Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Теоретическое обоснование разработки макаронных изделий повышенной пищевой ценности 13
1.1 Химический состав и пищевая ценность макаронных изделий из хлебопекарной муки 15
1.2 Макаронные изделия повышенной пищевой ценности, реализуемые на российском рынке 17
1.3 Современные направления по расширению ассортимента макаронных изделий повышенной пищевой ценности 19
1.3.1 Пути повышения биологической ценности макаронных изделий 19
1.3.2 Механизмы взаимодействия белковых добавок с компонентами пшеничной муки 29
1.4 Пищевые волокна и их использование в макаронном производстве 33
1.5 Использование зерновых культур в производстве макаронных изделий 40
1.5.1 Химический состав зерна пшеницы, способы подготовки зерна к производству, использование целого зерна пшеницы в технологии макаронных изделий 40
1.5.2 Характеристика овса и продуктов его переработки, примеры использования БКС в производстве макаронных изделий 48
1.6 Роль отдельных компонентов пшеничной муки в формировании структуры макаронного теста и качества готовых изделий 56
1.7 Факторы, определяющие структурно-механические свойства макаронного теста 62
1.8 Сушка полуфабрикатов макаронных изделий и влияние добавок на скорость и продолжительность высушивания 66
ГЛАВА 2 Объекты и методы исследования 73
ГЛАВА 3 Теоретическое и экспериментальное обоснование применения предлагаемых обогащающих добавок и нетрадиционных видов сырья 83
3.1 Теоретическое и экспериментальное обоснование использования мясных продуктов, продуктов переработки бобовых культур и дрожжей как обогащающих добавок при производстве макаронных изделий повышенной биологической ценности 83
3.2 Теоретическое обоснование использования пшеничной клетчатки и инулина при производстве макаронных изделий, обогащенных пищевыми волокнами 94
3.3 Теоретическое и экспериментальное обоснование использования зерна злаковых культур и продуктов его переработки в производстве макаронных изделий повышенной пищевой ценности 97
ГЛАВА 4 Разработка макаронных изделий повышенной биологической ценности 100
4.1 Разработка макаронных изделий повышенной биологической ценности путём использования обогащающих добавок животного происхождения 101
4.2 Разработка макаронных изделий повышенной биологической ценности путём использования обогащающих добавок растительного происхождения 116
4.3 Разработка макаронных изделий повышенной биологической ценности путём использования изолятов растительных белков 132
4.3.1 Характеристика основного сырья и обогащающих добавок 132
4.3.2 Влияние изолятов растительных белков на свойства клейковины и крахмала пшеничной муки и реологические характеристики макаронного теста 133
4.3.3 Влияние изолятов белков гороха, кукурузы и сои на количество белков, способных переходить из макаронного теста в полярный растворитель 148
4.3.4 Влияние изолятов растительных белков на качество готовых макаронных изделий 153
4.3.5 Определение показателей биологической ценности и степени перевариваемости белков макаронных изделий с изолятами растительных белков 161
4.3.6 Разработка комбинированной смеси, состоящей из изолятов растительных белков 164
4.4 Использование дрожжей как источников белка при производстве макаронных изделий повышенной биологической
ценности 171
ГЛАВА 5 Разработка новых видов макаронных изделий, обогащенных пищевыми волокнами 184
5.1 Влияние различных дозировок сухой пшеничной клейковины на количество и качество клейковины пшеничной муки 185
5.2 Влияние различных дозировок инулина и клетчатки на качество и количество клейковины пшеничной муки, свойства крахмала, реологические характеристики макаронного теста и качество готовых изделий 187
5.3 Определение содержания белка, инулина и клетчатки в макаронных изделиях 197
ГЛАВА 6 Разработка макаронных изделий повышенной пищевой ценности путём совместного использования гороховой муки, морковного пюре и кефира (белково-морковной добавки) 199
ГЛАВА 7 Разработка макаронных изделий из целого зерна пшеницы и овса 213
7.1 Разработка макаронных изделий из целого зерна пшеницы 213
7.1.1 Обоснование способа замачивания зерна пшеницы 213
7.1.2 Исследование гранулометрического состава зерновой массы и его влияния на качество макаронных изделий 222
7.1.3 Исследование микробиологических показателей и показателей безопасности зерновых макаронных изделий 232
7.1.4 Исследование пищевой ценности зерновых макаронных изделий 235
7.2 Разработка макаронных изделий из смеси пшеничной муки и муки из целого зерна овса 238
7.2.1 Показатели качества основного и нетрадиционного сырья 239
7.2.2 Подготовка зерна овса к помолу и получение из него овсяной муки 240
7.2.3 Исследование различных дозировок овсяной муки и типов замеса теста на качество макаронных изделий 241
7.2.4 Влияние рациональных дозировок овсяной муки на свойства клейковины и крахмала пшеничной муки, реологические характеристики макаронного теста 247
7.2.5 Исследование показателей безопасности и микробиологических показателей макаронных изделий с заменой части пшеничной муки овсяной из целого зерна овса 253
7.2.6 Исследование химического состава овсяных макаронных изделий 256
ГЛАВА 8 Анализ процесса сушки макаронных изделий с обогащающими добавками и из нетрадиционного сырья 260
8.1 Анализ процесса сушки макаронных изделий с белковыми добавками 260
8.2 Анализ процесса сушки макаронных изделий с добавками, содержащими пищевые волокна 275
8.3 Анализ альтернативных способов сушки макаронных изделий... 284
ГЛАВА 9 Обоснование эффективности производства макаронных изделий повышенной пищевой ценности 289
Выводы 299
Библиографический список литературы
- Пути повышения биологической ценности макаронных изделий
- Теоретическое обоснование использования пшеничной клетчатки и инулина при производстве макаронных изделий, обогащенных пищевыми волокнами
- Разработка макаронных изделий повышенной биологической ценности путём использования обогащающих добавок растительного происхождения
- Исследование микробиологических показателей и показателей безопасности зерновых макаронных изделий
Введение к работе
Актуальность проблемы. Целями государственной политики в области здорового питания населения на период до 2020 года являются сохранение и укрепление здоровья населения, профилактика заболеваний, обусловленных неполноценным и несбалансированным питанием. Одна из основных задач - «развитие производства пищевых продуктов, обогащённых незаменимыми компонентами, специализированных продуктов детского питания, продуктов функционального назначения, диетических (лечебных и профилактических) пищевых продуктов…», решение которой должно способствовать увеличению «доли производства продуктов массового потребления, обогащённых витаминами, минеральными веществами» и другими незаменимыми нутриентами.
К продуктам массового потребления относятся, несомненно, и макаронные изделия, являющиеся наиболее распространёнными пищевыми продуктами в рационе потребителей, в том числе и российских. Россия находится на 4 месте в мире по производству макаронных изделий и на 19 месте по их потреблению – 6 кг в год на человека. Именно поэтому макаронные изделия являются наиболее удобным объектом, с помощью которого можно в требуемом направлении корректировать пищевую ценность любого рациона питания.
На рынке макаронных изделий продукция диетического и функционального назначения, обогащённые макаронные изделия и изделия повышенной пищевой ценности занимают небольшой сегмент, который не превышает 1 %. В связи с данным фактом разработка ассортимента макаронных изделий повышенной пищевой ценности, с направленно изменённым химическим составом является актуальной.
Значительный вклад в решение проблемы повышения пищевой ценности макаронных изделий внесли исследования отечественных и зарубежных ученых: Л.А. Бурова, Н.М. Дерканосовой, С.Я. Корячкиной, Г.М. Медведева, Н.А. Манкеевой, Г.О. Магомедова, Н.И. Назарова, Р.Д. Поландовой, А.И. Рыбака, Л.Ю. Савватеевой, В.Я. Черныха, Т.И. Шнейдер, В.Г. Юрчак и др.
Известно, что лучшим сырьём в макаронной отрасли является макаронная мука, полученная помолом зерна твёрдой пшеницы (Triticum durum), однако собственных запасов такой пшеницы в России не так много (до 500 тыс. т), поэтому из макаронной муки вырабатывается всего 10 % макаронной продукции, в основном несколькими производителями из первой десятки. Региональные же производители используют преимущественно мягкие сорта, причём даже в тех регионах, где выращивают твёрдые сорта пшеницы. Однако, как известно, мука из мягких сортов пшеницы характеризуется недостаточно высокими макаронными свойствами, в связи с чем потребность в улучшении качества изделий из хлебопекарной муки стоит очень остро.
В связи с вышесказанным необходим комплексный подход к разработке макаронных изделий повышенной пищевой ценности, который должен основываться на теоретически и экспериментально обоснованном выборе таких обогащающих добавок и нетрадиционных видов основного сырья, которые, с одной стороны, способствовали бы повышению пищевой ценности макаронной продукции и, с другой, обеспечивали бы стабильность качества макаронных изделий из хлебопекарной муки или придавали бы им специальные физико-химические характеристики, способствующие выработке высококачественной продукции.
Работа проводилась в рамках научно-технической программы Министерства образования РФ «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники» подпрограммы «Технология живых систем» по теме «Разработка научных основ повышения качества и безопасности продуктов питания» (2000–2004 г.г.), Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России на 2009-2013 годы», НТП Министерства образования РФ «Научное, научно-методическое, материально-техническое и информационное обеспечение системы образования» (НИР 2.3.4.(00.0)264.035 «Разработка лечебно-профилактических рационов питания учащейся молодежи, проживающей в районах с повышенным радиационным фоном»), хоздоговорной темы № 21/4-07 «Разработка и утверждение нормативно-технической документации – технических условий, технологических инструкций и рецептур - на макаронные изделия с инулином» (заказчик компания BENEO-Orafti»(Бельгия)).
Цель и задачи исследования. Цель работы состояла в теоретическом и экспериментальном обосновании разработки новых видов макаронных изделий повышенной пищевой ценности путём использования нетрадиционных для макаронного производства видов основного сырья и обогащающих добавок животного и растительного происхождения.
В задачи исследования входило:
- оценка химического состава предлагаемых нетрадиционных видов основного сырья и обогащающих добавок;
- исследование влияния нетрадиционных видов основного сырья и обогащающих добавок на свойства клейковины и крахмала пшеничной муки, реологические свойства макаронного теста и качество макаронных изделий;
- обоснование оптимальных дозировок нетрадиционных видов основного сырья и обогащающих добавок, способствующих повышению качественных показателей макаронной продукции;
- анализ процесса сушки макаронных изделий из нетрадиционных видов основного сырья и с использованием обогащающих добавок, вывод математических зависимостей продолжительности процесса сушки изделий от химического состава используемых нетрадиционных видов основного сырья и обогащающих добавок;
- исследование микробиологических показателей и показателей безопасности отдельных видов разработанных макаронных изделий;
- определение показателей пищевой ценности разработанных макаронных изделий;
- разработка технической документации на новые виды макаронных изделий повышенной пищевой ценности;
- обоснование экономической и социальной эффективности производства разработанных макаронных изделий;
- проведение опытно-промышленной апробации и внедрение основных результатов исследований на предприятиях макаронной промышленности.
Научная концепция. В основу теоретического и экспериментального обоснования разработки макаронных изделий повышенной пищевой ценности положен комплексный подход, основанный на выборе обогащающих добавок и нетрадиционных видов основного сырья, которые, повышая пищевую ценность макаронной продукции, обеспечивают выработку макаронных изделий высокого качества.
Научные положения, выносимые на защиту:
- теоретически и экспериментально обоснованные решения по разработке макаронных изделий повышенной пищевой ценности на основе использования в их рецептурах нетрадиционных видов основного сырья и обогащающих добавок;
- результаты экспериментальных исследований влияния нетрадиционных видов основного сырья и обогащающих добавок на свойства клейковины и крахмала пшеничной муки, реологические показатели макаронного теста и качество макаронных изделий;
- результаты экспериментальных исследований влияния нетрадиционных видов основного сырья и обогащающих добавок на процесс сушки макаронных изделий;
- данные по химическому составу разработанных макаронных изделий.
Научная новизна работы. Предложена концепция создания качественных макаронных изделий повышенной пищевой ценности на основе комплексного подхода к выбору нетрадиционных видов основного сырья и обогащающих добавок. Разработан новый ассортимент макаронных изделий повышенной пищевой ценности.
Обоснована возможность использования мясных добавок, муки бобовых культур, изолятов растительных белков и дрожжей при производстве макаронных изделий повышенной биологической ценности, установлено их влияние на структурообразующие компоненты пшеничной муки, реологические свойства макаронного теста, процесс сушки полуфабрикатов макаронных изделий и качество макаронных изделий. Исследовано содержание белка, его аминокислотный состав, скоры незаменимых аминокислот, биологическая ценность и перевариваемость белка макаронных изделий.
Показана возможность использования инулина и пшеничной клетчатки при создании макаронных изделий с повышенным содержанием пищевых волокон, проведены комплексные исследования их влияния на показатели качества муки, реологию теста, процесс сушки полуфабрикатов макаронных изделий и качество макаронных изделий. Экспериментально установлено содержание пищевых волокон в новых видах макаронных изделий.
Установлена возможность совместного внесения в макаронное тесто гороховой муки и кефира как источников полноценного белка и морковного пюре, имеющего богатый витаминный и минеральный состав, с целью направленного изменения пищевой ценности макаронных изделий. Изучено их влияние на структурообразующие компоненты пшеничной муки, реологические свойства макаронного теста, процесс сушки полуфабрикатов макаронных изделий и качество макаронных изделий. Исследован химический состав разработанных макаронных изделий.
Предложен способ подготовки целого зерна пшеницы к производству макаронных изделий: определены параметры и условия замачивания зерна пшеницы, изучен процесс диспергирования зерновой массы. Изучены показатели качества и химический состав зерновых макаронных изделий.
Разработаны макаронные изделия из смеси пшеничной муки и муки, полученной путём помола целого зерна овса. Установлены параметры замеса макаронного теста. Определены оптимальные соотношения пшеничной и овсяной муки для получения макаронных изделий хорошего качества. Изучено влияние замены части пшеничной муки овсяной мукой на свойства клейковины и крахмала пшеничной муки, реологические характеристики макаронного теста с учётом водопоглотительной способности овсяной муки, процесс сушки полуфабрикатов макаронных изделий и качество макаронных изделий. Определён химический состав разработанных макаронных изделий.
Практическая значимость работы. Разработаны новые виды макаронных изделий повышенной пищевой ценности путем использования нетрадиционных для макаронного производства видов основного сырья и обогащающих добавок животного и растительного происхождения.
Разработаны и утверждены пакеты технической документации на новые виды макаронных изделий: изделия макаронные «Домашние» ТУ 9149-155-02069036-2002, ТИ 02069036-093; изделия макаронные «Белковые» ТУ 9149-146-02069036-2001, ТИ ТУ 9149-146-02069036; изделия макаронные с изолятами растительных белков ТУ 9149-218-02069036-2008, ТИ ТУ 9149-218-02069036; изделия макаронные «Любительские» ТУ 9149-282-02069036-2011, ТИ ТУ 9149-282-02069036; изделия макаронные с инулином ТУ 9149-206-02069036-2007, ТИ 02069036-126; изделия макаронные «Улучшенные» ТУ 9149-071-02069036-96, ТИ 02069036-024; изделия макаронные «Белково-морковные» ТУ 9149-185-02069036-2011, ТИ ТУ 9149-185-02069036; изделия макаронные зерновые ТУ 9149-218-02069036-2010, ТИ ТУ 9149-218-02069036; изделия макаронные овсяные ТУ 9149-283-02069036-2011, ТИ ТУ 9149-283-02069036.
Проведена промышленная апробация разработанных макаронных изделий на следующих предприятиях: ООО «Хлебный мир», ООО «Макмастер», ООО «Орёлагропром, ООО «Орёлагроюг», ЗАО «Зерноресурс», ОАО «Орёлоблхлеб» (г. Орёл), АО «Мелькрукк» (г. Брянск), ООО «Хотынецкий пищекомбинат» (п. Хотынец Орловской области).
Разработанные автором научные положения и практические решения нашли применение при организации научно-исследовательской работы студентов и аспирантов, результаты исследований используются в учебном процессе на кафедре «Технология хлебопекарного, кондитерского и макаронного производства» ФГБОУ ВПО «Государственный университет – учебно-научно-прозводственный комплекс» при изучении дисциплин «Научные основы повышения качества и безопасности продуктов питания из растительного сырья», «Основы повышения пищевой ценности и лечебно-профилактической направленности продуктов питания», «Технология макаронного производства», «Проектирование предприятий макаронной промышленности», «Исследовательская работа» основных образовательных программ по направлениям подготовки: 260100.62 Технология продуктов питания, 260100.68 Продукты питания из растительного сырья и специальности 260202 Технология хлеба, кондитерских и макаронных изделий.
Апробация работы. Основные результаты работы были представлены и обсуждены на Международных научно-практических конференциях: «Продyкты питания, пищевые добавки, yпаковка: экология производства и переработки отходов» (Москва, ВИМИ, 1998 г.), «Проблемы здорового питания» (Орёл, ОрёлГТУ, 1998 г.), «Продовольственный рынок и проблемы здорового питания» (Орёл, ОрёлГТУ, 1999 г., 2000 г.); «Потребительская кооперация России на пороге третьего тысячелетия»» (Белгород, БУПК, 1999 г.), «Прогрессивные пищевые технологии – третьему тысячелетию» (Краснодар, КубГТУ, 2000 г.), «Потребительский рынок: качество и безопасность товаров и услуг» (Орёл, ОрёлГТУ, 2001 г., 2002 г., 2007 г., 2009 г.), «Потребительский рынок: качество и безопасность продовольственных товаров» (Орел, ОрелГТУ, 2011 г.), «Стратегия развития индустрии гостеприимства и туризма» (Орёл, ОрёлГТУ, 2005 г., 2007 г., 2011 г.), «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации» (Москва, МГУПП, 2005 г.), «Социально-экономические приоритеты регионального развития торговли и общественного питания» (Орёл, ОГИЭиТ, 2006 г.), «Современные наукоёмкие технологии» (о. Тенерифе (Испания), РАЕ, 2006 г., 2008 г.), «Приоритеты и научное обеспечение реализации государственной политики здорового питания в России» (Орёл, ОрёлГТУ, 2006 г., 2008 г., 2010 г.), «Техника и технология пищевых производств» (Могилёв, МГУП, 2007 г.), «Формирование инновационной системы экономики и образования в условиях глобализации» (Воронеж, ВГТА, 2008 г.), «Инновационные технологии в пищевой промышленности» (Пятигорск, ПГТУ, 2008 г.), «Управление реологическими свойствами пищевых продуктов» (Москва, МГУПП, 2008 г.), «Приоритетные направления развития науки, технологии и техники» (Египет, г. Шарм-эль-Шейх, РАЕ, 2008 г.), «Современные проблемы и пути их решения в науке, транспорте, производстве и образовании» (Украина, г. Одесса, НИПКИ Морского Флота Украины, ОНМУ, Морской УКЦ «Marin ECC», 2008 г.), «Перспективные инновации в науке, образовании, производстве и транспорте ‘2009» (Украина, г. Одесса, 2009 г.), «Инновационные технологии и оборудование для пищевой промышленности (приоритеты развития)» (Воронеж, ВГТА, 2009 г.), «Хлебобулочные, кондитерские и макаронные изделия XXI века» (Краснодар, КубГТУ, 2009 г.), «Инновационные направления в пищевых технологиях (инновационные технологии в пищевой промышленности)» (Пятигорск, 2009 г., 2010 г), «Новое в технике и технологии пищевых производств» (Воронеж, ВГТА, 2010 г.), «Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и термовлажностная обработка материалов) СЭТТ-2011» (Москва, МГАУ, 2011 г.) и целом ряде всероссийских научно-практических конференциях и конгрессах, а также представлены на выставке в рамках Международного симпозиума «Управление проектами в переходной экономике: инвестиции, инновации, менеджмент» (Москва, ВДHХ, 4-6 июня 1997 г.), на Ярмарках инвестиций (Орёл, 1997 г., 1998 г.), на региональном совещании фондов поддержки предпринимательства (Орёл, сентябрь 1997 г.), на презентации факультета лёгкой и пищевой промышленности ОрёлГТУ (Орёл, ноябрь 1997 г.), на студенческой выставке в рамках межвузовской областной «Декады наyки-98» (Орёл, ОрёлГТУ, апрель 1998 г.), на выставках в рамках Собрания научной общественности (Москва, 1999 г.) и Собрания ректоров (Москва, апрель 1999 г.), на Российско–Германской конференции «Сотрудничество высшей школы России и Германии на пороге ХХI века» (Берлин, 3-5 мая 1999 г.), на выставке в рамках программы Министерства образования РФ «Индустрия образования» (Орёл, ноябрь 1999 г.), на международных научно–практических конференциях «Продовольственный рынок и проблемы здорового питания» (Орёл, ОрёлГТУ, декабрь 1999 г., декабрь 2004), на 9-ой Международной специализированной торгово–промышленной выставке «Пекарня–макароны–интерсладости-2004» в рамках «Праздника хлеба» (Москва, 2004), на выставке в рамках 8-ой Всероссийской конференции по хлебопечению (Москва, МГУПП, 2004), на выставках в рамках научно–практических конференций студентов и преподавателей «Недели науки – 1999-2011» (Орёл, ОрёлГТУ), на отчетной выставке-ярмарке «Праздник хлеба» (Орёл, октябрь 2004, сентябрь 2006 г.), на отчётной конференции-выставке «Технологии живых систем» (Москва, МГУПБ, ноябрь 2004), на Межрегиональной выставке-ярмарке «Наслаждение вкусом» (Орёл, ОрёлГАУ, 17-18 октября 2005), на выставке в рамках V международной научно-практической конференции «Приоритеты и научное обеспечение реализации государственной политики здорового питания в России» (Орёл, ОрёлГТУ, 12-14 декабря 2006 г.), на 12 Международной специализированной торгово-промышленной выставке «Пекарня-Макароны-Интерсладости-2007» (Москва, ВВЦ, 23-26 апреля 2007 г.), на 13 международной специализированной торгово-промышленной выставке «Пекарня-Макароны-Интерсладости-2008» (Москва, ВВЦ, 8-11 апреля 2008 г.), на выставках в рамках мероприятия «День открытых дверей» (Орёл, ОрёлГТУ, 1998-2011 г.г.), на региональной конференции по хлебопечению «Развитие хлебопекарной отрасли в реализации региональной Программы «Хлеб - это здоровье» (Орёл, Управление Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека по Орловской области, 21 октября 2011 г.), на XI Кубке России по хлебопечению в рамках «Праздника хлеба – 2011» (Москва, ВВЦ, 2011 г.).
Публикации. По теме данного исследования опубликовано 97 работ, в том числе 19 статей в реферируемых ВАК журналах, 9 статей в других научных журналах и сборнике научных трудов, 2 монографии, 1 коллективная монография, получено 8 патентов на изобретения.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, литературного обзора, главы, посвящённой объектам и методам исследования, 9 глав экспериментальной части, в которых приведены результаты исследований и их анализ, выводов, библиографического списка литературы (302 наименования) и приложений. Объём диссертации составляет 326 страниц, в том числе 61 рисунок и 116 таблиц.
Личное участие автора. Личный вклад соискателя заключается в постановке задач, проведении экспериментов и их теоретическом анализе, в статистической обработке и публикациях полученных результатов, а также в разработке технической документации на новые виды макаронных изделий и их промышленной апробации на предприятиях отрасли.
Пути повышения биологической ценности макаронных изделий
Белки являются главной составляющей любого пищевого рациона и определяют характер всего питания в целом [33]. Только при наличии физиологически необходимого количества белка в организме в полной мере проявляются биологические функции других ингредиентов пищи [10, 69, 124, 277]. Причём существует мнение, что для выполнения всех функций самого белка важен не он сам, а освобождающиеся при его гидролизе в желудочно-кишечном тракте аминокислоты. Именно их состав предопределяет биологическую ценность белка, поступающего в организм с пищей [124, 158].
Задача повышения биологической ценности макаронных изделий может быть решена путём введения в рецептуру дополнительных видов сырья или добавок с более высоким по сравнению с мукой содержанием белка и наиболее дефицитных аминокислот. При разработке новых видов макаронных изделий, имеющих повышенную биологическую ценность, и определении оптимальной дозировки белковых добавок, используемых в качестве обогатителей, в соответствии с нормами сбалансированного питания для наиболее полного усвоения организмом необходимо, чтобы соотношение белков и углеводов составляло 1:4 - 1:4,5; в то время как в макаронной продукции данное соотношение составляет приблизительно 1:7. Поэтому в макаронные изделия, содержащие в среднем 10 % - 12 % белка, дополнительно может быть введено такое же количество белков [9, 178, 137].
В России основными обогатителями макаронных изделий белком являются яйцепродукты (яйцо, меланж, сухой яичный порошок, сухой яичный белок) [156, 170, 248, 287, 337, 62]. Являясь альбуминным белком, белок яйца положительно влияет на структуру макаронного теста и готовых изделий, а желток яйца придаёт готовым изделиям приятный желтоватый оттенок [137]. Содержание белков в составе макаронных изделий при использовании сухого молока в количестве 8 % к массе муки увеличивается в среднем на 4 %, однако при этом заметно ослабляется структура макаронных изделий [156]. В Одесском технологическом институте пищевой промышленности исследована возможность применения в качестве белковых добавок яичного порошка, сухой молочной сыворотки (CMC), копреципитата кальция, кукурузного белкового порошка (КБП). Показано, что их введение в состав макаронных изделий повышает в них содержание белка в целом и отдельных незаменимых аминокислот. При использовании яичного порошка не установлено улучшения структурно-механических свойств теста и макаронных изделий из крупки мягкой пшеницы, наоборот, прочность изделий при внесении 7,5 % яичного порошка снижается на 26,6 %. CMC, копреципитат кальция и КБП в оптимальных дозировках увеличивают прочность сухих изделий на излом и повышают варочные свойства готовых изделий [248]. В Московском государственном университете пищевых производств разработан способ производства макаронных изделий с обогатительной добавкой, включающей в себя кисломолочный продукт СГОЛ (молочная гидролизованная сыворотка, обогащенная лактатами) в количестве 20 % от массы муки и сухую пшеничную клейковину в количестве 5 % от массы муки, повышающий в макаронных изделиях не только содержание белков, но и витаминов Вь В2, РР, и макроэлементов [151, 234]. Г.М. Медведевым с сотрудниками было предложено использовать кисломолочный продукт кефир. Кефир позволяет повысить биологическую ценность макаронных изделий и в то же время оказывает положительное влияние на их варочные свойства благодаря тому, что в процессе варки изделий происходит коагуляция молочного белка (створаживание), способствующая, подобно клейковине, фиксированию структуры изделий [156]. В Орловском государственном техническом университете предложено использовать кефир с массовой долей жира 3,2 % для повышения варочных свойств макаронных изделий, при этом в их составе повышается доля незаменимых аминокислот [184]. В ГосНИИ хлебопекарной промышленности разработан способ производства макаронных изделий (Патент РФ № 2147202), предусматривающий внесение в макаронное тесто сухой молочной сыворотки, соли фосфорной кислоты, аскорбиновой кислоты, пищевого красителя, аминокислот (глицин, цистин). Изобретение позволяет облегчить формование и улучшить варочные свойства макаронных изделий, повысить содержание в готовом продукте лизина, треонина, глицина и цистина [192]. Для повышения биологической ценности макаронных изделий применяют белки сухой подсырной сыворотки, использование которой увеличивает содержание белка до 20 % и повышает органолептические показатели макаронной продукции [248]. ГосНИИХП разработана техническая документация на изделия макаронные «Сывороточно-яичные», вырабатываемые из пшеничной муки высшего и первого сортов с добавлением сухого сывороточно-яичного концентрата ЯСК-50. Его использование благоприятно сказывается на качестве изделий и повышает их пищевую ценность [43]. На второй специализированной выставке-ярмарке «Макароны-94» были представлены изделия для детского питания «Артек» с творогом и яичными продуктами, «Школьные» - с молочными и яичными добавками, изделия в виде вермишели с добавлением гороха [30].
Использование рыбного белкового концентрата в количестве 10 % повышает содержание белков более чем в 1,5 раза. Рыбный белок хорошо связывается в структуре макаронного теста, о чем свидетельствует низкий процент потерь белка и сухих веществ в варочной воде [178]. В Воронежской технологической академии предложено использовать концентраты рыбных белков, полученных ферментативным способом, которые легко растворяется в воде и не дают рыбного запаха. Оптимальная дозировка рыбного белкового концентрата равна 3,5 % к массе муке [248]. В Астраханском государственном техническом университете разработан способ производства макаронных изделий с обогатительной добавкой (заявка № 2007111007), включающей в себя рыбный гидролизат без отделения непроферментированного белкового остатка. Его вносят в количестве 10 % -12 % к массе муки. Изобретение позволяет получить макаронные изделия с повышенным содержанием всех незаменимых аминокислот. В Японии предложен способ производства макарон, содержащих рыбу [68]. Известно использование в макаронном производстве рыбной муки [170], пасты из креветок и рыбного филе, содержащего костные компоненты [67], а также мясного экстракта и мясного порошка, полученного при сушке варёного жирного мяса или кожи цыплят, свиней, коров [248].
Теоретическое обоснование использования пшеничной клетчатки и инулина при производстве макаронных изделий, обогащенных пищевыми волокнами
Биологическая ценность пищевого белка, отражающая качество белковых компонентов изделий (в том числе и степень сбалансированности его аминокислотного состава), опытных образцов выше, чем контрольного на 16 %. Численно характеризующий сбалансированность незаменимых аминокислот по отношению к физиологически необходимой норме (эталону) коэффициент утилитарности аминокислотного состава (U), выражаемый в долях единиц и в идеале равный 1, опытных образцов выше, чем контрольного на 0,12 долей ед. При употреблении 100 г макаронных изделий с мясом кур и телятиной суточная потребность в белке удовлетворяется на 22,6 % - 13,6 % и 23 % - 14 % соответственно (исходя из средней суточной потребности в белке взрослых людей - 61,5-102 г (65-117 г для мужчин и 58-87 г для женщин [165]). Таким образом, полученные данные свидетельствуют о большей сбалансированности незаменимых аминокислот белка опытных образцов и о более рациональном возможном их использовании организмом человека.
Определение степени податливости белков сваренных макаронных изделий действию протеолитических ферментов (пепсина) показало (таблица 4.8), что количество белковых веществ, подвергшихся действию фермента и перешедших в раствор, увеличилось по сравнению с аналогичным показателем контрольного образца на 13 % - 19 %. Как известно, пепсином легко расщепляются альбумины и глобулины как животного, так и растительного происхождения. И кроме этого, белки высокой биологической ценности отличаются легкой перевариваемостью и хорошей усваиваемостью (например, белки мышечной ткани усваиваются на 96 %, белки мяса птицы -на 93 % [107]). При этом в данном случае имела место тепловая обработка макаронных изделий, что ускоряет процесс перевариваемости.
Проведённые исследования показали положительное влияние введения в рецептуру макаронных изделий мясных обогащающих добавок как с точки зрения качества, так и повышения биологической ценности макаронной продукции, что позволяет рекомендовать их использование в промышленном производстве изделий повышенной биологической ценности.
На основании полученных результатов разработана и утверждена техническая документация на новые виды макаронных изделий: «Домашние с мясом кур» - ТУ 9149-155-02069036-2002, ТИ 02069036-093, РЦ 02069036-138, «Домашние с телятиной» - ТУ 9149-155-02069036-2002, ТИ 02069036-093, РЦ 02069036-139, согласованные с органами Госсанэпиднадзора и Госстандарта. Предлагаемый состав теста для производства макаронных изделий защищен патентом на изобретение № 2265371 (приоритет изобретения - 12 апреля 2004 г., зарегистрировано в Государственном реестре изобретений РФ 10 декабря 2005 г.).
Разработка макаронных изделий повышенной биологической ценности путём использования обогащающих добавок растительного происхождения
Для данных исследований в качестве основного сырья использовали муку пшеничную хлебопекарную высшего сорта (образец № 2).
Соевую муку вносили в количестве 5 %, 7,5 % и 10 %, гороховую и чечевичную -5 %и 10 % от массы мучной смеси, т.е. заменяя часть 117 пшеничной муки мукой бобовых культур. Муку бобовых культур предварительно смешивали с пшеничной мукой для получения мучной смеси. Контрольным образцом служил образец из пшеничной муки и воды.
С целью установления рациональных дозировок муки бобовых культур взамен части пшеничной муки исследовали влияние различных дозировок соевой, гороховой и чечевичной муки на свойства клейковины и крахмала пшеничной муки, результаты которых представлены в таблицах 4.9, 4.10, 4.11 и на рисунке 4.4.
Анализ полученных результатов показал, что содержание сырой клейковины в образцах с заменой части пшеничной муки соевой, гороховой и чечевичной в различных дозировках ниже, чем у контрольного образца на 0,2 % - 1,1 %, 0,4 % - 0,56 %, 0,76 % - 1,2 % соответственно. Одной из причин незначительного снижения содержания сырой клейковины при замене части пшеничной муки мукой бобовых культур является способность вносимых видов муки поглощать и связывать воду, которая напрямую связана с содержанием белка в муке [77]. У всех исследуемых образцов, за исключением образца с 10 % соевой муки, наблюдается укрепление клейковины, при этом следует отметить, что именно внесение соевой муки в минимальной степени способствует укреплению пшеничной клейковины, поскольку в её составе вносится дополнительное количество липидов, с одной стороны, участвующих в формировании и упрочнении клейковины, с другой, наоборот, повышающих её пластичные свойства.
Укрепление сырой клейковины сопровождается снижением её гидратационной способности на 4,04 % - 6,54 %, 4,06 % - 9,04 % и 16,24 % -21,34 % соответственно, однако в меньшей степени, чем можно было ожидать, за исключением образца с чечевичной мукой. Когезионная прочность клейковины повышается у всех исследуемых образцов: при внесении соевой муки - на 20,64 %, 10,96 % и 8,7 % соответственно; при внесении гороховой муки - на 21,6 % и 18,38 % соответственно; при внесении чечевичной муки - на 20,6 % и 25,8 % соответственно.
Исследования содержания сухой клейковины показали снижение её содержания, поскольку мукой бобовых культур заменяется часть пшеничной муки, но полученные результаты превышают теоретически ожидаемые, что, на наш взгляд, связано с участием вносимых белков в формировании структуры клейковины.
Как показали исследования степени растворимости клейковины в полярном растворителе (6 М растворе мочевины) (таблица 4.10), количество белков, перешедших в раствор мочевины в среднем на 2,7 % ниже, чем у контрольного образца. Снижение растворимости опытных образцов клейковины свидетельствует об изменении структурных особенностей белковых молекул, сопровождающихся образованием более прочных внутренних связей между молекулами или агрегатами молекул клейковинных белков при внесении в тесто муки бобовых культур, что несколько увеличивает содержание сухой клейковины, а также объясняет её укрепление и повышение её когезионной прочности, т.е. сил сцепления частиц между собой.
Разработка макаронных изделий повышенной биологической ценности путём использования обогащающих добавок растительного происхождения
Одно из основных направлений развития ассортимента макаронных изделий повышенной пищевой ценности - разработка технологии их изготовления из диспергированного зерна пшеницы. Такие изделия отличаются от традиционных из муки мягких или твёрдых пшениц повышенным содержанием пищевых волокон, витаминов, белков, минеральных и других веществ, характерных для целого зерна [298].
Целью данной работы явилось исследование возможности производства макаронных изделий повышенной пищевой ценности из цельносмолотого предварительно замоченного зерна пшеницы.
В качестве основного сырья в работе использовали зерно озимой мягкой пшеницы Московская 39, произрастающей в Орловской области (IV типа, 1 подтипа, 3-го класса), в соответствии с ГОСТ Р 52554-2006 «Пшеница. Технические условия». Показатели качества зерна пшеницы следующие: запах, величина, цвет - в соответствии с ГОСТ Р 52554-2006 «Пшеница. Технические условия»; влажность - 10,5 %; натура зерна -750 г/л; содержание сорной примеси - 1 %, зерновой - 2 %; содержание сырой клейковины - 23,0 %.
При производстве зерновых макаронных изделий, в отличие от традиционной технологии, вместо муки используют зерновую массу, которую готовят путём измельчения на диспергаторе специально обработанного зерна пшеницы. Специальная обработка заключается в замачивании зерна, которое осуществляют в различных условиях. Цель замачивания - набухание зерна и размягчение его оболочек. В результате замачивания происходят изменения в качественном и количественном составе зерна пшеницы, что в первую очередь зависит от длительности и условий осуществления этого процесса.
При продолжительном замачивании (от 8 до 24 часов) происходит частичное прорастание зерна и в процессе его подготовки существенно изменяется белково-протеиназный комплекс. Прорастание сопровождается увеличением содержания свободного восстановленного глютатиона в зародыше, что способствует активизации протеолитических ферментов зерна. Во фракциях клейковинных и неклейковинных белков происходит восстановление дисульфидных связей и увеличение количества сульфгидрильных групп. Такие изменения в структуре фракций белков приводит к дезагрегации клейковины. Количество отмываемой клейковины в зерне за 24 часа подготовки снижается, а её физические свойства ослабевают.
Кроме этого, длительное замачивание ведёт к тому, что большая часть сухих веществ зерна переходит в воду (например, при замачивании зерна в воде, имеющей температуру 30 С, количество сухих веществ, перешедших в воду через 8 часов замачивания, составляло порядка 0,47 %, а через 18 часов замачивания - уже около 0,73 %) [298], и существенно уменьшается микробиологическая чистота зерна пшеницы.
Для получения зерновой массы, способной подвергаться диспергированию, влажность зерна должна составлять 40 % - 45 % [99]. Однако известно, что при производстве макаронных изделий в условиях непрерывного процесса замеса и прессования на шнековых прессах оптимальная влажность теста должна составлять в среднем 32 %. К тому же при такой влажности изделия характеризуются оптимальными прочностными свойствами [156]. Подтверждением этого явились исследования, проведённые сотрудниками ГосНИИХП, показавшие, что для получения макаронного теста и полуфабриката с удовлетворительными свойствами влажность диспергированной массы зерна должна быть 31 % -35 % [298].
Подготовку зерна на первых стадиях эксперимента проводили в течение 6 часов, каждый час отбирая пробы для анализа. Замачивание зерна осуществляли при гидромодуле 1:1. Исследовали изменение влажности зерна (воздушно-тепловым методом с предварительным подсушиванием по ГОСТ 13586.5-93) и длительность его подготовки при температуре воды, используемой для замачивания, равной 20; 30 и 45 С (рисунок 7.1).
Установлено, что в первые 4 часа замачивания при всех температурных режимах происходит существенное увеличение влажности зерна: с 10,5 % до 26,0 % - 30,0 %. Это явление связано с интенсивным поглощением влаги через зародыш и бороздку. Однако с увеличением температуры воды с 20 до 40 С интенсивность поглощения влаги возрастает: если при температуре воды, равной 20 С, влажность зерна через 4 часа составляет 26 %, при 30 С -28 %, то при 40 С - 30 %.
В течение первых четырех-шести часов влагой насыщаются последовательно плодовые и семенные оболочки, алейроновый слой и зародыш, где влага прочно связывается, благодаря высокой гидрофильности тканей [63]. Далее происходит диффузный перенос воды из алейронового слоя и зародыша внутрь эндосперма [253]. Поглощение влаги эндоспермом проходит медленно, поэтому и влажность зерна увеличивается медленнее.
В ходе данного эксперимента установлено, что необходимая влажность зерновой массы, предназначенной для производства макаронных изделий на промышленных прессах, равная 32 % - 33 %, достигается за менее продолжительное время, а именно за 5 часов, при температуре воды, равной 45 С, тогда как при температуре воды 20 и 30 С это происходит более чем через 8 и 6 часов соответственно.
Однако, на наш взгляд, возможно ещё в большей степени сократить продолжительность замачивания зерна. С этой целью были использованы ферментные препараты целлюлолитического действия - отечественный препарат целловиридин Г20х и ферментный препарат Pentopan 500BG производства компании «Novozymes» (Дания), действие которых направлено на гидролиз целлюлозы и гемицеллюлоз, входящих в состав клеточных стенок оболочек, что увеличит доступ влаги к другим составным частям зерна пшеницы и обеспечит его более быстрое набухание. Следует отметить, что оптимальные условия действия данных ферментных препаратов - это температура 45-55 С, что уже способствует сокращению продолжительности замачивания, и рН, равная 4,5-5,5. Для создания такой рН была использована аскорбиновая кислота.
Исследование микробиологических показателей и показателей безопасности зерновых макаронных изделий
Интегральный показатель, характеризующий конкурентоспособность, выше 1 для всех новых видов макаронных изделий, за исключением изделий с телятиной, пивными дрожжами и инулином. Однако сводный индекс технических параметров, характеризующий качественные показатели разработанных видов макаронных изделий и их пищевую ценность, выше аналогичного показателя контрольного образца на 15 % - 240 %.
Для уточнения интегрального показателя конкурентоспособности новых видов изделий провели мониторинг цен на макаронные изделия с добавками, существующие на рынке, и сравнили их с ценами на разработанные инновационные продукты. Для анализа использовали отпускные цены производителей (без оптовых и розничных наценок торговых посредников).
Нами установлено, например, что цена 1 кг макаронных изделий группы В (без добавок) таких отечественных производителей, как ОАО «Экстра М», составляет в зависимости от массы единицы упаковки от 27,46 до 38,18 руб.; ЗАО «Русская Мельница» - от 29,9 до 34,25 руб.
Цена 1 кг изделий с яичными добавками, вырабатываемых ОАО «Экстра М», при упаковке в потребительскую тару массой 450 г составляет 76,6 руб.; аналогичных изделий «Паста Аньези» (Италия) -139,5 руб., «Мальтальяти» (Италия) - 181,7 руб., при этом цена 1 кг разработанных изделий повышенной биологической ценности находится в диапазоне от 22,46 руб. (изделия с гороховой мукой) до 97,68 руб. (изделия с телятиной).
Цена 1 кг изделий с овощными добавками, с пряными травами, с паприкой и другими приправами («Шебекинские» (Россия), «Паста Аньези» (Италия), «Паста Маработто» (Италия), «Мальтальяти» (Италия), «Паста ЗАРА» (Италия), «Паста Реджа» (Италия) и др.) составляет от 78,57 руб. до 384 руб. (изделия премиум класса). Для сравнения: цена 1 кг разработанных изделий с белково-морковной добавкой - 29,58 руб.
Цена 1 кг цельнозерновых пшеничных и цельнозерновых ржано-пшеничных изделий ООО «Торговый дом «Дивинка» - 23 руб., разработанных нами зерновых изделий - 21,63 руб.
Необходимо отметить, что высокая цена некоторых видов макаронных изделий повышенной пищевой ценности компенсируется социальным эффектом их использования, поскольку практически все они обладают полезными для организма человека свойствами и могут быть рекомендованы людям, страдающим определёнными заболеваниями или проживающим в экологически неблагополучных регионах: так, макаронные изделия, обогащенные белком и пищевыми волокнами, - для больных сахарным диабетом, при ожоговых травмах, при ожирении, остром ревматизме; изделия, обогащенные пищевыми волокнами, - при атониях кишечника; макаронные изделия из смеси пшеничной и овсяной муки из целого зерна овса - при атеросклерозе, ожирении, заболеваниях печени, нервном истощении, пониженной функции кишечника и т.д.
1 Теоретически обосновано и экспериментально подтверждено применение обогащающих добавок (мясных продуктов, муки бобовых культур, изолятов растительных белков, дрожжей, инулина, пшеничной клетчатки и белково-морковной добавки) и нетрадиционных видов сырья (целого зерна пшеницы и муки из целого зерна овса) с целью повышения пищевой ценности макаронных изделий. Научно обоснованы технологические решения по созданию новых видов макаронных изделий повышенной пищевой ценности. Разработана и утверждена техническая документация на новые виды макаронных изделий «Домашние», «Белковые», с изолятами растительных белков, «Любительские», с инулином, «Улучшенные», «Белково-морковные», зерновые и овсяные.
2 Разработаны макаронные изделия повышенной биологической ценности путём использования при их производстве мясных добавок, муки бобовых культур, изолятов растительных белков и дрожжей.
2.1 На основании результатов исследований свойств клейковины и крахмала пшеничной муки, реологических показателей макаронного теста и качества готовых макаронных изделий, определены рациональные дозировки обогащающих белковых добавок, а именно: 15 % от массы муки (мясные добавки), 10 % от массы мучной смеси (гороховая, чечевичная и соевая мука), 10 % от массы смеси (изоляты белков гороха, кукурузы и сои, пивные дрожжи), 10 % от массы муки (прессованные дрожжи) и 5 % от массы смеси (сушёные дрожжи).
2.2 Определены показатели биологической ценности белков макаронных изделий, удовлетворение суточной потребности в белке, в том числе в растительном белке. Показано, что в составе всех макаронных изделий повышается содержание белка (максимум на 8,19 %) и его БЦ (на 6 % - 16 %), коэффициент утилитарности аминокислотного состава - на 0,06 0,27 долей ед.
2.3 Суточная потребность в белке при употреблении 100 г макаронных изделий с мясными добавками, мукой бобовых культур, изолятами растительных белков и дрожжами удовлетворяется в среднем на 25,6 % 16 %, в том числе в растительном белке (при употреблении 100 г изделий с мукой бобовых культур и изолятами растительных белков) в среднем на 52,1 % - 31,5 %. Содержание незаменимых аминокислот составляет от 30 % до 34,8 % от общего количества аминокислот, что на 5 % - 9,8 % больше, чем в контрольном образце.
2.4 Разработаны комбинированные смеси изолятов растительных белков, позволяющие повысить БЦ белков макаронных изделий до 72 % -73 %, при следующем соотношении изолятов сои, гороха и кукурузы: 0:5:5, 3:3:4,4:2:4,7:0:3.
2.5 Установлена функциональная зависимость варочных свойств макаронных изделий от количества сырой клейковины в составе пшеничной муки и дозировки изолятов растительных белков.
2.6 Теоретически обоснован механизм участия белоксодержащих добавок (мясных продуктов, муки бобовых культур, изолятов растительных белков) в формировании структуры клейковинных белков и реологическом поведении макаронного теста.
