к смеси добавляли 50 см3 рафинированного подсолнечного масла (ГОСТ 1129-73) и эмульгировали 5 мин со скоростью 8000 об/мин. После этого эмульсию разливали в 4 калиброванные пробирки и центрифугировали 5 мин при 2000 об/мин. ЖЭС оценивали как отношение объема эмульсии к объему общей системы, выраженное в процентах.
Стабильность эмульсии (СЭ) определяли, нагревая ее 30 мин при 80С, затем 15 мин охлаждали водопроводной водой. Охлажденную эмульсию разливали в 4 калиброванные пробирки и центрифугировали 5 мин при 2000 об/мин. СЭ определяли как отношение объема эмульсии к объему общей системы, выраженное в процентах.
Для определения жиросвязывающей способности (ЖСС) навеску помещали во взвешенную центрифужную пробирку, добавляли 5 см рафинированного подсолнечного масла и перемешивали в миксере в течение I мин при 1000 об/мин. Смесь оставляли в покое на 5 мин, после чего ее центрифугировали 15 мин со скоростью 4000 об/мин. Не адсорбированное масло сливали, а пробирку в перевернутом положении оставляли на фильтровальной бумаге. Через 10 мин пробирку взвешивали и рассчитывали ЖСС как отношение массы масла, связанного исследуемым продуктом, к исходной массе продукта.
Пенообразующую способность (ПОС) определяли, помещая навеску 3,5 г в стакан, приливая 25 см3 дистиллированной воды и тщательно растирая массу стеклянной палочкой. Затем массу переносили в мерный цилиндр с притертой пробкой емкостью 500 см , смывали водой остатки навески в стакане и доводили общий объем жидкости до 300 см3. Образец встряхивали в течение I мин и производили отсчет пены по высоте над уровнем жидкости. ПОС выражали как отношение высоты пены (в мм ) к высоте взятой жидкости в процентах.
Для определения стабильности пены (СП) образец оставляли в покое на 30 мин, а затем снова производили отсчет пены по высоте над уровнем жидкости. СП рассчитывали как отношение высоты пены, измеренной повторно, к первоначальной ее высоте, выраженное в процентах.
Водоудерживающую способность МКЦ и стойкость геля определяли методом центрифугирования. Для определения водоудерживающеи способности (ВУС) использовали гели МКЦ различной концентрации, которые готовились замачиванием МКЦ в воде при последующем механическом воздействии на микроизмельчителе тканей РТ-2 при частоте вращения 3000 об/мин в течение 15 мин.
ВУС определяли с помощью лабораторной центрифуги при частоте вращения 4000 об/мин-1 и оценивали количеством воды (в г), удерживаемым 1 г МКЦ, а стойкость геля оценивали временем, прошедшим с момента окончания механического воздействия до начала расслоения геля.
Обоснование компонентов рецептур композитных смесей для слоеных изделий
Источниками пищевых волокон могут быть самые разнообразные виды растительного сырья, содержащие значительные количества полиса-харидного комплекса, в том числе поверхностные слои зерна, стебли злаков, травы, клеточные стенки фруктов, овощей, винограда, древесина.
В качестве сырья с высоким содержанием пищевых волокон в хлебопекарном производстве и в производстве мучных кондитерских изделий наиболее целесообразно использовать различные виды злаковых культур и продуктов их переработки. Во-первых, злаковые культуры в широких масштабах возделываются как в России, так и за рубежом. Поэтому не наблюдается дефицита таких продуктов и потребность в них для создания продуктов лечебно-профилактического питания всегда будет покрываться в полной мере.
Наибольший интерес представляет использование зерна пшеницы дробленого, плющенного, проросшего, а также муки низких сортов, и отрубей [129, 146, 181, 205, 215, 256, 276, 277]
Муку, полученную из зерновых и крупяных культур, используют как самостоятельно, так и в составе композитных смесей. Это следующие виды и сорта муки: мука ячменная сортовая (ТУ 9293-008-00932169-96), мука пшенная сортовая (ТУ 9293-007-00932169-96), мука кукурузная сортовая (крупная и мелкая) (ТУ 9293-009-00932169-96), мука рисовая 1 сорта (ТУ 9293-010-00932169-96), мука гороховая сортовая (ТУ 9293-011-00932169-96), мука пшеничная с высоким содержанием отрубянистых частиц (ТУ 9293-003-00932169-96), мука пшеничная, обогащенная пищевыми волокнами (докторская) (ТУ 9293-004-00932169-96) [181].
Мучные композитные смеси для хлеба включают три компонента: муку пшеничную хлебопекарную 1 сорта (65%), муку ржаную обдирную (15%) и крупяную (ячменную сортовую, пшенную сортовую или ґречневую 1 сорта) (20%). Смеси для хлебцев состоят из двух компонентов - муки пшеничной хлебопекарной высшего сорта (89%) и крупяной муки (11%). Композитные смеси для кондитерских изделий включают муку пшеничную хлебопекарную высшего сорта (80%) и крупяную муку (20%). Композитные мучные смеси предназначены для расширения ассортимента изделий с улучшенным аминокислотным составом, повышенным количеством пищевых волокон, макро- и микроэлементов, витаминов [181].
Большое значение для создания хлебобулочных и мучных кондитерских изделий имеет использование муки второго сорта из твердой пшеницы (Дурум) (раздел 2.4.З.1.).
Несомненным концентратом пищевых волокон являются отруби пшеницы, ржи и других культур. Особенно широко распространено использование отрубей при производстве хлебобулочных и мучных кондитерских изделий. В настоящее время разработано значительное количество рецептур и способов приготовления теста с использованием отрубей пшеничных и ржаных [215, 276, 277]. Однако у потребителей этого вида сырья имеется значительная проблема, сокращающая объемы выработки изделий с отрубями. Отруби в значительной степени обсеменены микроорганизмами [166, 168].
Нашими исследованиями, проведенными в 1983-1986 г.г. [226] установлено положительное влияние электрохимически активированной воды, применяемой для гидротермической обработки пшеницы перед помолом на снижение сапрофитных и других микроорганизмов в зерновой массе и, как следствие, в продуктах помола, в том числе в отрубях.
Основной задачей данного раздела явилось исследование содержания пищевых волокон в продуктах переработки зерна пшеницы, овса и облепихи, которые могут быть использованы как виды сырья, способные обогатить хлебобулочные и мучные кондитерские изделия пищевыми волокнами. А также исследование влияния ЭХА воды, используемой для гидротермической обработки пшеницы перед помолом на снижение сапрофитных и других микроорганизмов в зерновой массе и продуктах переработки с целью получения сырья для использования в функциональном и лечебном питании, и разработка технологии облепиховой муки.
В связи с тем, что содержание пищевых волокон (ПВ) в сырье является определяющим при разработке продуктов, предназначенных для функционального и лечебного питания, нами определялось общее содержание, а также содержание растворимых и нерастворимых ПВ в сырье по методике, разработанной НИИ питания РАМН совместно с кафедрой «Технология хлебопекарного, макаронного и кондитерского производств» МГТА, приведенной в разделе 2.2.10.
Результаты исследований, представленные в табл.15 показали, что применяемые в работе виды сырья по содержанию общих ПВ, можно отнести к сырью с высоким содержанием ПВ (более 3,0 г/100г) и использовать его в качестве основного компонента рецептур хлебобулочных и мучных кондитерских изделий. Из приведенных в табл.15 сортов пшеничной муки, наибольшим содержанием ПВ отличалась мука второго сорта из твердой пшеницы, которая к началу наших исследований [198] практически не использовалась для производства и мучных кондитерских изделий, а в хлебопекарном производстве использовалась как улучшитель муки пшеничной хлебопекарной второго сорта в количестве до 10%. В Российской Федерации имеется 14 мельниц макаронного помола общей производительностью 3885 т/сут. Среди этих мельниц есть мельницы двухсортного (75%) и трехсортного (75-78%) помола. При двухсортном помоле (75%) отбирается 60%о высшего сорта (крупки) и 15% - второго сорта; при трехсортном помоле, 75%: высшего сорта (крупки) - 35; 40 или 45%; первого сорта (полукрупки) - 25; 20 или 15%; второго сорта - по 15%; при трехсортном помоле, 78%: высшего сорта (крупки) - 20; 30 или 35%; первого (полукрупки) 35; 25 или 20%; второго сорта - по 23%о. Таким образом, ежегодно муки второго сорта из твердой пшеницы (Дурум) вырабатывается около 100-150 тыс. тонн. В макаронном производстве эта мука не нашла применения, т.к. макаронные изделия получаются очень темными, неравномерно окрашенными и не пользуются спросом. В соответствии с ГОСТ 16439-70 [171] муку второго сорта из твердой пшеницы (Дурум) можно применять в хлебопекарной промышленности, добавляя ее до 10% в муку пшеничную хлебопекарную второго сорта из мягких пшениц, вырабатываемую по ГОСТ 26574-85. Однако, это мероприятие не решает вопроса о полной ее реализации, поэтому возникла необходимость изыскания новых способов использования пшеничной муки второго сорта из твердой пшеницы (Дурум). Работа выполнялась под руководством ВНИИХП (ГосНИИХП), которому было поручено (телефонограмма Министерства хлебопродуктов СССР № 20-Д-22 от 20.12.88 г. и телефонограмма Министерства хлебопродуктов РСФСР№ 321 от 21.12.88 г.) провести работу по созданию новых видов изделий с использованием муки второго сорта из твердой пшеницы (Дур ум). Традиционно известно, что твердая пшеница является сырьем для производства макарон высшего качества, которые получаются прочными, с гладкой поверхностью, приятного светло-желтого цвета; при варке они хорошо сохраняют форму - все это определяет большой спрос потребителя.
Твердая пшеница имеет 14 пар хромосом. Семя пшеницы продолговатой формы, с треугольным поперечным сечением, стекловидное, прозрачной консистенции, не белого, а желто-янтарного цвета, не рыхлое, а твердое и ломкое, содержит меньше крахмала и больше белков и, следовательно, клейковины, обладающее большей хрупкостью и более высокой гидратационной способностью, чем мягкая пшеница (табл. 16) [98, 108, 123, 126].
