CC BY
57УДК 637.3+608.3 (082)
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ МОЛОЧНЫХ ПОЛИКОМПОНЕНТНЫХ ПРОДУКТОВ НА ОСНОВЕ ЦЕЛЕВОГО КОМБИНИРОВАНИЯ СЫРЬЯ
Improvement of Multicomponent Dairy Products by Raw Material Combining
Мусина О.Н., Щетинин М.П. Musina O.N., Shchetinin M.P.
Реферат
Как один из современных методов исследований научно обоснованное комбинирование сырья обеспечивает получение композиций с заданным химическим составом, позволяя использовать возможности взаимного обогащения входящих в рецептуру ингредиентов.
В статье раскрыты методологические подходы, развивающие существующую теорию проектирования поликомпонентных продуктов. Методология базируется на применении формализованных методов и использовании компьютерных технологий при составлении рецептур новых продуктов.
Представлены авторские решения по проектированию поликомпонентных продуктов на основе формализованного анализа рецептурных данных с использованием ЭВМ. Исследованы физико-химические и функционально-технологические характеристики зернового сырья, доказана перспективность его использования в составе поликомпонентных молочных продуктов. Установлена регулярность проявления зерновыми ингредиентами высоких функционально-технологических свойств (ВПС и ВУС), причем главным фактором, обусловливающим это в дисперсионных средах, является степень измельчения.
Доказана целесообразность использования в молочной отрасли зерновых ингредиентов с размером частиц до 160 мкм. Предложена технология получения зерновых ингредиентов поликомпонентных молочных продуктов, включающая интегральную и частные схемы. Определена степень влияния зернового ингредиента на свойства молочно-зерновой смеси. Получены модели процесса сквашивания мо-лочно-зерновых смесей. Доказано, что при ферментации молочно-зерновой смеси важную роль играют не только количественные (дозы, режимы), но и качественные (вид зернового ингредиента) параметры процесса.
Сформулированы направления дальнейшего использования творожных продуктов с зерновыми ингредиентами; доказана эффективность их применения в качестве сырья для замороженных полуфабрикатов. На примере творожных продуктов с зерновыми ингредиентами исследованы технологические особенности получения поликомпонентных продуктов (творожные вафли, сырники, вареники, запеканки, творожные соусы, глазированные сырки, творожные продукты). Установлены рациональные дозы и технологические стадии внесения зерновых ингредиентов в творожные продукты - до 1,5 % в молочную смесь или до 15-20 % в творог.
Мусина О.Н., Щетинин М.П. Совершенствование молочных поликомпонентных продуктов на основе целевого комбинирования сырья // Индустрия питания|Food Industry. 2017. № 4. С. 21-31.
Ключевые слова:
молочные
поликомпонентные
продукты;
комбинирование
сырья;
совершенствование;
рецептура;
технология
FOOD INDUSTRY
Keywords:
multicomponent dairy
products;
raw material
combining;
improvement;
receipt;
technology
Abstract
Scientific raw material combining as one of the modern research methods provides the composition producing with a specified chemical formula allowing to use the cross-enrichment possibility of the composition ingredients.
The article concerns the methodological approaches developing an existing theory of the multicomponent product development. The methodology basis is the formal methods and the computer technology use of the new product receipts development.
The authors also describe the solution in designing multicomponent products based on the formalize receipt data analysis using a computer. They examine the physical, chemical, functional and technological grain raw materials characteristics, and prove its use prospective in the multicomponent dairy products composition. The researchers set the persistence of the high functional and technological properties (water absorbing capacity and water retention capacity) of the grain ingredients, while the grinding size is the main factor contributing to its dispersive environment.
They prove the applicability cereal ingredients with a particle size of 160 pm in the dairy industry and suggest the technology of obtaining multicomponent cereal of the dairy product ingredients including integrated and private schemes. The search states the grain ingredients influence degree on the milk-grain mixture properties.
The result is modeling of the milk-cereal mixtures fermentation process. While milk-grain mixture fermenting both quantitative (doses, regimes) and qualitative (grain ingredients type) process parameters play an important role. The authors formulate the further use of the curd products with grain ingredients and prove its use effectiveness as raw materials for frozen food. On the bases of the curd product ingredients the researchers analyze the technological features of multicomponent products obtaining (curd waffles, cottage cheese pancakes, dumplings, cottage cheese puddings, cottage cheese sauces, chocolate glazed curd bar, curd products). They set the rational doses and the technological stages of the grain ingredients injection in curd products: up to 1.5 % in a diary mixture or up to 15-20 % in a curd.
Введение
Состояние здоровья человека можно рассматривать как интегральный отклик на действие группыфакторов-наследственности,образажиз-ни, состояния окружающей среды, социальных условий, трофического статуса - на протяжении жизни более чем одного поколения. Наука стремится воздействовать на наиболее лабильный из этих факторов - трофический статус - посредством улучшения качества продуктов питания. Ежедневный рацион человека должен включать более 600 взаимосбалансированных макро- и микронутриентов, что невозможно обеспечить при употреблении обычных продуктов даже при их достаточном разнообразии [1-2; 5; 12].
Последние десятилетия характеризуются интенсивным развитием науки о питании. Важную роль сыграло то внимание, которое проявляли международные организации и государственные органы, учитывая возможность использования полученных результатов для укрепления здоровья населения [3-4; 7-8; 10].
Существенный вклад в эту тематику внесли такие ученые, как Л.В. Антипова, А.М. Бражников, Н.Б. Гаврилова, Л.В. Голубева, Н.И. Дунченко, И.А. Евдокимов, Л.М. Захарова, Ю.А. Иваш-
кин, Г.И. Касьянов, А.Е. Краснов, А.Б. Лисицын, Н.Н. Липатов, ст., П.А. Лисин, А.А. Майоров, Ю.Н. Нелепов, Л.А. Остроумов, В.И. Покровский, В.М. Позняковский, Ю.А. Просеков, И.А. Рогов, Н.С. Родионова, Ю.Я. Свириденко, Н.В. Тимошенко, Е.И. Титов, Н.А. Тихомирова, В.А. Туте-льян, А.М. Уголев, М.С. Уманский, И.С. Хамагаева, В.Д. Харитонов, А.Г. Храмцов и др. Фундаментальные основы проектирования продуктов и рационов питания с заданной пищевой ценностью заложены в работах академиков Н.Н. Липатова, мл. и И.А. Рогова.
Особое место в питании отводится продуктам на молочной основе. Молочные продукты относятся к важнейшим продуктам питания, употребляемым ежедневно и входящим в состав рационов всех категорий населения. Это объясняется уникальным составом и свойствами молока, возможностью вырабатывать из него разнообразные продукты. Уже созданы разные виды поликомпонентных молочных, кисломолочных и сывороточных напитков, продуктов на основе творога, сливочного масла, твердых, полутвердых, мягких и плавленых сыров, мороженого, сгущенных и сухих молочных продуктов [3; 4].
Большие перспективы имеют поликомпонентные продукты, сочетающие молочное и зерновое сырье [2; 4; 6; 13]. Сочетание полезных качеств молочных и зерновых продуктов позволяет получать гармоничные по составу и свойствам композиции. Зерновые культуры обогащают молочную основу аминокислотами, витаминами, ферментами и другими биологически активными веществами, минорными веществами (особенно Вт и РР), легкоусвояемыми углеводами и пищевыми волокнами, ненасыщенными жирными кислотами. При этом некоторые вносимые компоненты играют роль пре-биотиков. В молочно-зерновых комбинациях содержатся: кальций и белок, богатый незаменимыми аминокислотами; полиненасыщенные жирные кислоты; пищевые волокна; витамины (С, В-,, В2, В6, Е, каротин), в том числе антиокси-данты (Е, в-каротин);олигосахариды;микро-и макроэлементы.
Ключевой фактор, определяющий соответствие поликомпонентных продуктов ожидаемым свойствам, - обоснование их рецептурного состава. При их проектировании фундаментальным признан постулат: пищевые нутриенты должны поступать в организм человека в определенном количестве и соотношении. Таким образом, проблемой создания поликомпонентных, в заданной степени приближенных к эталону продуктов являются поиск и обоснование
Поликомпонентные
молочные продукты
предпочтительного набора и соотношения компонентов, которые принципиально невозможны [3; 9; 11] без привлечения формализованных методов, оперирующих численной информацией о составе исходных ингредиентов и эталоне, методах, обеспечивающих желаемую пищевую и биологическую ценность композиции без неоправданного перерасхода ее составляющих.
Гипотеза. Научно обоснованное комбинирование сырья обеспечит получение композиций с заданным химическим составом и позволит использовать возможности взаимного обогащения входящих в рецептуру ингредиентов несколькими эссенциальными факторами для наиболее полного соответствия формуле сбалансированного питания.
Цель исследования - в развитие теории проектирования поликомпонентных продуктов, отвечающих современным требованиям здорового питания, предложить собственные методологические подходы, базирующиеся на применении формализованных методов поиска необходимых знаний и использовании компьютерных технологий при составлении рецептур ассортиментного ряда новых продуктов. Материалы и методы исследования Теоретические и экспериментальные исследования проводились в течение 1996-2017 гг. Объектами исследований являлись молочные и зерновые продукты (рис. 1).
Мультикомпонентная зерновая смесь
Рис. 1. Объекты исследований
В ходе исследования были проведены полные двух- и трехфакторные эксперименты. Результаты анализировали с использованием современных средств обработки данных - Microsoft Excel, MathCAD Professional, TableCurve 3D, а также авторских программ по математической обработке - «ПФЭ» и «Дисперсионный анализ».
Отбор проб молочных продуктов и подготовку их к анализу проводили по ГОСТ 26809. Массовая доля жира определялась в соответствии с методиками, изложенными в ГОСТ 5867 и ГОСТ 29033;массовая доля белка - по ГОСТ 23327, ГОСТ 13496.4 и ГОСТ 10846. Массовую долю влаги определяли термогравиметрическим методом: по ГОСТ 13586.5 - в зерне; по ГОСТ 9404 - в муке и пшеничных отрубях; по ГОСТ 3626 - в молочных продуктах. Массовую долю золы определяли по методу, изложенному в ГОСТ Р 51411, и ГОСТ 10847, ГОСТ 17626. Массовую долю углеводов оценивали по методике, изложенной в ГОСТ 23621. Массовую долю сахарозы определяли в соответствии с ГОСТ Р 51258, массовую долю лактозы - с ГОСТ Р 51259-99. Кислотность устанавливали по ГОСТ 3624. В ходе исследования микроструктуры делали фотографии с помощью исследовательского микроскопа AXIOSCOP 2 MAT фирмы Carl Zeiss.
Влагопоглощающая способность (ВПС) зерновых культур изучалась по методике, суть которой заключается в следующем: навеска зерна заливается жидкой средой; выдерживается в течение заданного времени и при указанной температуре; фильтруется;взвешивается. Влагопоглоти-тельная способность определяется по формуле
ВПС = ^ ■ 1 00 , (1)
nh
где 1ц - масса навески после поглощения влаги, г; ПТ2 - масса сухой навески, г.
Влагоудерживающую способность (ВУС) зерновых культур оценивали путем измерения су-пернатанта после центрифугирования смеси. Навеска зерна 4 г помещается в центрифужную пробирку на 30 мл, куда пипеткой вносят 20 мл дистиллированной воды; пробирка встряхивается и помещается в термостат при изучаемой температуре с периодическим помешиванием. Через изучаемые промежутки времени суспензию центрифугируют при частоте вращения барабана 15 тыс. об./мин и измеряют объем супер-натанта. ВУС зерна определяется по формуле
где а - объем супернатанта, мл; 20 - количество вносимой жидкости, мл; 4 - навеска, г.
ВУС творога определяли гравиметрическим методом по Гра-Хамму в модификации А.А. Алексеева.
Реологические характеристики модельных систем определяли с помощью прибора «Универсальный измеритель консистенции» и капиллярного вискозиметра. Синеретические свойства творожного и творожно-зерновых сгустков исследовали методом центрифугирования. Содержание сухих веществ в сыворотке оценивали экспресс-методом, представленным в инструкции по технохимическому контролю на предприятиях молочной промышленности. Содержание жира и сухого обезжиренного молочного остатка (СОМО) определяли с помощью ультразвукового анализатора «Лактан 1-4». Активную и титруемую кислотность исследовали по методикам, изложенным в ГОСТ 3624 и ГОСТ 26781.
Подготовку проб к микробиологическим анализам проводили по ГОСТ 26669. Микробиологические показатели анализировали по ГОСТ 10444.15, ГОСТ 30518, ГОСТ 10444.12, ГОСТ 26972, ГОСТ 9225 и МУК 4.2.577-96. Результаты исследования и их обсуждение
Проведены исследования микроструктуры творога, пшеницы, ржи, овса, ячменя, проса, риса, гречихи, кукурузы, гороха, фасоли, чечевицы, отрубей пшеничных. Показаны отличия микроструктур разных видов сырья, их видовые особенности; выдвинуто предположение о возможных высоких функционально-технологических свойствах (ВПС и ВУС) зернового сырья в дисперсионных средах. Для подтверждения этого тезиса изучены функционально-технологические свойства зерна с различными покозате-лями крупности фракций помола, температурой среды и времени выдержки при этой температуре. Проведена обработка данных по ВПС и ВУС средствами математической статистики. Доказано, что основным фактором, влияющим на эти свойства зернового сырья, является крупность его частиц. Обнаруженная закономерность позволит при создании поликомпонентных молоч-но-зерновых продуктов экономить трудовые и энергетические ресурсы на подогреве увлажняющей среды, а также на увеличении длительности выдержки в ней.
Таким образом, изучение функционально-технологических свойств зерна пшеницы, ржи, овса, ячменя, проса, гороха, гречихи, фасоли, чечевицы показало, что они действительно обладают высокими показателями ВПС и ВУС. Рекомендовано при использовании в молочной отрасли зерновых ингредиентов (на стадии сквашивания) сосредоточиться на поиске оптимальной крупности их помола, т. е. на получении дисперсий, обладающих максимальной ВПС, при этом сэкономив энергетические ресурсы на подогреве увлажняющей среды. Рациональной для использования в молочной отрасли признана
фракция с размером частиц не более 160 мкм. Внесение зерновых компонентов в виде частиц указанного размера позволит растительному сырью в максимальной степени проявить желаемые функционально-технологические свойства.
Использование нетрадиционного сырья, в частности зернового, в составе новых видов молочных продуктов требует разработки рекомендаций по подготовке такого рода сырья к введению в состав поликомпонентных продуктов. Обоснованы шесть способов подготовки зерновых ингредиентов при различных режимах, позволяющих обеспечить микробиологическую безопасность сырья (табл. 1).
С учетом полученных данных о микроструктуре, функционально-технологических и биохимических свойствах зерна, а также о рациональных режимах его микробиологического кондиционирования сформулированы рекомендации по получению зерновых ингредиентов поликомпонентных молочных продуктов. Предложены интегральная и частные схемы получения зерновых ингредиентов из пророщенного зерна пшеницы, цельной пшеницы, зернобобовых культур, овса, кукурузы, проса, гречихи.
Изучены технологические аспекты производства творожных продуктов по технологии творога, из молока с добавлением зерновых ингредиентов, полученных по этим схемам. При выработке творожного продукта изменялись следующие факторы: количество зернового ингредиента (0-1,5 % массы сквашиваемого молока); количество закваски (1,0-8,0 %); температура сквашивания (28-38 °С).
Установлено, что с увеличением дозы зернового ингредиента в смеси возрастает скорость кислотообразования, что сокращает продолжительность сквашивания. При равных условиях сквашивание смеси протекает с разной скоростью в зависимости от вида зернового ингредиента.
Предполагается, что основную роль при этом играют наличие ростовых веществ и пребиоти-ческих факторов в зерновых культурах, а также
соотношение данных факторов, которые в итоге влияют на активность развития молочнокислой микрофлоры. Нарастание активной кислотности при сквашивании в большей степени обусловлено продолжительностью процесса, чем дозой зернового ингредиента смеси; при этом температурный фактор преобладает над дозой закваски. Степень влияния дозы зернового ингредиента на нарастание активной кислотности напрямую зависит от температуры сквашиваемой смеси. В зоне температурного оптимума микроорганизмов закваски влияние этого фактора практически в 2 раза сильнее, чем при повышенных температурах. Полагаем, что в условиях, благоприятных для жизнедеятельности молочнокислой микрофлоры, внесение зернового ингредиента в молочную смесь может приводить к интенсификации сквашивания, тем самым ускоряя весь технологический процесс выработки поликомпонентного продукта. Указанный эффект наблюдается даже при двукратном уменьшении дозы закваски. При увеличении количества закваски степень влияния фактора дозы зернового ингредиента возрастает в разы. По-видимому, с увеличением концентрации микроорганизмов в заквашиваемой смеси сухие вещества зернового компонента утилизируются закваской более активно, вызывая соответствующее увеличение кислотности.
Преобладающим фактором влияния на кинематическую вязкость молочно-зерновых смесей является продолжительность сквашивания. Для разных зерновых ингредиентов степень его влияния составляет 80,4-94,6 %. Степень влияния дозы вносимого зернового ингредиента равна 5,1-18,2 %. Это влияние более выражено при внесении в молочную смесь зерновых ингредиентов из гречихи, гороха или чечевицы. Практически равновелик и менее существенен данный фактор для пшеницы, овса или ржи. В целом характер динамики вязкости при сквашивании почти не меняет типичного протекания в изученном диапазоне доз вносимых зерновых ингредиентов по сравнению с контрольным вариантом.
Таблица 1 Способы подготовки зерна
Способ 1 Режим
Конвективная обработка горячим воздухом t=160°С
Кондуктивное обжаривание t = 200°С
Бланширование водой в соотношении 1:10 t = 100°С
Отваривание до состояния пюре t = 120°С
Обработка УФ-излучением т = 10 мин
Обработка 2,5 %-ным раствором №С1 (в соотношении 1:10) т = 10 мин
Способность молочно-зерновых сгустков к си-нерезису усиливается при увеличении количества вносимой закваски и повышении температуры сквашивания. При этом большее влияние оказывает температура сквашивания (степень влияния данного фактора 66,8-76,7 %), чем количество вносимой закваски (22,3-32,6 %). Чем больше доза закваски, тем меньше влияние температуры сквашивания на синерезис. Над температурным фактором однозначно преобладает доза вносимого зернового ингредиента, степень влияния этого фактора на синерезис сгустка 85,2-94,6 %. В целом кривые, описывающие кинетику выделения сыворотки из сгустков, имеют традиционный характерный вид. Увеличение количества зерновых ингредиентов в сгустке как компонента с высокой ВУС приводит к снижению способности к синерезису. Отмечено уменьшение синерезиса при возрастании массовой доли белка в смеси. Качественная оценка этого явления, возможно, связана с уменьшением среднего линейного размера и возрастанием количества ячеек пространственного белкового каркаса сгустка при увеличении концентрации белков в смеси за счет внесения зерновых ингредиентов. Кроме того, можно предположить, что экссудация сыворотки из сгустка является результатом не только собственно синерезиса, но также зависит и от свойств сгустка, который подобен фильтру, пропускная способность которого снижается с течением времени по мере увеличения дозы зернового ингредиента.
К концу процесса сквашивания практически весь жир из молочно-зерновой смеси переходит в составной творожный сгусток. Это получило подтверждение для всех изученных видов вносимых зерновых ингредиентов. Содержание сухих веществ в сыворотке в конце сквашивания молочно-зерновой смеси практически такое же, что и в контрольном образце. Следовательно, составные части сырья используются эффективно, причем наиболее эффективно при внесении от 5,0 до 7,0 % закваски. Изменение содержания сухих веществ при сквашивании молочно-зер-новой смеси обусловлено на 75,8-88,8 % фактором продолжительности сквашивания и на 10,9-23,9 % зависит от дозы зернового ингредиента. Влияние фактора дозы зернового ингредиента в смеси более выражено при внесении зернового ингредиента из ржи, гороха и чечевицы.
В результате постановки полного факторного эксперимента (ПФЭ) получены уравнения регрессии и поверхности отклика, показывающие, как влияют:
• на активную кислотность смеси - доза зернового ингредиента, продолжительность и температура сквашивания;
• на вязкость и содержание сухих веществ (СВ) молочно-зерновых смесей - доза зернового ингредиента и продолжительность сквашивания;
• на синерезис молочно-зерновых сгустков -доза закваски, температура сквашивания, продолжительность центрифугирования и доза зернового ингредиента.
Составленная интегральная математическая модель процесса сквашивания молочно-зер-новой смеси описывает зависимость продолжительности сквашивания молочно-зерновой смеси, содержания сухих веществ в сыворотке и синерезиса молочно-зернового сгустка от дозы закваски, дозы зернового ингредиента и температуры сквашивания. Установлено, что на продолжительность сквашивания молочно-зер-новой смеси влияют все изученные факторы, причем с увеличением влияния любого из них продолжительность сквашивания сокращается.
По степени влияния факторы распределяются следующим образом: температура сквашивания, доза закваски, доза зернового ингредиента; отмечен синергизм влияния факторов «доза закваски» и «доза зернового ингредиента» - каждый из них при совместном увеличении влияет сильнее, чем если бы они увеличивались порознь. Содержание сухих веществ в сыворотке зависит от дозы закваски и температуры сквашивания; влияние дозы зернового ингредиента несущественно. Воздействие изученных факторов на синеретические свойства молочно-зернового сгустка описывается сложной зависимостью, включающей в себя межфакторные взаимодействия: все изученные факторы являются значимыми; увеличение дозы закваски и повышение температуры сквашивания усиливают синерети-ческие свойства сгустка, а увеличение дозы зернового ингредиента их снижает.
Изучив специфику совместного сквашивания молочной смеси с зерновыми ингредиентами, мы установили, что приоритетным фактором является продолжительность сквашивания; влияние же вида и количества зернового ингредиента на особенности протекания процесса сквашивания смеси вторично, а во многих случаях и несущественно, т. е. внесение зерновых добавок практически не искажает классической парадигмы биотехнологических процессов получения творога из молочного сырья.
Внесение зерновых ингредиентов в заквашиваемое молочное сырье несколько увеличивает выход творожного продукта. С увеличением количества вносимого зернового ингредиента массовая доля влаги и титруемая кислотность творожного продукта снижаются, а ВУС растет.
При внесении в молочную смесь 0,5-1,0 % дозы зернового ингредиента в творожном продук-
те запах и вкус приятные, сгусток - плотный, эластичный, с несколько обтекаемой формой на изломе. Увеличение дозы зернового ингредиента до 1,5 % приводит к получению слабого, рыхлого, неэластичного сгустка; на изломе в зависимости от вида зернового ингредиента линий нет, либо они обтекаемой формы; творожный продукт имеет пастообразную мажущуюся консистенцию. При внесении ингредиентов из зернобобовых культур эффект прямо противоположный: сгусток - плотный, эластичный, прочный, с острыми краями на изломе; консистенция способствует хорошему синерезису. Отрицательные характеристики таких образцов - выраженные бобовый запах и привкус. Установлено, что внесение зернового ингредиента в количестве более 1,0 % в заквашиваемое сырье или 10,0 % в творог вызывает отрицательные изменения цвета, вкуса и запаха творожного продукта. Внесение эквивалентных количеств зернового ингредиента возможно при использовании вкусо-ароматических и маскирующих цвет добавок.
Были исследованы показатели качества и безопасности творожных продуктов при хранении. При изучении микробиологических показателей образцов творожных продуктов, хранящихся в замороженном виде на протяжении трех месяцев, установлено следующее: БГКП не выявлена; количество дрожжей и плесеней - на уровне закладки на хранение. Процесс хранения творожного продукта сопровождался снижением массовой доли влаги и повышением титруемой кислотности образцов. Наибольшим изменениям подвергся контрольный образец творога. Динамика органолептических показателей коррелировала с микробиологическими и физико-химическими показателями.
Одним из главных показателей способности замороженного творожного продукта восстанавливать первоначальные свойства является его влагоудерживающая способность. Чем выше этот показатель у хранящегося продукта и чем ближе он к показателю свежего, тем лучше его качество. Установлено, что ВУС творожных продуктов после замораживания снижается, причем в контрольном образце творога изменения
более выражены. На основании данных о ВУС творожно-зерновых продуктов можно рекомендовать их как сырье для выработки замороженных творожных полуфабрикатов - сырников, вареников, запеканок.
Для проектирования молочных поликомпонентных продуктов нами разработан многопрофильный программный комплекс (рис. 2), интегрирующий высокоинтеллектуальный уровень задач математического моделирования с эрго-номичностью современного программного обеспечения.
Программный комплекс, состоящий из двух баз данных и трех программ ЭВМ, дает возможность совершенствовать традиционные и создавать новые поликомпонентные продукты. Авторские компьютерные программы получили официальную государственную регистрацию и внесены Роспатентом в Реестр программ для ЭВМ:
• «Минимум-Максимум»
(№ 2010612628; 15 апреля 2010 г.);
• «Идеальный белок»
(№ 2010616153; 17 сентября 2010 г.);
• «Проектирование рецептуры»
(№ 2011611470; 14 февраля 2011 г.).
Получили государственную регистрацию и базы данных «Комбинированные сыры» (№ 2011620073; 24 января 2011 г.) и «Химический состав пищевого сырья и продуктов питания» (№ 2012620334; 4 апреля 2012 г.).
Предлагаемый подход позволяет не только четко сформулировать физиологические, технологические и экономические задачи проектирования продукта, но и минимизировать измерительный и вычислительный ресурсы их решения.
Программа «Идеальный белок» предназначена для составления рецептур многокомпонентных пищевых продуктов, сбалансированных по аминокислотному составу. Оператору требуется ввести в имеющуюся в программе матрицу состав исходного сырья и сравнить имеющиеся балансовые уравнения с физиологическими нормами аминокислотного состава белка, при необходимости скорректировав их. Далее программа в автоматическом режиме рассчитывает, сколько и какого именно сырья нужно использо-
Многопрофильный программный комплекс
Базы данных:
«Комбинированные сыры»
«Химический состав пищевого сырья и продуктов питания»
Программы ЭВМ:
• «Идеальный белок» «Минимум-Максимум»
«Проектирование рецептуры» Рис. 2. Структура многопрофильного программного комплекса
вать, чтобы получить продукт, сбалансированный по аминокислотному составу. Ответ выдается в виде рецептурной таблицы. Реализуемый программой «Идеальный белок» алгоритм моделирования влияния вида и соотношения сырьевых ингредиентов на аминокислотный состав суммарного белка позволяет достаточно просто подойти к проектированию поликомпонентных продуктов с составом белка, соответствующим задаваемому персонифицированному эталону.
Программа «Минимум-Максимум», предназначенная для составления рецептур многокомпонентных пищевых продуктов, отвечающих требованиям по химическому составу и/или себестоимости, поможет оперативно составлять оптимизированные рецептуры пищевых продуктов из имеющегося сырья, задавать и корректировать комплекс характеристик конечного продукта, рассчитывать необходимые виды и количество сырьевых компонентов в автоматическом режиме. В частности, программа успешно решает задачу минимизации себестоимости конечного продукта, оптимизирует его энергетическую ценность и соотношение белков, жиров и углеводов, аналитически рассчитывает общехимический, жирно-кислотный, углеводный и витаминный состав продукта, содержание макро- и микроэлементов, производит расчет и оценку взаимосбалансированности аминокислотного состава. Программа выдает информацию о конечном пищевом продукте, представленную в виде таблиц и диаграмм.
Программы «Минимум-Максимум» и «Идеальный белок», интегрируя содержательную постановку задачи создания поликомпонентного продукта и аналитический метод ее решения, способны повысить эффективность работы специалистов, составляющих рецептуры пищевых продуктов и рационов, например: диетологов, технологов молокоперерабатывающих предприятий, инженеров по инновациям.
Программа «Проектирование рецептуры» оптимизирует рецептуры пищевых продуктов (под оптимизацией понимается снижение стоимости продукта при сохранении его свойств). Программный код оформлен как набор (библиотека) функций языка GNU R, гарантирующих существенную независимость кода от аппаратного обеспечения и операционной системы, допускающих как непосредственное использование оператором из среды GNU R, так и встраивание в другие программы. Программой может быть задано любое количество видов и свойств (характеристик) сырья. Полученное решение недалеко от заранее известного («улучшаемого»); соответствующие решению свойства идентичны таковым «улучшаемого» решения;стоимость
ниже. Выдается информация о рецептуре продукта, его свойствах и уменьшении стоимости.
Следует учитывать, что далеко не всегда данные, полученные в результате работы программного комплекса, могут использоваться непосредственно как готовые управленческие решения. Их скорее следует рассматривать как «консультирующие» средства. Принятие окончательного решения остается за человеком. Таким образом, компьютеризированное проектирование продуктов - это лишь один из компонентов, пусть и очень важный, в системах планирования и управления производством.
С помощью многопрофильного программного комплекса спроектированы модели поликомпонентных молочно-зерновых продуктов, отвечающих заранее заданным критериям. Полученные посредством авторского программного обеспечения данные о количественном и качественном составе композиций на творожной основе с целью верификации использовали при разработке ассортиментного ряда новых продуктов (табл. 2).
Обоснована технология получения творож-но-злакового продукта, содержащего зерновой ингредиент из пророщенной пшеницы.
Показана возможность применения зернобобовых ингредиентов (на примере горохового) для получения поликомпонентных молочных продуктов. Разработана технология получения (ассортимент - 10 наименований) творожно-муч-ного продукта с зернобобовым ингредиентом. Показана возможность использования творож-но-мучного продукта с зернобобовым ингредиентом как сырья для получения глазированных сырков, обогащенных ПВ за счет введения в рецептуру пшеничных отрубей.
Обоснована технология приготовления творожного соуса с мультикомпонентной зерновой смесью, включающей ингредиенты из пшеницы, ржи, ячменя, гороха, фасоли и чечевицы. В ассортимент соусов включены 4 наименования.
Показана возможность применения зерновых ингредиентов из проса, ячменя и фасоли в технологии творожной запеканки.
На основании положительных результатов хранения в замороженном виде творожных продуктов с зерновыми ингредиентами выдвинута гипотеза о перспективности использования такого сырья для замороженных творожных полуфабрикатов. Предложена технология вареников (6 наименований) с творожно-пшеничной начинкой. Разработана технология сырников (8 наименований), изготовленных из творожного продукта с гречишным ингредиентом.
Была разработана технология мини-сырников (4 наименования), которые отличаются от тра-
Таблица 2
Ассортиментный ряд новых молочных поликомпонентных продуктов
Творожно-злаковые продукты (с пророщенной пшеницей) Творожно-мучные продукты (с зернобобовым ингредиентом)
Сырки глазированные (с пшеничными отрубями) Соусы творожные (с мультикомпонентной зерновой смесью) Творожные запеканки (с ячменным ингредиентом) Вареники с творожно-пшеничной начинкой Сырники (с гречишным ингредиентом) Мини-сырники (с ингредиентами из пшеницы, овса, кукурузы) Творожные вафли (с ингредиентами из пшеницы, проса, овса, гречихи, кукурузы)
диционных меньшим размером и отсутствием в рецептуре куриных яиц, а также заменой части муки пшеничной на зерновые ингредиенты из пшеницы, овса, проса, гречихи, кукурузы.
Создана технология творожных вафель (в ассортименте), содержащих по рецептуре 15-20 % зерновых ингредиентов (из пшеницы, овса, проса, гречихи, кукурузы) и, соответственно, около 80-85 % творога. Это принципиально новый поликомпонентный продукт, не имеющий прототипа среди молочных продуктов и органолептиче-ски близкий к снековой продукции типа чипсов или хрупких вафель.
Различные аспекты технологии молочных поликомпонентных продуктов с зерновыми ингредиентами защищены патентами, ТУ и СТО. Технологии апробированы на предприятиях Алтайского края и Омской области.
Выводы
1. Исследованыфизико-химическиеифункцио-нально-технологические характеристики зернового сырья; доказана перспективность его использования в составе поликомпонентных молочных продуктов. Установлена регулярность проявления зерновыми ингредиентами высоких функционально-технологических свойств (ВПС и ВУС). Основным фактором, влияющим на эти свойства в дисперсионных средах, выступает степень измельчения. Доказана целесообразность использования в молочной отрасли зерновых ингредиентов с размером частиц до 160 мкм. Предложена технология получения зерновых ингредиентов поликомпонентных молочных продуктов, включающая в себя интегральную и частные схемы.
2. Установлено, что влияние зернового ингредиента на свойства молочно-зерновой смеси выражается:
а) в возрастании скорости кислотообразова-ния с увеличением дозы зернового ингредиента
в смеси, причем степень влияния этого фактора напрямую зависит от температуры сквашиваемой смеси;
б) в различии скорости сквашивания смеси при идентичных режимах в зависимости от вида зернового ингредиента;
в) в преобладании влияния на кинематическую вязкость смеси фактора продолжительности сквашивания над дозой зернового ингредиента и выявленном сходстве динамики изменения вязкости смесей молочно-зерновых и контрольных молочных;
г) в тенденции к уменьшению синерезиса при увеличении дозы зерновых ингредиентов, которая меняет направленность при увеличении дозы вносимой закваски и повышении температуры сквашивания, и в выявленном сходстве кинетики выделения сыворотки из сгустков молоч-но-зерновых и контрольных молочных;
д) в высокой степени аутентичности контрольному варианту перехода жира из молочно-зер-новой смеси в сгусток;
е) в сходстве содержания сухих веществ в сыворотке в конце сквашивания смеси молоч-но-зерновой и контрольной молочной;
ж) в максимально эффективном использовании составных частей сырья при дозе закваски 5-7 %.
3. Получены модели процесса сквашивания молочно-зерновых смесей, позволяющие описать зависимость кислотности и вязкости смеси, содержание сухих веществ в сыворотке, синере-зис от дозы зернового ингредиента и технологических режимов. Доказано, что при ферментации молочно-зерновой смеси важную роль играют не только количественные (дозы, режимы), но и качественные (вид зернового ингредиента) параметры процесса. Сформулированы направления дальнейшего использования творожных продуктов с зерновыми ингредиентами, и дока-
зана эффективность их применения в качестве сырья для замороженных полуфабрикатов.
4. Предложен ассортиментный ряд новых молочных поликомпонентных продуктов (творожные продукты, соусы, запеканки, вареники, сырники, творожные вафли). Установлены рациональные дозы и технологические стадии внесения зерновых ингредиентов в творожные продукты: до 1,5 % в молочную смесь или до 15-20 % в творог.
Всё вышеизложенное послужило базой для развития теоретических основ проектирования поликомпонентных продуктов, включающих многопрофильный программный комплекс проектирования продуктов на основе формализованного анализа рецептурных данных.
Заключение
Формализация постановки требований к проектируемому продукту позволяет решить прикладные задачи производства, а также сформулировать перспективные направления научного и технологического поиска на основе нетрадиционных, принципиально новых комбинаций сырья. Разработанные подходы можно использовать для создания разнообразных поликомпонентных продуктов; они представляют собой методологический базис для нахождения высокоэффективных технологических решений в пищевой отрасли.
Библиографический список
1. Борисенко Л.А., Борисенко А.А., Борисенко А.А. Теоретическое и экспериментальное обоснование получения нутриентно-сба-лансированных пищевых продуктов, блюд и рационов питания нового поколения // НаукаПарк. 2013. № 6-2 (18). С. 27-31.
2. Гращенков Д.В., Чугунова О.В., Феофилактова О.В. Разработка технологии и товароведная оценка мучных кулинарных изделий с использованием «талкана овсяного» // Технология и товароведение инновационных пищевых продуктов. 2015. № 2 (31).
C. 76-82.
3. Мусина О.Н., Лисин П.А. Системное моделирование многокомпонентных продуктов питания // Техника и технология пищевых производств. 2012. Т. 4. № 27. С 32-37.
4. Мусина О.Н. Формула молочно-зерновых продуктов // Молочная промышленность. 2011. № 5. С. 70-71.
5. Aresa G. Consumers' associations with wellbeing in a food-related context: A cross-cultural study / G. Aresa, L. Saldamandoa, A. Gimeneza, A. Claretb, L.M. Cunhac, L. Guerrerob, A.P. Mourad,
D. Oliveirae, R. Symoneauxf, R. Delizag // Food Quality and Preference. 2014. №. 6. DOI: 10.1016/j.foodqual.2014.06. 001.
6. Charalampopoulos D. Application of cereals and cereal components in functional foods: a review / D. Charalampopoulos, R. Wang, S.S Pandiella, C. Webb // International Journal of Food Microbiology. 2012.Vol. 79. №.1—2. Р.131—141. D0I:10.1016/S0168-1605(02)00187-3.
7. Diplock A.T., Aggett P.J., Ashwell M. Scientific concepts in functional foods in Europe: Consensus document // British Journal of Nutrition. 1999. Vol. 81, suppl. 1.
8. Berner L.A., Keast D.R., Bailey R.L., Dwyer J.T. Fortified Foods Are Major Contributors to Nutrient Intakes in Diets of US Children and Adolescents // Journal of the Academy of Nutrition and Dietetics. Vol. 114. Issue 7. 2014. July. DOI: 10.1016/j.jand.2013.10.012.
9. Musina O. Application of modern computer algebra systems in food formulations and development: A case study / Ol. Musina, P. Putnik, Mo. Koubaa, Fr. J. Barba, Ra. Greiner, D. Granato, Sha. Roohinejad // Trends in Food Science & Technology. 2017. June. Vol. 64. P. 48-59. DOI: http://doi.org/10.1016/jj.tifs.2017.03.011.
Bibliography
1. Borisenko L.A., Borisenko A.A., Borisenko A.A. Teoreticheskoe i jeksperimental'noe obosnovanie poluchenija nutrientno-sbalan-sirovannyh pishhevyh produktov, bljud i racionov pitanija novogo pokolenija // NaukaPark. 2013. № 6-2 (18). S. 27-31.
2. Grashhenkov D.V., Chugunova O.V., Feofilaktova O.V. Razrabotka tehnologii i tovarovednaja ocenka muchnyh kulinarnyh izdelijs ispol'zovaniem «talkana ovsjanogo» // Tehnologija i tovarovedenie innovacionnyh pishhevyh produktov. 2015. № 2 (31). S. 76-82.
3. Musina O.N., Lisin P.A. Sistemnoe modelirovanie mnogokompo-nentnyh produktov pitanija // Tehnika i tehnologija pishhevyh proizvodstv. 2012. T. 4. № 27. S 32-37.
4. Musina O.N. Formula molochno-zernovyh produktov // Molochnaja promyshlennost'. 2011. № 5. S. 70-71.
5. Aresa G. Consumers' associations with wellbeing in a food-related context: A cross-cultural study / G. Aresa, L. Saldamandoa, A. Gimeneza, A. Claretb, L.M. Cunhac, L. Guerrerob, A.P. Mourad, D. Oliveirae, R. Symoneauxf, R. Delizag // Food Quality and Preference. 2014. №. 6. DOI: 10.1016/j.foodqual.2014.06. 001.
6. Charalampopoulos D. Application of cereals and cereal components in functional foods: a review / D. Charalampopoulos, R. Wang, S.S Pandiella, C. Webb // International Journal of Food Microbiology. 2012. Vol. 79. №. 1-2. R. 131-141. DOI: 10.1016/S0168-1605(02)00187-3.
7. Diplock A.T., Aggett P.J., Ashwell M. Scientific concepts in functional foods in Europe: Consensus document // British Journal of Nutrition. 1999. Vol. 81, suppl. 1.
8. Berner L.A., Keast D.R., Bailey R.L., Dwyer J.T. Fortified Foods Are Major Contributors to Nutrient Intakes in Diets of US Children and Adolescents // Journal of the Academy of Nutrition and Dietetics. Vol. 114. Issue 7. 2014. July. DOI: 10.1016/j.jand.2013.10.012.
9. Musina O. Application of modern computer algebra systems in food formulations and development: A case study / Ol. Musina, P. Putnik, Mo. Koubaa, Fr. J. Barba, Ra. Greiner, D. Granato, Sha. Roohinejad // Trends in Food Science & Technology. 2017. June. Vol. 64. P. 48-59. DOI: http://doi.org/10.1016/jj.tifs.2017.03.011.
10. Vannice G., Rasmussen H. Position of the Academy of Nutrition and Dietetics: Dietary Fatty Acids for Healthy Adults // Journal of the Academy of Nutrition and Dietetics. Vol. 114. Issue 1. 2014 January. D0l:10.1016/j.jand.2013.11.001.
11. Gulati T., Datta A. Enabling computer-aided food process engineering: Property estimation equations for transport phenomena-based models // Journal of Food Engineering. 2013. May. Vol. 116. Issue 2. DOI: 10.1016/j.jfoodeng.2012.12.016.
12. Oliviero T., Verkerk A., Dekker M. A research approach for quality based design of healthy foods // Trends in Food Science & Technology. Vol. 30. Issue 2. 2013. April. D0l:10.1016/j.tifs.2013.01.005.
13. Yannakoulia M. A dietary pattern characterized by high consumption of whole-grain cereals and low-fat dairy products and low consumption of refined cereals is positively associated with plasma adiponectin levels in healthy women / M. Yannakoulia., N. Yiannakouris, L. Melistas, M.D. Kontogianni, I. Malagaris, S. M. Christos // Metabolism. 2008. Vol. 57, No. 6. P. 824-830. DOI: 10.1016/j.metabol.2008.01.027.
10. Vannice G., Rasmussen H. Position of the Academy of Nutrition and Dietetics: Dietary Fatty Acids for Healthy Adults // Journal of the Academy of Nutrition and Dietetics. Vol. 114. Issue 1. 2014 January. D0I:10.1016/j.jand.2013.11.001.
11. Gulati T., Datta A. Enabling computer-aided food process engineering: Property estimation equations for transport phenomena-based models // Journal of Food Engineering. 2013. May. Vol. 116. Issue 2. DOI: 10.1016/j.jfoodeng.2012.12.016.
12. Oliviero T., Verkerk A., Dekker M. A research approach for quality based design of healthy foods // Trends in Food Science & Technology. Vol. 30. Issue 2. 2013. April. DOI:10.1016/j.tifs.2013.01.005.
13. Yannakoulia M. A dietary pattern characterized by high consumption of whole-grain cereals and low-fat dairy products and low consumption of refined cereals is positively associated with plasma adiponectin levels in healthy women / M. Yannakoulia., N. Yiannakouris, L. Melistas, M.D. Kontogianni, I. Malagaris, S. M. Christos // Metabolism. 2008. Vol. 57, No. 6. R. 824-830. DOI: 10.1016/j. metabol.2008.01.027.
Мусина
Ольга Николаевна
Musina
Olga Nikolaevna
Тел./Phone: (3852) 66-99-82 E-mail: musinaolga@gmail.com
Кандидат технических наук, доцент кафедры технологии продуктов питания Алтайский государственный технический университет имени И.И. Ползунова 656038, РФ, Алтайский край, г. Барнаул, пр. Ленина, 46
Candidate of Technical Science, Associate Professor, Associate Professor
of the Food Technology Department
Polzunov Altai State Technical University
656038, Russia, Altai Territory, Barnaul, Lenina Prospect, 46
Щетинин Михаил Павлович
Shchetinin Mikhail Pavlovich
Тел./Phone: (3852) 66-99-82 E-mail: tpp.altgtu@mail.ru
Доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой технологии продуктов питания
Алтайский государственный технический университет имени И.И. Ползунова 656038, РФ, Алтайский край, г. Барнаул, пр. Ленина, 46
Doctor of Technical Science, Professor, Head of the Food Technology Department
Polzunov Altai State Technical University
656038, Russia, Altai Territory, Barnaul, Lenina Prospect, 46
