CC BY
82
УДК 664.6:641:633.853.52
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ ПОДХОДЫ К ПРИГОТОВЛЕНИЮ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ БЕЛКОВО-ВИТАМИННЫХ ПРОДУКТОВ НА ОСНОВЕ СОИ
О.В. СКРИПКО, доктор технических наук, зав. лабораторией
Всероссийский научно-исследовательский институт сои, Игнатьевское шоссе, 19, Благовещенск, Амурская обл., 675027, Российская Федерация
Резюме. Разработка новых способов и технологий приготовления пищевых продуктов функционального назначения - одна из приоритетных задач государственной политики в сфере здорового питания. Исследования направлены на поиск и обоснование новых технологических подходов и разработку безотходной технологии производства инновационных продуктов питания функциональной направленности в виде паст. Приготовление функциональных продуктов питания возможно из сои и растительного сырья, произрастающего в Дальневосточном федеральном округе, а извлечение белка из такого сырья без потерь ценных компонентов достигается путем использования в качестве коагулянтов растворов органических кислот и биологически активных добавок к пище. Установлены математические зависимости параметров технологического процесса приготовления белково-витаминных паст, в частности температуры коагуляции, от таких факторов как массовая доля водных растворов аскорбиновой кислоты или кислотной композиции (аскорбиновая + янтарная) - М=12,2-15,0 %, концентрация водных растворов аскорбиновой кислоты или кислотной композиции - К=4,7-6,2 % и продолжительность коагуляции т=4,8-6,0 мин., при этом температура коагуляции составляет от 48,5 до 67 °С. Пищевые продукты, приготовленные с использованием разработанных технологических подходов, в своем составе содержат значительное количество белка, жира, витаминов С и Е, минеральных веществ, а также аскорбиновую и янтарную кислоты, пищевые волокна. Наличие этих незаменимых нутриентов позволяет считать такие продукты функциональными и рекомендовать их для использования в домашнем и общественном питании при дефиците белка и витаминов. Инновационные функциональные продукты питания можно производить в соответствии с разработанной технической документацией на стандартном оборудовании пищевых и перерабатывающих предприятий.
Ключевые слова: соя, белково-витаминные продукты, функциональные продукты, коагуляция, химический состав.
Для цитирования: Скрипко О.В. Технологические подходы к приготовлению функциональных белково-витаминных продуктов на основе сои // Достижения науки и техники АПК. 2017. Т. 31. № 6. С. 84-88.
Продукты питания функционального назначения, способные благоприятно влиять на здоровье человека, сегодня прочно закрепились на рынке пищевой индустрии. Их ассортимент постоянно расширяется благодаря введению в состав таких продуктов различных ингредиентов, получаемых путем трансформации и модификации традиционного и не традиционного сырья. Положительные результаты при производстве высококачественных функциональных продуктов достигаются при комбинировании различного сырья растительного происхождения.
Источником практически сбалансированного по аминокислотному составу белка во всем мире признана соя. Основной ее производитель в Российской Федерации - Амурская область, в которой выращивают не менее 40 % общероссийского валового сбора семян этой культуры [1].
Соя и продукты её переработки рассматривают не только как белковый ингредиент в составе пищевых продуктов, но и как источники многих других пищевых нутриентов, в частности, полиненасыщенных жирных кислот, изофлавонов, фосфолипидов, энзимов, углеводов, минеральных веществ, витаминов Е, группы В, РР и др. При этом для максимального извлечения физиологически ценных функциональных ингредиентов, содержащихся в соевом сырье, необходимо использование особых способов технологической обработки [2, 3].
Кроме того, при производстве пищевых продуктов функционального назначения необходимо достижение максимально высоких потребительских свойств. Для этого важно обеспечить гармоничное сочетание компонентов рецептуры между собой по органолептическим свойствам, физической форме, медико-биологическим и другим показателям ещё на стадии проектирования.
Для обогащения соевых продуктов пищевыми волокнами, минеральными веществами, витаминами, в качестве источника биологически активных веществ, а также придания продуктам различной природной цветовой гаммы, мы выбрали различные виды овощного сырья, корнеплодов, водорослей и дикоросов, широко распространенные и постоянно употребляемые в пищу в Дальневосточном федеральном округе.
Общеизвестны полезные свойства овощей, дикоросов и морских растений, их химический состав характеризуется повышенным содержанием витаминов и минеральных веществ, а также неспецифических пищевых веществ дикоросов и гидробионтов, которые отсутствуют в традиционном пищевом сырье [4, 5, 6].
В связи с изложенным, использование для приготовления продуктов питания разнообразного сырья растительного происхождения в сочетании с соевым сырьем позволит конструировать высококачественные продукты, в том числе предназначенные для функционального питания.
Цель наших исследований - обоснование и разработка способов приготовления пищевых продуктов из растительного сырья с высоким содержанием белка, обогащенных витаминами и минеральными веществами, предназначенных для функционального питания. Достижение поставленной цели возможно путем использования в рецептурах таких продуктов местных сырьевых ресурсов и разработки особых технологических подходов к обработке этого сырья. В задачи исследований входило получение новых знаний о процессе формирования белково-витаминных коагу-ляционных структур в комбинированных композициях и разработка на их основе технологии инновационных белково-витаминных продуктов; оценка органолеп-тических показателей и химического состава этих продуктов; разработка технической документации на производство нового ассортимента продуктов.
Условия, материалы и методы. Исследования проводили в лаборатории ФГБНУ ВНИИ сои с исполь-
зованием измельчителя-экстрактора Joyong (КНР); нагревательных котлов; пресса для отжима жидкой фракции; пресса для формования гранул; мясорубки; миксеров; блендеров; сушильной установки; инфракрасного сканера FOSS NIRSystem 5000 и др. Объектами исследований были семена сои сорта Интрига селекции ВНИИ сои (ГОСТ 17109); аскорбиновая кислота, соответствующая требованиям СанПиН 2.3.2.1078 и СанПиН 2.3.2,1290; янтарная кислота (ГОСТ 6341); вода питьевая (ГОСТ 51232, СанПиН 2.1.4.1074); капуста морская мороженая (ГОСТ 31583); капуста морская сушеная для промышленной переработки (ТУ 15-01-206); свекла свежая (ГОСТ Р 51811, ГОСТ 1722); тыква свежая (ГОСТ 7975); морковь столовая свежая (ГОСТ Р 51782); перец сладкий свежий (ГОСТ 13908); грибы подосиновики сушеные (ТУ 9164-014-23158063); грибы белые сушеные (ТУ 9164-014-23158063); папоротник свежий, замороженный, сушенный, соответствующий требованиям ТУ 61 РСФСР 01-101-89 Е, соленый - ТУ 61 РСФСР 01-93-92 Е. Исследования проводили в соответствии со стандартными методами: химический состав сырья, полуфабрикатов, готовых продуктов (содержание белка, жира, углеводов, минеральных веществ, аминокислотный, жирнокислотный состав, влажность, трипсинингибирующая активность) определяли методом спектроскопии в ближней ИК области (ГОСТ Р 53600); содержание витамина С - по ГОСТ 24556, витамина Е - по ГОСТ Р 54634; оценку сенсорных свойств - путем определения внешнего вида, текстуры, консистенции, цвета, запаха и вкуса; обработку экспериментальных данных - с использованием программ Statists 6.0, Excel.
Первым подходом в технологии приготовления белково-витаминных продуктов на основе сои можно считать получение белково-углеводной дисперсной системы путем совместной обработки соевого зерна с дополнительными ингредиентами. Это обеспечивает максимальную гармонизацию комбинированных продуктов по органолептическим показателям и взаимообогащение незаменимыми нутриентами, содержащимися в исходном сырье.
Основной способ выделения (осаждения) белков из сои - термокоагуляция, в том числе термокальциевая, термокислотная и др. При этом в качестве коагулянтов, как правило, используют соли кальция или магния, лимонный сок, уксусную или лимонную кислоты и др. Использование такого рода коагулянтов не позволяет производить продукцию для здорового питания, например, продукты, изготовленные с использованием хлористого кальция, не рекомендуют в пищу людям, страдающим атеросклерозом, сердечнососудистыми заболеваниями, склонным к тромбозам [7]. Кроме того, применение перечисленных коагулянтов приводит к повышенным производственным потерям соевой сыворотки. Поэтому возникает необходимость в поиске и обосновании
использования новых видов средств для выделения белка из соевого сырья.
В связи с этим, второй важный технологический подход - использование в качестве коагулянтов водных растворов биологически активных веществ, типа аскорбиновой, янтарной и молочной кислот, а также яблочной, адипиновой, виннокаменной кислот, их смесей и комбинаций. Это позволяет получать белковые сгустки с активными минерально-витаминными комплексами, с широким спектром функционального действия на организм человека.
Такой способ осаждения белка открывает возможности для производства не только белково-витаминных пастообразных продуктов, но и пригодных для использования в пищу, вторичных продуктов переработки, например, комбинированной сыворотки, которая содержит значительное количество ценных растворимых питательных веществ.
На основе разработанных подходов, путем априорного ранжирования были выделены наиболее значимые факторы процесса, влияющие на коагуляцию белковых веществ в белково-углеводной дисперсной системе и процесс образования сгустка. К самым важным из них относятся массовая доля раствора аскорбиновой кислоты или кислотной композиции (М, %); концентрация аскорбиновой кислоты или кислотной композиции (К, %); продолжительность коагуляции (т, мин.). С их использованием была проведена серия опытов по стандартной матрице полного факторного эксперимента, критерием оптимизации в которых служила температура коагуляции - 1, °С (табл. 1).
Используя указанные технологические подходы, мы изготовили окрашенные в разные цвета и об-
ладающие разнообразными вкусами и ароматами белково-витаминные сгустки, а также обогащенную витаминно-минеральным комплексом комбинированную соевую сыворотку. На основе сгустков после добавления к ним соли, сахара, пряностей и других вкусовых добавок приготовлены комбинированные пасты, а на основе сыворотки - напитки для здорового питания.
Результаты и обсуждение. Технология производства разработанных продуктов включает следующие операции. В начале получают белково-витаминно-углеводную дисперсную систему путем совместной дезинтеграции и экстракции предварительно замоченных семян сои с подготовленным и измельченным овощным или корнеплодным сырьем (свежий сладкий перец, морковь, свекла, тыква), дикоросами (лесные грибы или папоротник орляк), гидробионтным сырьем (водоросли ламинарии), в соотношении 1:1 по объему при гидромодуле 1:6. Затем разделяют смесь на растворимую и не растворимую фракции. В доведенную до определенной температуры растворимую фракцию вносят водный раствор аскорбиновой кислоты или композицию водных растворов аскорбиновой и янтарной кислот и проводят процесс коагуляции.
Таблица 1. Уровни и интервалы варьирования факторов для процесса термокислотной коагуляции
Факторы Обозначения Массовая доля композиции растворов кислот (М), % Концентрация кислотной композиции (К), % Продолжительность коагуляции, (т), мин
Центр эксперимента 0 12,5 5,0 5,0
Интервал варьирования Е 2,5 2,0 1,0
Верхний уровень +1 15,0 7,0 6,0
Нижний уровень -1 10,0 3,0 4,0
Таблица 2. Матрица полного факторного эксперимента к опытам по термокислотной коагуляции
№ опыта Массовая доля раствора кислоты, % Концентрация кислоты в растворе, % Продолжительность коагуляции, мин Температура коагуляции (t), °С
М К т Í1 t2 t3 t4 t5 t6 t7
1 -1 -1 +1 75,0 79,0 74,0 77,0 78,0 79,0 74,0
2 +1 -1 -1 70,0 80,0 73,0 79,0 76,0 73,0 79,0
3 -1 +1 -1 74,0 73,0 72,0 71,0 74,0 73,0 72,0
4 +1 +1 +1 72,0 70,0 71,0 69,0 50,0 75,0 69,0
5 -1 -1 -1 75,0 73,0 74,0 73,0 73,5 74,0 74,0
6 +1 -1 +1 70,0 72,0 68,0 68,0 60,0 73,0 68,0
7 -1 +1 +1 79,0 78,0 74,0 74,0 61,0 75,0 74,0
8 +1 +1 -1 80,0 76,0 71,0 72,0 59,0 76,0 72,0
9 -1,215 0 0 84,0 85,0 73,0 73,0 80,0 60,0 73,0
10 +1,215 0 0 69,0 68,0 69,0 68,0 73,0 75,0 68,0
11 0 -1,215 0 81,0 72,0 70,0 72,0 69,0 71,0 70,0
12 0 +1,215 0 67,0 75,0 68,0 69,0 64,0 69,0 69,0
13 0 0 -1,215 70,0 73,0 72,0 71,0 62,0 67,0 72,0
14 0 0 +1,215 65,0 68,0 68,0 70,0 63,0 70,0 70,0
15 0 0 0 66,0 67,0 66,0 65,0 62,0 66,0 67,0
Образовавшийся сгусток-коагулят отделяют от сыворотки и вносят в него вкусовые компоненты, получая белково-витаминную пасту.
Анализ результатов полного факторного эксперимента показал, что взаимное влияние в соответствии с интервалом варьирования трех выделенных факторов процесса термокислотной коагуляции обеспечивает изменение критерия оптимизации -температуры коагуляции - в пределах от 50 до 85 °С (табл. 2). Однако низкая температура коагуляции способствует замедлению процесса, а достаточно высокая - отрицательно сказывается на сохранении питательных веществ, в связи с чем необходимо определение оптимального значения температуры, путем математической обработки полученных экспериментальных данных.
Регрессионный анализ зависимостей (М; К; т) позволил получить математические модели (1-7) производства белково-витаминных сгустков-коагулятов:
на основе сои, перца и аскорбиновой кислоты
f, = 217,47-13,109-М-8,6173-/("-17,534 т +
+ 0,4973 ■ М2 + 0,8617■ К2 +1,7534 т2 ^ opt (1)
на основе сои, столовой свежей моркови и аскорбиновой кислоты
f = 111,8 - 3,0805 • М- 8,9103 • К + 0,3057 т -1,25 х
М-К+0,3534 М2+0,891 К2+1,5131 T2->opf (2) на основе сои, свежей столовой свеклы и аскорбиновой кислоты:
f, = 176,39 - 8,4154 • М - 4,7918 • К -15,7200 т -
- 0,3500 М-т + 0,4375 ■ К т + 0,3834 • Л/í2 + 0,2604 х /Í2 +г7191-т2 opt (3)
на основе сои, свежей столовой тыквы и аскорбиновой кислоты
f4 = 142,95-3,6015• М-8,0898 К-10,7480 т --1,0500 • М т + 0,4375 К т + 0,33496 • М2 -
- 0,5234 К2 +2,0935 т2 opt (4) на основе сои, ламинарии и аскорбиновой кислоты
Рис. 1. Образцы белково-витаминных паст: 1 - соево-морковная; 2 - соево-свекольная; 3 - соево-тыквенная; 4 - соево-ламинариевая; 5 - соево-грибная; 6- соево-папоротниковая.
Рис. 2. Обобщенная технологическая схема получения функциональных продуктов по 7-и вариантам.
¿5 =141,03-4,123•^f-6,0775•K-8,4298•т--0,5234•/C2+2,0935•т2->opf (5)
на основе сои, смеси сушеных лесных грибов (белых и подосиновиков) и аскорбиновой кислоты *„ = 164,28-7,62 М-5,68- К- 13,20 т -0,21- М т + + 0,15 /С т+0,29 Л/+0,39 /<2+2,01т2-> орг (6)
на основе сои, папоротника (свежего или замороженного) и композиции аскорбиновой и янтарной кислот
и = 108.36 -4.14 • М -7.38 К + 0,457 т-1.914 Мх /С + 0.47М2 + 1.054 /("2+2.468 т2 оо* (7)
Полученные математические модели (1-7) адекватны, так как критерий Фишера расчетный больше табличного Р„,. ,,> Рт.
И(1-/) I
В результате решения задачи установлены оптимальные параметры технологического процесса извлечения белковых и других растворимых веществ из комбинированной белково-углеводной
дисперсной системы: массовая доля водного раствора аскорбиновой кислоты или кислотной композиции (аскорбиновая + янтарная) - М=12,2-15,0 %, концентрация водного раствора аскорбиновой кислоты или кислотной композиции - К=4,7-6,2 %, продолжительность коагуляции т=4,8-6,0 мин, при этом температура коагуляции составляет от 48,5 до 67 °С.
Полученные белково-витаминные сгустки-коагуляты характеризуются высокими органолепти-ческими показателями, имеют характерный, выраженный вкус, цвет и аромат, которые соответствуют используемому растительному сырью (рис. 1).
Учитывая предложенные технологические подходы и установленные оптимальные параметры, мы разработали безотходные технологии производства белково-витаминных паст, содержащие совокупность последовательно выполняемых операций с соответствующими рецептурами (рис. 2).
Таблица 3. Химический состав белково-витаминных и белково-витаминно-минеральных паст
Наименование продукта Массовая доля, % Витамин, мг/100 г (не менее)
воды (не более) белка (не менее) жира (не более) углеводов / пищевых волокон (не более) минеральных веществ (не менее) С Е
Соево-перцевая 53,0 16,0 5,0 22,6/0,8 3,4 220 3,4
Соево-морковная 54,2 15,9 5,1 22,1/0,7 2,7 180 3,3
Соево-свекольная 50,0 16,0 5,2 24,0/1,0 4,5 185 3,0
Соево-тыквенная 54,0 14,0 5,2 23,0/0,8 3,5 190 3,2
Соево-ламинариевая 50,0 18,5 8,5 18,4/1,6 4,6 190 2,5
Соево-грибная 50,0 24,8 9,8 11,0/2,0 4,4 195 3,4
Соево-папоротниковая 50,0 20,5 7,9 16,7/3,6 4,9 160 3,4
Анализ экспериментальных данных свидетельствует о значительном содержании белка, витаминов С и Е в составе полученных с применением разработанных технологических подходов пищевых ингредиентах (табл. 3), которые не имеют аналогов. Употребление 100 г этих продуктов (в зависимости от наименования)обеспечиваетудовлетворение потребности человека по белку растительного происхождения на 45-80 %, по витамину С - на 190-250 %, по витамину Е - на 16-23 %, по пищевым волокнам -на 3,5-18 % от рекомендуемой суточной нормы, что подтверждает их функциональную направленность.
Приготовленные по разработанной технологии белково-витаминные сгустки-коагуляты можно употреблять в пищу без дополнительной кулинарной обработки или использовать в рецептурах многих функциональных продуктов питания, например, муссов, суфле, десертов, соусов-дрессингов, запеканок, паштетов и др.
Образующаяся и отделенная от сгустка-коагулята сыворотка содержит в своем составе незначительные количества белковых веществ (не более 1 %), жира (1,5 %), минеральных веществ (не более 2 %), а также вводимые аскорбиновую и янтарную кислоты. Добавление к ней овощных или фруктовых пюре позволяет производить напитки, пригодные для здорового питания.
Ещё один вид побочного сырья, которое образуется в предложенном технологическом процессе, - нерастворимая комбинированная фракция, так называемая «окара», состав которой представлен в основном пищевыми волокнами перерабатываемого
сырья. В высушенном виде ее можно использовать как пищевую добавку - источник клетчатки, в рецептурах мясных, рыбных или хлебобулочных изделий.
Элементы разработанных технологий защищены патентом РФ на изобретение [8].
Выводы. Проведенные исследования позволили обосновать технологические подходы и разработать на их основе безотходные технологии производства новых белково-витаминных пищевых продуктов функциональной направленности с высокой пищевой и биологической ценностью, которые можно отнести к продуктам здорового питания. Посредством физического и математического моделирования обоснованы способы, установлены зависимости и определены оптимальные значения параметров технологии приготовления белково-витаминных соево-перцевых, соево-морковных, соево-свекольных, соево-тыквенных, соево-ламинариевых, соево-грибных и соево-папоротниковых сгустков-коагулятов: массовая доля водного раствора аскорбиновой кислоты или кислотной композиции (аскорбиновая + янтарная) - М=12,2-15,0 %, концентрация водного раствора аскорбиновой кислоты или кислотной композиции - К=4,7-6,2 % и продолжительность коагуляции т=4,8-6,0 мин, при эих параметрах оптимальная температура коагуляции составляет от 48,5 до 67 °С. Использование перечисленных технологических подходов позволяет производить продукты функциональной направленности, обеспечивающие удовлетворение суточной потребности организма человека в ценных питательных веществах: белке - на 45-80 %, витамине С - на 190-250 %, витамине Е - на 16-23 %, пищевых волокнах - на 3,5-18 %.
Литература.
1. Синеговский М.О. Современное состояние производства сои в Амурской области // Масличные культуры: научно-технический бюллетень ВНИИМК. 2015. № 3 (163). С. 86-90.
2. Скрипко О.В., Литвиненко О.В., Исайчева Н.Ю. Исследование биохимического состава семян сои амурской селекции для использования в пищевой промышленности //Хранение и переработка сельхозсырья. 2015. № 8. С. 32-35.
3. Петибская В.С. Соя: химический состав и использование / под редакцией академика РАСХН, д-ра с.-х. наук В.М. Лукомца. Майкоп: ОАО «Полиграф-ЮГ», 2012. 432 с.
4. Горбачёв Д.О. Функциональные ингредиенты, используемые в пищевых продуктах для профилактики йоддефицитных заболеваний// Технико-технологические проблемы сервиса. 2014. № 1 (27). С. 91-94.
5. Теоретические и практические аспекты разработки пищевых продуктов, обогащенных эссенциальными нутриентами/ А.А. Смирнова, А.А. Кочеткова, В.М. Воробьева, И.С. Воробьева//Пищевая промышленность. 2012. № 11. С. 8-12.
6. Скурихин И.М., Нечаев А.П. Все о пище с точки зрения химика. - М., 1991. 288 с.
7. Суханов В.В. Токсикологическая оценка хлорида кальция и содержащих его продуктов //Гигиена труда и профзаболеваний. 1990. № 5. С. 51-52.
8. Скрипко О.В. Способ получения белково-витаминно-минерального функционального продукта/Патент РФ № 2607602 МПК7A23J1/14, A23L11/00, A23L17/60, A23J3/16, 10.01.2017, № 1.
TECHNOLOGICAL APPROACHES TO OBTAINING FUNCTIONAL PROTEIN AND VITAMIN FOODS FROM SOYBEAN
O.V. Skripko
All-Russian Research Institute of Soybean Breeding, Ignat'evskoe shosse, 19, Blagoveshchensk, Amurskaya obl., 675027, Russian Federation
Abstract. Development of new methods and technologies for the production of foodstuff for the functional purpose is one of priority problems of state policy in the field of healthy nutrition. Researchers are directed to search and justification of new technological approaches and development of a waste-free technology of production of innovative food of a functional orientation in the form of pastes. Production of functional food is possible from soybean and vegetable raw materials growing in the Far Eastern Federal District, and extraction of protein from the prepared raw materials without loss of valuable components is carried out by the use of solutions of organic acids and biologically active food additives as coagulants. It was determined mathematical dependences of technological process parameters of preparation of protein and vitamin pastes, in particular, coagulation temperature, from such factors as mass fraction of water solutions of ascorbic acid or acid composition (ascorbic plus succinic acids) (M is 12.2-15.0 %), concentration of water solutions of ascorbic acid or acid composition (K is 4.7-6.2 %) and duration of coagulation (tau is 4.8-6.0 min.); the temperature of coagulation is from 48.5 to 67.0 Celsius degrees. Foodstuff received with the application of the developed technological approaches contains a significant amount of protein, fat, vitamins C and E, mineral substances, as well as ascorbic and succinic acids, food fibers. Availability of these indispensable nutrients allows to consider such products functional and to recommend them for use in domestic and public catering at the deficiency of protein and vitamins. Innovative functional food can be produced according to the developed technical documentation on the standard equipment of food and processing enterprises. Keywords: soybean, protein and vitamin products, functional products, coagulation, chemical composition. Author Details: O.V. Skripko, D. Sc. (Tech.), head of laboratory.
For citation: Skripko O.V. Technological Approaches to Obtaining Functional Protein and Vitamin Foods from Soybean. Dostizheniya naukii tekhnikiAPK. 2017. Vol. 31. No. 6. Pp. 84-88 (in Russ.).
