Введение к работе
Актуальность работы. В последнее время рационы питания населения России характеризуются значительным недостатком белка, пищевых волокон, полиненасыщенных жирных кислот, минеральных веществ и биологически активных соединений. Изменение статуса и состава питания населения является одной из основных причин распространенных заболеваний современности, таких как болезни сердечно-сосудистой системы, желудочно-кишечного тракта, нарушения обменных процессов в организме, онкологические и эндокринные заболевания. Современные тенденции и приоритеты в развитии сферы производства продуктов здорового питания ориентированы на постулаты современной нутрициологии, в частности, на создание новых пищевых технологий, позволяющих получать на основе рационального использования природных сырьевых ресурсов (в том числе нетрадиционных) инновационные продукты питания, призванные улучшить структуру питания, способствующие сохранению здоровья и профилактике болезней, что отвечает основам государственной политики в области здорового питания.
Большой вклад в разработку научных основ производства продуктов здорового питания, выработанных на основе нетрадиционного сырья, внесли А.А. Покровский, Л.М. Аксенова, А.П. Нечаев, Г.Н. Дубцова, В.В. Колпакова, Г.О. Магомедов, Ю.А. Тырсин, Т.В. Савенкова, З.Г. Скобельская, Т.Б. Цыганова, Л.Н. Шатнюк, Н.В. Аникеева и другие ученые.
Важная роль в создании продуктов питания нового поколения принадлежит экологически безопасным нетрадиционным сырьевым ресурсам растительного происхождения. С этих позиций перспективной культурой является нут – высокопротеиновая сельскохозяйственная культура, являющаяся одним из главных представителей бобовых, выращиваемых в Саратовской области.
Развитие технологии комплексной переработки нута с получением новых видов продуктов здорового питания, а также добавок высокой пищевой ценности с повышенным содержанием белка представляется актуальным. Данное направление согласуется с инвестиционной политикой развития агропромышленного комплекса России и позволяет реализовать глубокую переработку сельскохозяйственной продукции. Зерно нута превосходит многие традиционные зерновые культуры по содержанию белка (до 32% на сухое вещество), незаменимых аминокислот, витаминов, макро- и микроэлементов, в том числе селена. Благодаря хорошей урожайности, высокой засухоустойчивости, устойчивости к поражению большинством возбудителей болезней и вредителями интерес к данной культуре со стороны
сельхозпроизводителей области увеличивается. Согласно данным Минсельхоза Саратовской области, за период с 2009 по 2013 гг. размер посевных площадей под нут увеличился с 63,9 до 216,5 тыс. га, объем урожая – с 17,4 до 153,9 тыс. тонн.
Несмотря на имеющуюся информацию о положительных свойствах нута как отечественного источника растительного белка, данные о комплексной глубокой переработке нута, а также о применении продуктов переработки нута в технологии пищевых систем требуют углубления, обобщения, дополнения физико-химических и функционально-технологических показателей, научно-технологических основ производства продуктов здорового питания.
Разработка научно-технологических основ комплексной, глубокой переработки нута направлена на существенное снижение дефицита белка и других ценных веществ в рационе питания населения, на активное замещение импортных зерновых продуктов и развитие потенциала отечественного агропромышленного комплекса.
Все вышеизложенное определяет актуальность представленной диссертационной работы.
Диссертационная работа соответствует «Концепции государственной политики в области здорового питания населения РФ» и позволяет внести реальный вклад в решение задач, поставленных Правительством РФ, поскольку реализация предлагаемых в работе решений будет способствовать росту производства продуктов здорового питания, насыщению потребительского рынка области качественными пищевыми продуктами местного производства, более полному сохранению и переработке сельскохозяйственной продукции.
Степень разработанности темы исследования. В научных работах И.Ф. Горлова, Л.В. Антиповой, Н.В. Аникеевой определены инновационные подходы к производству белковых препаратов на основе бобовых культур и к их использованию в различных пищевых системах. Результаты настоящих исследований комплексной глубокой переработки нута позволяют обеспечить развитие потенциала отечественного агропромышленного комплекса и активное замещение импортных зерновых продуктов, расширить ассортимент продуктов здорового питания.
Работа планируется быть продолженной в направлении исследований по расширению ассортимента продуктов здорового питания, в том числе за счет использования вторичных продуктов переработки нута.
Целью настоящей работы явилось решение комплекса научно-практических задач, направленных на разработку ресурсосберегающей технологии комплексной переработки нута и создание на ее основе продуктов здорового питания.
Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:
– научно обосновать выбор нута в качестве исходного сырья, позволяющего создавать продукты здорового питания на его основе; – исследовать физико-химические характеристики бобов нута сортов «Краснокутский 28» и «Приво-1», районированных в Саратовской области и наиболее популярных среди сельхозпроизводителей в последние годы, для прогнозирования направлений их применения;
– разработать способ выделения, обосновать параметры и режимы получения белкового изолята из нута;
– выполнить математическое описание кинетики процесса извлечения белка методом электрофлотокоагуляции;
– дать комплексную характеристику физико-химических и функциональных свойств, пищевой ценности продуктов переработки нута – муки и изолята;
– разработать технологические решения по получению новых видов продуктов здорового питания, включая мучные и сахаристые кондитерские изделия, овощные консервы, соусы с применением продуктов переработки нута и на основе анализа предпочтений потребителей; – исследовать пищевую ценность, органолептические, физико-химические, микробиологические показатели новых видов пищевых продуктов; – разработать техническую документацию на новые виды пищевой продукции на основе продуктов переработки нута;
– провести опытно-промышленную апробацию и оценить экономическую эффективность производства продуктов переработки нута и пищевых систем на их основе.
Научная новизна. На основании проведенного комплекса теоретических и экспериментальных исследований: – установлено, что использование метода электрофлотокоагуляции для извлечения белка из нута позволяет предложить технологию получения нутового белкового изолята, в которой исключено использование химического реагента для достижения изоэлектрического состояния белка и сокращено количество операций технологического цикла; – выявлены условия извлечения нутового белкового изолята из растворов с применением метода электрофлотокоагуляции, способствующие увеличению выхода готового продукта с сохранением нативной структуры белка;
– установлены температурные зоны, соответствующие удалению влаги различных форм связи в сахаристых кондитерских изделиях с измененным химическим составом (содержащих добавку нутовой муки), и обоснованы основные закономерности процесса влагоудерживания для них; - установлено влияние стадии введения нутовой муки на влагоудерживающие свойства восточных сладостей типа мягких конфет.
Показано, что для получения шербета с увеличенным сроком хранения следует осуществлять добавку нутовой муки на стадии приготовления сахарного сиропа.
Теоретическая и практическая значимость работы. Выполнено научное обоснование и разработаны научно-технологические решения комплексной переработки нута для создания продуктов здорового питания населения России. Предложены направления использования продуктов переработки нута в технологии пищевых продуктов широкого потребительского спроса, разработаны их рецептурные компонентные составы, обоснованы технологические режимы их производства, исследованы органолептические и физико-химические показатели готовых продуктов. Разработаны рецептуры овощных консервов с добавками продуктов переработки нута. Предложены новые сахаристые кондитерские изделия с добавкой термообработанной муки из бобов нута, показана роль вводимой добавки в качестве влагоудерживающего агента, способствующего продлению срока хранения кондитерских изделий. Разработана линейка соусов майонезной группы с добавками натуральных ингредиентов, обладающих противоокислительными и антиоксидантными свойствами. Предложены подходы к использованию вторичных продуктов технологии глубокой переработки нута: нутового шрота и оболочек.
Разработан ряд новых технико-технологических решений, новизна которых подтверждена 5 патентами РФ, которые позволяют производить новые продукты питания на основе нетрадиционного сырья с заданными потребительскими свойствами.
На основании проведенных исследований разработаны рeцeптуры, технoлoгии, технологические схемы производства и техническая документация на новые виды пищевой продукции и препараты из бобов нута: сладости восточные шербет «Новый» (ТУ 912912-001-05286136-2011), соусы овощные (ТУ 9162-006-05286136-2015), 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).
Материалы исследований опубликованы в двух монографиях и используются в учебном процессе ЭТИ (филиала) СГТУ имени Гагарина Ю.А. при чтении лекций, в курсовом и дипломном проектировании студентов, обучающихся по основным образовательным программам подготовки бакалавров по направлению подготовки 151000 «Технологические машины и оборудование».
Методология и методы исследования. Методология диссертационной работы базируется на обосновании выбора и применении совокупности средств и приемов при проведении экспериментальных исследований и аналитической оценке полученных результатов, направленных на достижение поставленной в работе цели. Исследования проводили в соответствии со структурной схемой, приведенной на рисунке 1. На основе изучения и оценки физико-химических свойств и показателей безопасности основного сырья (нута), а также с учетом современных тенденций и приоритетов в сфере производства продуктов здорового питания были определены основные направления переработки нута и предложены решения по их использованию в различных пищевых системах. Для достижения цели диссертационной работы и подтверждения достоверности полученных результатов были использованы общепринятые и специальные физико-химические, инструментальные и органолептические методы, обеспечивающие выполнение поставленных задач.
Положения, выносимые на защиту:
- научно-технологические основы комплексной переработки нута,
включающие выделение белкового изолята с применением метода
электрофлотокоагуляции, а также направления использования вторичных
продуктов переработки;
- результаты исследования и анализа структуры, физико-химических и
функционально-технологических свойств изолята нутового белка,
выделенного с применением метода электрофлотокоагуляции;
- системный подход к рациональному использованию продуктов
переработки нута в технологии пищевых систем на основе комплекса
исследований их физико-химических, функциональных свойств, а также
положений концепции здорового питания;
- принципы реализации технологий новых пищевых продуктов на основе
предпочтений потребителей (кондитерские изделия, овощные консервы,
соусы).
Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность полученных результатов обеспечена и подтверждена применением современных физико-химических методов анализа, статистической математической обработкой результатов эксперимента, опытно-промышленной апробацией и оценкой экономической эффективности предлагаемых технологий. 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, 2009, 2010, 2011, 2012 гг.); III и V Всероссийских научно-практических конференциях «Специалисты АПК нового поколения» (г. Саратов, 2009, 2011 гг.); III Международной научно-технической конференции «Инновационные технологии и оборудование для пищевой промышленности (приоритеты развития)» (г. Воронеж, 2009 г.); III, IV, V, VI и VII Международных научно-практических конференциях «Технология и продукты здорового питания» (г. Саратов, 2009, 2010, 2011, 2012, 2013 гг.); X и XI Международных конференциях молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии» (г. Казань, 2009, 2010 гг.); II Международной научно-технической конференции, посвященной 80-летию ГОУ ВПО ВГТА «Новое в технологии и технике пищевых производств» (г. Воронеж, 2010 г.); IV Международной межведомственной научно-практической конференции «Товароведение, экспертиза, технология и хранение продовольственных товаров («Товаровед 2011») (г. Москва, 2011 г.); IV Всероссийской конференции с международным участием «Пищевые продукты и здоровье человека» (г. Кемерово, 2011 г.); II Международной научно-практической конференции «Хлебобулочные, кондитерские и макаронные изделия XXI века» (г. Краснодар, 2011 г.); научной конференции молодых ученых «Presenting Academic Achievements to the World» (г. Саратов, 2012 г.); Международной научно-практической конференции «Использование электрофизических методов исследования для производства и оценки качества пищевых продуктов» (г. Санкт-Петербург, 2012 г.); Международной научно-практической конференции «Наука о питании: технологии, оборудование и безопасность пищевых продуктов» (г. Саратов, 2013 г.); The Second North and East European Congress on Food «NEEFood-2013» (г. Киев, 2013 г.); Международной конференции «Композит-2013. Перспективные полимерные композиционные материалы. Альтернативные технологии. Переработка. Применение. Экология» (г. Саратов, 2013 г.); III Международной научно-технической конференции «Новое в технологии и технике функциональных продуктов питания на основе медико-биологических воззрений» (г. Воронеж, 2013 г.); Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии длительного хранения товаров в условиях вступления России в ВТО» (г. Москва, 2013 г.); Международной научной конференции «Пищевые инновации и биотехнологии» (г. Кемерово, 2014 г.); II Международной конференции молодых ученых «Актуальные проблемы теории и практики электрохимических процессов» (г. Саратов, 2014 г.), Международной научно-практической конференции «Инновационное развитие пищевой, легкой промышленности и индустрии гостеприимства» (г. Алматы, 2014 г.).
Разработки экспонировались на VІ, VІI и VIII Саратовских салонах изобретений, инноваций и инвестиций (г. Саратов, 2011, 2012, 2013 гг.).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 83 печатные работы, в том числе 2 монографии, 14 научных статей в журналах, рекомендуемых ВАК РФ, получено 5 патентов Российской Федерации на изобретения, зарегистрированы 4 ТУ.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания объектов и методов исследований, результатов исследований и их анализа, выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 302 страницах, содержит 86 таблиц, 97 рисунков. Список литературы включает 205 наименований, в том числе 31 иностранный источник. В приложениях приведены разработанные при участии автора технические условия и другие документы, подтверждающие практическое использование результатов исследований.
Диссертационная работа является обобщением научных исследований, проведенных в 2007-2015 гг. лично автором и при его непосредственном участии в качестве руководителя или ответственного исполнителя госбюджетных научно-исследовательских работ, а также в ходе руководства научной работой аспирантов и дипломников.