Компьютерное моделирование рецептур нового поколения паштетов из перепелиного мяса Текст научной статьи по специальности «Прочие технологии»

щие термофильные анаэробные, аэробные и факультативно-анаэробные микроорганизмы, в 1,0 г продукта.

По показателям безопасности разработанные мясные консервы из мяса и печени кролика соответствуют нормам СанПиН 2.2.1078-01.

Качественные показатели мясных консервов из мяса и печени кролика представлены в табл. 4.

Рациональное использование выбранных сырьевых ингредиентов - мясо кролика натуральное или в сочетании с соусами (томатный или сметанный), овощами и специями, а также печень кролика в виде паштета вместе со шпиком, растительным белком и специями и печень кролика с морковью в сливочном масле со специями позволяют получить продукт с высокими органолептическими показателями.

На основании результатов исследований можно сделать вывод, что использование диетического мясного сырья - мяса

и печени кроликов способствует расширению ассортимента мясных консервов с высокими качественными показателями.

Несмотря на высокую стоимость сырья (тушек кролика) себестоимость разработанных консервированных продуктов позволяет рекомендовать использовать их в рационах питания населения различных возрастных и социальных категорий.

ЛИТЕРАТУРА

1. Нестерин М.Ф., Скурихин И.М. Химический состав пищевых продуктов // М.: Москва. «Пищевая промышленность». 1979.

2. Позняковский В.М. Гигиенические основы питания, безопасность и экспертиза продовольственных товаров // Новосибирск, Изд-во Новосибирского университета. 1999.

3. Рогачев В.И. Справочник по производству консервов. Т.3. // М.: «Пищевая промышленность»

Компьютерное моделирование

рецептур нового поколения паштетов из перепелиного мяса

СМЕТАНИНА Л.Б., канд. техн. наук, ГОРОШКО ГЛ., ЛИСИЦЫН Б.А.

ВНИИ мясной промышленности

Современный уровень знаний о продуктах питания позволяет разрабатывать их с заданными свойствами, соответствующими определенному целевому назначению. Создание таких продуктов - это всегда поиск обоснованного компромисса между многочисленными требованиями, предъявляемыми к пищевым продуктам (пищевая ценность, потребительские свойства, стойкость при хранении и т.д.), которые вряд ли могут быть удовлетворены полностью. Поэтому естественно желание использовать аналитические методы в процессе разработки многокомпонентных продуктов.

Выбор методов формирования и обоснования рецеп тур комбинированных (многокомпонентных) продуктов зависит от сформулированной исследователем задачи (цели) создания их и наличия информации о свойствах и характеристиках ингредиентов и разрабатываемого продукта. Наиболее часто распространены следующие формулировки задач (целей):

■ создать продукт целевого назначения, т.е. продукт, имеющий свойства, которые отсутствуют у известных и вырабатываемых продуктов

■ создать продукт, обеспечивающий существенное снижение потерь массы определенных элементов в процессе технологической обработки

■ создать продукт, который позволит экономить наиболее дорогостоящие и/или дефицитные ингредиенты

■ подобрать рецептуру, способствующую существенному повышению качества продукта.

Независимо от применяемых методов, формирование и обоснование рецептур предусматривает следующие этапы:

■ формулируются требования к ингредиентам и продукту, соответствующие поставленной задаче

■ выбираются ингредиенты, придающие продукту требуемые свойства

■ устанавливаются допустимые уровни (наименьшая и наибольшая доли) ингредиента в рецептуре

■ определяются оптимальные уровни ингредиента в рецептуре.

При формировании и обосновании рецептур многокомпонентных продуктов можно применять две группы методов: экспериментально-статистические (ЭСМ) и математического моделирования (МММ).

Приведенная группировка весьма условна, поскольку ЭСМ можно считать отдельными этапами (например, начальным этапом сбора информации для построения математической модели (ММ) или конечным этапом проверки адекватности ММ). В то же время ЭСМ можно применять и как самостоятельные методы, позволяющие реализовать все этапы решения четырех перечисленных задач формирования и обоснования рецептур.

В данной работе использованы методы математического моделирования, применяемые при обосновании комбинированных продуктов, которые условно разделены на две группы: методы формирования и обоснования рецептур по одному локальному свойству (показателю) и по совокупности.

Обоснование рецептур по совокупности свойств продукта

В последнее время широкое распространение получают методы комплексной оценки качества мясных продуктов, что обусловлено успехами развития методик оценки и измерения самых различных показателей качества и возрастающими требованиями к качеству продуктов «здорового» питания.

Задачу расчета оптимальной рецептуры формулируют в следующем виде: при известных перечне ингредиентов, допустимых для производства конкретного продукта, и характеристик каждого из них (содержания влаги, жира, белка, аминокислот, жирных кислот, микроэлементов, стоимости и др.), а также требуемой массы получаемого продукта, необходимо определить в каких количествах целесообразно включить в рецептуру ингредиенты, чтобы при соблюдении установленных требований к химическому составу (ХС), качеству готового продукта и количеству используемых отдельных ингредиентов или их комбинаций обеспечить минимальную (максимальную) величину критерия оптимизации.

Сформулированную задачу решают последовательно, выполняя следующие этапы:

■ сбор, систематизация и анализ данных по характеристикам выбранного перечня ингредиентов и требованиям к продукту

■ расчет вариантов оптимальной рецептуры при выбранном критерии оптимизации (целевой функции) и установленных ограничениях

■ расчет соотношений незаменимых аминокислот (например, коэффициента сбалансированности белка (КСБ) по НАК), жирных кислот (ЖКС) и микроэлементов (МЭС) или других характеристик

■ проверка полученного варианта рецептуры на возможность улучшения критерия оптимизации и КСБ и/или ЖКС, и/или МЭС

■ сравнительный анализ расчетных вариантов рецептур и выбор из них для экспериментальной проверки.

Методика решения поставленной задачи представлена ниже в виде последовательно выполняемых этапов.

1. Выбор целевой функции. В качестве целевой функции можно применять такие критерии как суммарная стоимость сырья, сбалансированность продукта по пищевой или энергетической ценности и другие. При построении модели наиболее часто используют в качестве критерия оптимизации суммарную стоимость сырья, записываемую в следующем виде:

С=

j=i

Ц • Х

ч j

ц = I ц • ф„

где Ц: - цена единицы массы 1-го химического элемента, входящего в состав ^го ингредиента, определяемая при расчете цены на \ -й ингредиент со средними значениями ф руб.; Ф - содержание 1-го химического элемента в ]-м ингредиенте, доли;

F - число оцениваемых химических элементов.

2. Определение перечня ингредиентов, допустимых для производства конкретного продукта. Перечень ингредиентов определяют по литературным данным, результатам ранее выполненных экспериментов и исследований и другой информации (экспертной, нормативной и технической по требованиям к качеству, безопасности и особым свойствам разрабатываемой продукции). При этом по каждому виду сырья и ингредиентов учитывают и анализируют: наличие разрешения на возможность или на использование в пищевых продуктах, в т.ч. комбинированных; степень новизны использования в производстве комбинированных продуктов и обеспеченность источниками сырья и объемами производства или поставок.

3. Сбор литературных, нормативных и фактических данных о доступности и характеристиках ингредиентов, включаемых в рецептуру. При этом учитывают и анализируют: метрологическое обеспечение по измерению и определению характеристик и пределы возможных отклонений результатов при измерениях; характеристики пищевой ценности каждого ингредиента, включая общий, аминокислотный, жирно-кислотный и макро-и микроэлементный составы.

4. Выбор ограничений осуществляют с учетом влияния отдельных ингредиентов и их ХС на качество продукта, возможности количественной замены одного ингредиента другим, технической реализации быстрого и точного измерения характеристик ингредиентов. В общем случае возможно применение ограничений только на ХС, тогда устанавливают ограничения на каждый химический элемент, привносимый каждым отдельным ингредиентом.

В качестве заданных параметров готового продукта принимают определенные минимальные (min) и максимальные (max) значения его характеристик и/или количества по используемым ингредиентам. Рекомендуется в решение задачи включать (учитывать) следующие ограничения:

на общий химический состав (содержание влаги, белка, жира и углеводов)

Эттi <I Э„i • Х„ = Этах i ; для i=1,2,3,4

j

на содержание незаменимых аминокислот

где С - суммарная стоимость сырья в рецептуре, руб;

Ц - фактическая (нормативная) цена ]-го ингредиента, руб.;

X- масса ]-го ингредиента (искомая велчина),кг; П - количество ингредиентов, включенных в рецептуру.

При отсутствии данных по ценам ингредиентов и наличии информации о ценах по элементам ХС определять Ц можно как суммарную стоимость химических элементов ингредиента (содержания белка, влаги, жира и др.) по формуле:

Amin k < I А„ k • Х< Атах k ; для k= 1,2.....8 (или 10)

j

на содержание жирных кислот

Жтт <1 Ж V • Х< Жтах ; для v= 1,2,..., V

V ¿ш^ 1, 1 V ' 111

j

на содержание наиболее важных микроэлементов МЭтт < I МЭ • Х< МЭтах ; для ц= 1,2,., М

Ц ¿—I 1, Ц 1 Ц ' " ^ ill

j

на массу используемого ингредиента

Хтт„ <1 Х„< Хтах ; для „= 1,2,., N,

j

где Этт , Эт^ - минимально и максимально допустимое содержание i-го химического элемента в готовом продукте, доли;

Э , - фактическое содержание i-го химического элемента в j-м ингредиенте; Arnin k , Атах k - минимально и максимально допустимое содержание

k-й аминокислоты в готовом продукте, доли; Ajk - фактическое содержание k-й аминокислоты в j-м ингредиенте, доли;

Жтт , Жтах - минимально и максимально до-

V ' V

пустимое содержание v-й жирной кислоты (или их группы: насыщенные, мононенасыщенные и полиненасыщенные), в готовом продукте, доли; Ж - фактическое содержание n-й жирной кислоты в j-м ингредиенте, доли; МЭтт , МЭтах - минимально и максимально

Ц Ц

допустимое содержание ц-го микроэлемента в готовом продукте, доли;

МЭj ц - фактическое содержание m-го микроэлемента в j-м ингредиенте, доли; Xminj Хтах - минимально и максимально допустимое содержание j-го ингредиента в рецептуре.

Ограничения на НАК рекомендуется оценивать с учетом шкалы ФАО/ВОЗ и требований к содержанию белка в продукте (смеси ингредиентов).

Если требуется получить точно заданное содержание белка Бзад., то ограничения на содержание аминокислот определяют по одному из следующих принципов.

Для всех аминокислот их содержание, соответствующее уровню ФАО/ВОЗ и заданному содержанию белка Ак = Фк х Бзад./100, уменьшается (определяют минимум) и увеличивается (определяют максимум) на одну и ту же величину, т.е. Ак ± А.

Для каждой аминокислоты устанавливают величины Ак в сторону уменьшения (Аак) и в сторону увеличения (Авк ) с учетом величины содержания конкретной аминокислоты в ингредиентах и идеальном белке.

Если требуется получить в смеси содержание белка в определенных пределах (Бтт, Бтах), то ограничения на содержание аминокислот определяют по формуле:

Атт k = Фк- Бтт /100 и Атах k = Фк- Бтах /100, где Фк - содержание аминокислоты, соответствующее шкале ФАО/ВОЗ (или идеальному белку для данного продукта).

Ограничения на ЖКС оценивают по соотношению трех групп -насыщенные, мононенасыщенные: полиненасыщенные - 3 : 6 : 1 или отношению (Ожк) суммы ненасыщенных ЖК к насыщенным в пределах 1,4 < Ожк < 2,0.

В ограничения на микроэлементный состав (МЭС), как правило, включают три элемента: Са, Р и Mg c учетом рекомендуемых их соотношений Са : Р = 1,0 : 1,5 и Са : Mg = 1,0 : 0,6.

Если при решении задачи не удается получить рекомендуемые соотношения по ЖКС и/или МЭС, то можно рекомендовать определить рациональные соотношения для отобранного на этапах 2 и 3 перечня ингредиентов по среднеарифметическим или средневзвешенным значениям массовых долей элэментов ЖКС или МЭС.

5. Расчеты вариантов рецептур при выбранном критерии оптимизации (этап 1) и установленных ограничениях (этап 4) осуществляют путем: ввода исходных данных, формирования симплекс-таблицы и расчетов на ЭВМ. Процедуры подготовки и ввода данных описываются в руководствах к соответствующим пакетам прикладных программ, а вычислительные операции расчетов подробно приведены в работах. В результате расчетов на печать выдаются рецептура, суммарная стоимость сырья и ожидаемые значения характеристик продукта, включенные в ограничения.

6. Оценка полученной на этапе 5 рецептуры на сбалансированность по аминокислотному составу и на заданные соотношения ЖКС и МЭС. Качество белка оценивают по величине коэффициента его сбалансированности КСБ, расчет которого включает в себя:

определение лимитирующей незаменимой аминокислоты (НАК) по величине ее скора (СК=Ак/Фк). Лимитирующей НАК является та, у которой величина СК минимальная, т.е. СК= СКтт; расчет КСБ по формуле:

КСБ = СКтт - 2 Фк / 2Ак;

сравнение расчетного значения КСБ с заданным (Q). Если КСБ < Q , то возвращаются к этапу 4, изменив ограничения на содержание аминокислот. При этом увеличивают Атт для НАК, у которой СКтт, таким образом, чтобы величина СК ее была не меньше, чем у ближайшей к ней по величине СК аминокислоте, а у НАК, имеющей СКтах, уменьшают Атах аналогичным образом.

Если КСБ > Q, то задача считается решенной.

Аналогично можно оценить сбалансированность варианта рецептуры по жирно-кислотному и микроэлементному составам. После чего: либо рассчитывают следующий вариант рецептуры, начиная с этапа 1, либо выполняют сравнительный анализ рассчитанных (выбранных) вариантов рецептур (этап 7).

7. Сравнительный анализ вариантов рецептур. В

анализ могут включаться данные по показателям, характеризующим: функционально-технологические и структурно-механические свойства; пищевую и энергетическую ценность; экономичность и особые свойства продукта. При отсутствии данных по функционально-технологическим и структурно-механическим свойствам следует провести экспериментальную выработку продукта.

По результатам анализа выбирают варианты рецептур для опытной выработки в целях оценки фактических характеристик продукта.

8. Производственная проверка результатов обоснования рецептур. После изготовления реального продукта и оценки (измерений) его характеристик сравнивают их с расчетными значениями. Если отклонения характеристик не превышают допустимого уровня (т.е. находятся в пределах ограничений), то разрабатывают нормативный документ на продукт. Если отклонения выше допустимого уровня, то выявляют причины, их вызвавшие. Ими могут быть ошибки при измерениях фактических характеристик ингредиентов, неправильная оценка уровня технологических потерь, неточная дозировка ингредиентов и т.д.

Таким образом, оптимизируют рецептуры комбинированных мясопродуктов, к которым можно отнести и консервированные паштеты. Особое место при разработке оптимальных рецептур паштетов занимают выбор ингредиентов и их характеристика.

Исследования в области совершенствования качества многокомпонентных комбинированных мясопродуктов позволили выделить в самостоятельную область "новую пищевую технологию». Она предусматривает направленную двухэтапную переработку сырья: на первом этапе осуществляется его фракционирование и/или модификация, на втором - подготовленные компоненты перерабатывают в мясопродукты.

Показатели Контроль 1 (3 зад.) 2 (5 зад.) 3 (2 оптим. по НАК) 4 (5 оптим. по НАК) 5 (6 опт. по Б:Ж)

Общий химический состав, %:

Влага (В) 51,43 53,64 50,64 61,90 46,86 64,68

Жир (Ж) 32,78 29,50 33,53 19,10 37,84 13,71

Белок (Б) 10,61 8,15 8,07 10,48 7,45 13,01

В том числе сбалансированный 8,69 7,02 6,99 8,61 6,53 11,19

Углеводы (У) 3,03 5,96 2,97 5,76 4,10 5,51

Соотношение Б:Ж:У 1,00:3,10:0,28 1,00:3,64:0,73 1,00:4,15:0,37 1,00:1,82:0,50 1,00:5,08:0,55 1,00:1,05:0,42

Аминокислотный состав, г:

Валин 0,747 0,404 0,348 0,692 0,324 0,664

Изолейцин 0,566 0,318 0,333 0,547 0,283 0,531

Лейцин 0,976 0,557 0,584 0,953 0,499 0,931

Лизин 0,875 0,475 0,522 0,830 0,444 0,816

Метионин+цистин 0,265 0,142 0,152 0,250 0,132 0,244

Треонин 0,503 0,283 0,272 0,476 0,232 0,460

Триптофан 0,148 0,087 0,109 0,150 0,089 0,152

Фенилаланин+ тирозин 0,569 0,327 0,321 0,548 0,277 0,533

Минимальный скор 0,714 -метионин 0,498-метионин 0,538-метионин 0,682-метионин 0,506-метионин 0,536- метионин

Коэффициент сбалансированности 0,586 0,563 0,592 0,579 0,592 0,579

Соотношение Лизин:метионин: триптофан 1,00:0,30:0,17 1,00:0,30:0,18 1,00:0,29:0,21 1,00:0,30:0,18 1,00:0,30:0,20 1,00:0,30:0,19

Жирные кислоты, г:

Насыщенные (Н) 12,80 11,25 5,03 7,07 14,32 4,62

Мононенасыщенные (М) 14,26 12,70 8,88 7,91 16,69 5,20

Полиненасыщенные (П 3,75 3,27 3,75 2,32 4,41 1,77

Соотношение П:М:Н 1,00:3,41:3,80 1,00:3,88:3,44 1,00:2,37:1,34 1,00:3,41:3,04 1,00:3,78:3,25 1,00:2,93:2,61

Или (П+М)/М 1,41 1,42 2,51 1,45 1,47 1,51

Микроэлементный состав, мг:

Кальций (Са) 6,10 4,40 11,50 12,20 7,70 12,70

Фосфор (Р) 223,50 123,80 95,10 204,70 77,70 185,40

Магний (Мд) 13,30 7,90 12,10 16,30 9,60 16,80

Соотношение Са:Р:Мд 1,00:36,60:2,18 1,00:28,00:1,79 1,00:8,30:1,05 1,00:1,60:1,34 1,00:10,00:1,25 1,00:14,60:1,34

Расчетные показатели

Калорийность, ккал 340,00 321,00 338,00 236,00 386,00 198,00

Стоимость единицы СВ, руб./кг 89,52 66,46 125,15 126,80 99,82 148,75

Примечание. Разработанные рецептуры были апробированы в условиях экспериментального производства ВНИИМПа и получили высокие органолептические оценки.

9. Обоснование выбора основных видов сырья для нового поколения паштетов. Современные тенденции развития технологии комбинированных мясных продуктов связаны с применением функциональных пищевых добавок. Эти ингредиенты имеют, как правило, белковую или полисахаридную основу и проявляют специфические свойства, благодаря которым их можно успешно использовать для выработки новых паштетов.

В настоящее время на российском рынке пищевых ингредиентов появилось большое количество функциональных добавок, используемых в качестве замены мяса: это препараты на основе коллагенсодержащего сырья, соевые белковые продукты, загустители и эмульгаторы растительного происхождения и т.д.

Анализ ассортимента мясных изделий, в рецептуры которых включены добавки из коллагенсодержащего сырья, свидетельствует о широких потенциальных возможностях их применения. Определяющим фактором при создании таких комбинированных мясных продуктов является их биологическая ценность. Лимитированный по ряду неза-

менимых аминокислот коллаген - неполноценный белок, и он не может быть адекватной заменой мышечной ткани. Однако биологическая ценность продукта зависит, прежде всего, от сбалансированности аминокислотного состава белков и степени их переваримости. Поэтому можно подобрать такие варианты комбинирования коллагенсодержащего сырья с другими видами сырья животного и растительного происхождения, которые дополняют аминокислотный состав вновь получаемого продукта и повышают степень его перевариваемости.

Анализ литературных источников показывает, что в настоящее время особенно эффективно производство новых видов мясных продуктов, в состав которых входят многокомпонентные эмульсии, суспензии, гели и структурированные (в присутствии фракции белковых препаратов, в том числе соевых белков) композиции, выработанные из побочного белоксодержащего сырья.

Математическую модель адаптировали к требованиям «здорового» питания с помощью математического моделирования на компьютере. Основная цель оптимиза-

ции рецептур -сбалансированность продукта по основным пищевым веществам, максимальное приближение к следующим соотношениям: белок: жир: углеводы - 1,0: 1,3:4,0; незаменимых аминокислот лизин: триптофан: метионин - 1:3:3; и жирно-кислотного состава полиненасыщенных: насыщенных: мононенасыщенных - 1:3:6, Омега 6: Омега 3 (ю6:ю3) - 10:1.

Соотношение микроэлементов- Са : Мд = 1,0 : 1,5 и Са : Мд = 1,0 : 0,6

Предварительно был проведен анализ и подобраны следующие ингредиенты: печень, мозги, шпик свиной, жир топленый, растительное масло, шкурка свиная, растительный белок, ферментный препарат, а также возможно использование нута, высокобелкового бобового компонента, обогащенного селеном.

В результате компьютерного имитационного модели-

рования разработаны пять оптимальных рецептур консервированных паштетов. Характеристики их приведены в таблице.

ЛИТЕРАТУРА

1. Ивашов В. И., Горошко Г. П., Салаватулина Р. М., Лебедева Л. И. Методика расчета оптимальной рецептуры с учетом сбалансированности аминокислотного состава. // Сборник научных трудов ВНИИМП. М.: 1989.

2. Лисицын А. Б., Любченко В. И., Горошко Г. П. Методы математического моделирования при обосновании рецептур многокомпонентных мясных продуктов // Сборник научных трудов ВНИИМПа М.:1996.

3. Николаева С.В., Кузнецова Ю.Г., Бобренева И.В., Шайлиева М.М. Моделирование рецептур мясных рубленых полуфабрикатов// «Мясная индустрия». 2004. № 10.

Разработка концептуальной модели

комплексного показателя качества растительно-мясных экструдатов

КРЫЛОВА В.Б., канд. техн. наук

ВНИИ мясной промышленности ^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^^

Задача повышения комплексного показателя качества экструдатов имеет многоцелевой характер, обладает многокритериальностью оценки, альтернативностью решений. Такая задача требует системного подхода, основными принципами которого является принцип единства функционально-целевых и причинно-следственных отношений на всех этапах и фазах повышения комплексного показателя качества экструдатов и на всех уровнях управления им.

Проблема выработки растительно-мясных экструдатов с заданным качеством связана с шестью основными аспектами: сохранение и повышение пищевой ценности (ПЦ); улучшение структурно-механических (СМП), функциональ-

Табл. 1. Значения основных свойств КПК экструдатов

Уровень

Показатели экспертной оценки Свойства показателя

Пищевая ценность 0,15 Белки Углеводы Жиры Минеральные вещества

Структурно-механические 0,20 Напряжение при срезе Коэффициент взрыва Насыпная масса

Функционально-технологические 0,15 Степень набухания

Способность: жиросвязывающая влагосвязывающая гелеобразующая эмульгирующая

Безопасности 0,20 Микробиологические показатели Содержание: тяжелых металлов радионуклидов

Органолептические 0,15 Внешний вид Цвет Запах Вкус Нежность

Микроструктурные 0,15 Преобладающий размер частиц Количество неразрушенных зерен крахмала

но-технологических (ФТП), органолептических показателей (ОП) и показателей безопасности (ПБ), а также микроструктуры (М) продукции. Модель комплексного показателя качества экструдатов можно представить в следующем виде:

К =<К К К _ К К _ К >,

пц смп мб оп пб м '

где Кп^ Кс,

К фтп ,Ко,

Кпб, Км- модели ПЦ, СМП, ФТП,

ОП, ПБ и М соответственно.

Для описания задачи повышения качества экструдатов, позволяющей выделить системные компоненты и определить общесистемные характеристики, была использована модель целенаправленного функционирования системы:

<цель > - <стратегия > - <ресурсы>.

Цель определяет необходимость создания и развития системы. Под целью будем понимать множество W(x) состояний ХТО системы S, соответствующих заданному уровню комплексного показателя качества (далее КПК) ХТО • W(x), желаемых лицу, принимающему решение (далее ЛПР), где Ь время. Описание множества W(x) заключается в формировании ограничений на вектор ХТО (количественных и качественных) и в задании вектора Е^) свойств цели (вектор эффективности), которые считает предпочтительными ЛПР.

Поскольку достижение целевых состояний Х(!) • W(x) возможно различными путями - стратегиями, то в общем случае существует множество • О(У) стратегий У^), У(!) • О(У), реализующих цель W(x). Множество О(У) определяет функцию системы и может быть оценено вектором оценки Е(О).