Введение к работе
Актуальность проблемы. В последние годы во многих странах мира отмечен неуклонный рост производства и потребления макаронных изделий (МИ). В странах СНГ их ежегодная выработка достигла около двух млн.т. (1 место в мире) и на перспективу намечено дальнейшее увеличение объема производства, основанное на тенденции роста спроса и росте численности населения. В связи с этим актуальной является проблема разработки научно обоснованных технологических приемов, позволяющих интенсифицировать процесс производства макаронных изделий (ППМИ) - увеличить выпуск продукции без дополнительных капитальных затрат, вызванных бюджетным дефицитом, а также значительно расширить ассортимент продукции, в том числе изделий для детского, диетического, лечебно-проФи-лактического и специального назначения. Интенсификация ППМИ основана на оптимизации отдельных технологических операций и режимов ПМИ в целом, компонентной оптимизации рецептурного состава теста и на расширении сырьевой базы макаронного производства (МП) - использовании по-лиФункциональных растительных добавок (ПРД), полученных из нетрадиционного сырья - овощей и плодов, а также вторичных продуктов их переработки.
Оптимизация отдельных технологических операций и режимов ПМИ в целом позволяет повысить эффективность использования технологического оборудования (ТО), улучшить технико-экономические показатели (ТЭП) процесса и повысить качество готовой продукции (ГП). Применение ПРД в макаронном производстве способствует решению проблемы рационального использования нетрадиционного дополнительного сырья, экономии основного сырья - пшеничной муки-крупки и, благодаря наличию в добавках белков, минеральных веществ, витаминов и других ценных
компонентов, отсутствующих либо недостающих в пшеничной муке - получению более сбалансированных пищевых продуктов, используемых в лечебном, а также профилактическом питании-
Комплексное решение проблемы на основе системного анализа (СА)-изыскания нетрадиционных сырьевых ресурсов, научно-обоснованных технологических приемов и разработки новых видов МИ, обогащенных ПРД, требует учета Физиологического влияния последних на организм человека с позиций сбалансированного и адекватного питания.
В работах Л.Я.Ауэрмана, А.С.Гинзбурга, Е.Д.Казакова, Н.П.Козьминой, В.Л.Кретовича, Л.И.Пучковой, В.И.Дробот, С.Я.Корячкиной и ряда других отечественных и зарубежных ученых исследованы зависимости свойств компонентов пшеничной муки, обогатительных добавок от режимов замеса теста, а также в работах В.В.Лукьянова, Н.И.Назарова, Л.А.Бурова, Ю.А.Мачихина, С.А.Мачихина, Г.М.Медведева, М.Е.Чернова, А.Ф.Буляндры, Г.К.Бермана исследованы процессы прессования макаронного теста (МТ), однако в названном аспекте комплексное решение проблемы практически отсутствует, что подтверждает её актуальность.
Работа проводилась по заказам Минхлебопродукта СССР, Минхлебопродукта УзССР, Министерства сельского хозяйства и продовольствия РСФСР и отдельных пищевых предприятий России, Украины, Узбекистана.
Цепь и задачи исследований. Цель исследований состояла в разработке научных основ использования ПРД, содержащих белки, минеральные вещества, пищевые волокна, витамины и другие компоненты, способствующие повышению пищевой ценности продукции и придающие ей диетические либо лечебно-проФилактические свойства, а также в оптимизации режимов ПМИ, выполненной на основании системного подхода (СП). 4
Для достижения указанной цели потребовалось решение следующих задач:
исследовать и научно обосновать возможность применения в макаронном производстве ПРД, полученных из нетрадиционного сырья для повышения пищевой ценности ГП и придания ей диетических либо лечебно-профилактических свойств;
разработать новые виды ПРД, которые не только повышают пищевую ценность макаронных изделий, придают им диетические, лечебно-профилактические свойства, но и улучшают показатели качества ГП;
разработать новые виды диетических МИ из муки мягкой стекловидной пшеницы, обогащенных ПРД для массового и специализированного назначения;
с целью повышения эффективности использования ТО и улучшения ТЭП процесса ПМИ, обогащенных ПРД, оптимизировать отдельные технологические операции и режимы ПМИ в целом;
провести клинические испытания и медико-биологическую оценку ПРД и МИ, полученных на их основе;
внедрить разработанные виды изделий на предприятиях макаронной отрасли.
Научная новизна. Системный анализ ППМИ позволил решить впервые следующие задачи: осуществлено обоснование выбора наиболее предпочтительных режимов переработки основного и дополнительного сырья на всех этапах производства МИ; разработана математическая модель ППМИ, позволяющая осуществлять моделирование технологических операций в соответствии с заданной технологией и допускающая, в отличие от известных моделей, изменение структуры технологических линий и режимных характеристик работы ТО с одновременной оценкой качества процесса, выведена и обоснована Формула комплексной оценки реологических свойств макаронного теста (МТ), позволяю-
щая осуществлять экспресс-анализ процесса замеса обогащенного ПРД теста и вносить необходимые изменения для поддержания показателей качества МТ в заданном диапазоне; в новой постановке сформулирована и решена задача компонентной оптимизации, результат решения которой позволяет Формировать такое соотношение используемых видов основного и дополнительного сырья, которое наилучшим образом соответствует Формуле сбалансированного и адекватного питания; изучено влияние ПРД на реологию теста и качество МИ. Установлено, что МИ отличаются наилучшим качеством в тех случаях, когда площадь, ограниченная экстенсограммой, максимальна. Выбрав максимизацию площади в качестве эмпирического показателя качества ГП, представляется возможным для каждой добавки определить расчетным способом их оптимальную концентрацию в рецептуре МТ, применяя метод наименьших квадратов и методы решения систем алгебраических уравнений; выведена и решена на ЭВМ Формула комплексного показателя качества ППМИ, учитывающая показатель когезии МТ, состав рецептуры и затраты на процесс ПМИ.
Дано научное обоснование использования ПРД из нетрадиционного сырья для повышения пищевой ценности ГП и придания ей диетических либо лечебно-проФилактических свойств.
Впервые установлена эффективность применения в качестве источников белков, минеральных веществ, витаминов, пищевых волокон и других ценных компонентов ПРД, полученных из тыквы, кабачков, капусты, танина, топинамбура, а также вторичных продуктов переработки облепихи, жмыха зародыша кукурузы и выжимки винограда, основанная на изучении Физико-химических, технологических свойств, а также клинических испытаний. На основании анализа теоретических и экспериментальных результатов исследований установлено Физико-химическое взаимодейст-6
виє между макрои микрокомпонентами сырья. Показано, что сущность явлений зависит от количества и качества клейковины муки, структуры и содержания в муке крахмальных зерен и от вида и дозировки добавки, а также содержания в ней белков, минеральных веществ, пищевых волокон и других компонентов, что экспериментально подтверждается улучшением качества МИ. Например, при ПМИ с кукурузным пищевым белком выявлен следующий характер взаимодействия компонентов сырья: вследствие катионных и анионных свойств, придаваемых макромолекулам белка диаминомоно-карбоновыми и моноаминодикарбоновыми аминокислотами, а также вследствие неоднородности состава последних в белках кукурузы и пшеницы, возникает Физико-химическое взаимодействие кукурузного белка с матриксом пшеничного теста; электронноакцепторный индуктивный эФФект гидрок-сильной группы, возникающий за счет усиления смеси ок-сиаминокислотами, усиливает агрегатообразующую способность МТ, способствует повышению прочностных свойств ГП; при создании в предматричной зоне прессовых установок давления 9...20 МПа и температуры 45...65 С частично происходят денатурационные процессы, связанные с изменением первоначальных свойств макромолекул: частичная клейстеризация крахмала, утрата конФормации белковых веществ, уменьшение растворимости, разрушение комплексов белков с липидами; липиды, количество которых в тесте возрастает на 1...2% за счет внесения добавки, совместно с клейковинно-крахмальным комплексом пшеничной муки в Фильерах матрицы образуют плотный поверхностный слой, способствующий уменьшению адгезионных свойств МТ, снижению величины коэффициента трения и водо-растворимости. Образование прочного эластичного поверхностного слоя способствует - снижению энергозатрат на прессование, повышению скорости прессования, возрастанию производительности прессовой установки на 5...11%.
Повышается качество ГП при хранении, транспортировке, варке и эксплуатации.
пряктич<з(-т<яд ттрнность работы. На основании анализа литературных данных и результатов проведенных исследований отобраны 10 видов овощей, плодов и вторичных продуктов их переработки и на их основе разработаны и внедрены в макаронное производство ПРД в виде гомогена-та, пасты, порошка, сока и экстракта (пол.реш. 4763074, 4852861,4930506). К ним относятся следующие виды ПРД и МИ, полученных на их основе: из красной столовой свеклы - концентрированный сок и белково-меланиновая паста (изделия "Био-1, 2"); из шпината - гомогенат, пигмент-но-белковая паста и порошок ("Эко-1, 2, 3"); из вторичных продуктов крахмалопаточного производства - пищевой кукурузный белок - паста и порошок ("Одесские-1, 2"); из вторичных продуктов при переработке облепихи -шрот, мука и сок облепихи ("Вита-1"), паста и сок облепихи ("Вита-2"); из тыквы - гомогенат и паста ("Янтарные- 1, 2"); из топинамбура - гомогенат свежий, Ферментированный и порошок ("Фруктозные -1, 2, 3"); из капусты - гомогенат ("Гамма - 1"), гомогенат капусты, моркови и петрушки ("Гамма -2"), порошок ("Гамма- 3"); из кабачков - гомогенат ("Ювенильные - 1"), липидно-белко-вая паста кабачков, гомогенати салата, петрушки и укропа ("Ювенильные - 2"); из виноградной выжимки - радиопротектор виноградный пищевой ("Виноградные- 1"), радиопротектор виноградный пищевой и раствор окисленного танина ("Виниградные - 2"), радиопротектор виноградный пищевой и гомогенат топинамбура Ферментированный ("Виноградные - 3"); из танина - раствор окисленного танина ("Оздоровительные - 1"), раствор окисленного танина и гомогенат топинамбура Ферментированный ("Оздоровительные - 2"), раствор окисленного танина, радиопротектор виноградный пищевой и гомогенат топинамбура Ферментиро-8
ванный ("Оздоровительные - 3").
В результате теоретических и экспериментальных исследований разработаны способы ПМИ, обогащенных ПРД (пол.реш. 4287521, 4760452, 4763819, 4817349, 4808062, 4818060, 4858247, 4861435, 4953141).
На основе компонентной оптимизации, выполненной на ЭВМ созданы 106 рецептурных композиций МИ, обогащенных ПРД исходя из рекомендаций суточного потребления детского и взрослого организма в белках, жирах, углеводах, минеральных веществах, витаминах и других ценных компонентах, вносимых с пшеничной мукой и ПРД в рецептуру МТ. Дана медикобиологическая оценка этим изделиям, позволяющая рекомендовать их для профилактики, общеукрепляющего действия и лечения детей и взрослых, страдающих заболеваниями органов пищеварения, сердечно-сосудистой системы, сахарным диабетом, профилактики и лечения контингента лиц, страдающих хроническими заболеваниями, связанными с воздействием на организм пестицидов, тяжелых металлов, радионуклидов, продуктов микробного синтеза. Показано, что употребление МИ, обогащенных ПРД способствует повышению уровня ангиоксидантной системмы, снижению концентрации перекисных радикалов органического типа в эритроцитах и лейкоцитах крови, улучшает состав кишечной микрофлоры: снижается количество гемолитических, манитразлагающих патогенных Форм кишечной палочки и повышается количество биФидобактерий.
Новые виды ПРД выработаны в производственных условиях Харьковского экспериментального завода, овощной базы "Одессаовощпродторга", совхозов "Ударный" Одесской и "Подмосковный" Московской областей, Одесского консервного завода. Проведена комплексная оценка Физико-химических характеристик ПРД. На предприятиях России, Украины, Узбекистана выработано 10 опытно-промышленных партий МИ, обладающих диетическими либо лечебно-проФилак-
тическими свойствами.
На Украине в настоящее время ПРД вырабатывают на 2-х предприятиях. На Черниговской МФ изготовляют МИ с радиопротектором виноградным пищевым для лиц, пострадавших от Чернобыльской аварии. К концу 1992 г. будет произведено ПРД в количестве, обеспечивающем выработку до 100 тысяч тонн ГП диетического либо лечебно-проФи-лактического назначения.
Материалы диссертации используются в учебном процессе при чтении лекций, курсовом и дипломном проектировании, УИР и НИР студентов.
Представленная работа является обобщением исследований, про веденных автором лично в период с 1983 по 1992 гг., а также при его непосредственном участии в качестве руководителя трех хоздоговорных НИР и ответственного исполнителя госбюджетных НИР, проводимых по данной проблеме.
Экономический эффект от внедрения изделий "Одесские" на Ташкентском БКК составил 170 тысяч руб. (1989 г.). Экономическая эффективность от внедрения в производство других видов ми по данным на декабрь 1991 г. составила от 300 до 1000 руб/т ГП.
Апробация работы. Основные научные положения и практические рекомендации производству доложены на научных, научно-практических конференциях в стране и за рубежом (Одесса, 1988,1989,1990; Москва, 1988,1989; Черновцы, 1989; Киев, 1989; Рига, 1990; Могилев, 1990; Ташкент, 1990; Пенза, 1990; Харьков, 1990; Волгоград, 1991; Будапешт, 1990; Каир, 1992), всего 25 конференций, в том числе 2 состоялись за рубежом.
Образцы новых видов МИ лечебно-профилактического назначения экспонировались на 3 ВДНХ Украины и на 2 международных выставках в Москве.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 62 статьи и брошюр (в том числе 3 работы - за рубежом), получено 12 авторских свидетельств и положительных решений .
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, библиографии и приложений. Результаты исследований и их анализ изложены в 6 разделах. Работа изложена на 246 стр. основного текста, содержащего 34 таблицы и 16 рисунков. Количество приложений 10. Библиография включает 307 источников, в том числе 70 иностранных. 10
