Разработка технологии обогащенных напитков на основе зерна чечевицы (стр. 1 )

На правах рукописи

ВАСНЕВА ИРИНА КОНСТАНТИНОВНА

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ОБОГАЩЕННЫХ НАПИТКОВ

НА ОСНОВЕ ЗЕРНА ЧЕЧЕВИЦЫ

Специальность 05.18.01 – Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции

и виноградарства

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва – 2012

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств»

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Официальные оппоненты:

доктор технических наук, профессор,

ФГБОУ ВПО «Московский государственный

университет пищевых производств»,

профессор кафедры «Аналитическая химия»

доктор технических наук, профессор,

ВНИИ консервной и овощесушильной

промышленности,

заместитель директора по научной работе

Ведущая организация: Государственное научное учреждение

НИИ пищеконцентратной промышленности

и специальной пищевой технологии

Защита состоится: « 5 » апреля 2012 г в 10.00 часов на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.148.03 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств» Москва, А-80, Волоколамское шоссе, 11, корп. А, ауд. 302.

Просим Вас принять участие в заседании Совета или прислать в МГУПП отзыв в двух экземплярах с печатью учреждения по вышеуказанному адресу.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «МГУПП».

Автореферат разослан « 20 » февраля 2012 г.

Ученый секретарь Совета

Кандидат технических наук, доцент

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Приоритетной задачей «Концепции государственной политики в области здорового питания населения РФ на период до 2020 года» является расширение производства пищевых продуктов, обогащенных незаменимыми нутриентами для различных возрастных категорий, в том числе и студентов.

Студенты - это специфическая категория населения, на состояние здоровья которой влияют различные факторы: снижение физической активности, наличие вредных привычек, нерациональное питание, интенсивная умственная, психоэмоциональная нагрузка и стрессы. Анализ пищевого статуса различных возрастных категорий, в том числе студентов, проводимый НИИ питания РАМН и другими научными и медицинскими учреждениями, свидетельствует о недостатке в рационе белков, макро - и микронутриентов, других компонентов, способствующих повышению стрессоустойчивости организма.

Наиболее эффективным и целесообразным с физиологической, технологической и экономической точек зрения путем улучшения обеспеченности населения дефицитными пищевыми веществами, является употребление в пищу продуктов, обогащенных недостающими нутриентами.

В качестве источника незаменимых аминокислот и других пищевых веществ в рационах могут быть использованы продукты переработки бобовых культур, в том числе чечевицы, содержащей полноценный растительный белок, с высокой усвояемостью (до 86 %), пищевые волокна, витамины группы B, лецитин, минеральные вещества.

Наиболее целесообразным объектом для обогащения, с позиций научных принципов, являются продукты массового потребления, к которым относятся и напитки.

В последние годы отмечается существенное расширение ассортимента и объемов потребления напитков, прежде всего функциональных, обогащенных белками, витаминами, кальцием, экстрактами пряно-ароматических трав. Эта группа продуктов весьма популярна у потребителя, в том числе студентов. Именно поэтому напиток может рассматриваться как эффективный носитель различных биологически активных веществ, в том числе белков, витаминов, макро - и микроэлементов, пищевых волокон и др.

Существующая технология использования бобовых культур, прежде всего сои, в производстве напитков обладает рядом недостатков, в том числе включением в процесс высокотемпературной обработки, приводящей к разрушению и снижению усвояемости биологически активных компонентов исходного сырья. Повышение биологической и микронутриентной ценности продуктов переработки бобовых культур может происходить при проращивании зерна, однако эта стадия технологического процесса в производстве напитков, как правило, не используется.

Анализ отечественного рынка свидетельствует, что в питании различных возрастных категорий в основном присутствуют безалкогольные сладкие газированные напитки, а продукты с использованием белковых компонентов, обогащенных витаминами и минеральными веществами, практически отсутствуют.

В связи с изложенным, разработка и производство обогащенных напитков с использованием полноценных белков, в том числе полученных из зерна чечевицы, требуют научного обоснования принципов создания новых видов полноценных продуктов. Учитывая особенности производства обогащенных напитков, актуальной является разработка технологических подходов, обеспечивающих стабильность качества, безопасность и специфические свойства продуктов, предназначенных для питания различных возрастных групп населения, в том числе и студентов.

Целью настоящей работы явилась разработка технологии напитка на основе зерна чечевицы, обогащенного сывороточными белками молока, аминокислотами, минеральными веществами, витаминами и пищевыми волокнами, восполняющими дефицит пищевых веществ в рационе и способствующих при ежедневном употреблении повышению стрессоустойчивости организма студентов.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- обосновать выбор чечевицы как основного компонента для получения напитка, определить оптимальные условия для процессов замачивания, проращивания и экстрагирования белка чечевицы;

- провести исследования среднестатистического рациона и умственной работоспособности студентов с помощью компьютерных программ;

- научно обосновать выбор видов и дозировок биологически активных ингредиентов для производства обогащенного напитка (витамины, минеральные вещества, пищевые волокна, аминокислоты);

- разработать рецептуры обогащенного напитка, исследовать физико-химические свойства, показатели безопасности и качества;

- исследовать влияние пастеризации обогащенного напитка на содержание витаминов и показатели качества;

- определить срок годности обогащенного напитка в различных видах упаковочных материалов;

- разработать технологическую схему производства обогащенного напитка на основе зерна чечевицы, проекты ТУ и ТИ;

- провести опытно-промышленную апробацию на предприятии и оценить экономическую эффективность производства обогащенного напитка на основе зерна чечевицы.

Научная новизна. Определены оптимальные условия получения белковой основы для напитка из зерна чечевицы (температура, продолжительность, гидромодуль, рН), дана ее характеристика по аминокислотному и химическому составу, на основании которых определен выбор ингредиентов для получения обогащенного напитка.

Выявлено, что в процессе проращивания зерна чечевицы в течение 16 часов повышается содержание незаменимых аминокислот: валина, изолейцина, лейцина, лизина, метионина, треонина, триптофана, фенилаланина на 11- 45%, в наибольшем количестве повышается содержание метионина – на 38% и триптофана – на 45%.

Впервые установлено, что асептическая упаковка «Ecolean» обеспечивает высокую сохранность витаминов в напитке, приготовленном на основе пророщенного зерна чечевицы (в %): витамина С - 95,0; В1- 98,0; В2 и РР - 100.

Практическая значимость. Разработаны технологические режимы операций замачивания (температура 35 + 2°С, продолжительность 6 ч, рН=8,2-8,4), проращивания (температура 35 + 2°С, рН=8,2-8,4, продолжительность 16 ч), экстрагирования белка (рН=7,0, гидромодуль 1:6, температура 35-40˚С, продолжительность 30 мин) и режимы пастеризации (температура 85 ˚С, продолжительность 5 мин) для производства обогащенных напитков, обеспечивающих высокое качество и потребительские свойства продукта в течение установленного срока годности (7 дней).

Разработаны рецептуры напитков с различным химическим составом на основе белков пророщенной чечевицы, обогащенных аминокислотами, пищевыми волокнами, минеральными веществами, витаминами, способствующими повышению стрессоустойчивости организма студентов.

Определен среднестатистический рацион студентов с использованием компьютерной программы СППР «Питание для здоровья и долголетия». Проведена оценка умственной работоспособности студентов с использованием компьютерной программы СОПР «Оценка умственной и психической работоспособности».

Выработана опытная партия обогащенного напитка на в г. Коломне Московской области в количестве 100 л (Акт выработки прилагается). Разработаны проекты ТУ и ТИ на напиток, приготовленный из зерна чечевицы.

Выполнен расчет экономической эффективности производства, который показал, что рыночная цена за упаковку объемом 200 см3 составила 24 руб. 40 коп при рентабельности 20 %.

Научная новизна и практическая значимость разработанной технологии подтверждена решением о выдаче патента на изобретение по материалам заявки (№ от 01.01.2001_г.) «Способ получения напитка на основе белкового молока».

Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе при чтении курса «Медико-биологические основы детского и функционального питания», выполнении УИРС, НИРС на кафедре «Технология продуктов функционального назначения, спортивного питания и длительного хранения» МГУПП.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались на VI, VII и VIII Международной конференции «Технологии и продукты здорового питания. Функциональные пищевые продукты» (Москва, 2008, 2009, 2010 г.), «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации. Эффективное использование ресурсов отрасли» (Москва 2009, 2010 г.).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 13 печатных работ, из них 5 статей в журналах, рекомендованных ВАК, 1 монография, получено положительное решение от 01.01.2001 г о выдаче патента на изобретение.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка литературы, включающего 188 наименований работ российских и зарубежных авторов. Диссертационная работа изложена на 151 страницах основного текста и содержит 22 рисунка и 55 таблиц. Приложения содержат проекты технической документации, акт производственных испытаний, решение о выдаче патента РФ, протоколы микробиологических и биохимических испытаний, компьютерные анкеты для оценки фактического рациона студентов, дегустационный лист, сертификаты на сырье.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В обзоре литературы дана сравнительная характеристика биологически активных компонентов чечевицы различных сортов и регионов произрастания. Рассмотрены характеристики пищевых ингредиентов, содержащих натуральные источники витаминов, минеральных веществ, пищевых волокон и пути их использования в производстве обогащенных напитков для различных возрастных категорий, в том числе студентов. Приводятся данные о взаимосвязи стресса и питания в современной жизни студентов, причины его возникновения и последствия, а также методы профилактики, в том числе с помощью адекватного питания. Приведены сведения об особенностях технологии обогащенных напитков на основе растительного сырья.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Экспериментальные исследования проводили в лабораториях кафедры «Технология продуктов функционального назначения, спортивного питания и длительного хранения» Московского государственного университета пищевых производств, во Всероссийском научно-исследовательском институте пищеконцентратной промышленности и специальных пищевых технологий, НИИ питания РАМН, -синтез», независимой аккредитованной лаборатории «Битекс», г. Коломны Московской области. Структурная схема исследований представлена на рисунке 1.

2.1 Объекты и методы исследования

Объектами исследования явились: чечевица тарелочная урожая 2008 года, регионов произрастания - Татарстана, Саратовской и Пензенской областей; белковая основа для напитка из пророщенной чечевицы (далее по тексту - основа), процесс ее получения, обогащенный напиток с антистрессовой направленностью (далее по тексту - напиток) для студентов.

Объектами обследования в работе явились: 314 студентов (62 юноши и 252 девушки) в возрасте от 19 до 27 лет.

При проведении исследований использовали сырье: чечевицу тарелочную, воду питьевую, молочную сыворотку сухую, какао-порошок, томатную пасту, курагу, сахар-песок, соль поваренную, корицу, имбирь, укроп, пектин, лимонную кислоту, соответствующее требованиям ГОСТов и ТУ; инулин (RAFTILINE Бельгия, ORAFTI), витамин А (), БАД «Селен-актив» (ОАО "Диод"), минеральный комплекс (кальций, магний, цинк) («Vitomin», США), глицин ( Биотики»), L-аргинин («Hubel Biological Engineering Co., Ltd., Китай», витаминный премикс НЗ 1106, содержащий витамины Е, С, В1, пантотенат кальция, В6, В9, В12, ниацин, биотин («Рош Витамины», Франция).

Рисунок 1 – Структурная схема исследований

В работе использовали упаковочные материалы: пластиковые бутылки

( упаковки»); картонные бутылки с полимерным покрытием «Тетра Пак»; асептическую упаковку в форме кувшина «Ecolean» (Швеция).

Определение запаха и цвета чечевицы проводили по ГОСТ , общую засоренность чечевицы по ГОСТ . Массовую долю влаги чечевицы определяли по ГОСТ 13586.5-93, сухих веществ в основе и напитке - по ГОСТ 3626-73. Коэффициент набухания измеряли объемным методом; общую титруемую кислотность основы и напитка - по ГОСТ 3624-92; величину рН основы и напитка - на иономере по ГОСТ Р 533Аминокислотный состав основы и напитка исследовали на автоматическом анализаторе аминокислот Agilent-1200 после предварительного гидролиза белков, показатели аминокислотной сбалансированности основы проводили методом компьютерного моделирования согласно методологии Липатова показатели и показатели безопасности готового продукта определяли в соответствии с ГОСТами. Содержание жира в основе и напитке определяли по ГОСТ 5867-90; плотность основы и напитка определяли по ГОСТ 3625-84. Содержание общей золы чечевицы - по ГОСТ . Органолептическую оценку основы и напитка - по ГОСТ Р . Дегустационную оценку напитков проводили профильным методом сенсорного анализа по ГОСТ Р ИСО 3972-05. Содержание белка в основе и напитке - методом Кьельдаля по ГОСТ . Содержание витамина С в чечевице, основе и напитке определяли методом визуального титрования с использованием раствора 2,6-дихлорфенолиндофенолята натрия. Содержание витаминов B1, В2 и ниацина в чечевице, основе и напитке - флюорометрическим методом, кальция и магния по ГОСТ , фосфора по ГОСТ , железа - атомно-адсорбционным методом. Статистическую обработку результатов исследований осуществляли с применением компьютерной программы «Microsoft Excel».

Оценку среднестатистического рациона и умственной работоспособности студентов проводили с использованием компьютерных программ «Питание и здоровье» и «Система оценки умственной и психической работоспособности» соответственно.

2.2 Результаты исследований и их анализ

2.2.1 Научное обоснование разработки рецептур обогащенных напитков на основе зерна чечевицы

Белки. Одним из перспективных источников белка в питании взрослого населения России, в том числе студенческой молодежи, являются полноценные растительные белки, полученные из зерна чечевицы. Изучение химического состава различных видов чечевицы (зеленой, красной, коричневой) показало, что наиболее высокой пищевой и биологической ценностью обладает чечевица зеленая крупносемянных сортов. Для проведения исследований выбрана чечевица, выращенная в Саратовской области, отличающаяся наиболее высоким содержанием белка (32,4 %); витаминов (мг/100 г): В1- 0,6, В2-0,2, ниацин-2,2; минеральных веществ (мг/100 г): Са-83, Mg-95, Р-298.

Биологически активные ингредиенты. Особое внимание при разработке обогащенных продуктов для питания взрослого населения, в том числе студентов, было уделено выбору как природных источников, так и специальных добавок и витаминно-минеральных комплексов с фиксированным содержанием микронутриентов.

Для выявления дефицитов пищевых веществ, потребность в которых резко возрастает в студенческие годы в связи с интенсивностью умственных и психоэмоциональных нагрузок на организм учащихся, проведены исследования среднестатистического рациона и умственной работоспособности студентов одного из московских ВУЗов.

Анализ массива полученных данных позволил выявить недостаточное потребление белков, пищевых волокон, витаминов – антиоксидантов и группы В, кальция и ряда микроэлементов в питании как юношей, так и девушек (таблица 1).

Оценка умственной работоспособности, проводимая в разные периоды учебного процесса, показала, что к концу семестра более чем у 80 % обследованных студентов происходило снижение сенсорной реакции, скорости и точности тестирования, а также снижение оперативной памяти и мышления. По нашему мнению, это связано, прежде всего, с недостаточной обеспеченностью организма студентов незаменимыми пищевыми веществами, выявленной при оценке их среднестатистического рациона.

Полученные данные использованы при выборе рецептурных компонентов для обогащенных напитков.

В качестве источника незаменимых аминокислот, кальция, магния, фосфора, витаминов группы В выбрана сухая молочная сыворотка. Для формирования вкусоароматического профиля продукта использовали какао-порошок, содержащий тонизирующие вещества – кофеин, теофиллин и теобромин; курагу – источник калия, железа, каротиноидов и пектина; томатную пасту как источник ликопина, являющегося мощным антиоксидантом; корицу, содержащую диетические волокна и кальций; имбирь, который содержит наряду с эфирными маслами, витамины-антиоксиданты и микроэлементы – цинк, железо и др.

Таблица 1 – Обеспеченность студентов пищевыми веществами

Пищевые вещества	Девушки (n=252)	Юноши (n=62)
РСНП*	Количество студентов (обеспеченность), %	РСНП*
Недостаток (–)	Избыток (+)	Недостаток (–)	Избыток (+)
Белки, г	61-65	45,5	35,0	34,7	41,0	72-80
Фосфолипиды, г	5,0-7,0	75,3	10,1	55,4	7,1	5,0-7,0
Витамин А, мкг	900	70,0	21,4	75,2	26,3	900
Витамин С, мг	90	45,5	21,9	22,5	15,6	90
Витамин Е, мг ток. экв.	15	74,3	7,1	40,2	32,0	15
Витамин D, мкг	10	72,6	8,2	53,6	-	10
Тиамин, мг	1,5	58,6	-	53,3	-	1,5
Рибофлавин, мг	1,8	22,3	27,8	14,9	27,0	1,8
Витамин В6, мг	2,0	76,3	5,6	28,5	15,7	2,0
Витамин В12, мкг	3,0	70,5	11,0	67,2	18,6	3,0
Ниацин	20,0	42,6	15,1	36,4	13,2	20,0
Фолацин, мкг	400	54,1	-	67,0	-	400
Пантотеновая кислота	5,0	94,6	-	95,8	-	5,0
Магний, мг	400	47,6	28,6	35,9	28,5	400
Фосфор, мг	800	33,0	48,9	14,4	79,7	800
Кальций, мг	1000	55,4	22,9	35,1	15,7	1000
Марганец, мг	2,0	62,7	9,6	65,3	7,3	2,0
Железо, мг	18	73,0	8,2	29,4	55,0	10
Йод, мкг	150	81,0	1,3	77,5	-	150
Селен, мкг	55	97,4	-	96,7	-	70
Цинк, мг	12	83,2	2,7	78,1	1,8	12
Фтор, мг	4,0	86,8	3,0	81,7	10,2	4,0
Пищевые волокна, г	20,0	94,0	-	88,0	-	20,0

* РСНП - рекомендуемая суточная норма потребления для лиц от 18 до 29 лет, I и II группы физической активности (МР 2.3.1.2432-08).