CC BY
95
промышленности
УДК 664:613.292
Проектирование поликомпонентных пищевых продуктов с заданными свойствами на основе ягодного сырья Центрально-Черноземного региона
Designing of polycomponent food products with specified properties on the basis of berry raw materials of the Central Black Earth region
Доцент O.M. Блинникова, (Мичуринский государственный аграрный университет) кафедра торгового дела и товароведения, тел. 8(47545)2-32-31
профессор А.Г. Елисеева (Российский экономический университет им. Г.В. Плеханова) кафедра товароведения и товарной экспертизы E-mail: [email protected]
Associate Professor O.M. Blinnikova, (Michurinsk State Agrarian University) chair of Trade and Commodity Science, tel. 8 (47545) 2-32-31
Professor L.G. Eliseeva (Plekhanov Russian Economic University) chair of Commodity Research and Goods Expertise E-mail: о.blinnikovaffly andex.ru
Реферат. Одними из основных направлений в области проектирования пищевых продуктов являются: разработка рецептур и технологий продуктов массового потребления; функциональных и специализированных пищевых продуктов, в том чпсле обогащенных эссенциальными микронутриен-тамп; моделирование рецептурных смесей различных групп готовых продуктов с учетом объемов пх потребления, особенностей технологии производства, обеспечивающих сохранность вносимых и эндогенных нутриентов. При проектировании продуктов сложного рецептурного состава используют основной принцип теории сбалансированного питания - пищевые нутриенты должны поступать в организм человека в определенном количестве и соотношении. Подбирая состав рецептурных ингредиентов. обогащая пх функциональными нутрпентами, можно добиться определенной направленности физиологического воздействия. Проведенные нами исследования пищевой ценности плодово-ягодного сырья ЦЧР показали, что оно является ценным источником природных БАВ. а его использование в производстве продуктов питания позволит расширить ассортимент различных групп продовольственных товаров и придать им функциональные свойства. Особое значение при этом имеет использование в качестве обогащающей добавки гидролизата коллагена. При проектировании пищевых продуктов заданного состава используются в основном подходы, базирующиеся на методах линейного и экспериментально-статистического программирования. Использование метода линейного программирования позволило спроектировать рецептуру питьевого киселя и наполнителя для йогуртов, обогащенных коллагеном, с высокой пищевой ценностью, требуемым содержанием биологически активных веществ и хорошими органолептическпмп свойствами, отвечающими требованиям нормативных документов. На новые продукты разработана и утверждена техническая документация.
Summary. One of the main directions in the field of food design is the development of recipes and technologies for mass consumption products, functional and specialized food products, including those enriched with essential micronutrients, as well as modeling prescription mixtures of various groups of finished products, taking into account the volumes of their consumption, ensuring the safety of introduced and endogenous nutrients. When products of complex formula composition are designing, the basic principle of the balanced nutrition theoiy is used - food nutrients must enter the human body in a certain amount and proportion. Selecting the composition of the formulation ingredients, enriching them with functional nutrients, you can achieve a certain focus of physiological effects. Our studies of the nutritional value of the fruit and berry raw materials of the Central Chernozem Region have shown that it is a valuable source of natural BAS, and its use in food production will expand the assortment of different groups of food products and give them functional properties. Particularly important in this case is the use of collagen
Q Блинникова O.M., Елисеева Л.Г., 2017
hydrolyzate as an enriching additive. In the design of food products of a given composition, approaches based on the methods of linear and experimental statistical programming are mainly used. Using the method of linear programming, it was possible to design the formulation of a drinking jelly and filler for yoghurts enriched with collagen, with high nutritional value, the required content of biologically active substances and good organoleptic properties that meet the requirements of regulatory documents. New products are developed and approved technical documentation.
Ключевые слова: проектирование, линейное программирование, обогащение, ингредиенты, ягодное сырье, гидролизат коллагена, пищевая ценность, рецептура.
Keywords: designing, linear programming, enrichment, ingredients, berry raw materials, collagen hydrolyzate, nutritional value, formulation.
Одним из перспективных направлений исследований в области здорового питания является разработка продуктов, имеющих многокомпонентный состав, включая основное сырье и различные нутриенты, в т.ч. для придания им заданных свойств. Создание таких продуктов является актуальным, поскольку за счет многокомпонентного состава достигается наиболее полное обеспечение организма человека физиологически важными нутриентами в требуемом количестве. Такие продукты призваны повышать иммунный статус человеческого организма, восстанавливать его микробиологический баланс и в конечном итоге должны поддержать здоровье.
Рацион питания современного человека включает различные пищевые продукты, в т.ч. сложного рецептурного состава, что и определяет появление и развитие самостоятельного направления - «проектирование» сложных поликомпонентных продуктов питания с заданными свойствами.
При проектировании продуктов сложного рецептурного состава используют основной принцип теории сбалансированного питания - пищевые нутриенты должны поступать в организм человека в определенном количестве и соотношении. Подбирая состав рецептурных ингредиентов, обогащая их функциональными нутриентами, можно добиться определенной направленности физиологического воздействия. При проектировании новых рецептур пищевых продуктов с заданными свойствами большое значение имеет возможность моделирования их потребительских характеристик, прогнозирования качества, безопасности и функциональных свойств готовых изделий [1,7].
При проектировании пищевых продуктов заданного состава используются в основном подходы, базирующиеся на методах линейного и экспериментально статистического программирования. В наших исследованиях при проектировании продуктов использовали метод линейного программирования.
Проведенные исследования пищевой ценности плодово-ягодного сырья ЦЧР показали, что оно является ценным источником природных БАВ, а его использование в производстве продуктов питания позволит расширить ассортимент различных групп продовольственных товаров и придаст им функциональные свойства [3-6]. Быстрое замораживание и низкотемпературное хранение плодово-ягодного сырья обеспечит его круглогодичное использование в производстве продуктов питания. Сушеное плодово-ягодное сырье, являющееся концентратом природных физиологически активных веществ, также может использоваться в качестве БАД при производстве продуктов с заданными свойствами.
В качестве обогащающей добавки при создании пищевых продуктов, предназначенных для профилактики заболеваний опорно-двигательного аппарата, целесообразным считаем использование гидролизата коллагена, являющегося результатом высокотехнологичной переработки, обеспечивающей практически полное усвоение пептидов коллагена организмом. В гидролизате коллагена сохраняются все 18 жизненно важных аминокислот, участвующих в создании коллагеновой
структуры и сохранении прочности соединительных тканей. Гидролизат коллагена является природно-сбалансированным, высокоусвояемым продуктом. Его поступление в организм способствует быстрому пополнению запасов белка без дополнительной затраты внутренней энергии, укреплению опорно-двигательного аппарата, быстрому восстановлению и укреплению соединительной и хрящевой тканей, особенно после травм, операций, различных заболеваний суставов. Также благотворно гидролизат коллагена влияет на состояние стенок кровеносных сосудов, кожи, волос и ногтей [5, 8].
Мировой опыт показывает, что в последнее время гидролизат коллагена находит широкое применение в производстве спортивного питания, лекарственных препаратов и биологически активных добавок к пище [2, 8-10], в то время как его использование в производстве обогащенных пищевых продуктов практически отсутствует.
Нами проведено проектирование рецептуры фруктового наполнителя для йогуртов из ягод жимолости и питьевого киселя из ягод актинидии и жимолости, обогащенных коллагеном.
При разработке обогащенного наполнителя исходили из того, что наполнитель будет функциональным за счет использования ягод жимолости, отличающихся высоким содержанием антоцианов, флавонолов и катехинов, и внесения в рецептуру раствора гидролизата коллагена до уровня, обеспечивающего удовлетворение суточной потребности организма человека на 50 % [10] из расчета на одну порцию продукта, составляющую для высокосахаристых изделий 30 г.
При проектировании рецептуры фруктового наполнителя из жимолости должны были достичь цели - максимальной пищевой ценности продукта со следующим содержанием витаминов и других нутриентов (в 100 г наполнителя): аскорбиновая кислота - не менее 11 мг, антоцианы и флавонолы — не менее 300 мг, катехины -не менее 100 мг, сухие вещества - не менее 50 %, но не более 70 %, органические кислоты - 0,2-2,5 %, белки - не менее 5 г. В табл. 1 сформирована матрица данных для проектирования рецептуры наполнителя, включающая в себя следующие блоки: рецептурные ингредиенты (РИ), возможный диапазон варьирования РИ, содержание сухих веществ РИ и индексированные переменные. В табл. 2 представлена пищевая ценность РИ.
Таблица 1
Информационная матрица данных для проектирования рецептуры фруктового наполнителя из ягод жимолости
Рецептурные ингредиенты (РИ) Индекс, XI Возможный диапазон варьирования РИ, % Содержание сухих веществ РИ, %
Жимолость XI 10...35 12,0
Сахар х2 40...50 99,95
Раствор гидролизата коллагена Хз 18 46,0
При установлении ограничений руководствовались ГОСТ Р 54682-2011 на наполнители, в соответствии в требованиями которого массовая доля (м.д.) растворимых сухих веществ должна быть 20,0-70,0 %, м.д. фруктов - не менее 10 %, м.д. титруемых кислот - 0,5-2,5 %, а также нормами физиологической потребности человека в биологически активных веществах.
Таблица 2
Пищевая ценность рецептурных ингредиентов фруктового наполнителя из жимолости
Перечень нутриентов Количество витаминов и других нутриентов, входящих в состав РИ фруктового наполнителя из жимолости, мг/100 г
Жимолость Сахар Раствор гидролизата коллагена
Аскорбиновая кислота 32,23 0 0
Антоцианы и флавонолы 2 157 0 0
Катехины 297 0 0
Белок 1 300 0 46 000
Углеводы 12 000 99 850 0
Органические кислоты 3 520 0 0
Итого 19 306,23 99 850 46 000
Функция цели - максимальная пищевая ценность проектируемого наполнителя, определяется как сумма пищевой ценности составных частей РИ, масса которых складывается из рецептуры:
F(x) = 19306,23-х1+99850х2+46000хз —> max На основании информационной матрицы данных формируем систему линейных балансовых уравнений по содержанию в рецептуре антоцианов, флавонолов, катехинов, аскорбиновой кислоты, углеводов, белка, органических кислот, при соблюдении ограничений:
1) наличие в рецептуре растворимых сухих веществ не менее 50 %: 12-х1+99.85-х2+46-хз>50;
2) содержание аскорбиновой кислоты не менее 11 мг/100 г продукта: 32.23-х1+Ох2+Охз>11;
3) содержание антоцианов и флавонолов не менее 300 мг/100 г продукта: 21 57-х1+0-х2+0-хз>300;
4) содержание катехинов не менее 100 мг/100 г продукта: 297-х1+0-х2+0-х3>100;
5) содержание белка не менее 500 мг/100 продукта: 1 300-х1+0-х2+46000-х3>500;
6) содержание органических кислот не менее 0,2 %: 3520-х1+0-х2+0-хз>0,2;
7)условие нормирования: х|+х2+хз=1;
8)нижние ограничения переменных: xi>0.10; Х2^0.40;
9)верхние ограничения переменных: xi^0.35; х2^0.50;
1 Отграничение по раствору гидролизата коллагена хз=0,18.
В результате применения линейного программирования выполняем оптимальное решение: находим экстремум линейной целевой функции при ограничениях на искомые переменные. Решение системы линейных балансовых уравнений проводили с помощью «Поиска решения» в программе EXCEL.
В результате расчета программы получили доли рецептурных компонентов: xi =0,34; х2=0,48; хз=0,18. При этом F(x) = 62715,63 —>max. В соответствии с полученными результатами составили рецептуру спроектированного наполнителя (табл. 3).
Таблица 3
Рецептура и норма расхода сырья на выработку 1 ООО кг фруктового наполнителя
Наименование сырья Рецептура, кг Потери Норма расхода, кг
% кг
Пюре фруктовое из жимолости 340 2,5 8,72 348,72
Сахар 480 2,0 9,80 489,80
46 %-ный раствор гидролизата коллагена 180 2,5 4,62 184,62
Используя метод линейного программирования, аналогично проектировали рецептуру питьевого киселя из актинидии и жимолости с максимальной пищевой ценностью и с содержанием витаминов и других нутриентов в 100 мл напитка: аскорбиновая кислота - не менее 45 мг, антоцианы и флавонолы - не менее 150 мг, катехины - не менее 50 мг, сухие вещества - не менее 12 %, органические кислоты - 0,4-1,0 %, белки - 5 г. При установлении ограничений, аналогично наполнителю, руководствовались требованиями ГОСТ Р 56558-2015 на кисели питьевые фруктовые, а также нормами содержания пищевых и физиологически активных веществ. При этом содержание коллагена в одной порции продукта, т.е. в 200 мл напитка, должно быть 50 % от суточной потребности в нем, составляющей 5 г [10]. Содержание сухих веществ РИ киселя указано в табл.4, а их пищевая ценность - в табл. 5.
Таблица 4
Информационная матрица данных для проектирования рецептуры питьевого киселя из ягод актинидии и жимолости
Рецептурные ингредиенты Индекс, Xi Возможный диапазон варьирования, % Содержание сухих веществ, %
Пюре актинидии Xl 10...15 14,2
Пюре жимолости Х2 10...15 12,0
Сахар Хз 6,0...6,5 99,85
Раствор обогатителя Х4 2,7 46,0
Крахмал Х5 3,0...3,2 85,0
Вода хб 42,4...68,3 0
Таблица 5
Пищевая ценность рецептурных ингредиентов питьевого киселя
Перечень нутриентов Количество витаминов и других нутриентов, входящих в состав рецептурных ингредиентов питьевого киселя, мг/100 г
Актинидия Жимолость Сахар Раствор обогатителя Крахмал
Аскорбиновая кислота 1 255,5 32,23 0 0 0
Антоцианы и флавонолы 60,7 2 157 0 0 0
Катехины 179,3 297 0 0 0
В елок 1100 1 300 0 46 000 100
Углеводы 14 200 12 000 99 850 0 85 000
Органические кислоты 1 500 3 520 0 0 0
Итого 18 295,5 19 306,23 99 850 46 000 85 100
Требуется найти искомые значения xi, х2, хз, Х4, xs, Хб, при которых F(x) = max{l 8295,5-xi+19306,23-х2+99850-х3+46000-х4+85100х5+0-хб} При соблюдении следующих условий:
1) наличие в вырабатываемой рецептуре растворимых сухих веществ не менее 12 %:
14,2-Х1+12-х2+99,85-хз+46-Х4+85-х5+Охб>12;
2) содержание аскорбиновой кислоты не менее 45 мг: 1255,5-Х1+32,23-х2+0хз+0х4+0х5+0хб>45;
3) содержание антоцианов и флавонолов не менее 150 мг; 60,7-Х1+2157-х2+0хз+0х4+85х5+0хб>150;
4) содержание катехинов не менее 50 мг: 179,3-Х1+297-х2+0хз+0х4+0х5+0хб>50;
5) содержание белка не менее 500 мг:
1100-Х1+1 300-х2+0хз+46000-х4+ 100-х5+0хб>500;
6) содержание органических кислот не менее 0,4 %, но не более 1,0 %: 1,0>1,5-Х1+3,52-х2+0хз+0х4+0х5+0хб>0,4;
7) получение единицы продукта: Х1+Х2+Х3+Х4+Х5+Х6 =1;
8) задание нижних ограничений на переменные xi>0.10; х2>0.10; х3>0.06; х5>0.03; х6>0.42;
9) задание верхних ограничений на переменные xis0.15; х2<0.15; х3<0.065; х5<0.032; х6< 0.68;
10) ограничение по раствору гидролизата коллагена х4=0,027.
В результате применения линейного программирования находим экстремум линейной целевой функции при ограничениях на искомые переменные. Решение системы линейных балансовых равнений также проводили с помощью «Поиска решения» в программе EXCEL.
В результате расчета программы получили доли рецептурных компонентов: xi=0,l; х2=0,108; х3=0,065, х4=0,0275; х5=0,032; х6=0,6675. При этом F(x) = 25778,6 —»max. В соответствии с полученными результатами составили рецептуру спроектированного наполнителя (табл. 6).
Таблица б
Рецептура и норма расхода сырья на выработку 1000 кг питьевого киселя
Наименование сырья Рецептура, кг Потери и отходы Норма расхода, кг
% кг
Пюре фруктовое из актинидии 150 2,5 3,85 153,85
Пюре фруктовое из жимолости 150 2,5 3,85 153,85
Сахар 65 2,0 1,33 66,33
46 %-ный раствор гидролизата коллагена 27 2,5 0,7 27,7
Крахмал 32 1,0 0,03 3,23
Вода 576 - - 576
Таким образом, использование метода линейного программирования позволило спроектировать рецептуру питьевого киселя и наполнителя для йогуртов, обогащенных коллагеном, с высокой пищевой ценностью, требуемым содержанием биологически активных веществ и хорошими органолептическими свойствами, отвечающими требованиям нормативных документов. На новые продукты разработана и утверждена техническая документация.
промышленности
ЛИТЕРАТУРА
1. Автоматизированное проектирование сложных многокомпонентных продуктов питания [Текст]: учебное пособие / Е.И. Муратова, С.Г. Толстых, С.И. Дворецкий, О.В. Зюзина, Д.В. Леонов. - Тамбов, 2011. - 80 с.
2. Батечко, С.А. Коллаген «INVITA SKIN BEAUTI». Новая стратегия восстановления здоровья [Текст]/ С.А. Батечко, A.M. Ледзевиров.- Одесса, 2007. -224 с.
3. Блинникова, О.М. Ягоды актинидии коломикта - уникальный источник биологически активных веществ [Текст] / О.М. Блинникова, Л.Г. Елисеева, Е.Ю. Ковешникова // Пищевая промышленность. - 2014. - № 6. - С. 19-21.
4. Винницкая, В.Ф. Новые продукты питания функционального назначения из паслена Санберри [Текст] / В.Ф. Винницкая, Д.В. Акишин, Д.С. Неуймин, М.Ю. Ветров // Матер. V Междунар. науч.-практ. конф. «Инновационные пищевые технологии в области хранения и переработки сельскохозяйственного сырья: фундаментальные и прикладные аспекты» .- 2015.- С. 169-174.
5. Елисеева, Л.Г. Дифференцирование перспективных сортов плодово-ягодных культур по содержанию биологически активных соединений [Текст] / Л.Г. Елисеева, О.М. Блинникова // Пищевая промышленность. - 2013. - № 6. - С.
6. Елисеева, Л.Г. Ягоды жимолости съедобной - богатый источник биологически активных веществ [Текст]/ Л.Г. Елисеева, О.М. Блинникова // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2013. - № 7. - С. 18-21.
7. Лисовой, В.В. Научно-практическое обоснование технологии структурированных продуктов питания на основе растительного и рыбного сырья [Текст]: монография / В.В. Лисовой. - Краснодар, 2012.- 138 с.
8. Научное обоснование эффективности и безопасности специализированного пищевого продукта диетического профилактического питания «Артро+» [Электронный ресурс]. - Режим доступа: http:// medicom.msk.ru/load/ I mage/ zap 1 .docx. Дата обращения: 02.09.2015.
9. Clark K.L., Sebastianelli W., Flechsenhar K.R., Aukermann D.F., Meza F., et al. (2008) 24-week study on the use of collagen hydrolysate as a dietary supplement in athletes with activity-related joint pain. Curr Med Res Opin 24: 1485-1496.
10. Moskowitz R. Role of collagen hydrolysate in bone and joint disease. Seminars in arthritis and rheumatism 30 (2): 87-99. 2000.
1. Muratova E.I., Tolstykh S.G., Dvoretskiy S.I., Zyuzina O.V., Leonov D.V. Avtom-atizirovannoe proektirovanie slozhnykh mnogokomponentnykh produktov pitaniya: uchebnoe posobie [The automated projection of difficult multicomponent food], Tambov, 2011, 80 pp. (Russian).
2. Batechko S.A., Ledzevirov A.M. Kollagen «INVITA SKIN BEAUTI». Novaya strate-giya vosstanovleniya zdorov'ya [Kollagen "INVITA SKIN BEAUTI". New strategy of recovery of health], Odessa, 2007, 224 pp. (Ukrainian).
3. Blinnikova O.M., Eliseeva L.G., Koveshnikova E.Yu. Yagody aktinidii kolomikta - unikal'nyy istochnik biologicheski aktivnykh veshchestv [Kolomikt aktinidiya berries -a unique source of biologically active agents] Pishchevaya promyshlennost', 2014, No 6, pp. 19-21 (Russian).
4. Vinnitskaya V.F., Akishin D.V., Neuymin D.S., Vetrov M.Yu. Novye produkty pitaniya funktsional'nogo naznacheniya iz paslena Sanberri [New food of functional purpose from a nightshade Sanberri] Mater. V Mezhdun. nauch.-prakt. konf. «Innovatsionnye pishchevye tekhnologii v oblasti khraneniya i pererabotki sel'skokho-zyaystvennogo syr'ya: fundamental'nye i prikladnye aspekty», 2015, pp. 169-174 (Russian).
50-52.
REFERENCES
5. Eliseeva L.G., Blinnikova O.M. Differentsirovanie perspektivnykh sortov plodo-vo-yagodnykh kul'tur po soderzhaniyu biologicheski aktivnykh soedineniy [Differentiation of perspective grades of fruit and beriy cultures on the content of biologically active compounds] Pishchevaya promyshlennost', 2013, No 6, pp. 50-52 (Russian).
6. Eliseeva L.G., Blinnikova O.M. Yagody zhimolosti s"edobnoy - bogatyy isto-chnik biologicheski aktivnykh veshchestv [Berries of a honeysuckle edible - a rich source of biologically active agents] Khranenie i pererabotka sel'khozsyr'ya, 2013, No 7, pp. 18-21 (Russian).
7. Lisovoy V.V. Nauchno-prakticheskoe obosnovanie tekhnologii strukturiro-vannykh produktov pitaniya na osnove rastitel'nogo i lybnogo syr'ya [Scientific and practical justification of technology of the structured food on the basis of vegetable and fish raw materials], Krasnodar, 2012, 138 pp. (Russian).
8. Nauchnoe obosnovanie effektivnosti i bezopasnosti spetsializirovannogo pishchevogo produkta dieticheskogo profilakticheskogo pitaniya «Artro+» [Scientific justification of efficiency and safety of specialized foodstuff of dietary preventive foods "Artro +"], Rezhim dostupa: http:// medicom.msk.ru/load/Image/zapl.docx. Data obrashcheniya: 02.09.2015.
9. Clark K.L., Sebastianelli W., Flechsenhar K.R., Aukermann D.F., Meza F., et al.(2008) 24-week study on the use of collagen hydrolysate as a dietary supplement in athletes with activity-related joint pain. Curr Med Res Opin 24: 1485-1496.
10. Moskowitz R. Role of collagen hydrolysate in bone and joint disease. Seminars in arthritis and rheumatism 30 (2): 87-99. 2000.
