Содержание к диссертации
Введение
1, Аналитический обзор патентно-информационной литературы 7
1.1 Пищевая ценность и товароведные характеристики зерновой фасоли..
1.1.1 Ботанические и товароведные характеристики зерновой фасоли 7
1.1.2 Химический состав зерновой фасоли 8
1.2 Состояние здоровья и особенности питания детей школьного возраста 12
1.3 Современные технологии переработки и ассортимент продуктов питания из зернобобового сырья для школьников 18
1.4 Консервирование пищевых продуктов замораживанием и полуфабрикаты высокой степени готовности для оптимизации школьного питания 22
1.5 Ингибиторы протеолитических ферментов зерновой фасоли 26
1.5.1 Классификация, особенности строения и механизм действия ингибиторов протеолитических ферментов 26
1 »5.2 Пути снижения активности ингибиторов протеолитических ферментов 30
1.6 Заключение, Задачи собственных исследований 31
2 Объекты и методы исследований 33
2.1 Объекты исследований 33
2.2 Методы исследований 33
3 Совершенствование способа влаготермической обработки зерновой фасоли 52
3.1 Изучение товароведных и биохимических характеристик зерновой фасоли 52
3.2 Совершенствование способа влаготермической обработки зерновой фасоли 54
3.3 Изменение активности ингибиторов протеолитических ферментов при влаготермической обработке зерновой фасоли 58
3.4 Изменение реологических характеристик зерновой фасоли в процессе влаготермической обработки 64
3.4.1 Изменение геометрических размеров и момента сопротивления зерновой фасоли 67
3.4.2 Изменение прочностных характеристик зерновой фасоли в проиессе влаготермической обработки 68
4 Оптимизация технологии пюреобразной массы из зерновой фасоли 80
4.1 Влияние пектина на реологические показатели и влажность пюреобразной массы из зерновой фасоли 80
4.2 Влияние растительного масла на реологические показатели и влажность пюреобразной массы из зерновой фасоли ...86
4.3 Влияние яиц на реологические показатели и влажность пюреобразной массы из зерновой фасоли 89
4.4 Влияние пектина, растительного масла и яиц на реологические показатели и влажность пюреобразной массы из зерновой фасоли 92
4.5 Влияние механической обработки на реологические показатели и влажность пюреобразной массы из зерновой фасоли 97
5 Разработка рецептур и технологий полуфабрикатов и кулинарных изделий на основе зерновой фасоли для питания детей школьного возраста 102
5.1 Обоснование выбора сырья и требования, предъявляемые к продуктам питания для детей школьного возраста 102
5.2 Рецептуры полуфабрикатов и кулинарных изделий на основе зерновой фасоли 105
5.3 Обоснование режимов замораживания полуфабрикатов па основе зерновой фасоли 105
5.4 Изменение активности ингибиторов трипсина при воздействии низких температур 114
5.5 Разработка технологических схем производства полуфабрикатов и кулинарных изделий на основе зерновой фасоли 116
5.6 Разработка способов и режимов тепловой обработки 122
5.7 Исследование потребительских свойств продуктов питания на основе зерновой фасоли 123
5.7.1 Определение химического состава продуктов для школьного питания 123
5.7.2 Изучение аминокислотного состава кулинарных изделий 127
5.7.3 Изучение активности ингибиторов трипсина и относительной биологической ценности готовых изделий 129
5.7.4 Показатели безопасности кулинарных изделий на основе зерновой фасоли 131
5.7.5 Органолептическая оценка кулинарных изделий на основе зерновой фасоли 133
5.7.6 Промышленная апробация разработанной технологии 135
5.8 Оценка экономической целесообразности разработок 136
5.8.1 Расчет экономической эффективности применения усовершенствованного способа влаготермической обработки 136
5.8.2 Расчет экономической эффективности производства разработанных полуфабрикатов 140
Выводы 147
Список используемых источников
- Состояние здоровья и особенности питания детей школьного возраста
- Совершенствование способа влаготермической обработки зерновой фасоли
- Влияние растительного масла на реологические показатели и влажность пюреобразной массы из зерновой фасоли
- Рецептуры полуфабрикатов и кулинарных изделий на основе зерновой фасоли
Введение к работе
Зернобобовые занимают исключительное место среди продовольственного сырья растительного происхождения благодаря уникальному биохимическому составу^ обусловленному главным обратом высоким содержанием белка. В настоящее время наибольшее внимание исследователей уделяется сое, продукты переработки которой находят широкое применение в пищевой промышленности. Однако не меньшею внимания заслуживает и такая зернобобовая культура, традиционно выращиваемая на территории России, как зерновая фасоль.
Зерновая фасоль имеет высокую пищевую ценность в связи наличием в ее составе до 30 % белка, витаминов группы В, РР, минеральных веществ и клетчатки, отличается высокой урожайностью и низкой стоимостью [144, 157]. Особый интерес представляет использование зерновой фасоли в питании детей школьного возраста, так как организация рационального питания школьников предусматривает повышепие пищевой ценности продуктов питания при одновременном снижении затрат на их производство. Это отражено в целевой программе Краснодарского края «Развитие системы организации школьного питания в Краснодарском крае на 2004-2007 гг.».
Однако зерновая фасоль в питании школьников используется ограниченно, что объясняется несовершенством способов ее обработки, не обеспечивающих достаточного удаления антипитательных компонентов, главным образом ингибиторов протеолитических ферментов, а также отсутствием научно-обоснованного ассортимента продуктов питания на основе зерновой фасоли для детей и подростков.
Таким образом, актуальным является совершенствование способа вла-готермической обработки зерновой фасоли и разработка на его основе продуктов питания высокой пищевой и биологической ценности для детей школьного возраста, включая полуфабрикаты и готовые кулинарные изделия.
Состояние здоровья и особенности питания детей школьного возраста
Питание следует отнести к одному из основных факторов, ответственных за сохранение жизни, здоровья и гармоничное развитие ребенка [152]. Пища, являясь пластическим и энергетическим материалом, способствует росту и обновлению клеток и тканей, осуществлению внешней работы, протеканию внутренних процессов в организме [81, 134, 164, 178, 188].
Детский организм отличается от взрослого бурным ростом, интенсивным течением обменных процессов, перестройкой нервной, сердечно-сосудистой и эндокринной систем. К фшиолого-биохимическим особенностям интенсивно растущего организма можно отнести повышение умственных нагрузок и нерв но-эмоционального напряжения в процессе обучения, высокую физическую активность вследствие занятия физкультурой и различными видами спорта.
Социально-экономические преобразования, снизившие качество жизни большей части населения нашей страны, отразились негативно и на полноценности питания детей, как в образовательных учреждениях, так и в семье [4, 12, 106, 160]. Серьезной проблемой является отсутствие мотивации здорового питания и низкий уровень знаний детей и их родителей о принципах рационального питания [25]. Питание детей в дошкольных и школьных учреждениях осуществляется в основном с использованием продукции общего назначения, не отвечающей медико-биологическим требованиям к специализированным продуктам питания для данной возрастной группы [І21].
По данным академии РАМН при изучении особенностей и режима дня у школьников младших и средних классов установлено, что 48,8 % учащихся младших классов принимают горячую пищу реже 3 раз в день, а к восьмому классу число таких школьников возрастает до 55,8 %. Отмечено, что во многих регионах нашей страны из-за закрытия школьных столовых школьники вообще не получают горячее питание [25].
Анализ показателей физического развития учащихся общеобразовательных школ России выявил дисгармоничное развитие у 34,5 %, из них дефицит массы тела - у трети детей. На 44 % увеличилась первичная заболеваемость детей болезнями органов пищеварения, такими как гастрит и дуоденит. Кроме того, в нашей стране выявлено значительное число детой с низким ростом, что на 8-Ю % ниже по сравнению с международными стандартами [112, 157].
Результаты регулярных массовых обследований, проводимых НИИ питания РАМН и другими медицинскими организациями, свидетельствуют о дефиците белка, недостаточном потреблении витаминов, ряда минеральных веществ, а также полиненасыщенных жирных кислот и пищевых волокон у большей части детского и взрослого населения России [140]. Установлено, что примерно у половины населения наблюдается недостаток витаминов С, В], В2, В6, А, железа, кальция, йода7 фтора, селена, цинка [77, 136, 140, 155].
По данным ВОЗ у значительной части детей поливитаминный дефицит сочетается с дефицитом железа, что является причиной широкого распространения скрытых и явных форм витаминно-железодефицитной анемии [155].
Недостаточное поступление пищевых нутриентов наносит существенный ущерб здоровью детей: снижается сопротивляемость простудным, инфекционным заболеваниям, усиливается негативное воздействие на организм вредных условий внешней среды, повышается утомляемость, нервозность, отставание в физическом развитии и так далее [176], В связи с этим для нормального роста и развития детей необходимо соблюдать основные принципы рационального питания и включать в рацион функциональные продукты, адаптированные к физиологическим нормам потребления детей разных возрастных групп.
Рациональное питание как основной оздоровляющий фактор включает соблюдение трех основных принципов [72, 124]: 1) Обеспечение баланса энергии, поступающей с пищей и расходуемой человеком в процессе жизнедеятельности. 2) Удовлетворение физиологической потребности организма в определенных пищевых веществах. 3) Соблюдение режима питания.
Сбалансированное питание предусматривает наилучшие количественные и качественные взаимосвязи основных пищевых веществ; белков, углеводов, жиров, витаминов и минеральных веществ [124, 166, 184]. Оптимальное соотношение белков, жиров и углеводов для детей школьного возраста является равным 1:1:4, при этом белки должны составлять около 14 %, жиры - 31 %? углеводы - 55 % от общей калорийности рациона. Рекомендуемые нормы физиологических потребностей в пищевых веществах и энергии для детей школьного возраста [66. 95, 125,128] приведены в таблице 4.
Совершенствование способа влаготермической обработки зерновой фасоли
Для исследования выбраны новые сорта зерновой фасоли «Горналь», «Мечта хозяйки» и «Баллада», районированные в Краснодарском крае и выращиваемые на опытных полях Крымской опытно-селекционной станции ВНИИР и Краснодарского НИИ овощного и картофельного хозяйства. Это среднеспелые лущильные сорта, с вегетационным периодом в условиях Северокавказского региона для сортов «Горналь» от 64 до 86 дней, «Баллада» от 72 до 92 дней и «Мечта хозяйки» от 78 до 100 дней.
Ценность и перспективность отдельных товароведных сортов зерновой фасоли определяется их урожайностью, способностью давать максимальное количество белка с единицы площади посевов а по его содержанию в нативном сырье. Товароведные характеристики бобов зерновой фасоли представлены в таблице 5. Наиболее высокая урожайность, валовый сбор белка и масса 1000 семян характерны для зерновой фасоли сортов «Мечта хозяйки» и «Баллада», Коэффициент развариваемости наибольший у зерновой фасоли сорта «Мечта хозяйки», в то время как показатель выравненное для изучаемых сортов примерно одинаков. Таким образом, наиболее ценными по перечисленным показателям являются сорта «Мечта хозяйки» и «Баллада». Сорт «Горналь» менее урожайный, но достаточно высокая массовая доля белка и потребительские свойства зерновой фасоли предусматривают ее широкое кулинарное использование.
На использование зерновой фасоли в питании детей школьного возраста влияют органолептические показатели, массовая доля белка, его фракционный и аминокислотный состав, а также активность ингибиторов протеолитических ферментов.
Биохимическая характеристика зерновой фасоли новых сортов представлена в таблице 6. При исследовании биохимических показателей установлено, что наибольшее количество белка содержится в зерновой фасоли сортов «Горналь» и «Мечта хозяйки». Активность водо- и солерастворимых ингибиторов трипсина находится в прямопропорциональной зависимости от фракционного состава белков зерновой фасоли. Минимальной активностью водорастворимых ингибиторов трипсина, являющихся наиболее устойчивыми к денатурацион Достаточно высокое содержание в зерновой фасоли ингибиторов протео-литических ферментов, сохраняющих активность и в процессе обработки, является основным фактором, ограничивающим её использование в питании детей школьного возраста, в связи с чем, требуется совершенствование технологии обработки зерновой фасоли.
Среди существующих способов влаготермической обработки зерновой фасоли известны такие, как варка до готовности при непрерывном кипении [64], варка в 1,2 % растворе пищевой соды [52, 148], варка с предварительным замачиванием в течение 5-8 часов [91, 119, 120, 124]. Последний способ влаго термической обработки (традиционный) наиболее распространен, так как позволяет получить готовый продукт с высокими органолептическими показателями. Однако традиционная влаготермическая обработка зерновой фасоли является длительной [52] и не приводит к полной инактивации ингибиторов протеолитических ферментов. Варка в 1,2 % растворе пищевой соды менее продолжительна, полностью снижает активность ингибиторов протеолитических ферментов [148], однако приводит к высоким потерям минеральных веществ и витаминов и придает готовому продукту неудовлетворительные органолепти-ческие показатели [11]. Варка при непрерывном кипении способствует частичной инактивации ингибиторов протеолитических ферментов, также характеризуется высокими потерями водорастворимых минеральных веществ и витаминов, и поэтому неприемлема в производстве продуктов питания для детей школьного возраста. В связи с этим, целью исследования является совершенствование способа влаготермической обработки зерновой фасоли для получения готового продукта с низкой активностью ингибиторов трипсина, высокими органолептическими показателями и содержанием витамином и минеральных веществ.
В соответствии с поставленной целью нами разработан усовершенствованный способ влаготермической обработки зерновой фасоли, состоящий из двух этапов. Первый этап - варка продолжительностью 3-5 минут от закипания с заменой варочной среды на холодную воду (гидромодуль 1 ;2). Второй этап -доведение до готовности при непрерывном кипении в течение 67 - 75 минут с одно- или двукратной заменой от 25 до 40 % варочной среды на холодную воду (гидромодуль 1:3).
В таблице 7 приведены сравнительные схемы способов влаготермической обработки зерновой фасоли, где учтен расход воды и продолжительность отдельных этапов, т, минут.
Влияние растительного масла на реологические показатели и влажность пюреобразной массы из зерновой фасоли
С целью дальнейшего регулирования реологических характеристик пюреобразной фасолевой массы было решено обогащать его растительным маслом, так как известно» что оно обладает эмульгирующими свойствами [15].
Для изучения влияния растительного масла на реологические показатели массы к фасолевому торе добавляли рафинированное растительное (подсолнечное) масло в количестве от 1,5 до 4,5 % . Образцы готовили, как описано в п.п. 2.2,1, затем определяли влажность, реологические и органолептические характеристики. Измерения проводились при температуре исследуемых образцов от 20 до 22 С.
Реологические характеристики пюреобразной массы из зерновой фасоли с растительным маслом, рассчитанные, как указано в п.п. 4.1, представлены в таблице 18,
Лепестковая диаграмма реологических характеристик, рассчитанных для массы исследуемого образца представлена на рисунке 17, Увеличение массовой доли растительного масла повышает пластическую деформацию, уменьшает эффективный модуль упругости, прочностные и адгезионное напряжения и не влияет на упругую деформацию.
При органолептической оценке исследуемых образцов установлено, что увеличение массовой доли растительного масла до 3,0 % способствует уменьшению липкости и пластичности фасолевого пюре. Увеличение массовой доли растительного масла до 4,5 % оказывает отрицательное влияние на показатели консистенции, повышая маслянистость, пластичность и липкость массы.
Учитывая балльную оргаиолептическую оценку, можно сделать вывод, что для образца фасолевого пюре с добавлением 3,0 % растительного масла характерны оптимальная пластичность и эффективный модуль упругости необходимые для формования. Недостатками являются высокая липкость и низкая упругость массы, что отражается на числовых значениях упругой деформации адгезионных свойств. По органолептической шкале образец оценен на четыре балла.
Влияние яиц на реологические показатели и влажность пюреобразной массы из зерновой фасоли
В кулинарии для регулирования липкости традиционно используют меланж или сырые яйца, обладающие как структурообразующими, так и эмульгирующими свойствами. Для исследования влияния этой добавки на липкость пюреобразной фасолевой массы яйца предварительно овоскопировали, замачивали при температуре 30 С? обезжиривали в 0,5 % растворе Na2C03, ополаскивали, дезинфицировали в 0,2 % растворе хлорной извести, ополаскивали, обсушивали, удаляли скорлупу, перемешивали до однородной консистенции и процеживали. Подготовленные яйца добавляли в фасолевое пюре в количестве от 1,5 до 4,5 %, перемешивали и охлаждали до температуры 20-22 С? измеряли влажность и реологические характеристики.
Реологические характеристики пюреобразной массы из зерновой фасоли с добавлением яиц, рассчитанные по описанным в п.п. 4.1 формулам, представлены в таблице 20 и на рисунке 18,
При увеличении массовой доли яиц в фасолевом пюре снижаются адгезионное напряжение предельное напряжение сдвига, эффективный модуль упругости и нормальное напряжение сжатия, а также увеличиваются упругая и пластическая деформации.
Расчетные реологические характеристики, влажность и органолептиче-ская оценка образцов с добавлением яиц представлены в таблице 21.
Для исследуемых образцов характерно повышение удельной работы пластической деформации, относительной деформации и влажности, что соответствует повышению пластичности, упругости и водянистости массы при органолептической оценке. С повышением массовой доли яйца в фасолевом пюре понижается липкость массы, что отражается в снижении числового выражения адгезионного напряжения. При добавлении 4,5 % яйца наблюдается минимальная липкость, однако формованию препятствует повышенная водянистость массы. Согласно балльной органолептической оценке, оптимальная массовая доля яйца добавленного к фасолевому пюре составляет 3,0 %. Такое количество яйца оптимально повышает водянистость массы и уменьшает ее липкость. По органолептической шкале образец оценен на четыре балла,
Влияние пектина, растительного масла и яиц на реологические показатели и влажность пюреобразной массы из зерновой фасоли
Добавление в фасолевое пюре пектина или растительного масла или яиц способствует регулированию одного или несколько параметров консистенции и не оказывает положительного воздействия на все исследуемые характеристики. В связи с этим необходимо изучить влияние комбинированных добавок структурообразователей и эмульгаторов на реологические свойства фасолевого пюре.
Особенностью приготовления комбинированных добавок, содержащих пектин и растительное масло, является предварительное их перемешивание, а затем соединение с фасолевым пюре. Из литературных источников известно, что эта технологическая операция препятствует комкованию пектина и способствует равномерному распределению добавляемых компонентов по всему объему образца [87]. При комбинировании яиц и пектина в массу сначала добавляют пектин, равномерно распределяя его, затем яйца. При комбинировании растительного масла и яйца компоненты добавляют одновременно. Получаемые массы тщательно перемешивают.
Рецептуры полуфабрикатов и кулинарных изделий на основе зерновой фасоли
Для централизованного производства полуфабрикатов высокой степени готовности с длительными сроками хранения разработанные кулинарные изделия подвергали замораживанию. Для изучения влияния режимов замораживания на качественные характеристики полуфабрикатов в качестве образцов для исследования использовали котлеты из фасоли с говядиной массой 50, 75 и 100 г. Для замораживания в геометрический центр полуфабриката устанавливали термопары, а затем помещали его в камеру холодильной установки, описание которой приведено в п.п. 2,2.7. Температурный режим выбран в диапазоне от минус 15 до минус 40 С при естественной циркуляции охлаждающего воздуха: п - 0,1-0,2 м/с. Скорость охлаждающего воздуха не увеличивали, так как при использовании искусственной вентиляции повышается стоимость готовой продукции.
Изменение температуры в геометрическом центре полуфабриката массой 50 г при различных режимах холодильной обработки представлено па рисун
На рисунке видны характерные периоды процесса замораживания полуфабрикатов из пюреобразной фасолевой массы. Первый период - период охлаждения до температуры в геометрическом центре 0 С - составлял для полуфабрикатов, замороженных при минус 15-20 С 43 минуты, при минус 25-30 С - 34 минуты и при минус 35-40 С - 25 минут. Второй период - период максимального кристаллообразования - для полуфабрикатов, замороженных при минус 15-20 С равен 70 минут, при минус 25-30 С - 55 минут и при минус 35-40 С - 50 минут. За счет выделения скрытой теплоты льдообразования в диапазоне температур от минус 1 С до минус 3,5 С снижение температуры замедля ется и кривая замораживания приближается к горизонтальной линии. Третий период - период замораживания до температуры в геометрическом центре минус 18 С - характеризуется изменением теплофизических свойств полуфабриката, Для режима замораживания минус 15-20 С продолжительность его составила 110 минут, для минус 25-30 С - 90 минут и для минус 35-40 С - 80 минут.
Для полуфабриката массой 75 г продолжительность процесса замораживания увеличивается на 9-15 минут в зависимости от режимов замораживания. Общее время замораживая до минус 18 С при температуре минус 15-20 С составляет 123 минут, при минус 25-30 С - 100 минут и при минус 35-40 С - 89 минут.
Выявлено, что изменение массы и температуры замораживания приводило к изменению скорости замораживания полуфабрикатов от 0,28 до 0,48 С /мин. При этом понижение температуры замораживания от минус 15-20 С до минус 25-30 С способствовало увеличению скорости замораживания на 0,07 - 0,08 С /мин., а дальнейшее снижение температуры до минус 35-40 С повышало скорость замораживания лишь на 0,03-0,06 С /мин.
Для качественной оценки полуфабрикатов, замороженных при различных температурных режимах, использовали метод ядерно-магнитного резонанса, используя который можно получить информацию о состоянии влаги на основе изучения подвижности ее протонов,
В полуфабрикатах, замороженных при различных температурах, а затем размороженных, определяли значения времен спин-спиновой релаксации Т мс и амплитуды сигналов ЯМР, А, отн. ед., затем вычисляли скорость спин-спиновой релаксации протонов, I/T2, с" . Измерения проводили при температуре полуфабриката 20 С, в качестве контроля использовали полуфабрикат не подвергавшийся замораживанию. На рисунке 25 представлены зависимости скорости спин-спиновой релаксации от температурного режима замораживания и массы полуфабриката.
Представленные данные характеризуют режим замораживания при минус 25-30 С как наиболее перспективный, так как скорость спин-спиновой релаксации по сравнению с другими режимами достигает максимального значения для всех исследуемых масс полуфабрикатов. Это свидетельствует о менее ин тенсивных процессах влагоперереноса и низких потерях влаги при замораживании. При замораживании в температурном диапазоне от минус 15 до минус 20 С скорость спин-спиновой релаксации минимальная, что обусловлено высокими потерями влаги из-за длительных процессов замораживания. Режим замораживании при минус 35-40 С характеризуется вымораживанием не только свободных, но и связанных форм воды [104], о чем свидетельствует снижение скорости спин-спиновой релаксации протонов по сравнению с режимом замораживания при минус 25-30 С.
