Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ состояния питания детей школьного возраста и научно-практические аспекты проблемы его совершенствования
1.1 Взаимосвязь пищевого статуса и здоровья детей школьного возраста
1.2 Пищевые вещества и физиологические функциональные ингредиенты — как фактор адекватности рациона питания
1.3 Принципы организации рационального питания школьников в современных условиях
1.4 Перспективные направления развития системы школьного питания
1.5 Существующий ассортимент и технологии функциональных и специализированных продуктов питания для детей школьного возраста
1.6 Факторы, формирующие потребительские свойства 61
формованной кулинарной продукции
Заключение по главе 1 74
2 Организация эксперимента, объекты и методы исследований
2.1 Методологические подходы 76
2.2 Объекты исследования 78
2.3 Методы исследований 78
3 Совершенствование научных подходов к разработке специализированной кулинарной продукции для детей школьного возраста
3.1 Анализ факторов, определяющих создание специализированной кулинарной продукции для детей школьного возраста
3.2 Обоснование методологии разработки 109
специализированной кулинарной продукции
3.3 Создание баз данных и формирование модельных композиций специализированной кулинарной продукции
Заключение по главе 3 131
4 Исследование и разработка способов модификации свойств растительного сырья, перспективного для производства специализированной формованной кулинарной продукции
4.1 Изучение функционально-технологических свойств овощных масс
4.2 Изучение биохимических и прочностных характеристик зерновой фасоли с целью интенсификация технологических режимов гидротермической обработки
4.3 Изучение кинетики набухания крупяных хлопьев с целью определение технологических режимов подготовки для производства формованной кулинарной продукции
Заключение по главе 4 175
5 Развитие принципов управления структурообразованием комбинированных пищевых систем на основе пюреобразных масс и фаршей из сырья растительного и животного происхождения
5.1 Разработка технологии пюреобразной массы из зерновой фасоли и исследование физико-химических процессов при её струк-турообразовании
5.2 Исследование структурно-механических и термодинамических свойств комбинированных пищевых систем, содержащих пюреобразную массу из зерновой фасоли
5.3 Исследование структурно-механических и термодинамических свойств пищевых систем, содержащих крупяные хлопья
5.4 Исследование влияния условий среды и технологических факторов на свойства пектинов и пектинсодержащих пищевых систем
5.5 Исследование структурно-механических и термодинамических свойств пищевых систем, обладающих детоксикационными свойствами и обогащенных пищевыми волокнами
Заключение по главе 5 254
6 Систематизация и формализация критериев качества специализированной формованной кулинарной гоодукции
7 Разработка рецептур и индустриальных технологий специализированной кулинарной гоодукции на основе пюреобразных масс и фаршей
7.1 Ассортимент специализированной формованной кулинарной продукции на основе пюреобразных масс и фаршей для школьного питания
7.2 Разработка рецептур и технологий специализированной кулинарной продукции на основе масс из зерновой фасоли
7.3 Разработка рецептур и технологий специализированной кулинарной продукции с крупяными хлопьями
7.4 Разработка рецептур и технологий специализированной кулинарной продукции с повышенным содержанием пищевых волокон и обладающих детоксикационными свойствами
8 Комплексные исследования адекватности химического состава, показателей качества и безопасности разработанной кулинарной продукции требованиям школьного питания
8.1 Пищевая и биологическая ценность специализированной кулинарной продукции для детей школьного возраста
8.2 Токсикологические и микробиологические показатели специализированной кулинарной продукции для детей школьно го возраста
8.3 Оценка экономической эффективности производства специализированной кулинарной продукции
Заключение по работе 318
Список использованных источников
- Принципы организации рационального питания школьников в современных условиях
- Объекты исследования
- Создание баз данных и формирование модельных композиций специализированной кулинарной продукции
- Изучение кинетики набухания крупяных хлопьев с целью определение технологических режимов подготовки для производства формованной кулинарной продукции
Введение к работе
1.1 Актуальность темы. Проблема обеспечения полноценным питанием детей школьного возраста с целью сохранения и укрепления их здоровья, является задачей государственной важности. Её решение связано с рядом экономических, медико-биологических, организационно-производственных факторов и основывается на повышении качества, сбалансированности и доступности питания детей и подростков. При этом особое внимание уделяется питанию детей школьного возраста в условиях общеобразовательных учреждений.
Эффективность организации школьного питания является одним из важных показателей социальной направленности развития общества, поэтому его оптимизация должна основываться на передовых научных исследованиях в области гигиены питания и пищевой индустрии.
Вопросам школьного питания, технологическим принципам производства продуктов питания для детей различных возрастных групп посвящены работы Г.И. Касьянова, Л.Г. Климацкой, И.Я. Конь, Г.С. Коробкиной, П.Ф. Крашенини- на, К.С. Ладодо, Н.Н. Липатова, В.М. Позняковского, Г.Ю. Сажинова, В.Б. Спи- ричева, Н.В. Тимошенко, А.В. Устиновой, Е.М. Фатеевой, А.Г. Храмцова, A. Ar- muzzi, D. Hofmann и других ученых. Однако в современных условиях всё еще остается актуальной задача расширения ассортимента специализированной кулинарной продукции с гарантированными показателями качества и безопасности, созданной на основе недорогого и доступного сырья, с учётом физиологических потребностей детей в пищевых веществах и энергии. Вместе с этим, научно- практический интерес представляет направление исследований по адаптации рецептур и технологий кулинарной продукции к поточно-механизированному производству, предусмотренному модернизацией системы школьного питания.
Разработка новых рецептур и промышленно ориентированных технологий специализированной кулинарной продукции для питания детей школьного возраста требует поиска новых подходов и сырьевых источников, гарантирующих расширение её ассортимента и повышение потребительских характеристик. Это, в свою очередь, обуславливает необходимость изучения и обоснования способов модификации свойств сырья, особенностей характеристик рецептурных составляющих и их взаимодействий, проведения оптимизации параметров базовых технологических операций и конструирования рецептур кулинарной продукции с заданными свойствами.
Решению данных вопросов посвящена настоящая диссертационная работа.
Значимость для науки и практики результатов исследований вытекает из основополагающих задач, обозначенных в стратегии России в области здорового питания населения, приоритетном национальном проекте "Образование", федеральной целевой программе «Дети России» на 2007-2010 гг. Актуальность данной тематики подтверждена поддержкой грантами РГНФ (проекты № 04-06-38011 а/ю и № 10-06-38659) и РФФИ (проекты № 08-08-99081 и № 08-08-99077), соответствием плану НИР кафедры технологии и организации питания КубГТУ «Совершенствование технологии продуктов детского, функционального и общественного питания» (№ 01.2007.00872).
Отдельные исследования проводились в соответствии с ФЦП «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг., мероприятие 1.1 НИР «Разработка комплексных экологически безопасных ресурсосберегающих технологий переработки растительного сырья с применением физико-химических и биохимических методов» (№ 01200956355).
1.2 Цель и задачи исследования. Цель работы - разработка научных принципов создания технологий и формирования качества специализированной кулинарной продукции для детей школьного возраста.
Для достижения поставленной цели решались следующие основные задачи:
анализ факторов, определяющих принципы создания специализированной кулинарной продукции для детей школьного возраста;
обоснование выбора рецептурных компонентов и формирование модельных композиций кулинарных изделий на основе комбинирования сырья растительного и животного происхождения;
научное обоснование и разработка способов модификации свойств растительного сырья, перспективного для производства специализированной формованной кулинарной продукции;
исследование влияния технологических факторов на структурно- механические, термодинамические и физиологически функциональные свойства полуфабрикатов и пищевых систем на основе пюреобразных масс и фаршей;
выявление закономерностей изменения структурно-механических свойств и развитие принципов управления структурообразованием комбинированных пищевых систем на основе пюреобразных масс и фаршей;
разработка рецептур и формирование ассортимента формованной кулинарной продукции для питания детей школьного возраста, в том числе с длительным сроком хранения;
систематизация и формализация критериев качества формованных кулинарных изделий;
разработка технологических схем производства кулинарной продукции;
комплексная оценка адекватности химического состава, показателей качества и безопасности специализированной кулинарной продукции;
разработка технической и технологической документации на новые виды продукции и апробация основных результатов исследований.
-
Научная концепция работы заключается в комплексном подходе к разработке технологий и формированию качества специализированной кулинарной продукции для детей школьного возраста, предусматривающем регулирование структурно-механических и биохимических свойств сырья и полуфабрикатов посредством направленного изменения характеристик и соотношений рецептурных компонентов, а также способов и режимов технологических воздействий.
-
Научная новизна работы. На основе проведенных теоретических обобщений и экспериментальных исследований сформулированы ключевые положения научно-практического подхода к созданию промышленно ориентированных технологий и формированию потребительских свойств специализированной кулинарной продукции для питания детей школьного возраста на основе пю- реобразных масс и фаршей из сырья растительного и животного происхождения.
Впервые проанализированы факторы, определяющие создание специализированной кулинарной продукции для школьного питания, включая потребительские предпочтения в отношении разрабатываемой группы товаров.
Впервые предложено использование пюреобразных масс из зерновой фасоли в производстве специализированной формованной кулинарной продукции для школьного питания. Научно обоснована и экспериментально подтверждена разработанная технология переработки зерновой фасоли, обеспечивающая сокращение процесса доведения её до кулинарной готовности и повышение эффективности инактивации антипитательных компонентов. Установлено, что комплексное использование усовершенствованного способа гидротермической обработки зерновой фасоли с последующим замораживанием, обеспечивает повышение усвояемости готовой продукции.
Впервые установлены критериальные реологические показатели новых сортов зерновой фасоли («Горналь», «Мечта хозяйки», «Баллада») до и после гидротермической обработки, выявлена зависимость динамики изменения прочностных характеристик от технологических режимов; показано, что изменение геометрических параметров деформации бобов фасоли зависит от сортовых особенностей и режимов гидротермической обработки. Обоснована целесообразность использования нормального напряжения сжатия в качестве объективного критерия кулинарной готовности бобов зерновой фасоли с различной толщиной семенной оболочки. Впервые получены критериальные реологические показатели пюреобразных масс на основе зерновой фасоли, изучено их изменение в процессе технологической обработки, выявлены оптимальные соотношения структурооб- разователей, пластификаторов и эмульгаторов, а также условия их введения в пищевые системы для производства формованной кулинарной продукции.
Обоснована целесообразность применения крупяных хлопьев в производстве формованной кулинарной продукции на основе овощного сырья и печени; установлены отличия в динамике изменения степени и скорости набухания крупяных хлопьев различного вида, получена зависимость между степенью набухания крупяных хлопьев, продолжительностью и температурой их обработки.
Получены зависимости, описывающие связывание ионов свинца и никеля в пектинсодержащих модельных системах.
Выявлены закономерности изменения структурно-механических свойств и расширены представления о механизме формирования структурной устойчивости комбинированных пищевых систем на основе овощей, зерновой фасоли, крупяных хлопьев, мяса и субпродуктов. Обоснованы и разработаны способы регулирования структурно-механических свойств пюреобразных масс и фаршей на основе адресного изменения характеристик и соотношений рецептурных компонентов, а также технологических режимов производства. Предложены критерии формализации качества формованных кулинарных изделий.
Впервые определены термодинамические свойства комбинированных пюре- образных масс и фаршей из сырья растительного и животного происхождения и подтверждена возможность замораживания и хранения в замороженном виде кулинарной продукции на их основе.
Научно и экспериментально обоснованы технологические режимы производства специализированной кулинарной продукции для детей школьного возраста на основе пюреобразных масс и фаршей.
Новизна технических решений подтверждена 12 патентами РФ.
1.5 Практическая значимость работы. Разработаны рецептуры и технологии кулинарных изделий для питания детей школьного возраста, определены их химический состав, показатели качества и безопасности.
Разработаны технико-технологические карты, технические условия и технологические инструкции на производство специализированной кулинарной продукции для детей школьного возраста (ТУ 9165-165-02067862-2005, ТУ 9165-179- 02067862-2006, ТУ 9165-166-02067862-2005, ТУ 9194-002-02067862-2009, ТУ 9222-005-02067862-2009, ТУ 9162-006-02067862-2009).
Разработаны программы для ЭВМ «Электронный ресурс для расчета рационов школьного питания» (№ 2005612711 от 24.08.05), «Программа расчета химического состава блюд и кулинарных изделий» (№ 2008611276 от 14.03.08), «Электронный ресурс для оптимизации рецептур продуктов питания по пищевой и биологической ценности» (№ 2008611277 от 14.03.08) .
Материалы диссертационной работы апробированы на предприятиях, организующих питание детей школьного возраста в Краснодарском крае: «Комбинат школьного питания № 1», ООО «Забота-Быт» и в условиях школьных столовых.
Результаты исследований используются при чтении лекций, проведении лабораторных и практических занятий по дисциплинам специальностей 260505 и 260501: «Технология продуктов общественного питания», «Технология продуктов детского питания», «Научные основы индустриальных технологий», в курсовом и дипломном проектировании, включены в учебную программу центра переподготовки и повышения квалификации ГОУ ВПО КубГТУ по курсу «Организация и технология школьного питания».
1.6 Апробация работы. Основные результаты работы были доложены и получили соответствующее одобрение на конгрессах, конференциях, семинарах различного уровня, в том числе: «Пищевой белок и экология» (Москва, 2000); «Продовольственная индустрия юга России. Экологически безопасные энергосберегающие технологии хранения и переработки сырья растительного и животного происхождения» (Краснодар, 2000); «Функциональные продукты питания» (Краснодар, 2001); «Актуальные проблемы инноваций с нетрадиционными растительными ресурсами и создания функциональных продуктов» (Москва, 2001); «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации» (Москва, 2004); «Эколого-экономические проблемы региональных торговых рынков» (Красноярск, 2004); «Пищевая промышленность: интеграция науки, образования и производства» ( Краснодар, 2005); «Качество продукции технологий и образования», (Магнитогорск, 2007); «Пищевые технологии» (Казань, 2007); «Наука - производство - технология - экология» (Киров, 2007); «Перспективные нано- и биотехнологии в производстве продуктов функционального назначения» (Краснодар, 2007); «Технологии и продукты здорового питания» (Москва, 2007).
Результаты научных разработок экспонировались на международных, всероссийских и региональных выставках и награждены: золотой медалью и дипломом XIII Московского международного Салона изобретений и инновационных технологий «Архимед - 2010» за разработку «Индустриальная технология кулинарной продукции для школьного питания» (Москва, 2010); серебряной медалью и дипломом VII Московского международного салона инноваций и инвестиций (Москва, 2007); дипломами I, II и III степеней и золотой, серебряной и бронзовой медалями администрации Краснодарского края в конкурсе «Олимп науки Кубани (Краснодар, 2005-2007 гг.).
-
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 90 печатных работ, в том числе монография, 30 научных статей в журналах, рекомендованных ВАК РФ, получено 12 патентов РФ на изобретения и 3 свидетельства о государственной регистрации программ для ЭВМ.
Под научным руководством диссертанта выполнены и защищены кандидатские диссертации Колесниковой Н.Г.(2006 г.) и Яковлевой Т.В. (2009 г.).
-
Структура и объём работы. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора, методической части, шести глав экспериментальных исследований, выводов, списка литературы и приложений. Основная часть работы изложена на страницах машинописного текста, содержит таблиц и рисунков, список литературы включает 388 наименований источников отечественных и зарубежных авторов.
Принципы организации рационального питания школьников в современных условиях
Реализация научных принципов питания детей и подростков тесно связана с системой мероприятий по контролю уровня обеспеченности детского организма необходимым количеством и качеством пищи. Коррекция рационов и дальнейшее улучшение питания основываются на наиболее ранних показателях пищевой неадекватности. Для этого оценивается обеспеченность организма отдельными питательными веществами, и формулируются определённые информативные показатели, позволяющие осуществлять нормирование и оптимизацию питания детей и подростков.
Оптимальным является рацион, калорийность которого полностью соответствует энергозатратам организма, включающим расход энергии на поддержание основного обмена, усиления обмена в ответ на прием пищи (специфически-динамическое действие пищи), рост и развитие, выполнение работы, двигательную активность и др. Соответствие химического состава пищи потребностям растущего организма характеризует качественную адекватность питания [32].
При обеспечении качественного питания первостепенное внимание уделяется незаменимым, строго нормируемым пищевым веществам и физиологически активным нутриентам — белкам, эссенциальным составляющим пищевых жиров, витаминам, минеральным веществам. Особое положение данных веществ определяется невозможностью или ограниченностью их синтеза в организме из других веществ, отсутствием большинства из них в депо, возникновением при их дефиците симптомов пищевой недостаточности.
К заменимым, не строго нормируемым питательным веществам относятся углеводы и жиры, не содержащие обязательных ингредиентов. Если незаменимые пищевые вещества выполняют преимущественно пластическую и каталитическую роль, имеющую важнейшее значение в формировании растущего организма, то заменимые нутриенты относятся к кало-ригенной группе органических соединений, обеспечивающих его энергетику.
Интегральная характеристика потребностей организма в различных ингредиентах питания, рассчитанная на их оптимальное усвоение, адекватное взаимодействие между различными; составными частями пищи, характеризуется как формула сбалансированного питания. Сбалансированное питание предусматривает наилучшие количественные и качественные взаимосвязи основных пищевых веществ. Наиболее физиологичным в рационе детей является соотношение белков, жиров, углеводов как 1:1:4, при этом белки должны составлять около 14 %, жиры — 31 %, углеводы — 55 % от общей калорийности рациона [32].
Потребность в основных ингредиентах и калориях меняется с возрастом, - детям старших возрастных группах требуется меньшее количество белка на единицу массы тела [32], потребность в белках у детей выше, чем у взрослых.
Для растущего организма особенно важно поступление с пищей полноценных белков, так как в организме ребенка не только происходит восстановление отмирающих клеток, как у взрослых, но и в большом количестве создаются новые клетки. Недостаточное поступление с пищей белка нарушает динамическое равновесие белкового анаболизма и катаблизма, сдвигая его в сторону преобладания распада собственных белков организма, в том числе и белков-ферментов. Угнетение биосинтеза белков и существенные сдвиги в ферментативной активности ведут к глубоким изменениям клеточного метаболизма, вызывающим серьезные нарушения в организме. Это способствует снижению мышечной массы, массы печени и других паренхиматозных органов, кроме того, возникают значительные трофические нарушения кожных покровов, волос, ногтей, уменьшается интенсивность продукции гормонов [32].
Однако и избыток белков отрицательно сказывается на здоровье человека любого возраста, так как это вызывает усиленную работу пищеварительного аппарата, увеличивает нагрузку на почки, ведёт к образованию в желудочно-кишечном тракте продуктов гниения и неполного расщепления белков, способных вызывать интоксикацию [32].
Для нормального развития организма важно не только количество белка, но и его качество [32]. Качественный показатель белка, отражающий степень соответствия его аминокислотного состава потребностям организма для синтеза белка, определяется как биологическая ценность. Аминокислотный состав различных белков неодинаков и является важнейшей характеристикой белка, а также критерием его ценности в питании:
По данным А.А. Покровского суточный рацион ребенка должен содержать белок, в состав которого входят следующие незаменимые аминокислоты (в мг/кг): гистидин — 32, изолейцин — 90, лейцин — 150, лизин — 150, метионин — 65-85, фенилаланин — 90, треонин — 60, валин — 93, триптофан - 22, при этом наиболее благоприятным в период роста является соотношение триптофана, лизина и серосодержащих аминокислот (метиони-на и цистина) как 1:3:3 [368].
По данным [303] сбалансированность аминокислотного состава обеспечивается при содержании в 100 г белка: изолейцина - 4,0 г, лейцина - 7,0 г, лизина - 5,5 г, суммы метионина и цистина - 3,5 г, суммы фенилала-нина и тирозина - 6,0 г, треонина - 4,0 г, валина - 5,0 г, триптофана - 1,0 г.
Важным показателем качества пищевого белка служит степень его усвояемости. По скорости переваривания протеолитическими ферментами пищевые белки можно расположить в следующем порядке: рыбные и молочные, мясные, белки хлеба и круп. Биологическая ценность белков зависит также и от доступности отдельных аминокислот. Доступность аминокислот может снижаться при тепловом повреждении, пищевых белков и аминокислот или при наличии в пище ингибиторов протеолитических пищеварительных ферментов.
Для обеспечения сбалансированности питания в состав рациона должны входить в достаточном количестве белки животного и растительного происхождения. Рекомендуется, чтобы в рационах питания детей и подростков на долю белков животного происхождения приходилось от 50 до 60 % от их суточной нормы. Белки растительного происхождения труднее перевариваются и усваиваются, однако бобовые (соя, горох, фасоль и другие) содержат много биологически ценного белка.
Для удовлетворения потребностей организма в аминокислотах целесообразно использовать комбинации пищевых продуктов по принципу взаимного дополнения аминокислот. Полноценный белок может быть заменен двумя или тремя неполноценными белками, которые, дополняя друг друга, дают в сумме все необходимые аминокислоты. Так, благоприятна комбинация растительных и животных продуктов, например, крупяные и мучные изделия с творогом, мучные блюда и кулинарные изделия с мясом и мясопродуктами. При смешанных пищевых рационах обогащается состав и других компонентов - липидов, углеводов, минеральных веществ, витаминов, что способствует также улучшению регенерации гемоглобина крови, укреплению иммунитета.
Объекты исследования
Изучение реологических свойств сырья, полуфабрикатов и готовой продукции проводили на ротационных вискозиметрах «Реотест-2» и «HBDV-II+» с программным обеспечением «WinGather», а также информационно-измерительном комплексе, включающем прибор «Структуро-метр СТ-1».
Измерения на вискозиметре «Реотест-2» проводили следующим об-разом: в измерительный цилиндр загружали шприцем 17 см образца с высокой вязкостью (цилиндрическое измерительное устройство Н) или 50 см образца со средней вязкостью (цилиндрическое измерительное устройство S3), образец термостатировали при температуре 20 С около 20 минут. Затем проводили измерения сдвигающего напряжения с увеличением скорости сдвига до 145,8 с , снимая зависимость т = f (D) в одном направлении, а затем, после выдерживания системы в течение 10 минут в статическом режиме, в обратном - с уменьшением скорости сдвига от 145,8 до 0,3333 с 1, цикл повторяли 2 раза с интервалом в 10 минут. Погрешность измерений ±3%.
Касательную скорость или напряжение сдвига (т) и скорость сдвига или деформацию (Д) можно вычислить для коаксиальной цилиндрической системы. Поэтому мы добивались соотношения радиусов г / R = 1 и относили вычисленный параметр т и Д к радиусу внутреннего цилиндра. Получились следующие соотношения: - касательное напряжение или напряжение сдвига тг= М / 2п 1 г (2) - скорость сдвига или деформация Д. = 2ю R2 / R2 — г2 (3) - вязкость Т = тг/ Д. (4) Графическое изображение зависимости касательного напряжения от деформации называется кривой текучести.
Между считываемыми измеряемыми величинами имеют силу следующие уравнения. Касательное напряжение (тг) и деформация (Д) отно 86 сятся к радиусу внутреннего цилиндра коаксиальной системы цилиндров. Для действующего в веществе касательного напряжения (тг) получали: xr=z-a, (5) где тг — касательное напряжение (дин/см ); z — цилиндрическая константа (дин/см2 1 деление шкалы); a - считываемое значение по шкале индикатора. Зависящая от размеров системы цилиндров и постоянных пружин динамометра цилиндрическая константа для каждого измерительного устройства дифференцируется по- диапазону касательного напряжения 1 и 2, дается в протоколе испытаний.
Деформация Дг (S"1) дает показания падения скорости в кольцевом зазоре, часто также со скоростью деформации. Это зависит от параметров цилиндрической системы, а также пропорционально скорости вращения вращающегося цилиндра. Пользуясь измеренным касательным напряжением тг и деформацией Дг можно вычислить динамическую вязкость т, сП: Л = тг/Д.-100, (6) где тг— касательное напряжение (дин/см ); Дг — деформация. При неньютоновских жидкостях получают из этого вычисления мнимую вязкость измеряемого вещества. С целью упрощения вычислений динамической вязкости устанавливают: ч = Тг-і, (?) где f- 100 - Д."1. Коэффициент f как и деформация указывается для всех ступеней скорости вращения и измерительных устройств в ступенчатом зеркале ротационного вискозиметра. Коррегированная частота коэффициента вычисления имеет величину fK = f-50/V (8) При особой частоте 60 Гц величина меняется с 50 на 60.
Для вычисления значений величин структурно-механических характеристик по экспериментальным данным строили зависимости: скорость сдвига — напряжение, эффективная вязкость - скорость сдвига, вязкость — напряжение. Экспериментально полученные кривые течения реальных пищевых систем могут быть описаны линейными или нелинейными математическими моделями деформационного поведения пищевых продуктов, как при сдвиговых, так и при нормальных напряжениях [60, 341]. На основании экспериментов ротационной вискозиметрии графическим методом, с достаточно высокой точностью, определяются значения коэффициентов реологических уравнений (В , n, 0О, rm) [320].
При течении неньютоновских систем вязкость не остается величиной постоянной, - она зависит от напряжения сдвига и градиента скорости. Эффективнаявязкостьненьютоновскихжидкостей.состоит из двух компонентов: ньютоновской вязкости, основанной на внутреннем течение жидкости и представляющей собой физическую константу материала, и структурного сопротивления, зависящего от структурного состояния дисперсных систем и являющегося функцией скорости сдвига
Зависимость эффективной вязкости от напряжения или скорости сдвига является основной характеристикой структурно-механических свойств дисперсных систем, так как эффективная вязкость является итоговой характеристикой, описывающей равновесное состояние между процессами восстановления и разрушения структуры в установившемся потоке.
Универсальным реометром, позволяющим проводить измерения классических и условных реологических характеристик пищевых продуктов является информационно-измерительный прибор «Структурометр СТ-1» [225, 427]. Принцип его работы основан на измерении силы взаимодействия неподвижного инструмента и исследуемой пробы продукта, расположенной на столике, который перемещается по заданному закону. Прибор может использоваться в качестве пластометра, адгезиометра, вискозиметра, включает в себя блок управления, сменные измерительные головки и набор сменных тел пенетрации (инденторов) и приспособлений,
При проведении исследований на приборе «Структурометр СТ-1», предварительно выбирались значения силы прибора и рациональная продолжительность измерений, так как при сравнительно малой нагрузке ин-дентор не погружается на необходимую глубину в исследуемый образец, в результате чего получаемые значения являются завышенными и недостоверными.
Реологические характеристики модельных пищевых систем определяли в режимах № 1-6. Для отработки режима № 1 из исследуемой массы отделяли образцы массой по 13 г и поочередно помещали в алюминиевые полые цилиндры с дном в виде подвешенной гири. Задавали начальное и конечное, усилие, Fo=0,5 Н и F=10 Н соответственно и скорость движения столика V = 100 мм/мин. Определяли значение общей деформации, Hi, мм, затем - пластической деформации, Н2, мм и рассчитывали значения упругой деформации Н3, мм:
Создание баз данных и формирование модельных композиций специализированной кулинарной продукции
Полученные данные подтверждают предположение о том, что изменение геометрических параметров деформации бобов фасоли зависит как от их сортовых особенностей, так и от способа и продолжительности варки. Общая картина изменения деформации соизмерима с размягчением консистенции при поступлении влаги и согласуется с предыдущими исследованиями. В процессе традиционной варки размягчение структуры происходит постепенно, через 10 минут от начала варки для сортов «Гор-наль» и «Мечта хозяйки» и через 20 минут для сорта «Баллада» наблюдается характерный скачок прочности.
При ступенчатой варке процессы влагопереноса протекают более интенсивно и геометрические параметры деформации изменяются за более короткий период. Характерный скачок наблюдается через 30 минут от начала варки для сортов «Горналь» и «Мечта хозяйки» и через 40 минут для сорта «Баллада».
Таким образом, в результате проведенных исследований была апробирована методика определения реологических характеристик бобов фасоли на электронном устройстве «Структурометр». Изучен процесс развариваемости бобов фасоли исследуемых сортов при традиционной и ступенчатой варке. Выявлено, что лучшим по развариваемости является сорт «Мечта хозяйки».
Установлено, что при варке традиционным и усовершенствованным способами реологические характеристики изменяются по-разному, но конечные значения для аналогичных сортов не отличаются. В связи с этим ступенчатая варка может быть рекомендована как ускоренный способ варки, так как при ее использовании процессы влагопереноса интенсифицируются и бобы фасоли развариваются за более короткий период времени.
Предложено использовать нормальное напряжение сжатия в качестве объективного критерия готовности бобов зерновой фасоли.
С использованием нового способа гидротермической обработки зерновой фасоли была разработана технология получения из неё пюреобраз-ной массы, предусматривающая грубое измельчение доведенной до готовности усовершенствованным способом зерновой фасоли, последующее тонкое измельчение и охлаждение. При необходимости готовую массу консервируют. Определение технологических режимов подготовки крупяных хлопьев для производства формованной кулинарной продукции
Крупяные хлопья являются доступным и ценным в пищевом отношении сырьём, таблица 18, выпускающимся промышленностью в большом объеме.
С целью рационализации технологии производства и расширения ассортимента формованной кулинарной продукции, содержащей крупяное сырьё, нами предложено использование крупяных хлопьев, не требующих варки, в качестве основного рецептурного ингредиента или в качестве регулятора консистенции. Учитывая, что скорость процессов, приводящих к изменению физико-химических свойств, консистенции и массы крупяных хлопьев, во многом зависит от интенсивности проникновения и скорости распространения в них влаги, исследовали кинетику набухания хлопьев различного вида.
Хлопья быстрого приготовления являются крахмалсодержащим сырьём, прошедшим термическую и гидромеханическую обработку, предопределившую физико-химические изменения его структурных компонентов. В процессе их получения происходит деструкция больших молекул полисахаридов, внутренняя структура крахмальных зерен нарушается, освобождая гидроксильные группы и делая их доступными для присоединения молекул воды. Повышается растворимость белков. Поэтому добавление даже небольшого количества воды достаточно для ослабления, а затем и разрушения внутренней связи между молекулами.
Известно, что механизм набухания заключается во взаимном растворении высокомолекулярного вещества и дисперсионной среды.
С увеличением влагосодержания при гидратации хлопьев, являющихся адсорбентом, их наружная поверхность насыщается влагой и происходит формирование полимолекулярного слоя. Структурные элементы хлопьев, представляющие собой трехмерную совокупность макромолекул, в результате заполнения межмолекулярных промежутков молекулами воды, поступающими под давлением, принудительно расширяются в пространстве. С развитием полимолекулярной адсорбции наступает момент, когда вновь поступающие молекулы воды попадают в перекрывающиеся силовые поля с ненаправленным результирующим воздействием и при влажности выше критического уровня механизм течения трехмерного потока объясняется диффузией. Так как скорость диффузии молекул воды значительно превосходит скорость диффузии полимерных молекул, то вода односторонне диффундирует в тело зерновых хлопьев, полярные участки макромолекул гидратируются, при этом цепи главных валентностей раздвигаются, связь между макромолекулами ослабевает, и объем тела увеличивается.
Характер зависимостей интегральной интенсивности протонов воды в крупяных хлопьях гидратированных / = /( ) и результаты их обработки, показали, что в зависимости от степени гидратации крупяных хлопьев связывание влаги с их структурными элементами различно. В таблице 19 приведены результаты определения состояния влаги в гидратированных при температуре 30 С гречневых и пшеничных хлопьях. Таблица 19- Состояние влаги в гидратированных хлопьях (Т=30 С) на основе анализа ЯМ-релаксации протонов воды
В системах с гидромодулем 1:1 протоны воды имеют время, спин-спиновой релаксации: 24 мс (77,1 %) и 53 мс (22,9 %) - гречневые хлопья, 25 мс (24,4 %) и 65 мс (75,6 %) - пшеничные хлопья, из чего следует, что влага в данных системах находится преимущественно в среднесвязаннои форме (W2). При набухании хлопьев происходит перераспределение влаги по степени её связи. Так, с увеличением гидромодуля увеличивается доля влаги, имеющей большее время релаксации протонов, а, следовательно, меньшую прочность связи (W3), что связано с уменьшением скорости обмена между молекулами. Гидратированные пшеничные хлопья имеют несколько больше свободной влаги, чем гречневые, но она характеризуется меньшим временем релаксации.
Изучение кинетики набухания крупяных хлопьев с целью определение технологических режимов подготовки для производства формованной кулинарной продукции
В связи с тем, что зерновая, фасоль ранее не использовалась в производстве формованной кулинарной продукции, была разработана технология получения из неё пюреобразной массы, предусматривающая грубое измельчение доведенной до готовности усовершенствованным способом зерновой фасоли, последующее тонкое измельчение и охлаждение. При необходимости — консервирование.
Учитывая, что в процессе производства продуктов питания на основе пюреобразных масс и фаршей добавление воды является одной из технологических операций, и влажность является одним из определяющих факторов для реологических показателей пищевой системы (при постоянстве температуры и степени измельчения сырья), исследовали структурно-механические свойства пюреобразных масс из зерновой фасоли различной влажности.
На рисунке 36 приведены полученные зависимости напряжения от скорости сдвига и вязкости от напряжения сдвига для пюреобразных масс из зерновой фасоли сорта «Мечта хозяйки». Значения структурно-механических показателей исследуемых образцов - эффективной вязкости (г)эф), наибольшей вязкости неразрушенной структуры (по), предела текучести динамического или предельного напряжения сдвига (т0), коэффициента консистенции (К) приведены в таблице 22.
Полученные результаты показывают, что с увеличением влажности массы значения всех структурно-механических свойств уменьшаются. Добавление воды в гаореобразную массу из зерновой фасоли приводит к изменению её структурно-механических показателей в соответствии с известными данными об ослаблении структурных связей в коагуляционных и коагуляционно-конденсационных системах при увеличении их влажности.
Изучение основных показателей, характеризующих качество пюре-образной массы, из зерновой фасоли сорта «Мечта хозяйки» позволило установить, что полученная пюреобразная масса имеет высокую пищевую и биологическую ценностью, является ценным сырьём для производства специализированной кулинарной продукции, таблица 23. Таблица 23 - Пищевая ценность и реологические показатели пюреобразной массы из зерновой фасоли сорта «Мечта хозяйки»
Однако, высокое адгезионное напряжение или липкость, а также низкая пластическая и упругая деформации, препятствуют использованию данного полуфабриката в производстве кулинарной продукции в условиях поточно-механизированного производства.
Липкость массы имеет существенное значение при приготовлении формованных изделий, так как в процессе формования продукции происходит контактирование полуфабриката с рабочими органами технологического оборудования. Прочность связи поверхности тел определяется величиной адгезии поверхности тела с этим материалом и величиной когезии (взаимодействия молекулярных сил внутри него). Так как величина когезии зависит от интенсивности коагуляционного взаимодействия частиц дисперсной фазы, изменение липкости косвенным образом характеризует ход структурообразования.
Низкие упругая и пластическая деформации, являющиеся специфическими характеристиками структурно-механических свойств массы, обусловлены её плотностью и низкой структурообразующей способностью. Вследствие этого производство кулинарной продукции на основе пюреоб-разной массы из зерновой фасоли с высокими потребительскими характеристиками не представляется возможным. Поэтому для производства формованных кулинарных изделий на основе пюреобразной массы из зерновой фасоли необходимы оптимизация её состава и технологии приготовления, направленные на формирование требуемых структурно-механических свойств.
Так как регулирование свойств дисперсных систем обеспечивается введением структурообразователей, пластификаторов и эмульгаторов, изучали влияние добавок пектина, растительного масла и яиц на стуктурно-механические свойства пюреобразных масс из фасоли.
Яйца и растительное масло традиционно используются при приготовлении кулинарной продукции на основе фаршей и пюреобразных масс в качестве регуляторов консистенции и структуры, а также для повышения пищевой ценности готовой продукции. Выбор пектина обусловлен его структурообразующими, и одновременно, с этим, физиологически функциональными свойствами.
Массовая доля добавок подбиралась экспериментально и составила для яиц и растительного масла от 1 до 5 % к массе образца, пектина от 0,4 до 1,2 %.
Учитывая, что пюреобразные массы являются сложными вязкопла-стичными системам, определяли следующие структурно-механические показатели: деформацию - общую {Hi), пластическую (Н2), упругую (Н3), адгезионное напряжение (о-адг), эффективный модуль упругости для максимальной нагрузки (Еэф) [3 71, 428].
Важными характеристиками исследуемых масс также являются удельная работа пластической деформации (Ауд) и относительная деформация (є). Удельная работа пластической деформации является мерой сил внутреннего взаимодействия между молекулами и характеризует напряжение сцепления при формовании массы, то для формованных кулинарных изделий она может определять способность сохранять форму. Относительная деформация характеризует упругие свойства массы вне зависимости от высоты пробы, являясь величиной противоположной пластической де-формацищ она характеризует способность массы рассеивать энергию. Сравнение данных показателей позволяет оценить способность массы к сохранению или разрушению заданной формы;
Контролирующим критерием при оценке физических показателей являлась органолептическая оценка консистенции пюреобразной массы, для чего предварительно разрабатывалась соответствующая экспертная шкала, таблица 24. Структурно-механические характеристики исследуемых образцов представлены в таблице 25.
Установлено, что добавление пектина в количестве от 0,8 до 1,2 % приводит к уменьшению влажности массы, способствует-уменыпению адгезионных свойств и эффективного модуля упругости, однако при этом увеличиваются упругие свойства и прочностные свойства пюреобразной массы, снижаются пластические свойства.
