Документ 4241605
реклама
На правах рукописи КОЛЕСНИКОВА Наталья Геннадьевна РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И ОЦЕНКА ПОТРЕБИТЕЛЬСКИХ СВОЙСТВ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ НА ОСНОВЕ ЗЕРНОВОЙ ФАСОЛИ ДЛЯ ДЕТЕЙ ШКОЛЬНОГО ВОЗРАСТА 05.18.01 – Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства 05.18.15 Товароведение пищевых продуктов и технология продуктов общественного питания АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Краснодар – 2006 Работа выполнена в ГОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет» Научные руководители: Официальные оппоненты: Ведущая организация: доктор технических наук, профессор Зайко Галина Михайловна; кандидат технических наук, доцент Шамкова Наталья Тимофеевна доктор биологических наук, профессор Проскуряков Марк Тихонович; кандидат технических наук Шаззо Фатима Рамазановна Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции РАСХН Защита диссертации состоится 30 ноября 2006 г. в 14:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.100.05 в Кубанском государственном технологическом университете по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, корпус «А», конференц-зал С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного технологического университета Автореферат разослан 27 октября 2006 г. Ученый секретарь диссертационного совета, канд. техн. наук В. В. Гончар 3 1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ 1.1 Актуальность темы. Зернобобовые занимают исключительное место среди продовольственного сырья растительного происхождения благодаря уникальному биохимическому составу, обусловленному главным образом высоким содержанием белка. В настоящее время наибольшее внимание исследователей уделяется сое, продукты переработки которой находят широкое применение в пищевой промышленности. Однако не меньшего 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. Особый интерес представляет использование зерновой фасоли в питании детей школьного возраста, так как организация рационального питания школьников предусматривает повышение 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 влаготермической 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. 1.2 Цель работы и задачи исследования. Целью настоящей работы явилась разработка технологии и оценка потребительских свойств продуктов питания на основе зерновой фасоли для детей школьного возраста, в связи с чем, решались следующие задачи: - изучение товароведных и биохимических характеристик зерновой фасоли новых сортов и обоснование возможности её использования в питании детей школьного возраста; 4 - усовершенствование способа влаготермической обработки зерновой фасоли с целью снижения активности ингибиторов протеолитических ферментов; - исследование изменения реологических характеристик бобов зерновой фасоли в процессе влаготермической обработки; - изучение влияния добавок структурообразователей и эмульгаторов на реологические характеристики и влажность пюреобразных масс из зерновой фасоли; - определение реологических характеристик для управления потребительскими свойствами пищевых продуктов на основе зерновой фасоли; - разработка рецептур и технологий пищевых продуктов высокой пищевой и биологической ценности на основе зерновой фасоли для питания школьников; - определение режимов замораживания полуфабрикатов на основе зерновой фасоли с целью обеспечения высоких потребительских характеристик готовой продукции; - оценка потребительских свойств и экономической эффективности промышленного производства продуктов питания на основе зерновой фасоли. 1.3 Научная новизна. Установлена прямопропорциональная зависимость активности водо- и солерастворимых ингибиторов трипсина от фракционного состава белков в зерновой фасоли новых сортов «Горналь», «Мечта хозяйки» и «Баллада». Научно обоснован и экспериментально подтвержден усовершенствованный способ влаготермической обработки зерновой фасоли с последующим приготовлением из неё пюреобразной массы. Доказано, что усовершенствованный способ влаготермической обработки повышает эффективность инактивации водо- и солерастворимых ингибиторов трипсина соответственно на 19,4 и 13,5 % и сокращает технологический процесс приготовления зерновой фасоли в среднем на 5 часов. Впервые определены реологические характеристики бобов зерновой фасоли в процессе влаготермической обработки и установлена возможность использования нормального напряжения сжатия в качестве объективного критерия кулинарной готовности зерновой фасоли. 5 Впервые изучено влияние добавок структурообразователей и эмульгаторов (пектина, растительного масла и яиц) на реологические характеристики пюреобразных масс из зерновой фасоли. Установлены оптимальные соотношения рецептурных компонентов и режимы перемешивания для производства формованных продуктов питания. Впервые установлено, что комплексное использование усовершенствованного способа влаготермической обработки зерновой фасоли и замораживания полуфабрикатов на её основе с последующим размораживанием, позволяет максимально снизить активность ингибиторов трипсина и повысить биологическую ценность готовой продукции. Новизна технических решений подтверждена патентом РФ № 2269908 от 06.09.2004 г., тремя решениями о выдаче патентов РФ на изобретения по заявкам № 2005121729/13 от 11.07.2005 г., № 2005121733/13 от 11.07.2005 г. и № 2005126771 /13 от 24.08.2005 г. 1.4 Практическая значимость работы заключается в разработке усовершенствованного способа влаготермической обработки зерновой фасоли, рецептур и технологий полуфабрикатов и готовых кулинарных изделий на основе зерновой фасоли для питания детей школьного возраста. Получены данные по пищевой и биологической ценности новых продуктов питания. Установлены численные значения реологических характеристик, позволяющие управлять потребительскими свойствами формованных полуфабрикатов и кулинарных изделий на основе зерновой фасоли. Разработаны и утверждены три комплекта технической документации для промышленного производства продукции на основе зерновой фасоли, а также технико-технологические карты на 11 наименований кулинарных изделий для производства в условиях предприятий общественного питания. Данные, полученные в ходе исследований, включены в структурные блоки программы для ЭВМ «Электронный ресурс для расчета рационов школьного питания», получено авторское свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2005612711 от 24.08.05 г. 1.5 Реализация результатов исследования. Технология производства продуктов питания на основе зерновой фасоли внедрена в столовые при средней школе им. А. Невского г. Анапы и ООО «Анприс», а также в промышленное производство при ООО «КраснодарСтройпищепром». Ре- 6 зультаты исследований используются в лекционном курсе и лабораторном практикуме по дисциплине «Технология продуктов функционального питания» для студентов специальности 260505. 1.6 Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на заседаниях кафедры Технологии и организации питания КубГТУ (2003-2006 гг.), на Международной научнопрактической конференции «Инновационные процессы в пищевой промышленности» (г. Минск, 2003 г.); на Межрегиональной научнопрактической конференции «Эколого-экономические проблемы региональных торговых рынков» (г. Красноярск, 2004 г.); на Всероссийской научно-технической конференции-выставке «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации» (Москва, 2004 г.); на межрегиональном научно-практическом семинаре «Теория и практика новых технологий в производстве продуктов питания» (г. Омск, 2005 г.); на Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Пищевая промышленность: интеграция науки, образования и производства» (г. Краснодар, 2005 г.). Отдельные результаты диссертации отмечены дипломами, серебряной и бронзовой медалями в конкурсе на лучшую научную и творческую работу аспирантов среди высших учебных заведений Краснодарского края (2005 г.). 1.7 Публикации. По теме диссертации опубликовано 20 научных работ, в том числе 8 статей, получен 1 патент, 1 авторское свидетельство и 3 решения о выдаче патентов на изобретения. 1.8 Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературных источников и приложений. Материал изложен на 237 страницах компьютерного текста, содержит 76 таблиц и 42 рисунка. Список литературных источников включает 190 наименований отечественных и зарубежных авторов. 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 2.1 Объекты исследований. В качестве объектов исследований использовались бобы зерновой фасоли новых сортов, районированных в Краснодарском крае, «Горналь», «Мечта хозяйки» и «Баллада» урожая 2003-2005 гг., пюреобразные массы, получаемые из зерновой фасоли с 7 добавлением пектина, растительного масла и яиц, а также полуфабрикаты и кулинарные изделия на основе зерновой фасоли с мясными и плодоовощными наполнителями. 2.2 Методы исследований. Структурная схема исследований представлена на рисунке 1. 1. Анализ патентно-информационной литературы. Выбор объектов и методов исследований 2. Изучение товароведных и биохимических характеристик зерновой фасоли новых сортов и анализ способов влаготермической обработки «Горналь» Товароведные характеристики «Мечта хозяйки» Биохимические характеристики Способы влаготермической обработки «Баллада» варка в 1,2 % растворе пищевой соды варка при непрерывном кипении варка с предварительным замачиванием 3. Разработка усовершенствованного способа влаготермической обработки зерновой фасоли Изменение активности ингибиторов трипсина Реологические характеристики бобов зерновой фасоли - момент сопротивления - предельное напряжение сдвига - максимальное усилие при прокалывании - предел прочности - нормальное напряжение сжатия - геометрические параметры деформации Выбор технологических режимов обработки 4. Оптимизация технологии пюреобразной массы из зерновой фасоли Пектин Органолептическая оценка консистенции Яйца Растительное масло Реологические характеристики пюреобразных масс из зерновой фасоли - упругая деформация - адгезионное напряжение - относительная деформация - пластическая деформация - нормальное напряжение сжатия - предельное напряжение сдвига - эффективный модуль упругости - удельная работа пластической деформации 5. Разработка рецептур и технологий продуктов питания из пюреобразных масс на основе зерновой фасоли для детей школьного возраста Выбор наполнителей мясное сырьё плодоовощное сырьё Котлеты Биточки Запеканки Обоснование режимов замораживания влияние температуры на продолжительность замораживания изучение состояния влаги методом ЯМР изучение активности ингибиторов трипсина 6. Оценка потребительских свойств продуктов питания на основе зерновой фасоли Органолептическая оценка Пищевая ценность Биологическая ценность Показатели безопасности Экономическая эффективность Рисунок 1 Структурная схема исследований 8 При проведении экспериментальных исследований использовали общепринятые физико-химические и биохимические методы анализов. Изучение реологических характеристик бобов и пюреобразных масс проводили на электронном устройстве «Структурометр СТ-1», активность ингибиторов трипсина по методике Кунитца, состояние воды в полуфабрикатах – методом ЯМР, относительную биологическую ценность − с использованием тест-организма Tetrachymena Pyriformis. 3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 3.1 Исследование товароведных и биохимических характеристик зерновой фасоли. Результаты изучения основных характеристик зерновой фасоли новых сортов, районированных в Краснодарском крае, представлены в таблице 1. Таблица 1 Характеристика зерновой фасоли новых сортов Значение показателей Сорта зерновой фасоли Наименования показателей «Мечта «Горналь» «Баллада» хозяйки» Урожайность в Краснодарском крае, ц/га 24,5-28,4 25,7-37,8 24,9-30,5 Масса 1000 семян, г 311-344 339-544 389-455 кремовокремово- коричневоЦвет желтый белый пестрый Крупность, мм - по длине 9,0-12,0 12,0-16,0 9,0-14,0 - по ширине 5,5-6,0 6,5-8,0 7,0-9,0 - по толщине 4,0-4,5 4,5-6,0 5,0-7,0 Выравненность, % - по длине 84,0 84,0 84,0 - по ширине 86,0 84,0 76,0 - по толщине 90,0 76,0 75,0 Коэффициент развариваемости 2,7 2,9 2,7 Массовая доля, % сухих веществ 85,17 84,25 85,81 белков, в том числе: 27,33 26,55 25,15 альбуминов 11,13 11,05 10,83 глобулинов 12,37 12,07 10,37 глютелинов 3,53 3,43 3,95 жиров 1,65 1,65 1,70 углеводов, в том числе: 56,05 55,90 57,18 пищевых волокон 3,90 3,90 3,90 Активность ингибиторов трипсина, мг/г: водорастворимых 1,81 1,15 1,13 солерастворимых 2,03 1,33 1,04 9 Наиболее высокая урожайность 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 выравненности для изучаемых сортов примерно одинаков. 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 денатурационным изменениям, отличаются зерновая фасоль сортов «Мечта хозяйки» и «Баллада». Достаточно высокое содержание в зерновой фасоли ингибиторов протеолитических 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. 3.2 Совершенствование способа влаготермической обработки зерновой фасоли. Были исследованы различные способы влаготермической обработки бобов зерновой фасоли: варка до готовности в 1,2 % р-ре пищевой соды, варка при непрерывном кипении, варка с предварительным замачиванием (традиционный способ влаготермической обработки). Установлено, что первые два способа влаготермической обработки зерновой фасоли неприемлемы в производстве продуктов питания для детей школьного возраста ввиду высоких потерь минеральных веществ и витаминов. Традиционный способ является длительным и не обеспечивает полной инактивации ингибиторов протеолитических ферментов. В связи с этим, был разработан усовершенствованный способ, особенностью которого является исключение операции замачивания и применение варки в два этапа, таблица 2. Изучение трипсинингибирующей активности зерновой фасоли, таблица 3, позволило установить, что при усовершенствованном способе влаготермической обработки, в сравнении с традиционным, эффективность инактивации водо- и солерастворимых ингибиторов трипсина повышается на 19,4 и 13,5 % соответственно. 10 Таблица 2 Сравнительные схемы способов влаготермической обработки зерновой фасоли Традиционный способ Инспекция Магнитное сепарирование Мойка Замачивание, τ = 5 часов, гидромодуль 1: 2 – Варка до готовности, τ = 70 - 80 минут, гидромодуль 1: 3 Усовершенствованный способ Инспекция Магнитное сепарирование Мойка – Варка, τ = 3 - 5 минут с заменой варочной среды на холодную воду, гидромодуль 1: 2 Варка до готовности, τ = 67 - 75 минут с однодвух кратной заменой от 25 до 40 % варочной среды на холодную воду, гидромодуль 1: 3 Предположительно, снижение активности ингибиторов трипсина объясняется технологическими особенностями усовершенствованного способа обработки, резкие перепады температуры при замене варочной среды на холодную воду приводят к ускорению процессов влагопереноса и диффузии водорастворимых веществ. Вследствие этого водорастворимые ингибиторы трипсина переходят в варочную среду, а солерастворимые ингибиторы трипсина, являясь менее термоустойчивыми, в результате перепада давления инактивируются. Таблица 3 Изменение активности ингибиторов трипсина зерновой фасоли при влаготермической обработке Активность ингибиторов трипсина зерновой фасоли сортов, мг/г «Горналь» водорастворимых солерастворимых «Мечта хозяйки» водорастворимых солерастворимых «Баллада» водорастворимых солерастворимых Исходное сырье Значение показателя Способы влаготермической обработки традиционный усовершенствованный 1,809 2,028 0,633 0,556 0,279 0,283 1,151 1,326 0,345 0,317 0,132 0,125 1,136 1,039 0,466 0,305 0,223 0,167 Таким образом, усовершенствованный способ влаготермической обработки обеспечивает повышение биологической ценности зерновой фасоли за счет уменьшения активности ингибиторов трипсина. После влаго- 11 термической обработки активность ингибиторов трипсина была наименьшей у зерновой фасоли сорта «Мечта хозяйки», поэтому данный сорт наиболее предпочтителен для использования в питании школьников. 3.3 Изменение реологических характеристик зерновой фасоли в процессе влаготермической обработки. Качественной характеристикой влаготермической обработки бобов зерновой фасоли является их развариваемость. При этом для оценки кулинарной готовности зерновой фасоли используют органолептический метод, являющийся недостаточно точным и субъективным. Для объективной оценки кулинарной готовности бобов зерновой фасоли исследовали реологические характеристики сырых бобов зерновой фасоли и бобов, обработанных традиционным и усовершенствованным способами с интервалом в 10 минут до полной кулинарной готовности. Начало процесса фиксировали с момента закипания воды. При влаготермической обработке реологические свойства зерновой фасоли изменяются. Происходит размягчение тканей, уменьшается их твердость и ломкость. Реологические характеристики готовых бобов зерновой фасоли, приготовленных с применением как традиционного, так и усовершенствованного способов влаготермической обработки, принимают одинаковые числовые значения, их результаты приведены в таблице 4. Таблица 4 Реологические характеристики бобов зерновой фасоли Наименования показателей Предельное напряжение сдвига, кПа Момент сопротивления, м3∙10 8 Максимальное усилие при прокалывании бобов, Н Предел прочности, кПа Геометрические параметры деформации, мм Нормальное напряжение сжатия, Па Значения показателей для бобов зерновой фасоли сортов «Горналь» «Мечта хозяйки» «Баллада» без об- гото- без об- гото- без об- готоработки вых работки вых работки вых 23,68 0,97 16,95 0,69 10,11 0,51 1,33 2,16 1,95 4,05 3,14 5,12 31,8 0,2 75,1 0,1 78,8 0,1 18,57 10,99 20,00 10,67 10,66 6,51 1,5 7,0 1,8 8,0 2,3 8,0 1557,5 3,8 2843,9 2,2 2170,9 2,0 Однако динамика изменения реологических показателей при традиционном и усовершенствованном способах обработки имеет различный характер. Существующие различия можно проанализировать на примере 12 изучения изменения нормального напряжения сжатия бобов зерновой фасоли в процессе влаготермической обработки (таблица 5). Таблица 5 Изменение нормального напряжения сжатия в процессе влаготермической обработки зерновой фасоли Нормальное напряжение сжатия для бобов зерновой фасоли сортов, Па «Горналь» «Мечта хозяйки» «Баллада» Наименование усоверусоверусоверобработки традитрадитрадишенствошенствошенствоционный ционный ционный ванный ванный ванный способ способ способ способ способ способ Без обработки 1557,46 1557,46 2843,9 2843,90 2170,89 2170,89 Замачивание 5 ч 312,78 421,12 1342,96 Варка в течение, мин: 5 117,80 222,80 88,16 113,90 92,39 127,78 10 125,47 202,14 101,93 67,26 62,31 112,35 20 66,70 79,52 93,65 54,44 96,69 79,47 30 41,65 106,03 61,54 93,50 60,72 76,38 40 26,14 62,42 12,29 83,39 35,60 113,07 50 18,29 45,61 12,29 53,07 18,37 71,44 60 10,62 24,23 7,17 36,86 18,37 32,66 7,17 33,47 22,45 16,33 70 3,75 3,75 80 3,65 3,62 2,20 2,20 2,00 2,00 90 3,32 3,31 2,12 2,10 1,87 1,83 100 3,11 3,11 1,85 1,85 1,62 1,62 При традиционном способе влаготермической обработки после замачивания бобов фасоли наблюдается снижение нормального напряжения сжатия, связанное с набуханием белковых молекул и крахмальных зерен. Через 10-20 минут от начала варки протекающие процессы клейстеризации крахмала способствуют увеличению вязкости и повышению нормального напряжения сжатия в среднем на 13,8 Па. При этом для сорта «Мечта хозяйки» и «Горналь» увеличение нормального напряжения сжатия наблюдается через 10 минут от начала варки, для трудноразвариваемого сорта «Баллада» - через 20 минут. В оставшийся период варки зерна крахмала, находящиеся в геометрическом центре бобов зерновой фасоли, клейстеризуются. Происходит равномерное размягчение бобов, что отражается в снижении числовых значений нормального напряжения сжатия. 13 При усовершенствованном способе влаготермической обработки через 3-5 минут от начала варки нормальное напряжение сжатия для всех исследуемых сортов уменьшается от 4 до 6 раз. Такие изменения связаны с интенсивно протекающими процессами набухания и клейстеризации крахмала, сопровождающимися растворением части амилозы и частичной пептизацией амилопектина. Технологически предусмотренная замена варочной среды на холодную воду способствует резкому снижению температуры и препятствует разрыву семенной оболочки бобов зерновой фасоли. При дальнейшей варке происходит равномерное снижение нормального напряжения сжатия и его увеличение наблюдается только через 30-40 минут от начала варки. Численное значение нормального напряжения сжатия возрастает в среднем на 39,1 Па, что обусловлено увеличением вязкости крахмального клейстера. Увеличение численного значения нормального напряжения сжатия при усовершенствованном способе, в сравнении с традиционным, является результатом более интенсивных процессов влагопереноса вследствие перепада температур при частичной замене варочной среды на холодную воду. В дальнейшем объем клеток увеличивается, и вязкость крахмального клейстера постепенно снижается, приводя к уменьшению нормального напряжения сжатия. Таким образом, процесс развариваемости при усовершенствованном способе влаготермической обработки, в сравнении с традиционным способом, протекает более интенсивно, в результате чего технологический процесс приготовления зерновой фасоли всех исследуемых сортов сокращается в среднем на 5 часов. Сопоставляя результаты органолептической оценки зерновой фасоли и определения нормального напряжения сжатия, было установлено, что при достижении числового значения нормального напряжения сжатия в диапазоне от 2,00 до 2,20 Па для сортов с тонкой семенной оболочкой («Мечта хозяйки» и «Баллада») и от 3,75 до 4,00 Па для сортов с утолщенной семенной оболочкой («Горналь»), зерновая фасоль достигает полной кулинарной готовности. Таким образом, нормальное напряжение сжатия может использоваться в качестве объективного критерия кулинарной готовности зерновой фасоли. 3.4 Оптимизация технологии пюреобразной массы из зерновой фасоли. Зерновая фасоль сорта «Мечта хозяйки», приготовленная по усовершенствованному способу влаготермической обработки, использовалась 14 для получения пюреобразной массы. Однако полученный продукт ввиду повышенной липкости оказался непригоден для производства формованной кулинарной продукции. В связи с этим изучалось влияние добавок структурообразователей и эмульгаторов (пектина, растительного масла, яиц), а также режимов перемешивания (в диапазоне частот от 57 до 670 об./мин.) на реологические характеристики и влажность пюреобразной массы из зерновой фасоли. Основой оценки реологических характеристик являлась оценка консистенции органолептическим методом. В результате проведенных исследований установлено, что оптимальные реологические показатели характерны для пюреобразной массы, содержащей 0,8 % пектина, 3,0 % яиц и 3,0 % растительного масла, при перемешивании в течение 3 минут при 60 об./мин. Сравнение реологических показателей пюреобразной массы без добавок, и оптимизированной нами, условно представлено на рисунке 2, реологические характеристики, влажность и органолептические показатели в таблице 6. Числовые значения реологических характеристик пюреобразной массы, оптимизированной по рецептуре, составили для пластической деформации 34,0 мм; адгезионного напряжения 169,9 Па; предельного напряжения сдвига 2728,0 Па; упругой деформации 0,37 мм; нормального напряжения сжатия 2445,9 Па; эффективного модуля упругости при максимальной нагрузке 165,3 Па. Пластическая деформация, мм 1 35 30 Эффективный модуль упругости, Па 25 20 6 2 15 Адгезионное напряжение, Па 10 5 0 Нормальное напряжение сжатия, Па 5 3 Упругая деформация, мм Предельное напряжение сдвига, Па 4 ____ пюреобразная масса без добавок; _____ пюреобразная масса по оптимальной рецептуре Рисунок 2 Реологические характеристики пюреобразной массы из зерновой фасоли 15 Таблица 6 Сравнительная оценка реологических характеристик, влажности и органолептических показателей пюреобразных масс из фасоли Наименование образца Пюреобразная масса без добавок Пюреобразная масса, содержащая соответственно: - пектин - растительное масло - яйца Массовая доля компонентов, % Влаж ность образца, % - 69,47 5050,19 64,62 5470,13 0,8 3,0 3,0 Реологические характеристики удельная работа пластической деформации, Дж/м3 относительная деформация Органолептическая оценка консистенции описание показателя бал лы Очень липкая масса, не 1 формуется Нелипкая мас0,0148 са, в меру плотная, оптимально 5 упругая и пластичная, хорошо формуется 0,0064 Полученные значения могут быть рекомендованы для прогнозирования потребительских свойств полуфабрикатов и готовых кулинарных изделий из зерновой фасоли сорта «Мечта хозяйки». 3.5 Разработка рецептур и технологий продуктов питания на основе зерновой фасоли для питания школьников. На основе пюреобразной массы из зерновой фасоли, полученной по оптимальной рецептуре, разработан ассортимент продуктов для школьного питания с плодоовощными и мясными наполнителями. При выборе дополнительных компонентов и наполнителей руководствовались их пищевой и биологической ценностью, а также органолептической оценкой готовой продукции. Установлено, что для формирования требуемых реологических и органолептических показателей кулинарной продукции количество наполнителей не должно превышать 27 %. В таблице 7 приведены рецептуры отдельных видов полуфабрикатов на основе зерновой фасоли. В связи с тем, что индустриализация школьного питания предполагает централизованное производство продукции, определяли режимы замораживания полуфабрикатов на основе зерновой фасоли. 16 Таблица 7 - Рецептуры полуфабрикатов на основе зерновой фасоли Наименование сырья, п/ф Фасоль Яйца или меланж Растительное масло Пектин Говядина жилованная Рецептуры, кг на 1 т сформованных и замороженных полуфабрикатов котлеты из фасоли биточки из фасоли запес го- с пе- с капу- с помидо- с морко- канка из фавяди- ченью стой рами и ба- вью и ной и зеленью клажанами яблоками соли с тыквой 620 620 620 620 620 620 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 30 47 47 60 47 30 30 8 8 8 8 8 8 (2 кат.) 185 - - - - - Печень телячья Репчатый лук Баклажаны Помидоры или томатное пюре 12 %-ное Морковь Капуста белокочанная Зелень петрушки Яблоки Тыква Соль Ванилин Сахар Сметана Сухари пшеничные 60 - 185 60 - 60 - 60 95 90 - - - - - 49 - - 10 40 10 40 67 95 10 10 40 10 40 115 117 0,1 40 40 212 0,1 40 20 40 На рисунке 3 в качестве примера приведена технологическая схема приготовления котлет из фасоли с говядиной. Для выбора режимов замораживания, обеспечивающих высокие потребительские свойства готовых продуктов, изучали состояние влаги в полуфабрикатах массой от 50 до 100 г, замороженных при различной температуре. На рисунке 4 представлен температурный график замораживания полуфабриката «Котлеты из фасоли с печенью» массой 100 г. Видны три периода замораживания: первый – период охлаждения до температуры в геометрическом центре 0 С; второй – максимального кристаллообразования; третий - замораживания до температуры в геометрическом центре минус 18 С. Говядина жилованная Лук репчатый Нарезка Инспекция Измельчение (диаметр от 2 до 4 мм) Очистка Припускание Нарезка Растительное масло Зерновая фасоль Пектин Фильтрование Просеивание Мойка Пассерование Соединение компонентов Инспекция Сепарация Мойка Яйца Соль Сухари панировочные Замачивание Просеивание Просеивание Обезжиривание Ополаскивание Перемешивание 3 мин. при 60 об./мин. Пюреобразная масса из зерновой фасоли Приготовление фарша Формование Панирование Обжарка 1-2 мин. Запекание Кулинарные изделия «Котлеты из зерновой фасоли с говядиной» Упаковка Охлаждение П/ф «Котлеты из зерновой фасоли с говядиной охлажденные» Замораживание t = (- 25) …(-30 ) С, υ= 0,1 - 0,2 м/с П/ф «Котлеты из зерновой фасоли с говядиной замороженные» Рисунок 3 Технологическая схема приготовления котлет из зерновой фасоли с говядиной 17 Дезинфекция Усовершенствованный Перемешивание способ влаготермической Ополаскивание обработки Отвар Обсушивание Измельчение Удаление (диаметр от 1,6 до 2,4мм) скорлупы Соединение компонентов 18 Продолжительность процесса замораживания при температуре от минус 25 до минус 30 С и скорости движения воздуха от 0,1 до 0,2 м/с составила 110 минут. Температура, ºС 20 1 период 16 12 8 2 период 3 период 4 0 20 40 60 80 100 120 140 -4 0 -8 -12 -16 -20 Продолжительность замораживания, мин. Рисунок 4 Изменение температуры при замораживании полуфабриката «Котлеты из фасоли с печенью» массой 100 г при естественной циркуляции охлаждающего воздуха (υ) от 0,1 до 0,2 м/с и температуре в холодильной камере, ºС: минус 15-20 минус 25-30 минус 35-40 В результате исследований установлено, что для полуфабрикатов массой 100 г, замороженных при температуре от минус 25 до минус 30 С процессы влагопереноса и потери влаги минимальны. Таким образом, температура от минус 25 до 30 С и скорость движения воздуха от 0,1 до 0,2 м/с рекомендуется для замораживания полуфабрикатов на основе зерновой фасоли, так как позволяет обеспечить высокие потребительские характеристики готовых кулинарных изделий. Изучение изменения активности ингибиторов трипсина при охлаждении и замораживании показало, что охлаждение полуфабрикатов на основе зерновой фасоли не оказывает влияния на активность ингибиторов трипсина, в то время как замораживание с последующим размораживанием продукции обеспечивает снижение активности водо- и солерастворимых ингибиторов трипсина, в сравнении с сырой зерновой фасолью, на 93,1 и 91,9 % соответственно. 3.6 Оценка потребительских свойств полуфабрикатов и кулинарных изделий на основе зерновой фасоли. Данные по пищевой ценности готовых кулинарных изделий на основе зерновой фасоли приведены в таблице 8 19 Таблица 8 – Пищевая ценность готовых кулинарных изделий на основе зерновой фасоли Наименования показателей Массовая доля, %: сухих веществ белков жиров углеводов, в т. ч.: пищевых волокон пектина Витамины, мг/100г: В1 В2 РР Минеральные вещества, мг/100г: Са Мg Р Fe Энергетическая ценность, кДж Котлеты из фасоли Биточки из фасоли Запес говя- с пече- с капу- с помидо- с морко- канка из диной нью стой и рами и ба- вью и фасоли с зеленью клажанами яблоками тыквой 45,18 38,35 11,83 12,79 8,21 7,63 22,08 22,08 1,18 1,18 0,8 0,8 40,57 7,86 7,97 23,72 1,38 0,8 36,94 7,55 6,68 23,55 1,45 0,8 43,10 7,44 4,98 27,90 1,30 0,8 43,64 7,54 5,37 27,90 1,44 0,8 0,17 0,11 0,78 0,17 0,08 0,20 0,17 0,09 0,27 0,17 0,08 0,15 0,17 0,08 0,25 53,00 38,40 177,99 4,00 54,76 39,40 173,58 4,24 58,92 37,10 171,76 3,91 673,6 680,3 680,8 0,25 0,75 2,23 51,44 50,79 69,99 39,60 40,10 43,10 216,47 275,37 182,63 4,38 6,55 4,06 784,1 778,6 728,0 Установлено, что при потреблении детьми школьного возраста 100 г разработанных продуктов питания их суточная потребность в пищевых нутриентах, дифференцированно по возрастным группам, в среднем удовлетворяется от 9,5 до 16,2 % в белке, от 27,6 до 36,4 % в железе, от 15,1 до 18,6 % в витамине В1, от 35,0 до 46,9 % в витамине В2, до 40% в пектине. Применение усовершенствованного способа влаготермической обработки зерновой фасоли и обогащение пюреобразной фасолевой массы наполнителями из мясного и плодоовощного сырья обеспечивают повышение относительной биологической ценности кулинарных изделий, в сравнении с контрольным образцом фасолевого пюре на 20,0 - 21,6 и 6,8 - 7,6 % соответственно. В готовых кулинарных изделиях активность водорастворимых ингибиторов трипсина составила 0,081-0,083 мг/г, солерастворимых 0,079 мг/г. 20 В результате исследований установлено, что разработанная продукция безопасна в токсикологическом и микробиологическом отношениях. Рекомендуемый срок хранения замороженных полуфабрикатов на основе зерновой фасоли составляет 6 месяцев (таблица 9). Таблица 9 Микробиологические показатели зерновой фасоли полуфабрикатов на основе Количество мезоДопуНаименования полуфабрикатов фильных аэробных стимые биточки из фасоли запеканка и факультативноуровни котлеты из фасоли с помидорами с морковью из фасоли с анаэробных микрос печенью и баклажанами и яблоками тыквой организмов, КОЕ/г до хранения 2∙104 4,8∙102 3,5∙102 3,3∙102 3,2∙102 после хранения 2∙104 1,8∙103 1,5∙103 1,5∙103 1,5∙103 в течение 6 месяцев Для производства полуфабрикатов и кулинарных изделий в промышленных условиях разработаны и утверждены три комплекта технической документации: ТУ и ТИ 9165-166-02067862-2005 «Полуфабрикаты охлажденные и замороженные для детского питания. Котлеты из фасоли с наполнителями»; ТУ и ТИ 9165-165-02067862-2005 «Кулинарные изделия для детского питания. Котлеты, биточки, запеканки на основе зерновой фасоли»; ТУ и ТИ 9165-178-02067862-2006 «Продукты питания функционального назначения. Блюда и полуфабрикаты на фаршевой основе из растительного сырья». Ожидаемый экономический эффект от реализации 1 т замороженных полуфабрикатов на основе зерновой фасоли с мясными наполнителями в среднем составит 6,1 тыс. руб., с плодоовощными 3,5 тыс. руб. ВЫВОДЫ Впервые выполнены комплексные исследования, обосновывающие использование новых сортов зерновой фасоли в производстве продуктов питания высокой пищевой и биологической ценности для детей школьного возраста. 1. Изучены товароведные и биохимические характеристики зерновой фасоли новых сортов, районированных в Краснодарском крае, - «Горналь», «Мечта хозяйки» и «Баллада». 21 2. Разработан усовершенствованный способ влаготермической обработки зерновой фасоли (решение о выдаче патента на изобретение № 2005126771/13), повышающий эффективность инактивации водо- и солерастворимых ингибиторов трипсина соответственно на 19,4 и 13,5 % и сокращающий технологический процесс приготовления зерновой фасоли в среднем на 5 часов. 3. Исследованы реологические характеристики бобов зерновой фасоли в процессе влаготермической обработки и установлена возможность использования нормального напряжения сжатия в качестве объективного критерия кулинарной готовности. Определено, что при достижении числового значения нормального напряжения сжатия в диапазоне от 2,00 до 2,20 Па для сортов с тонкой семенной оболочкой («Мечта хозяйки» и «Баллада») и от 3,75 до 4,00 Па для сортов с утолщенной семенной оболочкой («Горналь»), зерновая фасоль достигает кулинарной готовности. Из исследуемых сортов зерновой фасоли наиболее предпочтительным для использования в питании детей школьного возраста является сорт «Мечта хозяйки». 4. Изучено влияние добавок структурообразователей и эмульгаторов на реологические свойства и влажность пюреобразной массы из зерновой фасоли. Установлено, что добавление 0,8 % пектина, 3,0 % яйца, 3,0 % растительного масла и перемешивание при 60 об./мин. в течение 3 мин. оптимизирует рецептуру пюреобразной массы из зерновой фасоли для производства формованных продуктов питания. 5. Определены числовые значения реологических характеристик, которые могут быть использованы для прогнозирования потребительских свойств полуфабрикатов и готовых кулинарных изделий на основе зерновой фасоли. Для пюреобразной массы, оптимизированной по рецептуре, значения пластической деформации составили 34,0 мм; адгезионного напряжения 169,9 Па; предельного напряжения сдвига 2728,0 Па; упругой деформации 0,37 мм; нормального напряжения сжатия 2445,9 Па; эффективного модуля упругости при максимальной нагрузке 165,3 Па. 6. Разработаны рецептуры и технологии продуктов питания высокой пищевой и биологической ценности на основе зерновой фасоли для школьников (патент № 2269908 и решение о выдаче патента на изобретение № 2005121729/13). Установлено, что для обеспечения требуемых реологических и органолептических показателей готовой продукции количество наполнителей в них не должно превышать 27 %. 22 7. Определены режимы замораживания полуфабрикатов, полученных на основе зерновой фасоли, это: температура от минус 25 до минус 30 С при скорости движения воздуха от 0,1 до 0,2 м/с. Доказано, что использование усовершенствованного способа влаготермической обработки зерновой фасоли и замораживания полуфабрикатов с последующим размораживанием обеспечивает снижение активности водо- и солерастворимых ингибиторов трипсина в сравнении с сырой зерновой фасолью на 93,1 и 91,9 % соответственно. 8. Произведена оценка потребительских свойств кулинарной продукции на основе зерновой фасоли и подтверждена их токсикологическая и микробиологическая безопасность. Установлено, что при потреблении детьми школьного возраста 100 г разработанных продуктов питания их суточная потребность в пищевых нутриентах, дифференцированно по возрастным группам, в среднем удовлетворяется от 9,5 до 16,2 % в белке, от 27,6 до 36,4 % в железе, от 15,1 до 18,6 % в витамине В1, от 35,0 до 46,9 % в витамине В2, до 40 % в пектине. 9. Разработана и утверждена техническая документация на производство кулинарной продукции на основе зерновой фасоли в промышленных условиях (ТУ, ТИ), а также технико-технологические карты для производства в условиях предприятий общественного питания. Разработанные технологии апробированы и внедрены в производство. 10. Ожидаемый экономический эффект от реализации 1 т замороженных полуфабрикатов на основе зерновой фасоли с мясными наполнителями в среднем составит 6,1 тыс. руб., с плодоовощными 3,5 тыс. руб. Список работ, опубликованных по теме диссертации: 1. Колесникова Н.Г., Бухтоярова З.Т. Повышение усвояемости пищевых белков / Материалы международной научно-практической конференции «Инновационные процессы в пищевой промышленности», 28-30 октября 2003 г. – Минск, 2003. – С.35-36. 2. Колесникова Н.Г., Шамкова Н. Т., Зайко Г.М. Перспективы использования зернобобового сырья в производстве продуктов функционального назначения для питания детей школьного возраста // Известия вузов. Пищевая технология, Краснодар: 2004, 22с. Рус. Деп. в ВИНИТИ 28.06.2004, №1098-В 2004. 3. Колесникова Н.Г., Бухтоярова З.Т. Новые технологии производства блюд повышенной биологической ценности / Сборник студенческих научных 23 работ, отмеченных наградами на конкурсах. – Краснодар: Изд. КубГТУ. – Вып.5, 2004. – С. 12-15. 4. Шамкова Н.Т., Колесникова Н.Г., Яковлева Т.В. Перспективы использования биологически активных добавок в питании школьников города Краснодара / Материалы Межрегиональной научно-практической конференции «Эколого-экономические проблемы региональных торговых рынков», Красноярск, 23 апреля 2004 г. Красноярск. 2004. С.141-142. 5. Шамкова Н.Т., Колесникова Н.Г., Зайко Г.М., Наймушина Е.Г. Перспективы использования бобовых в производстве продуктов питания для детей школьного возраста / В сб. докладов Всероссийской научно-технической конференции-выставки «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации», Москва, 2004 г. Москва. 2004. С.38-39. 6. Колесникова Н.Г., Шамкова Н. Т., Зайко Г.М. Некоторые подходы к формированию мотивации здорового питания / «Труды КубГТУ». – Краснодар ГОУВПО «Кубан. гос. технол. ун-т», 2005. – Т. XXIII. – Сер. Совершенствование образовательных технологий. Вып. 3. – С. 213-220. 7. Колесникова Н.Г., Шамкова Н.Т., Иванова Е.В. Использование зерновой фасоли в производстве продуктов функционального назначения / Теория и практика новых технологий в производстве продуктов питания: Сборник научных трудов участников межрегионального научно-практического семинара 8 апреля 2005г./ Под ред. Н.Б. Гавриловой. – Омск: Издательство «Прогресс» Омского института предпринимательства и права, 2005. – С. 54 -55. 8. Шамкова Н.Т., Зайко Г.М., Кияшко С.А., Колесникова Н.Г. Фаршевые блюда и полуфабрикаты на мясной основе для школьного питания / Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием – Пищевая промышленность: интеграция науки, образования и производства / КубГТУ, Краснодар: Изд. КубГТУ, 2005 – С. 364-365. 9. Колесникова Н.Г., Шамкова Н.Т., Киричатая А.П., Зайко Г.М. Изучение реологических характеристик фасолевого пюре / Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием Пищевая промышленность: интеграция науки, образования и производства / КубГТУ, Краснодар: Изд. КубГТУ, 2005 – С.375-376. 10. Колесникова Н.Г., Шамкова Н.Т., Иванова Е.В., Зайко Г.М. Использование зерновой фасоли в производстве продуктов школьного питания / Материалы Всероссийской научно-практической конференции с международным участием - Пищевая промышленность: интеграция науки, образования и производства / КубГТУ, Краснодар: Изд. КубГТУ, 2005 – С.377. 11. Колесникова Н.Г., Зайко Г.М., Иванова Е.В., Киричатая А.П. Совершенствование технологии переработки фасоли для производства продуктов Перемешивание 3 мин. при 60 об./мин. 24 12. 13. 14. 15. 16. 17. 18. 19. 20. школьного питания / Сборник студенческих научных работ, отмеченных наградами на конкурсах. – Краснодар: Изд. КубГТУ. – Вып. 6, 2005. – С.23-25. Колесникова Н.Г., Шамкова Н.Т., Зайко Г.М. Продукты из фасоли с субпродуктами для профилактики железодефицитной анемии // Известия вузов. Пищевая технология. Краснодар: 2005, №5-6 – С. 127. Колесникова Н.Г. Структурно-механические характеристики зерновой фасоли при тепловой обработке / Н.Г. Колесникова, Н.Т. Шамкова, Г.М. Зайко // Изв. вузов. Пищевая технология. Краснодар: 2006, № 4, С. 46-48. Иванова Е.В., Колесникова Н.Г., Зайко Г.М. Влияние режимов замораживания на качество полуфабрикатов из пюреобразной фасолевой массы / Сборник студенческих научных работ, отмеченных наградами на конкурсах. – Краснодар: Изд. КубГТУ. – Вып. 7, 2006. – С.10-12. Колесникова Н.Г., Шамкова Н.Т., Зайко Г.М., Иванова Е.В. Влияние тепловой обработки на структурно-механические свойства бобов зерновой фасоли // Хранение и переработка с/х. М.: 2006, № 9, С. 41-44. Патент на изобретение № 2269908 Способ приготовления запеканки из фасоли / Н.Г. Колесникова, Н.Т. Шамкова, Г.М. Зайко (РФ). – Заявлено № 2004126802 от 06.09.2004 г. – 14 с. Свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ № 2005612711 Электронный ресурс для расчета рационов школьного питания (ШкоОптиПит) / Н.Г. Колесникова, А.С. Бородихин, Н.Т. Шамкова, Г.М. Зайко, А.А. Григорьев (РФ).– Заявлено № 2005612189 от 24.08.2005г. Решение о выдаче патента на изобретение № 2005121729/13 Пищевой формованный продукт из фасоли и способ его приготовления / Н.Г. Колесникова, Н.Т. Шамкова, Г.М. Зайко, Е.В. Иванова, А.П. Киричатая (РФ). – Заявлено 11.07.2005 г. – 13 с. Решение о выдаче патента на изобретение № 2005121733/13 Способ производства взбитого функционального продукта / Н.Т. Шамкова, Г.М. Зайко, О. А. Корнева, Н.Г. Колесникова, Е.Г. Дунец (РФ). – Заявлено 11.07.2005 г. – 13 с. Решение о выдаче патента на изобретение № 2005126771/13 Способ производства пищевого продукта из фасоли / Н.Г. Колесникова, Н.Т. Шамкова, Г.М. Зайко, А.П. Киричатая, Е.В. Иванова (РФ). – Заявлено 24.08.2005 г. – 17 с.
