CC BY
20
УДК 664
Функциональные композиции биокорректирующего действия
на основе продуктов глубокой переработки низкомасличного сырья
Н. С. Родионова, д-р техн. наук, профессор, Е.С. Попов, канд. техн. наук, Е. А. Пожидаева, канд. техн. наук, Т.Н. Колесникова, студент Воронежский государственный университет инженерных технологий
Необходимость расширения ассортимента и совершенствования продуктов питания, оказывающих корректирующее влияние на функции организма, продиктована наличием дефицита ряда макро- и микрону-триентов. По данным Федерального исследовательского центра питания, биотехнологии и безопасности пищи дефицит полиненасыщенных жирных кислот (омега-6, омега-3) - более 63%; дефицит пищевых волокон -более 44%; дефицит витаминов А, Е, С, й, группы В, К - более 70%; дефицит минеральных веществ Са, Ре - более 50%; дефицит микроэлементов Бе, - более 55%, что является причиной сохранения, а в отдельных случаях роста численности граждан Российской Федерации, страдающих алиментарно-зависимыми заболеваниями. В связи с этим актуальным становится направление совершенствования технологий и расширения ассортимента продуктов функционального назначения, обогащенных эссен-циальными компонентами, диетических (лечебных и профилактических) пищевых продуктов, необходимых для организации биокорректирующего питания и ликвидации алиментарно-дефицитных состояний для различных групп населения [1].
Цель данного этапа исследований -разработать и обосновать состав функциональной композиции (ФК), сбалансированной по ПНЖК, на основе различных сочетаний муки из жмыхов отечественного низкомасличного сырья - зародышей пшеницы, семян амаранта, тыквы и льна.
На основании известного жирнокис-лотного состава и биопотенциала муки из жмыхов зародышей пшеницы, семян амаранта, тыквы и льна и выдвижения гипотезы, возможности его коррекции для достижения оптимальных соотношений ю-6 и ю-3 жирных кислот путем комбинирования перечисленных видов сырья в определенных соотношениях, была сформулирована задача разработки методологии и программного продукта для практической
реализации процесса компонентного проектирования и последующей оценки функционально-технологических свойств новых композиций, характеризующихся уникальными белковым, углеводным, минеральным и витаминным составами [2].
В результате математической обработки банка исходных характеристик исследуемого сырья, с помощью разработанного программного продукта (язык программирования Ruby 2.2, Ruby on Rails 4.2), реализующего метод объектно-ориентированного программирования, были получены номограммы для проектирования
рецептур функциональных композиций на основе исследуемых видов муки, обеспечивающих рекомендуемые Федерального исследовательского центра питания, биотехнологии и безопасности пищи [3] соотношения жирных кислот ю-6/ю-3 (см. рисунок). Разработанный программный продукт позволяет проектировать пищевые композиции на основе различных видов сырья растительного и животного происхождения с применением различных критериев оптимизации, например, соотношения белков, жиров и углеводов, кальция и фосфора, кальция и витамина й.
Анализируя полученные номограммы, можно заключить, что комбинирование муки из жмыхов низкомасличных культур, формирует принципиально различные области, характеризующиеся следующими диапазонами соотношений жирных кислот ю-6/ю-3: 1,0-5,0:1, 5,0 - 10,0:1 и 10,0 - 50,0:1. Область, соответствующая наиболее оптимальному соотношению компонентов для каждой трехкомпонентной функциональной композиции, обозначена белым цветом в зоне приемлемо оптимальной области - желтого цвета [4].
Рецептуры функциональных композиций, компонентный состав которых соответствует области с соотношением жирных кислот ю-6 /ю-3: 1,0 - 5,0:1, рекомендуется применять при разработке поликомпонентных пищевых
ФК № 1
пшеницы
3 жмыха
заРодышей ФК № 2
пшениц ы
зиз жмыха
заРодышей ФК № 3
пшеницы
"^Усе^Г
ФК № 4
Номограммы определения процентного соотношения исследуемых жмыхов в ФК для обеспечения соотношений ПНЖК ю-б/ю-3 в диапазоне: -1,0-1,5:1; -1,5-3,0:1: ~3,0~5,0:1: ~ 5,0~ 10,0:1;Я~ 10,0~20,0:1;Ш~ 20~50:1
INNOVATIVE TECHNOLOGIES
систем с привлечением животного и растительного сырья, характеризующегося неоптимальными соотношениями жирных кислот свыше 10,0:1, так как обеспечивается возможность понижения данного соотношения до достижения рекомендуемых значений.
Комбинации жмыхов низкомасличных культур с соотношением жирных кислот ю-6 /ю-3, как 10,0 - 50,0:1 -зоны оранжевого и красного цвета не рекомендуется применять в пищевых технологиях [5].
Компонентный и жирнокислотный состав рассчитанных функциональных композиций на основе муки из жмыхов зародышей пшеницы, семян амаранта, тыквы и льна представлен в табл. 1, 2.
Технологический процесс производства функциональных композиций включает следующие этапы: приемка жмыхов низкомасличных культур в соответствии с ГОСТ 15113.0 - 77; дозирование и смешивание жмыхов в течение 4 - 5 мин в смесителе периодического действия; измельчение полученной смеси на молотковой мельнице (0,5 -1 мин) при частоте вращения ротора 2500 об /мин до размера частиц 0,3 - 0,9 мм/с последующей упаковкой в полимерную тару до достижения значений вакуума 97,0 - 99,9% с конечным давлением 200 Па.
Разработанные функциональные композиции представляют однородный сыпучий порошок от кремового до светло-желтого цвета, с чистым, нейтральным, слегка сладким вкусом и злаковым запахом, без посторонних привкусов и запахов.
Экспериментально установленное содержание белка в спроектированных функциональных композициях находится на уровне 20 - 50% средней суточной потребности организма (табл. 3) при употреблении 100 г функциональной композиции, соотношение белок: жир в разработанных системах варьируется в диапазоне 3,1- 4,1:1, что позволяет отнести их к низкожирным источникам белка в рационе питания [3].
На основании экспериментальных исследований проанализирован аминокислотный состав белка разработанных функциональных композиций, который является более сбалансированным по набору незаменимых аминокислот (табл. 4) по сравнению с исходным сырьем. Сохранился лимитирующий характер аминокислот -триптофана, метионина, в связи с чем, остается целесообразным введение разработанных смесей в состав продуктов из животного сырья, в которых скор перечисленных аминокислот, как правило, более 100%.
На основе анализа полученных данных (табл. 5) установлено, что биологическая ценность разработанных функциональных композиций варьируется в диапазоне 73 - 78%. Коэффициент утилитарности, показывает
Таблица 1
Компонентный состав разработанных функциональных композиций, %
Наименование компонента Функциональная композиция
№ 1 № 2 № 3 N 4
Мука из жмыха зародышей пшеницы 40,0 - 40,9 40,0 - 40,9 32,0 - 32,9 -
Мука из жмыха семян амаранта 44,1 - 45,0 49,1 --50,0 - 33,0 - 33,9
Мука из жмыха семян тыквы 15,0 - 15,9 - 9,1 - 10,0 49,1 50,0
Мука из жмыха семян льна 10,0 - 0,9 3,0 - 3,9 12,0 - 12,9
Соотношение ПНЖК ш-6:ш-3 7 - 3:1 5 - 6:1 3 - 4:1 5 - 6:1
Итого 100
Таблица 2
Жирнокислотный состав разработанных функциональных композиций, _г /100 г_
Функциональная композиция Содержание масла Насыщенные ЖК Мононенасыщенные ЖК Полиненасыщенные ЖК
Олеиновая (ш-9) линолевая (ш-6) линолено-вая (ш-3)
№ 1 7,99 1,74 1,96 3,79 0,506
№ 2 7,65 1,51 1,39 3,55 0,705
№ 3 3,15 1,29 2,19 3,62 1,05
№ 4 3,03 1,50 1,31 3,93 0,79
Таблица 3
Химический состав разработанных функциональных композиций
Наименование показателя Значение показателя
Функциональная композиция
№ 1 № 2 № 3 № 4
Массовая доля белка, % 25,0 25,2 34,4 23,2
Массовая доля углеводов, % 43,5 51,0 40,1 33,0
Массовая доля жира, % 7,9 3,0 3,4 7,3
Массовая доля пищевых волокон, % 9,1 7,0 7,9 22,0
Массовая доля золы, % 4,3 3,3 4,1 4,0
Массовая доля влаги, % 5,2 5,0 5,1 5,0
Соотношение белок: жир 3,2:1 3,1:1 4,1:1 3,6:1
Таблица 4
Содержание аминокислот, мг/г и их скор, % (в скобках) в функциональных композициях
№ ФК Валин Изолейцин Лейцин Лизин Метионин + Цистин Треонин Фенилаланин + тирозин Триптофан
1 27,2 (54,4) 20,2 (50,5) 33,4 (54,3) 36,5 (66,3) 22,2 (63,4) 24,7 (61,7) 41,7(69,5) 8,4 (84,0)
2 25,7 (51,4) 13,9 (47,2) 39,3 (56,1) 34,6 (62,9) 25,1 (71,7) 25,0 (62,5) 42,1(70,1) 8,1 (81,0)
3 30,6 (61,2) 21,4 (53,5) 40,6 (53,0) 35,4 (64,3) 26,4 (75,4) 26,3 (65,7) 44,6(74,3) 8,2 (82,0)
4 25,3 (50,6) 19,2 (13,0) 36,4 (52,0) 37,6 (63,3) 24,9 (71,1) 24,9 (62,2) 42,9(71,5) 7,9 (79,0)
сбалансированность незаменимых аминокислот по отношению к эталону и составляет 0,72 - 0,81. Коэффициент сопоставимой избыточности, характеризующий количество незаменимых аминокислот в белке, которое не утилизируется организмом, находился на уровне 2,6 - 3,7, что свидетельствует о целесообразности применения функциональных композиций в рецептурах животно-растительных пищевых продуктов для обеспечения сбалансированности аминокислотного состава конечного продукта. Коэффициент различия аминокислотного скора (КрАС), имеет в разработанных функциональных композициях
небольшое значение (21,8 - 27,8%) и означает, что избыточное количество аминокислот в белке функциональных композиций незначительно. Перева-риваемость функциональных композиций, показывающая степень перева-риваемости белка пищеварительными ферментами «пепсин- трипсин» («in vitro»), варьируется в диапазоне 73,1 — 75,8 мкг/см3 тирозина.
Данное обстоятельство позволяет в соответствии с ГОСТ Р 54059 — 2010 «Продукты пищевые функциональные. Ингредиенты пищевые функциональные. Классификация и общие требования» отнести данные смеси к функциональным не только по со-
Таблица 5
Характеристика биологической ценности белков исследуемых объектов
Наименование показателя Функциональная композиция
№ 1 № 2 № 3 № 4
КРАС, % 25,7 27,8 23,7 21,8
Биологическая ценность, % 74,3 72,2 76,3 78,2
Коэффициент утилитарности аминокислотного 0,73 0,64 0,72 0,81
состава
Коэффициент сопоставимой избыточности 2,9 3,7 2,6 3,5
Переваримость «in vitro», мкг/см3 тирозина 74,8 74,2 73,1 75,8
отношению ПНЖК, но и по широкому перечню макро- и микронутриентов, что имеет практическую значимость при проектировании пищевых продуктов биокорректирующего действия с применением функциональных композиций [6].
В результате применения разработанной методологии и созданного программного продукта был практически реализован процесс компонентного проектирования функциональные композиции с направленно формируемым соотношением ПНЖК. Доступность разработанных функциональных композиций на основе продуктов переработки низкомасличного сырья, а также возможность покрытия физиологических потребностей организма
в широком спектре макро - и микро-нутриентов, позволяет признать данные композиции перспективными для применения в технологиях продуктов биокорректирующего действия.
ЛИТЕРАТУРА
1. Пожидаева, Е.А. Разработка технологии замороженных творожных полуфабрикатов, обогащенных растительными нутриентными корректорами/ Е. А. Пожидаева, Н.В. Болотова, А.В. Илюшина // Инновации пищевой индустрии. Тезисы по материалам II ежегодного конкурса научно-исследовательских работ студентов, магистрантов, аспирантов и молодых ученых. - 2016. - С 4 - 6.
2. Рогов, И.А. Химия пищи/ И. А. Рогов, Л. В. Антипова, Н. И. Дунченко,
Н.А. Жеребцов. - М.: Колос, 2000. -384 с.
3. Миневич, И.Э. Разработка технологических решений переработки семян льна для создания функциональных пищевых продуктов: автореф. дис. канд. техн. наук/И.Э. Миневич. - М.: 2009. - 27 с.
4. Родионова, Н.С. Разработка растительной комплексной пищевой системы на основе продуктов переработки зародышей пшеницы сбалансиро-ванного жирнокислотного состава/Н. С. Родионова, Е.С. Попов, Т.В. Алексеева, Н.Н. Попова, Ю. О. Калгина // Фундаментальные исследования. - 2013. - № 11. - С. 1594 - 1598.
5. Родионова, Н.С. Разработка пищевых систем на основе растительных композиций, обогащенных w-3 и w-6 жирными кислотами/ Н. С. Родионова, Е. С. Попов, Фомичева А.В. // Новое в технике и технологии пищевых производств. - 2012. - № 3. - С. 25 - 27.
6. Пожидаева, Е.А. Влияние условий замораживания на продолжительность процесса холодильной обработки творожных полуфабрикатов, обогащенных полиненасыщенными жирными кислотами/Е.А. Пожидаева, Н.В. Болотова, А.В. Илюшина // Устойчивое развитие регионов. Материалы Международной научно-практической конференции. - 2016. - С. 124 - 130.
Функциональные композиций биокорректирующего действия на основе продуктов глубокой переработки низкомасличного сырья
Ключевые слова
биокорректирующее действие; жмых зародышей пшеницы; жмых семян амаранта, тыквы, льна; функциональные композиции
Реферат
Проблема нутриентной коррекции пищевого статуса населения отражена в Государственной политике РФ в области здорового питания (распоряжение Правительством РФ от 25.10.2010 г. № 1873-р) и Комплексной программе развития биотехнологий в РФ на период до 2020 г. (распоряжение Правительством РФ от 24.04.2012 г. № 1853п-П8). Накопленный в настоящее время опыт свидетельствует о наличии макро- и микронутриентных дефицитов в питании не только отдельных групп населения, но и регионов, что актуализирует целесообразность применения природных источников биологически активных веществ в составе пищевых продуктов с целью направленного формирования их функциональных и биокорректирующих свойств. Среди известных источников природных биологически активных веществ приоритетное место занимает отечественное низкомасличное зерновое сырье и продукты его глубокой переработки - жмыхи зародышей пшеницы, семян амаранта, тыквы, льна, так как их объем при производстве масла достигает 80 - 95% от исходного, а по составу они представляют ценный сырьевой ресурс для пищевой индустрии, как источник широкого спектра биологически активных веществ доступной стоимости. Кроме значительных остаточных количеств ценных масел, богатых ненасыщенными, и особенно дефицитными ш-3 жирными кислотами, перечисленные жмыхи содержат белки (до 30%), включающие все незаменимые аминокислоты, углеводы (до 40%), представленные глюкогенными и фруктогенными моно- и дисахарами, олиго- и полисахаридами, пищевыми волокнами, широкий спектр витаминов - А, Э, Е, С, группы В, РР, Т, К, пантотеновую и фолиевую кислоты, каротиноиды, макро -и микроэлементы - Бе, 7п, Мп, Мд, Са, К, Na, Ре, Р. Комбинирование таких поликомпонентных объектов дает возможность получения систем, значительно превосходящих по биологической активности исходное сырье, но требует разработки алгоритма и методики проектирования и оценки новых продуктов с учетом задаваемых параметров оптимизации и балансирования состава.
Авторы
Родионова Наталья Сергеевна, д-р техн. наук, профессор, Попов Евгений Сергеевич, канд. техн. наук Пожидаева Екатерина Анатольевна, канд. техн. наук, Колесникова Татьяна Николаевна, студент
Воронежский государственный университет инженерных технологий, 394036, г. Воронеж, проспект Революции, 19.
[email protected], [email protected], [email protected], tanya. [email protected]
Functional compositions of biocorrecting action based on products of deep processing of low-oil raw materials
Key words
biocorrecting action; wheat germ cake; amaranth seed cake; pumpkin, flax; functional compositions
Abstracts
The problem of nutritional correction of the nutritional status of the population is reflected in the State Policy of the Russian Federation in the field of healthy nutrition (Order of the Government of the Russian Federation No. 1873-r of October 25, 2010) and the Comprehensive Program for the Development of Biotechnologies in the Russian Federation for the Period to 2020 (Order of the Government of the Russian Federation of 24.04.2012 No. 1853-P8). The experience accumulated at the present time indicates the presence of macro- and micronutrient deficiencies in the diet of not only certain groups of the population but also the regions, which actualizes the expediency of using natural sources of biologically active substances in the composition of food products for the purpose of directional formation of their functional and biocorrecting properties. Among the known sources of natural biologically active substances, domestic low-oil grain raw materials and products of its deep processing — oilcake of wheat germ, amaranth seed, pumpkin, flax, take priority place, since their volume in the production of oil reaches 80 — 95% of the initial, and in composition they represent valuable Raw material resource for the food industry, as a source of a wide range of biologically active substances of affordable cost. In addition to significant residual quantities of valuable oils, rich in unsaturated, and especially deficient ш-3 fatty acids, these cakes contain proteins (up to 30%), including all essential amino acids, carbohydrates (up to 40%), represented by glucogenic and fructogenic mono- and disaccharides, Oligo- and polysaccharides, dietary fiber, a wide range of vitamins — A, D, E, C, group B, Pp, T, K, pantothenic and folic acids, carotenoids, macro- and trace elements — Se, Zn, Mn, Mg, Ca, K, Na, Fe, P. The combination of such polycomponent objects makes possible Получения Obtaining systems that significantly exceed the original feedstock in terms of biological activity, but it requires the development of an algorithm and a methodology for designing and evaluating new products, taking into account the specified optimization parameters and balancing of the composition.
Authors
Rodionova Natalia Sergeevna, Doctor of Technical Sciences, Professor Popov Evgeniy Sergeevich, Candidate of Technical Sciences Pozhidaeva Ekaterina Anatolievna, Candidate of Technical Sciences Kolesnikova Tatyana Nikolaevna, Student Voronezh State University of Engineering Technologies 19 house, Revolution avenue, Voronezh, Russia, 394036 [email protected], [email protected], [email protected], tanya. [email protected]
