Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Обзор научно-технической литературы и патентной информации по теме исследований 19
1.1 Растительные белки в структуре питания россиян: проблемы и перспективы 19
1.2 Современное состояние и перспективы производства муки из семян бобовых культур 37
1.3 Перспективы использования вторичных продуктов переработки зерна бобовых и злаковых культур 44
1.4 Современное состояние и перспективы глубокой переработки белоксодержащего растительного сырья с получением белковых концентратов и изолятов
Заключение по главе 1 63
ГЛАВА 2 Объекты и методы исследований 64
2.1 Объекты исследований 64
2.2 Дополнительные материалы, использованные в работе 66
2.3 Методы исследований 71
ГЛАВА 3 Научное обоснование выбора зерна нута в качестве исходного сырья и сорта для получения ингредиентов, перспективных для создания прродуктов здорового питания 82
Заключение по главе 3 100
Глава 4 Обоснование параметров и режимов технологии комплексной и глубокой переработки зерна нута 102
4.1 Совершенствование технологии производства муки из зерна нута с получением ингредиентов для создания продуктов здорового питания 102
4.2 Совершенствование глубокой переработки зерна нута с получением белкового изолята 123
4.2.1 Получение белкового изолята из зерна нута с применением метода осаждения в изоэлектрической точке 123
4.2.2 Совершенствование технологии глубокой переработки зерна нута с применением электрохимических методов 136
4.2.3 Характеристика и перспективы рационального использования вторичного продукта технологии глубокой переработки зерна нута 155
4.3 Исследование структуры и свойств белкового изолята из зерна нута 158
4.4. Практические рекомендации по получению белкового изолята из зерна нута с применением метода электрофлотокоагуляции 161
Заключение по главе 4 166
ГЛАВА 5 Разработка технологических решений для производства новых разновидностей продуктов здорового питания с использованием продуктов переработки зерна нута 168
5.1 Разработка технологических решений при создании кондитерских изделий здорового питания с использованием ингредиентов, полученных при комплексной переработке зерна нута 168
5.1.1 Разработка технологии мучных кондитерских изделий с добавкой муки из зерна нута 171
5.1.2 Разработка технологии сахаристых кондитерских изделий с добавкой муки из зерна нута 189
5.2 Разработка технологии овощных консервов и соусов с низким содержанием глютена с использованием продуктов переработки зерна нута 209
5.3 Разработка технологии масложировых продуктов с использованием ингредиентов, полученных в результате глубокой переработки зерна нута 228
5.3.1 Майонезы и соусы майонезные с пониженным содержанием холестерина 228
5.3.2 Майонезы и соусы майонезные с натуральными добавками, обладающими антиоксидантными свойствами 240
5.4 Применение продуктов переработки зерна нута в составе комбинированных пищевых систем 259
Заключение по главе 5 268
ГЛАВА 6 Расчет ожидаемого экономического эффекта от реализации усовершенствованной технологии комплексной глубокой переработки зурна нута с получением ингредиентов и на их основе новых разновидностей пищевых продуктов для здорового питания 273
6.1 Расчет ожидаемого экономического эффекта при производстве нутовой муки 264
6.2 Расчет ожидаемого экономического эффекта при реализации технологии белкового изолята из зерна нута 280
6.3 Расчет ожидаемого экономического эффекта при производстве разработанных пищевых продуктов с использованием продуктов переработки зерна нута 286 Заключение по главе 6 293
Заключение 296
Условные обозначения 303
Список литературы 304
- Перспективы использования вторичных продуктов переработки зерна бобовых и злаковых культур
- Дополнительные материалы, использованные в работе
- Получение белкового изолята из зерна нута с применением метода осаждения в изоэлектрической точке
- Разработка технологии овощных консервов и соусов с низким содержанием глютена с использованием продуктов переработки зерна нута
Введение к работе
1.1 Актуальность темы. Согласно официальным данным Минздрава
России и Федерального исследовательского центра питания, биотехнологии и
безопасности пищи, несбалансированное питание населения страны является
одним из факторов, приводящих к увеличению числа людей, страдающих
различными заболеваниями, в том числе алиментарными. Улучшение
структуры питания россиян, обеспечение качества и безопасности пищевых
продуктов стало важнейшим приоритетом внутренней политики нашего
государства, что отражено в «Основах государственной политики Российской
Федерации в области здорового питания населения на период до 2020 года».
Согласно «Доктрине продовольственной безопасности Российской
Федерации» одной из основных задач обеспечения продовольственной безопасности России определено устойчивое развитие производства отечественного сырья и продовольствия в объемах, достаточных для обеспечения продовольственной независимости страны, с использованием новых прогрессивных технологий глубокой и комплексной переработки продовольственного сырья с соблюдением требований к безопасности сырья и продуктов питания. Разработке научно-технологических решений комплексной переработки семян злаковых и бобовых культур и использованию продуктов их переработки с целью повышения пищевой и биологической ценности пищевых продуктов посвящены работы отечественных и зарубежных ученых В.Б. Толстогузова, А.П. Нечаева, В.В. Колпаковой, И.Ф. Горлова, Л.В. Антиповой, Г.О. Магомедова, И.А. Глотовой, Н.В. Аникеевой, М.Л. Доморощенковой, В.Г. Щербакова, В.Г. Лобанова, А.Ю. Шаззо, Т.Б. Цыгановой, S. Berot, A. Davin, S. Sercl, F. Sosulsky, D. Knorr и др.
Несмотря на имеющуюся информацию о положительных свойствах зерна нута, в первую очередь, как перспективного отечественного источника растительного белка, данные о комплексной и глубокой переработке зерна
* Автор выражает глубокую благодарность безвременно ушедшему из жизни доктору технических наук, профессору Юрию Александровичу Тырсину за оказанную помощь и полезные советы при выполнении работы
4 нута, а также о применении продуктов его переработки в пищевых технологиях пока недостаточны, требуют углубления, обобщения и дополнения. Отсутствуют данные по исследованию состава вторичных продуктов и их рациональному использованию. С учетом сказанного, представляется актуальным проведение исследований по совершенствованию технологии комплексной переработки зерна нута с получением ингредиентов для создания продуктов здорового питания.
-
Связь работы с научными программами, планами, темами. Работа выполнялась в рамках проекта, поддержанного Фондом содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере «УМНИК», на тему: «Разработка технологии получения функциональных пищевых продуктов на основе местного растительного сырья в лабораторных условиях» по государственному контракту № 10502р/16882 от 08.06.2012 г., а также в рамках госбюджетной НИР по технической проблеме 10В.02. «Разработка научных основ создания новых нано-энергоресурсосберегающих технологий и оборудования для пищевой промышленности», 2012-2015 гг.
-
Цель и задачи исследований. Целью исследований явилось решение комплекса научно-практических задач, направленных на совершенствование технологии комплексной и глубокой переработки зерна нута с получением ингредиентов для создания продуктов здорового питания с ориентацией на ресурсосбережение.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
научно обосновать выбор зерна нута в качестве исходного сырья и сорт для получения ингредиентов, перспективных для создания продуктов здорового питания;
обосновать параметры и режимы технологии комплексной и глубокой переработки зерна нута, обеспечивающие получение белкового изолята с максимальным выходом и нутовой муки улучшенного качества;
- исследовать формы связи влаги в нутовой муке, обосновать
рациональные параметры процесса термообработки, позволяющего улучшить
органолептические характеристики нутовой муки;
разработать способ переработки вторичного ресурса (семенных оболочек зерна нута) с целью усовершенствования технологии производства нутовой муки;
усовершенствовать технологию получения белкового изолята из нутовой муки с получением ингредиентов для создания продуктов здорового питания;
теоретически обосновать и экспериментально исследовать возможность применения метода электрофлотокоагуляции для получения белкового изолята из нутовой муки;
исследовать влияние состава и концентрации электролита, материала и количества электродов, плотности тока, продолжительности процесса элекрофлотокоагуляции, температуры на выход белкового изолята из нутовой муки;
исследовать кинетику процесса электрофлотокоагуляции при выделении белка из раствора, рассчитать значение константы скорости процесса флотации;
разработать практические рекомендации по получению белкового изолята из нутовой муки с применением метода электрофлотокоагуляции;
осуществить комплексную оценку химического состава, физико-химических и функционально-технологических свойств продуктов переработки зерна нута (ППЗН);
разработать технологии новых разновидностей продуктов здорового питания различных товарных групп с использованием ППЗН;
- исследовать органолептические, физико-химические и
микробиологические показатели, пищевую и биологическую ценность новых
разновидностей пищевых продуктов;
провести опытно-промышленную апробацию технологий новых разновидностей продуктов здорового питания, полученных с использованием продуктов переработки зерна нута;
разработать техническую документацию на новые разновидности пищевых продуктов, полученных с использованием продуктов переработки зерна нута;
- рассчитать ожидаемый экономический эффект от реализации
усовершенствованной комплексной технологии переработки зерна нута с
6 получением ингредиентов для создания продуктов здорового питания и разработанных на их основе новых разновидностей пищевых продуктов.
1.4 Научная концепция исследования заключается в разработке научно-
практических основ комплексной переработки зерна нута на основе системного
подхода к решению взаимосвязанных задач от разработки и реализации
технологических решений получения продуктов переработки зерна нута с
использованием ресурсосберегающих технологий, включая рациональное
использование вторичных сырьевых ресурсов, до разработки технологических
решений по их применению для создания продуктов здорового питания.
1.5 Научная новизна. Впервые теоретически обосновано и
экспериментально подтверждено применение метода электрофлотокоагуляции
для извлечения белкового изолята из обезжиренной нутовой муки с
сохранением присущих изоляту технологических функциональных свойств.
Научно обоснованы режимы электрофлотокоагуляционного способа получения белкового изолята из обезжиренной нутовой муки, обеспечивающие увеличение выхода белкового изолята по сравнению с традиционным химическим способом осаждения в изоэлектрической точке.
Определено влияние плотности тока на выход белка из щелочных экстрактов, полученных из обезжиренной нутовой муки, при различных значениях концентрации белка в растворе.
Установлена взаимосвязь между плотностью электрического тока, обеспечивающей максимальный выход белка, и концентрацией белка в растворе.
Доказано, что процессы взаимодействия молекул белков нута с поверхностью электрода протекают по адсорбционному механизму и лимитируются диффузией водорода в твердой фазе, а кинетика процессов надежнее всего описывается уравнением первого порядка.
Установлено, что изменение температуры раствора белков нута, подвергаемого электрофлотокоагуляции, в диапазоне 20-50С не оказывает существенного влияния на эффективность извлечения белков.
Научно обосновано усовершенствование технологии получения нутовой муки улучшенного качества.
Теоретически обоснован способ получения пищевых волокон из семенных оболочек, отделяемых от зерна нута в процессе шелушения при получении нутовой муки.
Установлены формы связи влаги в полученной нутовой муке; выявлены температурные зоны, соответствующие удалению влаги разных форм связи. Научно обоснованы режимы термической обработки муки (температура 80^С, продолжительность 1,5±0,5 мин) с целью улучшения органолептических характеристик при ее использовании в рецептурах сахаристых кондитерских изделий:
Установлено, что введение нутовой муки в рецептуры сахаристых восточных кондитерских изделий типа мягких конфет на стадии приготовления сиропа способствует увеличению доли связанной влаги в готовом изделии, что положительно влияет на увеличение срока хранения готового продукта.
Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена возможность и целесообразность получения овощных консервов с низким содержанием глютена, содержащих добавки продуктов переработки зерна нута.
Новизна предлагаемых технологических решений подтверждена получением пяти патентов РФ на изобретения.
1.6 Практическая значимость и реализация результатов исследований. Разработана комплексная технология переработки зерна нута с получением ингредиентов для создания продуктов здорового питания: нутовой муки, белкового изолята из обезжиреной нутовой муки, предусматривающая рациональное использование вторичных продуктов (остатка после выделения белка и семенных оболочек) с выделением крахмала и пищевых волокон, а также с получением нутового масла и кормовых продуктов.
Разработан способ получения белкового изолята из нутовой муки с применением электрофлотокоагуляционного метода, предусматривающий применение пластин из стеклоуглерода в качестве электродов, и разработана конструкция ячейки для проведения процесса электрофлотокоагуляции.
Установлено, что применение электрофлотокоагуляционного метода позволяет повысить выход белка при сохранении функциональных свойств на
8 прежнем уровне, сократить количество стадий технологического цикла и улучшить экономические показатели.
Усовершенствована технологии получения нутовой муки улучшенного качества.
Разработаны рациональные режимы термической обработки нутовой муки (температура 80+2С, продолжительность 1,5+0,5 мин) с целью улучшения органолептических характеристик при ее использовании в рецептурах сахаристых кондитерских изделий:
Разработан способ получения пищевых волокон из семенных оболочек, отделяемых от зерна нута в процессе шелушения при получении нутовой муки.
Предложены направления использования продуктов переработки зерна нута в технологии пищевых продуктов здорового питания широкого потребительского спроса, разработаны их рецептурные компонентные составы, исследованы органолептические и физико-химические показатели готовых продуктов.
Разработаны новые разновидности сахаристых кондитерских изделий с добавкой термообработанной нутовой муки, показана роль вводимой добавки в качестве влагоудерживающего агента, способствующего продлению срока хранения кондитерских изделий.
Запатентованы композиция ингредиентов для получения икры овощной и рецептура овощных соусов с добавками продуктов переработки зерна нута, что позволяет отнести их к группе специализированных пищевых продуктов с низким содержанием глютена, предназначенных потребителям, страдающим целиакией (невосприимчивостью пшеничного белка).
Установлено, что применение белкового изолята, полученного из нутовой муки, способствует увеличению вязкости майонезов и майонезных соусов, что позволяет снизить содержание основного эмульгирующего компонента (яичного порошка) в их рецептуре и получить продукт с пониженным содержанием холестерина.
Разработана линейка соусов майонезной группы на основе использования белкового изолята, полученного из нутовой муки, и с добавкой натуральных
9 ингредиентов (экстракт зеленого чая, куркума, хитозан), обладающих противоокислительными и антиоксидантными свойствами.
Разработаны рецептуры комбинированных мясорастительных паштетов, в которых использовано пюре из зерна нута в количестве 25% взамен основного мясного сырья (печени говяжьей) и растительные масла (оливковое, конопляное взамен животного жира, что позволяет уменьшить массовую долю жира и энергетическую ценность продукта, повысить долю полиненасыщенных жирных кислот и физиологическую ценность продукта.
Разработан и запатентован ряд новых технико-технологических решений, позволяющих производить новые разновидности продуктов здорового питания различных товарных групп на основе нетрадиционного сырья с заданными потребительскими свойствами.
На основании проведенных исследований разработаны рeцeптуры, технoлoгии и техническая документация на новые разновидности пищевой продукции и ингредиенты.
Разработаны, утверждены и зарегистрированы в Саратовском ЦСМиС 5 технических условий на разработанные продукты переработки зерна нута и новые разновидности продуктов здорового питания на их основе: сахаристое восточное кондитерское изделие типа мягких конфет - шербет «Новый» (ТУ 912912-001-05286136-2011), соусы овощные (ТУ 9162-006-05286136-2015), консервы мясорастительные паштет печеночный с нутом (ТУ 9217-002-05286136-11); мука нутовая (ТУ 9293-005-05286136-2014), изолят нутового белка (ТУ 9147-003-05286136-2011).
Проведена опытно-промышленная апробация результатов работы на следующих предприятиях: шербет «Новый» - ЗАО «Кондитерская фабрика Покровск» (город Энгельс), икра овощная - ООО «Покровский консервный завод» (Саратовская область, Энгельсский район, поселок Новопушкинское); соус овощной - ФГУП «Консервный завод ФСИН России» (город Аткарск). Технологии разработанных продуктов питания рекомендованы специалистами предприятий к внедрению.
Материалы исследований используются в учебном процессе Энгельсского технологического института (филиала) СГТУ имени Гагарина Ю.А. при чтении
10 лекций по дисциплинам «Технология пищевых производств», «Технология продуктов питания растительного происхождения» студентам, обучающимся по направлению подготовки бакалавров 15.03.02 - «Технологические машины и оборудование» (профиль «Машины и аппараты пищевых производств»), а также при выполнении курсовых проектов и выпускных квалификационных работ
1.7 Личный вклад соискателя. Диссертационная работа является
обобщением научных исследований, выполненных в 2007-2016 гг. лично
автором и при его непосредственном участии в качестве руководителя или
ответственного исполнителя госбюджетных научно-исследовательских работ.
1.8 Методология исследований базируется на обосновании выбора и
применении совокупности средств, методов и приемов при проведении
экспериментальных исследований и аналитической оценке полученных
результатов, направленных на достижение поставленной в работе цели.
Структурная схема исследований представлена на рисунке 1.
На основе исследования и комплексной оценки физико-химических свойств и показателей безопасности основного сырья (зерна нута), а также с учетом современных тенденций и приоритетов в сфере производства продуктов здорового питания были определены основные направления переработки зерна нута и предложены решения по использованию продуктов переработки в различных пищевых системах.
1.9 Апробация работы. Основные научные положения и результаты
диссертационной работы опубликованы в ведущих научных изданиях по
пищевым технологиям, доложены и обсуждены на симпозиумах, конференциях
различного уровня, в том числе: конференции молодых ученых «Молодые
ученые – науке и производству» (г. Саратов, 2007 г.); VI, VII, VIII, IX и X
Международных научно-практических конференциях «Технологии и продукты
здорового питания. Функциональные пищевые продукты» (г. Москва, 2008-
2012 гг.); III, IV, V, VI и VII Международных научно-практических
конференциях «Технология и продукты здорового питания» (г. Саратов, 2009-
2013 гг.); II Международной научно-практической конференции
«Хлебобулочные, кондитерские и макаронные изделия XXI века»
Научно-практическое обоснование и совершенствование технологии
комплексной переработки зерна нута с получением ингредиентов
для создания продуктов здорового питания
Анализ отечественной и зарубежной литературы и патентной информации по теме исследований
Комплексная оценка
физико-химических
свойств и показателей
безопасности зерна нута
питания
Научное обоснование выбора зерна нута в качестве исходного сырья и сорта для получения ингредиентов, перспективных для создания продуктов здорового
Обоснование параметров и режимов технологии комплексной и глубокой
переработки зерна нута, обеспечивающих получение белкового изолята с
максимальным выходом и нутовой муки
Совершенство-
техно ни огии
нутовой муки
исследование влияния
гл С у=ЄпН^р ов аГк е зерна нута с примен оти ием
Вторичные ППЗН
Целевые ППЗН
пр б оцес лков прши выдел та
Комплексная оценка химического состава, физико-химических и функционально-технологических свойств ППЗН и вторичных ППЗН
разработка практических рекомендаций по
Разработка практических рекомендаций по извлечению ценных компонентов из
вторичных ППЗН
Разработка технологий новых разновидностей продуктов здорового питания с использованием ППЗН
Исследование органолептических, физико-химических и микробиологических показателей, пищевой и биологической ценности новых разновидностей пищевых продуктов различных товарных групп
Опытно-промышленная апробация технологий новых разновидностей продуктов здорового питания, полученных с использованием ППЗН
Разработка технической документации на новые разновидности пищевых продуктов, полученных с использованием ППЗН
Расчет ожидаемого экономического эффекта от реализации
питания
Рисунок 1 - Структурная схема исследований
12 (г. Краснодар, 2011 г.); II и III Международных научно-технических конференциях «Новое в технологии и технике функциональных продуктов питания на основе медико-биологических воззрений» (г. Воронеж, 2010 г., 2013 г.); Международной научно-практической конференции «Использование электро-физических методов исследования для производства и оценки качества пищевых продуктов» (г. Санкт-Петербург, 2012 г.); The Second North and East European Congress on Food «NEEFood-2013» (г. Киев, 2013 г.); III Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Инновационные технологии в пищевой промышленности» (г. Самара, 2016 г.). Разработки экспонировались на VІ, VІI и VIII Саратовских салонах изобретений, инноваций и инвестиций (г. Саратов, 2011, 2012, 2013 гг.).
1.10 Степень достоверности полученных результатов. Достоверность
полученных результатов обеспечена и подтверждена применением поверенных,
аттестованных научных приборов, современных физико-химических методов
анализа, статистической математической обработкой результатов
эксперимента, совпадением результатов опытно-промышленной апробации с
результатами лабораторных исследований. Научные положения, выводы и
рекомендации, сформулированные в диссертации, обоснованы теоретическими
исследованиями, базируются на многократных экспериментальных данных,
аргументированных выводах и не противоречат известным положениям наук.
1.11 Публикации. Основное содержание диссертационной работы
отражено в 64 печатных работах, в том числе 2 монографиях, 15 научных
статьях, опубликованных в ведущих российских научных периодических
изданиях, включенных в Перечень ВАК при Минобрнауки России для
публикации результатов диссертационных исследований, получено 5 патентов
Российской Федерации на изобретения.
1.12 Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит
из введения и шести глав, включающих аналитический обзор отечественной и
зарубежной научно-технической информации и патентной литературы,
методологическую часть, результаты собственных исследований, основные
результаты и выводы, список литературы и приложение. Основной текст
работы изложен на 342 страницах компьютерного текста, содержит 126 таблиц
Перспективы использования вторичных продуктов переработки зерна бобовых и злаковых культур
В 2000-е годы в России социально-экономическая ситуация в стране изменилась, одновременно стали другими питание и образ жизни населения; массовое, эпидемическое распространение получили гиповитаминозы и микроэлементозы, характерным стал дисбаланс жиров в питании, что привело к развитию сердечно-сосудистых болезней, злокачественных новообразований различных локализаций, нарушений обмена веществ и эндокринных заболеваний [270]. Согласно данным, содержащимся в докладе директора ГУ НИИ питания РАМН В.А. Тутельяна [272], в структуре питания населения России наблюдается снижение потребления мясных, молочных, рыбных продуктов, растительных масел, овощей и фруктов, отнсящихся к биологически ценным. Одновременно омечено увеличение потребления хлебопродуктов, хлеба, картофеля. Следствием нарушения структуры питания являются нарушения пищевого статуса: дефицит белков животного происхождения достигает 15-20% от рекомендуемых величин, особенно для групп населения с низкими доходами; выраженный дефицит большинства эссенциальных нутриентов - полиненасыщенных жирных кислот, витаминов. Дефицит витамина С составляет 70-100% у более половины населения, фолиевой кислоты и витаминов группы В - 60-80%, b-каротина - 40-60%. Серьезной является проблема недостатка ряда минеральных веществ и микроэлементов (кальций, железо, йод, цинк, селен, фтор). Значителен в рационе питания населения и дефицит пищевых волокон. Ведущим по степени негативного влияния на здоровье населения в настоящее время является дефицит витаминов, микроэлементов, отдельных ПНЖК приводящий к снижению сопротивляемости организма неблагоприятным факторам окружающей среды, развитию иммунодефицитных состояний, нарушению функционирования систем антиоксидантной защиты организма. В то же время в докладе [272] также отмечается сохранение актуальности проблемы избыточной массы тела и ожирения для 55% взрослого населения России. Ситуация, сложившаяся в отношении обеспеченности населения России микронутриентами, оценивается как кризисная [272].
Согласно государственному докладу Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека 2015 года [183], несмотря на положительную динамику в потреблении населением Российской Федерации отдельных видов пищевых продуктов, питание остается несбалансированным. Установлен избыток в потреблении сахара и кондитерских изделий при недостатке в питании таких биологически ценных продуктов, как овощи, фрукты, молоко, яйца. По сравнению с 2013 г. в 2014 г. доля населения, которая стала использовать в своем питании больше мясных продуктов и сахара, увеличилась более чем на 2 %, а количество населения, которое недостаточно использует в питании картофель, яйца, овощи, молочные продукты, фрукты, составляет более 90 %, что увеличивает риск для здоровья населения, связанный с несбалансированным питанием. У более чем 80,0 % населения страны сохраняется дефицит потребления белка и избыточное потребление жира (95,3 %). Низкий уровень потребления углеводов в рационах питания населения большинства субъектов Российской Федерации (96,0 %) обусловлен, прежде всего, недостаточным использованием в питании овощей и фруктов [183].
Аналогичные данные содержит государственный доклад Управления Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по Саратовской области 2015 года [184]: анализ данных о питании населения Саратовской области, показывает недостаточное использование продуктов, обеспечивающих организм человека необходимыми микроэлементами, витаминами, клетчаткой и др. Остаются низкими, по сравнению с физиологическими нормами, потребление молока и молочных продуктов, фруктов, овощей, картофеля, яиц. Превышает физиологическую норму уровень потребления сахара и кондитерских изделий, хлебных продуктов, мяса и мясных продуктов, рыбы и рыбопродуктов. В 2014 году продолжалась работа по реализации Концепции здорового питания населения Саратовской области на период до 2020 года, утвержденной постановлением Правительства Саратовской области от 29.12.2012 г. №806-П. В Саратовской области пищевую продукцию, обогащенную микронутриентами, бифидобактериями, пищевыми волокнами, на постоянной основе вырабатывают 30 предприятий (хлебокомбинаты, пекарни, молокоперерабатывающие заводы, предприятия по производству питьевой воды, расфасованной в емкости, две кондитерские фабрики. На ряде предприятий приняты меры по расширению ассортимента. Так, на предприятии ООО «Маслосырбаза «Энгельсская» в 2014 г. введен в эксплуатацию новый цех по производству творога и творожных сыров с использованием ультрафильтрационной установки. На 2015 г. запланирован выпуск творожных сыров «Клубника», «Стандарт», «Премиум» с пониженным содержанием холестерина и лактозы, обогащённых функциональными добавками, содержащими витамины А, Д, Е, С, группы В, лютеин, фитостеролы. Проведены пробные выработки продукта сливочно-растительного с заменой молочного жира на специальный заменитель, содержащий омега-3, омега-6 жирные кислоты, витамин Е. Продолжает работу предприятие ООО «Золотой альянс», специализирующееся на производстве продукции из козьего молока, в т.ч. таких кисломоломолочных продуктов, как «Ацидолакт», «Тонус», простокваша «Мечниковская» [184].
Продолжительное неправильное, нерациональное питание является фактором повышенного риска развития заболеваний: онкологические заболевания (рак молочной железы и желудочно-кишечного тракта), алиментарными факторами риска которых являются наличие в пищевых продуктах канцерогенных добавок (нитрозаминов, бенз(а)пирена, нитратов и др.), повышенное потребление соли и жиров, а также); заболевания сердечно-осудистой системы, которые могут быть вызваны повышенным содержанием холестерина в крови; ожирение, вызванное высоким потреблением жиров на фоне малой физической активности; нарушения работы желудочно-кишечного тракта, обусловленное низким содержанием в продуктах пищевых волокон; остеопорозы - изменение состава костей, обусловленное потерей кальция [270].
Таким образом, основные проблемы здоровья, связанные с алиментарным фактором, обусловлены дисбалансом важнейших питательных веществ (белков, жиров, углеводов, витаминов, микроэлементов).
Белки - важнейшая составляющая часть продуктов питания. Белки, поступающие с пищей белки выполняют три главные функции: являются источником аминокислот (незаменимых и заменимых), используемых в ходе биосинтеза белка в организме; а также являющихся предшественниками гормонов, и других биомолекул; окисление радикалов аминокислот вносит весомый вклад в ежедневный суммарный расход энергии [139]. Дефицит белка в рационах питания россиян может быть сокращен за счет повышения потребления животных и растительных белков. В соответствии с Методическими рекомендациями МР 2.3.1.2432-08 потребности населения в белке в зависимости от возраста, пола, физической активности составляют: для мужчин 65-117 г/сутки, для женщин 58-87 г/сутки, для детей старше года 56-87 г/сут [176].
Дополнительные материалы, использованные в работе
В последние годы усилилось внимание потребителей к экологическим факторам производств и получаемых продуктов. Исследователи во всем мире активно работают в области создания новых технологий извлечения масла из семян без применения органических растворителей и с использованием щадящих технологических режимов, позволяющих обеспечить высокую функциональность получаемых продуктов и сохранить полезные микронутриенты семян. Активно исследуются процессы производства изолятов растительных белков из обезжиренных семян и с использованием процессов экстракции с применением ферментов [12, 151].
В современных технологиях получения белковых изолятов большое внимание уделяется безреагентным методам коррекции рН среды при экстракции -электрохимическим, а также использованию ультразвукового воздействия для интенсификации отдельных стадий.
Одним из перспективных направлений совершенствования отдельных стадий процесса выделения изолята белка является внедрение электрохимических методов как безреагентного способа изменения рН среды при экстракции. В ряде работ предложено применение электроактивированной воды при получении белковых препаратов из растительного сырья [29, 200, 201].
В способе получения пищевого белка из зерна нута [246] на стадии экстракции использован диафрагменный электролизер, при этом выход белка составляет 21,2-24,8%.
Метод электрохимической коагуляции сока из люцерны посевной позволяет достигать изоэлектрические точки белков путем электролиза сока и электролита (4%-го хлористого натрия), которые разделены полупроницаемой мембраной. Электротермокоагулятор имеет прямоугольный корпус, изготовленный из органического стекла. Плотная полотняная мембрана разделяет его на два отсека, в них расположены плоские угольные электроды, покрывающие своей поверхностью боковые стенки коагулятора [202]. Среди перспективных электрохимических методов выделения целевых веществ (компонентов) из растворов выделяют метод электрофлотации. Как показывают результаты литературного обзора, применительно к пищевой промышленности флотационное выделение применяют, как правило, при очистке сточных вод. Так, в работе [13] исследована возможность разработки технологии очистки сточных вод, получаемых при промывании фарша минтая, электрофлотацией с применением окисно-рутениевого титанового анода (ОРТА) и морской воды в качестве дополнительного коагулянта. Согласно выводам авторов, наиболее эффективным решением является очистка белковосодержащих сточных вод пищевых предприятий смешением их с морской водой (концентрация 27%) и последующей электрофлотацией с ОРТА-железными электродами в течение 90 минут [13].
Авторы патента [242] и работы [307] предлагают использование флотации при переработке вторичного сырного сырья и выделения белков в нативном состоянии из подсырной сыворотки. Сыворотку с рН 4,3-4,6 при температуре 20-40С флотируют в электрофлотационной камере. Продолжительность флотации 10-15 минут, плотность постоянного электрического тока 10-15 мА/см2.
В работе [124] показана перспективность применения электрофлотации для выделения белка из кислотного гидролизата кормовых дрожжей (паприна).
Известен также комбинированный метод - метод электрокоагуляции-флотации, который применяют при очистке сточных вод от загрязнений [86, 109]. При этом одновременно осуществляется два процесса: изменение дисперсного состояния примесей в результате их коагуляции под действием электрического тока, ионов растворяющегося металла электродов или других продуктов электрохимических реакций в объеме электролита и закрепление пузырьков электролитического газа на поверхности скоагулированных частиц, что обеспечивает их последующую флотацию. Непременным условием протекания процесса электрокоагуляции-флотации является прохождение очищаемой жидкости в межэлектродном пространстве в течение времени, необходимого для коагуляции частиц и образования флотокомплексов. Закрепление или образование пузырьков газа на поверхности частиц при электрокоагуляции-флотации происходит в момент коагуляции и действия электрического поля, что отличает его от электрофлотации с предварительной коагуляцией или флокуляцией, основанной на прилипании пузырьков газа к уже сформированным агрегатам частиц [86].
На рисунках 13, 14 представлены существующие конструкции аппаратов и установок для электрокоагуляции-флотации, используемые в отечественной и зарубежной практике для очистки сточных вод [86].
Получение белкового изолята из зерна нута с применением метода осаждения в изоэлектрической точке
Известно, что в семенах семейства бобовых содержатся антипитательные вещества (ингибиторы протеаз, лектины, фитаты, танин, сапонины), оказывающие отрицательное воздействие на организм и снижающие усвоение ряда нутриентов [90, 157]. Наиболее широко распространены и характеризуются достаточно высоким содержанием в семенах бобовых культур (особенно в зерне сои) ингибиторы протеиназ. Они обладают свойством существенно снижать каталитическую активность протеолитических ферментов (трипсина и химотрипсина) желудочно-кишечного тракта живых организмов, образуя с ними неактивные комплексы. Среди растений самая высокая активность ингибиторов трипсина обнаружена в семенах бобовых культур. По данным различных литературных источников, активность ингибиторов трипсина в семенах бобовых в зависимости от сортовых особенностей и условий выращивания составляет: для чины - 8,8 мг/г; фасоли - 0,5-4,6 мг/г; гороха - 0,2-4,5 мг/г; сои - от 6,9 до 38,6 мг/г [161, 197], 45 мг/г [189], 21,1-61,3 мг/г [223]; нута - 3,0+0,8 г/кг [157].
С использованием казеинолитического метода при определении активности ингибиторов трипсина в зерне нута установлено, что семена нута исследованных сортов характеризуются низким уровнем активности ингибиторов трипсина (рисунок 23), при этом в семенных оболочках зерна нута обнаружена наименьшая активность ингибиторов трипсина. В [90] сообщается, что трипсиновые ингибиторы сконцентрированы в семядолях и отсутствуют в оболочках бобовых культур. Полученный результат можно объяснить указанной выше сложностью отделения семенной оболочки от семядолей без попадания частичек последних. Одновременно в качестве справочной информации на рисунке 23 представлены данные по трипсинингибирующей активности (ТИА), определенной для кормового сорта нута «Краснокутский ». Семенные оболочки
В настоящее время данный показатель нормируется только для соевых белковых продуктов. Согласно Техническому регламенту ТР ТС 021/2011 [259] содержание ингибитора трипсина в них не должно превышать 0,5%. Полученные данные для нута (0,23%-0,56%) свидетельствуют, что проведение инактивации или деструкции ингибиторов трипсина при переработке нута не требуется. Данное обстоятельство можно отнести к преимуществам культуры нут по сравнению с соей, так как из всех известных технологических приемов инактивации антипитательных веществ наиболее распространено воздействие высоких температур. При этом разрушаются не только антипитательные, но и полезные компоненты семян (в том числе серусодержащие аминокислоты), и снижается их биологическая ценность.
Следует также отметить, что белки зерна нута выгодно отличаются от белков других бобовых, например, фасоли, гороха уровнем содержания лектинов. Лектины представляют собой гликопротеины, способные обратимо связывать соединения, содержащие углеводные фрагменты, расположенные на поверхности мембран клеток, они вызывают агрегирование или агглютинацию. Содержание лектинов варьирует у разных видов растений и составляет для фасоли 3200—6400 гемагглютининовых единиц на 1 мг, для чечевицы 400—800, гороха 100—400, конских бобов 25-100 [90]. В работе [300] для зерна нута отмечено отсутствие активности лектинов.
Согласно литературным данным, содержание танинов в зерне нута составляет (1,7+0,69)%, фитина - (0,533+0,66)%, что в 1,7 и 1,6 раза, соответственно, меньше, чем в зерне гороха; содержание сапонинов для нута составляет (0,400+0,66)% [157, 343].
Нут выгодно отличается от других бобовых высоким содержанием таких минеральных элементов, как фосфор, натрий, калий, магний (таблица 28) [292].
Минеральные вещества и витамины – незаменимые элементы здорового питания. Фосфор оказывает влияние на мышечную и умственную деятельность, наравне с кальцием придает крепость костям и зубам, участвуя в образовании костной ткани. Он принимает участие в продуцировании и переносе энергии, а также в обмене белков, углеводов и жиров и синтезе белков, входя в состав РНК и ДНК. Фосфор используется организмом в биохимических процессах головного мозга, печени, почек.
Разработка технологии овощных консервов и соусов с низким содержанием глютена с использованием продуктов переработки зерна нута
Установлено, что при повышении рН растворимость белка и содержание его в изоляте повышается.
Таким образом, для обеспечения удовлетворительного содержания белка в готовом препарате при экстракции могут быть использованы водный раствор сульфита натрия (с=0,1%) или щелочной раствор; при использовании щелочных растворов необходимо учитывать известные литературные сведения, что в сильнощелочных средах возможно протекание различных нежелательных процессов химической модификации белка, что приводит к снижению его биологической ценности [263].
Гранулометрические показатели сырья. Гранулометрические показатели сырья должны обеспечивать максимально полное и быстрое растворение белков, поэтому контактирующая с жидкостью поверхность частиц должна быть набольшей, чтобы уменьшить расстояние между центром частицы и растворителем. При выборе степени измельчения нутовой муки руководствовались рекомендациями [90], согласно которым когда сырьем для получения белковых изолятов служит мука бобовых, богатых крахмалом, ее гранулометрические достоинства заключаются в однородности при размерах частиц от 100 до 150 мкм. Более мелкие размеры усложняют разделение твердой и жидкой фаз без реального выигрыша в растворимости и в скорости обработки. Кроме того, слишком энергичное измельчение может вызвать тепловую денатурацию сырья. Наоборот, использование более крупных частиц продлевает время растворения и повышает степень удержания белкового экстракта нерастворимым остатком.
С учетом полученных результатов технологический процесс получения белкового изолята из зерна нута в лабораторных условиях с применением метода осаждения в ИЭТ осуществляли по следующей схеме. Бобы нута освобождали от посторонних примесей, поврежденных зерен, измельчали и обезжиривали. Экстракцию жира из нутовой крупки проводили гексаном в две стадии. Соотношение нутовая крупка: экстрагент на первой стадии составляло 1:10, на второй - 1:5; продолжительность первой стадии экстракции - 18 ч, второй стадии -4 ч. Экстракт отделяли от осадка декантацией. Экстракты с первой и второй стадий объединяли и фильтровали через фильтровальную бумагу для отделения тонкой взвеси. Обезжиренные шроты высушивали при комнатной температуре на фильтровальной бумаге в течение 2 суток для удаления следов растворителя и измельчали на лабораторной мельнице до получения муки с размерами частиц 100-150 мкм. Далее проводили экстракцию белка из обезжиренной нутовой муки. Соотношение мука:экстрагент составляло 1:5, температура (20±2)С. В качестве экстрагента использован 0,1%-ный водный раствор Na2SO3. Экстракт отделяли от нерастворимого остатка центрифугированием при 2000 мин-1 в течение 10 мин (центрифуга MPW-340).
Экстракцию повторяли 4-5 раз. Осветленный экстракт осторожно отделяли декантацией от нерастворимого остатка и доводили рН экстракта до 4,1-4,4 титрованием раствором уксусной кислоты.
Образовавшийся изоэлектрический осадок отделяли центрифугированием при 1000 мин-1 в течение 10 мин. Супернатант осторожно сливали, изоэлектрический осадок нейтрализовали до нейтральной реакции среды титрованием 0,5 М раствором NaOH. Белковую пасту высушивали при температуре 40С с получением порошкообразного продукта.
На основании проведенных экспериментов была разработана технологическая схема, приведенная на рисунке 39. Бобы нута, поступающие из бункера 1, очищают от крупных и мелких примесей на вибрационном сепараторе 2. Ситовой корпус сепаратора имеет два яруса сит: сортировочные и подсевные. Сита в процессе работы очищаются резиновыми шариками. Вибрация корпуса осуществляется электровибраторами. Далее окончательная очистка зерна производится на пневмосортировальной машине 3. Очистка осуществляется воздушным потоком и основана на разности скоростей витания зерна основной культуры и примесей. Очищенный от примесей нут подается в бункер 4. Затем зерно направляется в молотковую дробилку 5, где нут дробится ударами молотков, шарнирно-закрепленных на быстро вращающемся роторе. Нутовая крупка системой пневмотранспорта подается в циклон 8 и поступает в бункер-дозатор 7. Далее крупка отправляется на экстракцию. Экстракция масла растворителем проводится в ротационном экстракторе с вертикальной осью вращения 6, в котором крупка контактирует с растворителем - гексаном. Растворитель из масляной мисцеллы выделяют в трубчатом пленочном дистилляторе 10, подогреваемом водяным паром. Полученное масло направляется на дальнейшую переработку, а растворитель отводится для регенерации и дальнейшего использования в качестве экстрагента. Проэкстрагированный (обезжиренный) нутовый шрот при выходе из экстрактора может содержать некоторое количество гексана, поэтому необходимо провести его удаление. Отгонка растворителя из шрота проводится в шнековом испарителе 11, который имеет 8 шнеков.