Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Возможности использования семян льна в качестве пищевого продукта 8
1.1. Распространение и особенности развития льна как источника масличных семян 8
1.2. Пищевая ценность льняного семени 16
1.3. Перспективные направления использования семян льна 24
1.4. Влияние переработки на качество семян льна 31
Глава 2. Организация работы и методы исследования 35
2.1. Характеристика объекта исследования и модель эксперимента 35
2.2. Методы исследования 41
2.3. Математико-статистические методы обработки экспериментальных данных 45
Глава. 3 Потребительские свойства семян льна, выращиваемого в Сибирском регионе 48
3.1. Характеристика товарных свойств семян льна 48
3.2. Влияние условий выращивания на пищевую ценность семян льна 50
3.3. Оценка безопасности семян льна, выращиваемых в Сибирском регионе 64
3.4. Влияние хранения на качество семян льна 69
Глава 4. Изменение качества семян льна в процессе переработки 79
4.1. Изменение потребительских свойств семян льна в процессе обжарки 79
4.2 Влияние измельчения на сохраняемость обжаренных семян льна 94
Глава 5. Влияние семян льна на пищевую ценность хлебобулочных изделий 103
5.1. Моделирование рецептуры хлеба с добавлением семян льна 103
5.2. Оценка потребительских свойств хлеба с добавлением семян льна .115
Заключение 121
Библиографический список 123
Приложения 142
- Пищевая ценность льняного семени
- Математико-статистические методы обработки экспериментальных данных
- Влияние условий выращивания на пищевую ценность семян льна
- Влияние измельчения на сохраняемость обжаренных семян льна
Введение к работе
Актуальность темы исследования. Современные тенденции формирования здорового рациона питания диктуют необходимость создания новых продуктов с повышенной биологической и физиологической ценностью. Немаловажную роль в данном случае играет возможность использования сырья, произрастающего в непосредственной близости от мест его переработки. Это позволяет заметно сократить затраты на транспортировку и хранение сырья, расширить ассортимент выпускаемых продуктов питания.
Одним из традиционно русских видов растительного продукта является семя льна. Лён – «Linum Usitatissimum» - культурное растение, издавна возделываемое человеком. Однако в последние годы семя льна используется незначительно и, в основном, для производства льняного масла. В этом аспекте известны исследования химического состава семян льна Щербакова В.Г, Лисицина А.Н., Живетина В.В., Ржехина В.П. и других.
Реализация политики, направленной на обеспечение здорового питания населения страны, привлекла внимание ученых к семени льна как источнику биологически активных веществ. В то же время, сведения о комплексном исследовании потребительских свойств и безопасности семян льна как пищевого продукта, их изменениях при хранении и переработке в литературе практически отсутствуют.
В связи с вышесказанным актуальным является изучение потребительских свойств и сохраняемости семян льна, выращенных в Сибирском регионе, изыскание оптимальных способов его переработки и использования в производстве пищевых продуктов.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является изучение потребительских свойств льняного семени, выращиваемого в Сибирском регионе, и возможностей производства из него полуфабрикатов для использования в пищевой промышленности.
Для достижения цели был обозначен круг задач:
изучить потребительские свойства семян льна, выращиваемого в Сибирском регионе; выявить влияние погодно-климатических условий на химический состав семян льна;
проследить динамику изменения химического состава свежих семян льна при хранении и переработке;
выбрать оптимальные способы переработки, позволяющие максимально сохранить пищевую ценность льняного семени и обеспечить его сохраняемость;
изучить влияние полуфабрикатов из семян льна на пищевую ценность хлеба;
разработать рецептуру хлеба с добавлением полуфабрикатов из семян льна с заданными показателями биологической ценности;
разработать техническую документацию на производство полуфабрикатов льняного семени.
Область исследования. Содержание диссертационной работы соответствует области исследования п. 7 «Разработка прогрессивных технологий с обеспечением качества и количества товаров на разных этапах технологического цикла, путем учета формирующих и регулирования сохраняющих факторов» Паспорта номенклатуры специальностей научных работников (технические науки).
Научная новизна результатов исследования. Впервые в изучены потребительские свойства семян льна, произрастающего в Сибирском регионе, доказано влияние климатических условий выращивания на пищевую ценность семян льна.
Выявлены и математически обоснованы зависимости изменения качества семян льна от сроков хранения. Установлены оптимальные сроки хранения свежих семян льна как пищевых продуктов
Определены закономерности изменения питательных, биологически активных веществ и гликозида линамарина при переработке семян льна и хранении полуфабриката. Теоретически и экспериментально обоснован технологический режим обжаривания семян льна.
Установлены предельные сроки хранения полуфабриката льняного семени для использования в пищевых целях.
Показано изменение биологической ценности хлеба из пшеничной муки при добавлении в рецептуру полуфабрикатов семян льна.
Практическая значимость и реализация результатов.
Разработана техническая документация на семя льна колотое жареное ТУ 9146-018-01597951-06 и технологическая инструкция по его изготовлению.
Разработанные рецептуры на хлеб с семенем льна приняты к внедрению в ООО «Хлебокомбинат Тогучинского райпо» (акт о внедрении от 19.09.2006г., № 788) и в производстве ООО «ДЕ ВИ» (акт о внедрении от 12.09.2006г., № 57).
Результаты исследований используются в учебном процессе Сибирского университета потребительской кооперации (акт о внедрении от 04.09.2006г., № 69-01).
Апробация результатов. Основные результаты исследований доложены на научных конференциях профессорско-преподавательского состава и аспирантов в 2002-2006 гг.; научно-практических конференциях с международным участием (Новосибирск, 2002; Новосибирск, 2004; Новосибирск, 2006); международных научно-практических конференциях (Новосибирск, 2004; Караганда, 2005, Новосибирск, 2006).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 печатных работ, в том числе две в рецензируемых изданиях. Общий объем публикаций - 2,45 п.л.
Структура и объем диссертационной работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, пяти глав экспериментальной части, заключения и приложений. Текст работы изложен на 142 страницах машинописного текста, содержит 24 таблицы и 34 рисунка.
Библиографический список включает 200 наименований, из них 28 на иностранных языках.
Пищевая ценность льняного семени
Состав и влияние семени льна на организм человека изучаются учеными многих стран. Результатом стали рекомендации на уровне министерств здравоохранения (например, Канады и США) об обязательном ежедневном употреблении семян льна в пищу. В Канаде льняное семя рассматривается даже как отдельный вид продукта питания, а не как пищевая добавка [28]. Анализ данных, опубликованных в отечественной и иностранной литературе, показывает, что химическому составу семян льна уделяется большое внимание. Значительная часть отечественных исследований в этом плане проводилась коллективами авторов под руководством Щербакова В.Г. иЖиветинаВ.В. По данным этих авторов, составляющими пищевой ценности семян льна являются жиры, протеины, витамины, минеральные вещества, пентозаны и пищевые волокна. Каждый из этих компонентов вносит свой вклад в ценность пищевого рациона человека. Льняные семена, кроме влаги, содержат (в среднем): масла - до 35 %, белковых веществ - 23 %, безазотистых веществ - 22 %, целлюлозы - 9 %, золы -3-4% [61,167, 178]. В среднем масличность семян отдельных разновидностей льна составляет (в процентах): долгунцы - 39,3; межеумки - 42,3; кудряши - 44,5 [20, 167]. По данным Смирнова И.Н. (1966), масло, полученное изо льна, выращенного в Западной Сибири и Северном Кавказе, отличается более высоким качеством, нежели изо льна, выращенного в других регионах России [130]. По результатам исследований Щербакова В.Г. (1991), жирно кислотный состав триглицеридов льняного масла представлен [167]: насыщенными жирными кислотами: - н-гексадекановая (пальмитиновая) - 5-12%; - октадекановая (стеариновая) - 2,5-8%; - эйкозановая (арахиновая) - 0,4-1 %; - докозановая (бегеновая) - до 0,5%. ненасыщенными жирными кислотами: - гексадацен-9-оновая (пальмитиноолеиновая) - до 0,1%; - октадацен-9-оновая (олеиновая) - 10-12%; - октадекадиен- 9,12-оновая (линолевая) - 8-30%; - октадекатриен-6,9,12-оновая (линоленовая) - 30-67%. Льняное масло является самым богатым растительным источником полиненасыщенных жирных кислот - а-линоленовая (Сі8:3) и линолевая (С]8;2) [108]; а-линоленовая кислота относится к омега-3 (С0-3) жирным кислотам с расположением первой двойной связи между третьим и четвертым углеродными атомами.
Представителями полиненасыщенных жирных кислот семейства 0)-3 также являются редко встречающиеся в пищевых продуктах эйкозапентаеновая (Сгсиэ) и докозагексаеновая (Сггіб) кислоты [98,175]. Линоленовая кислота относится к омега-6 ((0 6) жирным кислотам с расположением первой двойной связи у шестого углеродного атома. К полиненасыщенным жирным кислотам семейства ш-6 также относятся у-линоленовая (Сів:з) и арахидоновая (Сю-л) кислоты. Нечаев А.П. (2005) в своей работе отмечает, что в организме человека из линолевой кислоты синтезируется весь набор жирных кислот (0-6 [98, 188]. Линолевая и а-линоленовая жирные кислоты относятся к незаменимым (эссенциальным) кислотам, отсутствие или недостаток которых в пище подавляет рост молодого организма, снижает репродуктивные функции, понижает тонус кровеносных сосудов.
Биологическая роль их определяется широким спектром лечебно-профилактического действия [14, 153], в связи с чем льняное масло можно отнести к растительным маслам функционального назначения, обеспечивающим поступление в организм человека физиологически функциональных ингредиентов [98, 188]. В организме человека должен быть определенный баланс линолевой и а-линоленовой жирных кислот. Всемирная организация здравоохранения FAO/WHO рекомендует потреблять эти жирные кислоты в соотношении от 5:1 до 10:1 [28, 168]. В льняном семени содержание а-линоленовой кислоты (со-3) более чем в три раза превышает содержание линолевой кислоты (ю-6). А-линоленовая кислота имеется в достаточном количестве лишь в рыбьем жире и - в льняном семени. В гораздо меньших количествах линолевая и а-линоленовая жирные кислоты содержатся в соевом, кукурузном, рыжиковом, конопляном и подсолнечном маслах [54, 61, 81, 95, 119,125,139,177].
Математико-статистические методы обработки экспериментальных данных
Результаты экспериментальных исследований были подвергнуты математической обработке с использованием пакетов прикладных программ STAT 1, а также встроенных функций пакета компьютерных программ MS Excel [63,145]. При обработке цифрового массива рассчитывали следующие показатели: среднюю арифметическую величину (х); среднеквадратичное отклонение от средней арифметической (±с); ошибку среднего арифметического значения (Дх); достоверность одного и разницу между двумя показателями (t и р). Среднюю арифметическую величину (х) вычисляли при работе с абсолютными числами. Расчет производили по формуле: где: Х- абсолютное значение индивидуального показателя; п - число измерений. Среднеквадратичное отклонение от средней арифметической (±о) рассчитывали по формуле: где: (Xj - х )2 - квадраты отклонений результатов г-тых измерений от среднего арифметического значения; п - число измерений. Определение средней ошибки (±ДХ) проводили по формуле: Оценку достоверности (t) выявленной средней величины и ошибки определяли по формуле: Установление достоверности выявленных различий между сравниваемыми величинами разницы (Т) проводили по формуле: При этом считали величину достоверной при Т 2, недостоверной при Т 2. Окончательную достоверность показателей устанавливали по показателям доверительного коэффициента Стыодента-Фишера (р) с учетом числа степеней свободы. Достоверным считали величины при р 0"03. Экспериментальные данные по изменению качества целого и дробленого семени льна в процессе хранения после переработки обработаны методом дисперсионного анализа для выявления статистических влияний изучаемых факторов на результативный признак (содержание отдельных компонентов химического состава).
В качестве влияющих факторов выбраны сроки хранения и размерные характеристики исследуемого объекта [63]. При дисперсионном факторном анализе рассматривалось как влияние каждого фактора на изменчивость изучаемого признака, так и взаимодействие этих факторов. При этом общая дисперсия была представлена в виде где: дгв - общая дисперсия; S2A - дисперсия, обусловленная влиянием фактора А; а2в - дисперсия, обусловленная влиянием фактора В; 51AR - дисперсия, обусловленная влиянием взаимодействия факторов А и В; S\ - дисперсия, обусловленная влиянием остальных неучтенных факторов Е. Оценка значимости влияния отдельных факторов осуществляется по критерию Фишера. Для определения их относительной роли в общей изменчивости рассчитывалась доля влияния каждого фактора, их взаимодействия и влияния всех остальных неучтенных (случайных) факторов по методике Рокицкого П.Ф. [63]. Кроме того, аналитический материал был подвергнут корреляционному и регрессионному анализу (программы ВМДП 1R и SAS) для оценки силы связи между исследуемыми факторами и зависимыми критериями, а также для установления формы этой связи, определения функции регрессии [148]. Были определены коэффициенты множественной корреляции, коэффициент регрессии для каждой зависимой переменной, а также коэффициент детерминации, который отражал ту часть дисперсии, которая является общей для интересующего признака и изучаемых факторов. Вид функции, описывающий зависимость отклика от входных параметров и коэффициенты уравнений находили по программе ВМДП 1R и методике Мисюк Н.С. и др., значимость каждого слагаемого оценивалась по критерию Стыодента [148]. При незначимых коэффициентах соответствующие параметры из уравнения исключались.
Влияние условий выращивания на пищевую ценность семян льна
В последние годы в мире, как указывалось ранее, существенно возрос интерес в семени льна, как к биологически активной добавке в пищу. Как известно, пищевая цеіпіость растительного сырья во многом зависит от места и климатических условий выращивания. В связи с этим, нами была изучена пищевая и биологическая ценность семени льна, произрастающего в Сибирском регионе в разных погодно-климатических условиях. Как показывают результаты анализов, семя сибирского льна отличается повышенным содержанием белков и жира, суммарное их количество составляет 66-68% от общей массы семени (табл.3.2). Белки в семени льна составляют 99% общего количества азотистых веществ. В то же время содержание белка в семени льна существенно зависит от погодных условий сезона выращивания. В годы с более сухим летом в семени льна накапливается заметно большее количество белковых веществ (рис. 3.1). Так в сезон 2000 года содержание белка в исследуемых образцах достигло 33 %, а в более влажное лето 2003 года - только 29,9 %, то есть на 3% меньше. Пищевая ценность продуктов питания определяется не только количественным содержанием в них белковых веществ, но и качественным соотношением содержащихся в них аминокислот. Как показали результаты анализа, белки семян льна содержат 16 аминокислот, в том числе 7 незаменимых (табл. 3.3).
Доля незаменимых аминокислот в общей сумме составляет 34-35%. Преобладающими из них являются лизин, лейцин, изолейцин, фенилаланин. К числу лимитирующих относится метионин. На соотношение аминокислот в белке семени льна влияние климатических условий несущественно. Так, в лето с более жарким климатом (2004 г.) доля незаменимых аминокислот в белке составила 35%, что на 1% выше, чем в семенах урожая 2003г. При повышенных температурах созревания в семенах льна накапливается больше валина, метионина, изолейцина и фенилаланина. Для определения биологической ценности был рассчитан аминокислотный скор по аминокислотной шкале, рекомендованной комитетом FAO/WHO, как отношение содержания каждой незаменимой кислоты в 1 г исследуемого белка к содержанию этой же аминокислоты в 1 г «идеального белка», выраженное в процентах (табл. 3.4). Как показали результаты, белок семени льна не является полноценным. Скоры лейцина, лизина и треонина составляют 68-83% от «идеального» содержания в белке, а скор метионина+цистина ниже 50% от требуемого по эталону. В то же время содержание валина и изолейцина в белке семян льна в 1,6-1,8 раза превышает рекомендуемый уровень. Полученные результаты вполне согласуются с литературными данными по качественному содержанию аминокислот в бобовых и злаковых культурах [20,29, 198]. Белки семян льна по аминокислотному составу отличаются от белков пшеницы, в которых лимитирующими являются лизин, треонин и метионин [18,19]. В белках семян льна данные незаменимые аминокислоты содержатся в достаточных количествах и вполне могут дополнять их содержание в пшеничной муке, повышая ценность хлебобулочных изделий. Льняное масло относится к маслам с максимальным суммарным содержанием полиненасыщенных жирных кислот. Содержание масла в семенах льна колеблется от 32 до 38% в зависимости от сезона года (рис. 3.2).
Влияние измельчения на сохраняемость обжаренных семян льна
Как показали вышеприведенные исследования (глава 3.1), семена льна содержат значительное количество клетчатки - от 11 до 13% на сырое вещество, что существенно влияет на их усвояемость.
С целью изучения возможности повышения усвояемости семян льна для их использования при производстве пищевых продуктов образцы семян льна были подвергнуты измельчению и сортировке путем просеивания.
При анализе химического состава семян льна было установлено, что в процессе измельчения и просеивания обжаренных семян льна происходит уменьшение содержания клетчатки (рис. 4.7). Это объясняется тем, что при обжаривании семян семенные оболочки теряют часть влаги, становятся хрупкими и легко разрушаются при механическом воздействии.
В образцах семян льна колотых, с размерами 1,0±0,1 мм, количество клетчатки уменьшается на 14,4%, а в образцах с размерами 0,5±0,1 мм - на 33% по сравнению с ее первоначальным содержанием в обжаренном полуфабрикате.
Регрессия, выражающая изменение содержания клетчатки при измельчении семян льна, носит линейный характер и описывается уравнением:
Полученные данные свидетельствуют о том, что при измельчении повышается усвояемость полуфабриката семян льна за счет удаления части семенных оболочек.
Однако разрушение оболочек и клеточных стенок растительных продуктов оказывает существенное влияние на продолжительность хранения масличных семян, на что указывали в своих работах ряд авторов [69, 159,167]. Они отмечали, что при измельчении в ходе переработки масличные семена подвергаются аэрации, интенсивному воздействию кислорода воздуха. При таких условиях теоретически возможен целый ряд химических реакций: гидролитические и деструктивные процессы; взаимодействие веществ, содержащих аминный азот; взаимодействие белковых веществ с липидами и т.п. [121].
В связи с этим было изучено влияние степени измельчения на сохраняемость обжаренного полуфабриката семян льна. Для обоснования сохраняемости продукции проведены исследования согласно МУК 4.2.1847-04 «Санитарно-эпидемиологическая оценка обоснования сроков годности и условий хранения пищевых продуктов» с учетом коэффициента резерва 1,15. Как показали исследования, при хранении целых семян льна уменьшение массовой доли влаги незначительно и находится в пределах допустимой ошибки опыта (приложение 6, рис. 4.8).
При хранении колотых обжаренных семян потери влаги более ощутимы, что связано, по-видимому, с разрушением оболочек. Изменение содержания влаги в крупноизмельченных образцах происходит равномерно в течение всего времени хранения и описывается уравнением линейной зависимости вида:
В мелкоизмельченных образцах снижение влаги наблюдается уже в первый месяц хранения - на 10,5% по сравнению с началом хранения. Затем содержание влаги стабилизируется. Однако после 2 месяцев хранения наблюдается дальнейшее уменьшение массовой доли влаги. По-видимому, это обусловлено разрушением при длительном хранении сложных высокомолекулярных соединений и высвобождением воды, находящейся в связанной форме.
Данное предположение подтверждается динамикой изменения химического состава обжаренных семян льна при хранении.
Как видно из рисунка 4.9, содержание белка в образцах семян льна целых и колотых размером 1,0 мм в течение всего времени хранения остается практически на одном уровне. В то же время в мелкоизмельченных семенах после двух месяцев хранения наблюдается резкое снижение белка - на 8,7%, а к концу хранения - на 10,7% по сравнению с первоначальным содержанием, что объясняется, видимо, гидролитическим распадом белковых соединений при длительном хранении. Аналогичные процессы наблюдались при хранении обжаренных семян подсолнечника [22].
Массовая доля жира в процессе хранения в образцах целого и колотого семени льна также меняется незначительно в течение первых 4 месяцев хранения (рис.4.10), и только в мелкоизмельченных семенах льна определены видимые потери жиров - до 7% от первоначального содержания.
При дальнейшем хранении до 6 месяцев во всех образцах наблюдается уменьшение количества жира, причем уровень потерь находится в прямой зависимости от степени измельчения семян льна. Это объясняется тем, что при дроблении разрушаются оболочки клеточных стенок, происходит высвобождение жира на поверхность частиц семян. В результате чего возможно усиление интенсивности окислительных и гидролитических процессов.
Результаты анализа кислотного и перекисного числа показали, что при хранении обжаренных семян льна происходит процесс деградации жира. С увеличением срока хранения семян возрастает перекисное число льняного масла (рис. 4.11). Одновременно после 4 месяцев хранения в образцах появляется слабо выраженный прогорклый привкус.
