CC BY
8
БОТ: 10.15587/2312-8372.2018.146122
КОРЕГУВАННЯ ТЕХНОЛОГ1ЧНИХ ХАРАКТЕРИСТИК Б1ЛКОВО-ЖИРОВО1 СУМ1Ш1 ШЛЯХОМ РОЗШИРЕННЯ КОМПОНЕНТНОГО СКЛАДУ
Бочкарев С. В., Вараикша О. О., Белих I. А., Самойленко С. I., Звяг1нцева О. В.
1. Вступ
В тепершнш час розробка бшково-жирових сумiшей з заданими характеристиками (склад, структура, органолептичш показники) ведеться вiдповiдно до принцитв харчово1 комбiнаторики [1]. Роботи зi збагачення харчових сумь шей ессенщальними речовинами з метою полiпшення !х якостi, що проводяться в багатьох крашах свiту, передбачають збалансованiсть жирнокислотного складу лшщв, амiнокислотного складу бшюв, а також збагачення мшорними нутрь ентами [2-4]. Однак вс цi роботи включають, як правило, використання сиро-вини тваринного походження - м'яса, м'ясопродуктiв, казешу, сироваткових бь лкiв та iн. Треба вщзначити, що тваринн блки бюлопчно бiльш цiннi порiвня-но з рослинними, проте 1'хня вартiсть набагато вища.
У виробництвi харчових продуклв широке застосування починають знахо-дити рослинш бiлковi сумiшi. 1х використання обумовлене 1'хшми технолопч-ними властивостями, тд якими мають на увазi поведiнку бiлкiв в харчових системах: здатнють поглинати i утримувати воду, жир, утворювати емульсii, тну, гелi, грати роль зв'язуючих агенлв i т. iн. [5]. Ц напiвфабрикати можуть пок-ращувати технолопчш показники якостi, замiнювати дефiцитну, дорогу тва-ринну сировину i збагачувати незамшними нутрiентами продукти харчування.
Для споживачiв доцiльним е харчування продуктами на основi традицшно1' рослинноi сировини. Практичне харчування людини обумовлене оптимальними нормами i реальними можливостями. Сучасш продукти харчування повиннi найкращим чином вщповщати природним процесам засвоення харчових речо-вин людиною, сформованими в ходi iсторii. В результатi дослщжень [6, 7] роз-роблено бшково-жирову сумiш пiдвищеноi харчовоi цiнностi, збагачену незамшними амшокислотами i полшенасиченими жирними кислотами ю-3 групи вщповщно до фiзiологiчних потреб спортсменiв, пращвниюв важко!' фiзичноi працi, вiйськовослужбовцiв. Дана бшково-жирова сумiш мiстить наступнi компонента: тдсушене подрiбнене насiння соняшнику, кунжуту i льону в обгрун-тованих спiввiдношеннях. Слiд акцентувати увагу на тому, що в процеш подрь бнення обраного олiйного насшня та сумiшей на його основi на млинi ударного безперервного типу виявлено трудношд щодо тонкого помелу насшня. Крм того, ускладнюеться його видалення з камери подрiбнювача з причини високо! в'язкостi отримано1' маси. Таким чином, вивчення та обгрунтування способiв зменшення в'язкостi та тдвищення текучостi маси бiлково-жировоi сумiшi тд-вищено1' харчово1' цiнностi з олшного насiння е актуальним. Розроблене техно-логiчне рiшення мае важливе теоретичне i прикладне значення для тдвищення ефективност переробки олiйноi сировини.
2. Об'ект досл1дження та його технолопчний аудит
Об'ектом даного дослгдження е технологiчнi характеристики бтково-жирово! сумiшi пiдвищеноi харчово! цiнностi в залежност вiд додавання рослин-но! олп як компоненту. Для виявлення тако! залежностi проводився технологiчний аудит, метою якого було визначення змiни ефективно! в'язкостi та ступеню роз-шарування бiлково-жировоi сумiшi вiд кiлькостi рослинно! олii, що додаеться.
В процес подрiбнення обраного олiйного насiння та сумшей на його основi на ножовому вертикальному подрiбнювачi моделi Glasser (частота обертiв близько 7000... 10 000 об./хв.) виявлено труднощi щодо власне помелу насiння, а також його видалення з камери подрiбнювача з причини високо! в'язкост маси. Тому ос-новним напрямком удосконалення технологii виробництва бiлково-жировоi сумь шi е визначення рацiональних умов щодо зменшення в'язкостi та шдвищення те-кучостi маси, що, в свою чергу, спрощуватиме процес дозування та пакування продукту. Це дозволить шдвищити його технологiчнi характеристики.
3. Мета та задач1 досл1дження
Мета дослгдження - обгрунтування розширення компонентного складу бшково-жирово! сумiшi пiдвищеноi харчовоi цiнностi за рахунок рослинно! олп на основi моделювання та рацюнаизацп и технологiчних характеристик.
Для досягнення поставлено! мети треба виршити наступи задачi:
1. Дослiдити залежнiсть ефективно! в'язкостi та ступеню розшарування бшково-жирово! сумiшi вiд вмiсту в нш рафiнованоi рослинно! олii.
2. Визначити компонентний склад бшково-жирово! сумiшi з прийнятними технолопчними характеристиками.
4. Дослщження 1снуючих р1шень проблеми
Серед основних напрямюв вирiшення проблеми пiдвищення технолопчних характеристик бiлково-жирових сумiшей, виявлених в ресурсах свггово! науково! перiодики, можуть бути видiленi [8, 9], в яких розглядаеться спосiб отримання бь лково-жирових сумiшей способом сухого змшування. Даний спосiб перемшу-вання не веде до утворення «мертвих зон» i розiгрiву продукту. В робот [10] наведено переваги i недолiки сухого змiшування компонентiв бшково-жирових сумiшей на барабанних змiшувачах. Показано, що перевагами вказаного облад-нання по вiдношенню до iнших пристро!в е простота конструкцii i надшнють в експлуатацii, можливiсть змiшування матерiалiв без руйнування часточок, широкий дiапазон робочого об'ему, мiнiмум негативного впливу вiдцентровоi сили. Проте фiзико-хiмiчнi показники сировини розроблено! бiлково-жировоi сум^ т-двищено! харчово! цiнностi для харчування спортсменiв [6, 7] роблять даний метод отримання продукту недоцшьним з огляду на високий вмiст в олiйному насш-т жирiв. При тонкому помелi олшно! сировини утворюеться пастоподiбна маса високо! в'язкостi, що не може класифшуватися як суха сумiш.
Роботи [11, 12] присвячеш розгляду отримання бшково-жирових комплек-сiв шляхом емульгування компонента i !х подальшого застосування. Авторами роботи показано, що шдготовлеш емульсп бiлково-жирових добавок стабiльнi напротязi тривалого часу i мають рiзну консистенцш в залежностi вiд iнтенси-
вност збивання i дiаметру жирових кульок, що утворилися. Тому ефект !х за-стосування може iстотно вiдрiзнятися в рiзних бiлково-жирових сумiшах спещ-ального призначення [13]. З аналiзу цих робiт залишаеться питання емульгу-вання сумiшей, в яких спостер^аються iнтенсивнi процеси гiдролiзу лшщно! фази в присутност води. Наприклад, розроблена бшково-жирова сумiш тдви-щено! харчово! цiнностi [6, 7] мiстить в своему склащ природнi поверхнево ак-тивнi речовини (фосфолiпiди). Але процес емульгування в продуктi не вщбува-еться i е недоцiльним, тому вмют води нормуеться в дiапазонi вiд 4,5 до 6,5 %.
Представляе iнтерес варiант вирiшення проблеми, викладений в роботах [14, 15], що передбачае шкапсуляцш лшщних компонента бшково-жирових сумшей. При цьому утворюються частинки розмiром вiд кiлькох мшрон до де-кiлькох мiлiметрiв. Зокрема мжрокапсулящя дозволяе вiдокремити матерiал, що капсулюеться, вщ навколишнього середовища до тих шр, поки не вщбу-деться його вивiльнення. Властивостi матерiалу стiнок капсул можуть бути ш-дiбранi таким чином, щоб захистити вмют капсул i забезпечити вившьнення ре-човин при певних умовах. Крм того, iнкапсуляцiя дозволяе досягти iстотного гальмування процесiв окисного псування лшщн_ складово! в продуктi [16, 17]. Але описаш технологiчнi ршення е ресурсовитратними та дорогими, зокрема для складних багатокомпонентних сумiшей, в яких о^м бiлковоi та лшщно! складових також присутнi харчовi волокна, вггамши та мiнеральнi речовини.
Таким чином, результати анашзу ресурсiв свггово! науково! перiодики дозво-ляють зробити висновок про те, що едино! думки щодо можливост тдвищення технолопчних характеристик бшково-жирових сумшей не юнуе. Вибiр найбiльш прийнятного технiчного ршення для кожного окремого об'екта може базуватися на результатах, отриманих на модельних системах, що дослiджуються.
5. Методи дослщження
Для проведення дослщжень використано наступнi матерiали:
- насшня льону згiдно з ДСТУ 4967:2008;
- насшня кунжуту зпдно з ДСТУ 7012:2009;
- насшня соняшнику зпдно ДСТУ 7011:2009;
- олiя соняшнику згiдно з ДСТУ 4492:2005.
Бшково-жирова сумш являе собою сумш пiдсушеного подрiбненого на-сшня льону - 60,00±3,00 % мас., кунжуту - 25,00±1,25 % мас. i соняшнику -15,00±0,75 % мас. вщ маси сумiшi насшня. Модельш зразки бiлково-жировоi сумiшi з рiзною концентрацiею соняшниково! олii отримано за допомогою под-рiбнення на млиш ударного безперервного типу.
Ефективна в'язюсть модельних зразкiв бiлково-жировоi сумiшi з обраною концентрацiею рослинно! олп визначалася на ротацiйному вiскозiметрi «Rheotest 2» (Нiмеччина). Даний прилад призначений для вимiрювання реоло-гiчних властивостей неньютошвських рiдин, наприклад, розчинiв загусниюв (камедi, пектини) в системi коаксиальних (спiввiсних) цилiндрiв. Перед визна-ченням зразки суспензш бiлково-жировоi сумiшi з обраною концентращею рос-линно! олп витримувалися 2 години при температурi 20 °С.
Стушнь розшарування бiлково-жировоï сумiшi з рафшованою рослинною олiею визначено центрифугуванням на центрифузi «800-D» (Китай) протягом 5 хвилин 3i швидкiстю обертання 1500 об./хв.
Для планування експерименту i обробки даних застосовано математичнi ме-тоди з використанням програмних пакепв Microsoft Office Excel 2003 (USA) та Stat Soft Statistica v 6.0 (USA). Досшдження проводили у трикратному повторенш При заданш ступеш ймовiрностi Р=95 %, вiдносна похибка не перевищувала:
- при визначенш ефективноï в'язкостi модельних зразкiв бшково-жирово1' сумiшi з соняшниковою олiею - 3 %;
- при визначенш ступеню розшарування модельних зразкiв бшково-жировоï сумiшi з соняшниковою олiею - 2 %.
6. Результати досл1дження
Дослiдження ефективноï в'язкостi та ступеню розшарування модельних зразюв бшково-жирово!' сумiшi з рафiнованою соняшниковою олiею проведено за кiмнатноï температури. У якост фактору прийнято концентрацiю рафшова-но!' соняшниково!' олiï в сумш^ функшею вiдгуку е ефективна в'язюсть зразкiв. Результати дослiджень наведено на рис. 1.
о
'Й О Е2 es
30 п
"и Й м
С 20 -
S '2
м
S 10-
Й СО
О
W
10
15
20
25
30
35
40
Концентрацк рафiнованоï соняшниковоï оли в сумiшi, %
Рис. 1. Залежнють ефективно1' в'язкостi модельних зразюв бшково-жирово1' су-мiшi з соняшниковою олiею вiд масово!' частки оли
Рiвняння регресiï для розрахунку функцп вiдгуку мае вид: Ке(сол.)=0,2976 сол 2-6,2024 сол +30,571 (в iнтервалi Сол=10...40 %),
(1)
де Ve - ефективна в'язкiсть бшково-жирово1' сумiшi, Па^с;
сол. - масова частка соняшниково1' олiï в бшково-жировш сумiшi, %. Як видно з дааграми на рис. 1, при збшьшенш концентрацй' олй' в бшково-жировш сум^ з 10 до 40 % вщбуваегься зниження ефективно1' в'язкост вiд 24 до 2 Па-с.
Дослiдження ступеню розшарування модельних зразюв бшково-жирово1' сумiшi з рафiнованою соняшниковою олiею у рецептурi проведено за юмнатно!'
0
температури. У якост фактору прийнято концентращю соняшниково! олii, що вносилася у модельш зразки бiлково-жировоi сумiшi, функщею вiдгуку е стш-кiсть зразюв сумiшi. Результати дослiджень наведено на рис. 2.
Як видно з дiаграми на рис. 2, при збшьшенш концентрацп олii в бшково-жировiй сумiшi з 10 до 40 % вщбуваеться збiльшення ступеню розшарування сум^ вiд 0,1 до 2,5 %. Збiльшення ступеню розшарування отримано! маси до 1,00.. .2,5 % е неприпустимим з точки зору споживчих властивостей продукту.
Л
3 а
о з л
л К
• 1-4
к
г* о
ес
£ «
1 -
10
15
20
25
30
35
40
Концентращя рафшовано! соняшниково! оли в сумш1, %
Рис. 2. Залежнiсть ступеню розшарування модельних зразюв бшково-жирово! сумiшi з соняшниковою олiею вiд масово! частки олп
Рiвняння регресii для розрахунку функцп вiдгуку мае вид:
Щсол.)=0,0988-Сол -0,3869-Сол.+0,4429 (в iнтервaлi Сол=10...40 %),
(2)
де 08 - ступiнь розшарування бiлково-жировоi сумiшi, %;
сол. - масова частка соняшниково! олп в бiлково-жировiй сумiшi, %.
Наведен рiвняння регресii (1), (2) отримано шляхом апроксимацп даних. Адекватнiсть регресшних моделей перевiрено за допомогою критерш Фiшера. Значення коефiцiенту детермiнацii нелшшно! регресii Л*2>0,98 i ^>0,95 вщповь дно. Приведенi рiвняння регресiйних моделей описують реальний процес адекватно в iнтервалi концентрацiй рафiнованоi олп в бшково-жировш сумiшi вiд 10 до 40 %. Аналiз отриманих даних показав, що соняшникова олiя, що додавалася для зменшення в'язкост та пiдвищення текучостi маси, спрощувала процес до-зування та пакування продукту. Ефективна концентращя олii склала 15,00±0,75 % до маси готового продукту як така, що полшшуе технолопчш характеристики i не попршуе споживчi властивостi продукту. Вщповщно вмiст насiння льону склав 51,00±2,50 %, насiння кунжуту - 21,25±1,00 %, насiння со-няшнику - 12,75±0,60 %. Ефективна в'язкiсть отримано! бшково-жирово! сумь шi склала 16,0±1,5 Пас, а ступiнь розшарування продукту - 0,20±0,01 %.
3
2
0
Таким чином, обгрунтовано та експериментально шдтверджено необхщ-шсть застосування рослинно! оли для отримання бiлково-жировоi сумiшi з оп-тимальними технологiчними характеристиками, зокрема в'язюстю, та стiйкiстю до розшарування у вщповщност до вимог виробництва.
7. SWOT-аналiз результатiв дослiдження
Strengths. Серед сильних сторш даного до^дження необхiдно вiдмiтити отриманi результати щодо обгрунтування рацiонального вмiсту соняшниково! оли в бшково-жировш сум^ пiдвищеноi харчово! цiнностi для покращення ii технолопчних характеристик. За результатами аналiзу сучасно! науково! лгге-ратури на сьогодшшнш день такi результати вiдсутнi. Використання отриманих даних дозволяе вирiшити задачу вибору способу тонкого помолу бшково-жирово! сумiшi з отриманням маси прийнятно! в'язкостi та пiдвищеноi текучо-стi. Варто вiдзначити економiчну привабливють обраного способу отримання бiлково-жировоi сумiшi для харчових виробництв. Використання тако! сумiшi в технологiях харчово!, зокрема кондитерськш, промисловостi, вiдкривае широкi можливост для розширення асортименту продукцii спешаизованого призна-чення на основi олшного насiння для спортсменiв, працiвникiв важко! фiзичноi працi, вiйськовослужбовцiв, адже на даний час такий вид майже вщсутнш.
Weaknesses. Слабкою стороною дано! розробки можна вважати вибiр для бшково-жирово! сумiшi такого компоненту, як рафшована соняшникова олiя. Дану складову сумiшi можна замiнити на рослинну олш, що мае вищi показни-ки бiологiчноi цiнностi за такими показниками як вмют полiненасичених жирни кислот ю-3 групи та антиоксиданпв. Крiм того, отриманi залежностi технолопчних характеристик бшково-жирово! сумiшi вщ вмiсту олii вимагають стандар-тизацп ряду фiзико-хiмiчних показникiв олiйноi сировини.
Opportunities. На перспективу було б доцшьним проведення дослщжень показникiв бюлопчно! активностi та стабiльностi до окислювального псування бiлково-жировоi сумiшi з шшими рафiнованими олiями, якi представленi на украшському ринку.
Threats. Складнощi у впровадженш отриманих результатiв дослiдження можуть бути пов'язаш з таким фактором, як менеджмент тдприемств харчово! промисловосп. Вкладення додаткових коштiв, навiть незначних, в придбання необхщного обладнання та вщсутшсть вiдчутного результату впливае на пози-цiю осiб, якi приймають рiшення. Цей ризик мае тд собою всi пiдстави, так як отримаш математичнi моделi процесу, як було сказано вище, вимагають стан-дартизацii ряду показникiв олiйноi сировини.
Таким чином, SWOT-анаиз результатiв дослщження дозволяе визначити основнi напрямки щодо досягнення мети дослщжень, а саме:
- розробка науково обгрунтованих рекомендацш щодо стандартизацii показникiв олiйноi сировини для виробництва бшково-жировий сумiшi шдви-щено! харчово! цiнностi;
- оцшки ефективностi тонкого помолу олiйного насшня з додаванням рослинно! олii обгрунтовано! концентрацп в промислових умовах;
- розробки технолопчних ршень щодо виробництва бшково-жирово1' сумiшi пiдвищеноi бiологiчноi цшносл.
8. Висновки
1. Дослiджено залежност ефективноi в'язкостi та ступеню розшарування бiлково-жировоi сумiшi вiд вмюту в нш рафiнованоi рослинноi олii. Даш зале-жностi являють собою квадратичш фyнкцii, якi прогнозують зменшення ефек-тивно! в'язкостi при виробництвi та збшьшення ступеню розшарування бшко-во-жирово!' сyмiшi при зберiганнi при збшьшенш вмюту рафiнованоi соняшни-ково! олп.
2. Визначено компонентний склад бшково-жирово1' сум^ з прийнятними технологiчними характеристиками. Ефективна концентрац1я рафiнованоi соняшни-ково! олii складала 15,00±0,75 % до маси готового продукту. Вщповщно вмют на-сшня льону склав 51,00±2,50 %, насiння кунжуту - 21,25±1,00 %, насiння соняшни-ку - 12,75±0,60 %. Таким чином, ефективна в'язюсть отримано1' бшково-жирово1' сyмiшi склала 16,0±1,5 Пас, а стyпiнь розшарування продукту - 0,20±0,01 %.
Лггература
1. Syrokhman I. V., Zavhorodnia V. M. Tovaroznavstvo kharchovykh produktiv funktsionalnoho pryznachennia. Kyiv: Tsentr uchbovoi literatury, 2009. 544 p.
2. Skoryukin A. P., Nechaev A. P., Kochetkova A. A. Kupazhirovannye rastitel'nye masla so sbalansirovannym zhirnokislotnym sostavom dlya zdorovogo pitaniya // Maslozhirovaya promyshlennost'. 2002. Issue 2. P. 26-27.
3. Technological, physico-chemical and sensory properties of raw and cooked meat batter incorporated with various levels of cold milled flaxseed powder / Yogesh K. et. al. // Journal of Food Science and Technology. 2013. Vol. 52, Issue 3. P. 1610-1617. doi: http://doi.org/10.1007/s13197-013-1185-6 "
4. Prinzo Z. W., de Benoist B. Meeting the challenges of micronutrient deficiencies in emergency-affected populations // Proceedings of the Nutrition Society. 2002. Vol. 61, Issue 2. P. 251-257. doi: http://doi.org/10.1079/pns2002151
5. Kolpakova V. V., Volkova A. E., Nechaev A. P. Emul'giruyushhie, penoobrazuyushhie svoystva belkovoy muki iz pshenichnykh otrubey // Izvestiya VUZov. Pishhevaya tekhnologiya. 1995. Issue 1-2. P. 34-37.
6. Development of the protein-fatty base of the sugar confectionery for nutrition of the sportsmen / Bochkarev S. et. al. // Technology Audit And Production Reserves. 2016. Vol. 5, Issue 3 (31). P. 58-64. doi: http://doi.org/10.15587/2312-8372.2016.81142
7. Research of the oilseeds ratio on the oxidative stability of the protein-fat base for sportsmen / Bochkarev S. et. al. // Technology Audit and Production Reserves. 2017. Vol. 2, Issue 3 (34). P. 8-12. doi: http://doi.org/10.15587/2312-8372.2017.96665
8. Omarov R. S., Antipova L. V., Konieva O. N. Biotechnological Aspects In The Development Of Functional Food Products // Research journal of pharmaceutical biological and chemical sciences. 2018. Vol. 9, Issue 3. Р. 751-755.
9. Guidelines on food fortification with micronutrients / Lindsay A. et. al. // World Health Organization, Food and Agricultural Organization of the United Nations. France: Wh O, 2006. 370 p.
10. Apostol L., Berca L., Mosoiu C. Partially Defatted Pumpkin (Cucurbita maxima) Seeds - a Rich Source of Nutrients for Use in Food Products // Revista de chimie. 2018. Vol. 69. Issue 6. P. 1398-1402.
11. Natural oil emulsions stabilized by P-glucan gel / Veverka M. et. al. // Colloids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering Aspects. 2018. Vol. 537. P. 390-398. doi: http://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2017.10.043
12. Lipids in modern nutrition / ed. by Horisberger M., Bracco U. Nestle nutrition. New York: Raven Press, 1987. 248 p.
13. Bioactive Compounds in Functional Meat Products / Pogorzelska-Nowicka E. et. al. // Molecules. 2018. Vol. 23, Issue 2. P. 307. doi: http://doi.org/10.3390/molecules23020307
14. Production of omega-3 enriched tilapia through the dietary use of algae meal or fish oil: Improved nutrient value of fillet and offal / Stoneham T. R. et. al. // PLOS ONE. 2018. Vol. 13, Issue 4. P. e0194241. doi: http://doi.org/10.1371/journal.pone.0194241
15. Physical Properties, Microstructure, Intermolecular Forces, and Oxidation Stability of Soybean Oil Oleogels Structured by Different Cellulose Ethers / Meng Z. et. al. // European Journal of Lipid Science and Technology. 2018. Vol. 120, Issue 6. P. 1700287. doi: http://doi.org/10.1002/ejlt.201700287
16. Bolger Z., Brunton N. P., Monahan F. J. Impact of inclusion of flaxseed oil (pre-emulsified or encapsulated) on the physical characteristics of chicken sausages // Journal of Food Engineering. 2018. Vol. 230. P. 39-48. doi: http://doi.org/10.1016/jjfoodeng.2018.02.026
17. Technological, physico-chemical and sensory properties of raw and cooked meat batter incorporated with various levels of cold milled flaxseed powder / Yogesh K. et. al. // Journal of Food Science and Technology. 2013. Vol. 52, Issue 3. P. 1610-1617. doi: http://doi.org/10.1007/s13197-013-1185-6 "
