автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Исследование и разработка технологии сухого гранулированного завтрака на основе творожной сыворотки

На правах рукописи

МИХАЙЛОВА ИРИНА АНАТОЛЬЕВНА

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СУХОГО ГРАНУЛИРОВАННОГО ЗАВТРАКА НА ОСНОВЕ ТВОРОЖНОЙ

СЫВОРОТКИ

Специальность: 05.18.04 - Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств

автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

5 И:0Н 2014

005549463

Кемерово 2014

005549463

Диссертация выполнена в ФГБОУ ВПО "Кемеровский технологический институт пищевой промышленности"

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Попов Анатолий Михайлович

Официальные оппоненты: Хамагаева Ирина Сергеевна,

доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО "Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления", заведующая кафедрой "Технология молочных продуктов. Товароведение и экспертиза товаров", г.Улан-Удэ

Егушова Елена Анатольевна, кандидат технических наук, доцент, ФГБОУ ВПО "Кемеровский государственный

сельскохозяйственный институт", доцент кафедры «Технология хранения и переработки сельскохозяйственной продукции», г.Кемерово

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное

образовательное учреждение высшего

профессионального образования «Санкт-Петербургский аграрный университет»

Защита диссертаци 1 состоится 26 июня 2014 г в 12-00 часов на заседании диссертационного совет а Д 212.089.01 при ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» по адресу: 650056, г. Кемерово, бульвар Строителей, 47, 4 лек. ауд., тел/факс 8(384)39-68-88.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на официальном сайте ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности». С авторефератом можно ознакомиться на официальных сайтах ВАК Минобрнауки РФ (http.vak.ed.gov.ru) и ФГБОУ ВПО «КемТИПП» (www.kemtipp.ru).

Автореферат разослан 13 мая 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

- ?

/ О.В. Кригер

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы

В последние годы значительная часть нашего населения живет в неблагоприятных условиях, а это значит: не получает адекватного питания из-за проживания в ^условиях вредных, стрессовых, химических, физических и радиационных воздействий.

Время из-за недостатка питания выдвинуло требование к расширению ассортимента продуктов, в составе которых присутствуют биологически активные вещества и витамины. Организм человека должен получать их в готовом виде с пищей регулярно, так как запасать впрок на долгий период человек не может и синтезировать также не может.

Синтетические стимуляторы имеют ряд существенных недостатков перед растениями. Растительное сырье это богатейший источник всех необходимых микронутриентов для организма человека. К достоинствам растительного сырья относят: возможность длительного использования, мягкость действия, отсутствие привыкания и побочных эффектов, значительная широта рабочих концентраций и т. д.

Для человека сбалансированное питание является важной проблемой для обеспечения нормальной жизнедеятельности, поэтому сейчас актуально на основе растительного сырья создать качественные пищевые продукты, в частности завтраки.

Долгое время во многих странах технологи изготавливали продукты в виде порошков и гомогенных смесей, но анализ производства сухих продуктов и основных тенденций показал, что эффективно внедрять способы получения продуктов в гранулах.

Степень разработанности темы

Долгие годы ученые работали над актуальным вопросом времени: как физическую боль и психическое заболевание излечить не с помощью лекарственных средств, а путем тщательного отбора и применения определенных макро- и микронутриентов (например, витамины) или веществ эндогенного происхождения (например, инсулина). И такой ученый нашелся. Первопроходцем в этой сфере, пионером, стал Лайнус Полинг, дважды лауреат Нобелевской премии, обосновавший в 60-80гг. прошлого пека теорию и практику «Ортомолекулярной медицины». Он предложил продукты питания и отдельные их компоненты в качестве фармацевтических препаратов.

Параллельно с Л.Полингом в нашей стране работал над этой же проблемой директор Института питания академик А.А.Покровский. Он был активным пропагандистом фармакологических эффектов пищевых продуктов Над этой же проблемой работали и другие ведущие исследователи, нутрициологи и клиницисты. Усилия ученых во всем мире не прошли даром были найдены те пищевые продукты и специфические нутриенты, которые оказывают благоприятные эффекты на организм человека.

Уже к началу 80-х годов на мировой рынок было разработано и выведено огромное количество биологически активных добавок (БАДы), которые

содержат разнообразные физиологически активные нутриенты или группы их. БАДы заполнили все мировые значительные рынки. А на Российском рынке их насчитывается около шести-восьми тысяч наименований, но только около 4 тысяч имеют государственную регистрацию.

Российские ученые не остались в стороне и внесли значительный вклад в развитие практических и теоретических аспектов разработки функциональных пищевых продуктов. Такие как Остроумов Л.А., Покровский А.А, Тутельян В.А., Дунченко Н.И., Храмцов А.Г., Позняковский В.М., Кочеткова A.A., Елисеева Л.Г., Просеков А.Ю., Попов A.M., Нечаев А.П., Корнена Е.П., Корячкина С .Я., Шендеров Б.А. и многие другие.

Для того, чтобы более эффективно внедрять отечественные научные функциональные пищевые разработки, в производство и на потребительский рынок требовались разработки концепций. Ученым было важно изучить потребительский рынок и проблему продвижения инновационных разработок. Этому они посвятили свои работы.

Использование дикорастущего растительного сырья в производстве функциональных пищевых продуктов играет огромную роль. Многие ученые изложили свою точку зрения по этому вопросу в своих научно-методических работах. Это ученые: Австриевских А.Н., Быховцева T.JL, Евдокимов И.А, Захарова Л.М., Киселева Т.Ф., Кравченко С.Н., Маюрникова Л.А., Помозова В.А., Смирнова И.А., Шатнюк Л.Н., Цапалова И.Э. и др.

Анализ литературных данных, а также разработки вышеуказанных учёных и их научных школ легли в основу формирования задач исследований данной диссертации, выбора объектов исследования, разработки технологии производства и обозначили цель настоящего исследования.

Цель работы

Целью данной работы является проведение исследований, разработка рецептур и технологии гранулированного завтрака на основе творожной сыворотки.

Задачи исследований

1. Изучить химический состав и биологическую ценность растительного сырья, творожной сыворотки, а также продуктов их переработки с целью их использования в продуктах диабетического питания;

2. Экспериментально исследовать физико-механические свойства компонентов и самого гранулированного завтрака;

3. Подобрать оптимальное соотношение компонентов для производства продукта;

4. Провести кинетическое исследование антиоксидантной активности концентрированного черничного сока и быстрорастворимого гранулированного завтрака;

5. Исследовать потребительские показатели качества в отношении функциональных и лечебно-профилактических продуктов на примере г.Кемерово для диабетиков и оценить экономическую целесообразность их производства;

6. Разработать технологию производства сухого гранулированного завтрака на основе творожной сыворотки. Провести промышленную апробацию.

Научная новизна работы

На основании изучения химического состава и функциональных свойств творожной сыворотки, топинамбура, листьев черники, крапивы двудомной, овсяной муки, стевии доказана перспективность их использования в производстве завтраков для диабетиков.

Выявили взаимосвязь между абсолютной влажностью смеси для гранулирования (Wa6c) и толщиной межчастичных прослоек (dnn) №1 и 2 смеси.

Изучены структурно-механические свойства завтрака.

Определены рациональные соотношения между фруктозой и стевией, растительным сырьем и творожной сывороткой.

Установлена антиоксидантная активность концентрированного черничного сока и быстрорастворимого гранулированного завтрака.

Выявлены потребительские показатели качества в отношении функциональных и лечебно-профилактических продуктов на примере г.Кемерово.

Практическая значимость н реализация результатов работы

Разработана рецептура завтрака и технология его производства.

На основании полученных результатов разработана и утверждена нормативная документация на быстрорастворимый гранулированный завтрак.

На базе ООО ТПП «Биоцен» г. Томск и НПО «Здоровое питание» г. Кемерово освоено крупно-тоннажное производство.

Апробация работы. Основные положения и результаты исследований доложены и обсуждены на: III Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодух ученых «Пищевые продукты и здоровье человека» (Кемерово, 2010); Юбилейной научно-практической конференции «Менеджмент XXI века: теория и практика» (Томск, 2011).

Публикации. Основные положения диссертации опубликованы в 11 печатных работах, отражающих её основное содержание, из них 4 в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура н объем диссертации. Диссертация изложена на 148 страницах основного текста, содержит 38 рисунков, 38 таблиц, список литературы составляет 140 наименование. Диссертация состоит из введения, четырех глав, выводов, приложения.

ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

Основная часть исследований проведена на базе лабораторий Кемеровского технологического института пищевой промышленности. Отдельные испытания сырья проводились на кафедре «Общей химической технологии» в Национальном Исследовательском ТПУ.

На предприятии НПО «Здоровое питание» г.Кемерово вырабатывались опытно-промышленные партии продукта.

Из нескольких взаимосвязанных блоков состоит весь цикл исследований. На рисунке 1 приведена общая схема исследований.

Первый этап был посвящен изучению химического состава и биологической ценности растительного сырья, сахарозаменителей, концентрированного сока, творожной сыворотки с целью изучения возможности использования их в производстве гранулированных продуктов для людей с повышенным уровнем сахара в крови.

На втором этапе разрабатывали рецептуру завтрака путем получения рациональных соотношений основных его компонентов. На основе органолептических показателей проводилась оценка различных вариантов рецептур.

Рис.1. Схема проведения экспериментов

На последнем этапе разрабатывали технологию производства быстрорастворимого гранулированного завтрака, исследовали потребительские показатели качества в отношении функциональных и лечебно-профилактических продуктов на примере г.Кемерово для диабетиков и оценили экономическую целесообразность производства завтрака.

При выполнении работы использовали общепринятые стандартные методы исследований органолептические, физико-химических, физико-механических и реологических показателей сырья и готовой продукции.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Во введении обоснована актуальность проблемы, сформулированы цель и задачи исследования, указана научная новизна и практическая значимость диссертационной работы.

В первой главе, являющейся литературным обзором, который посвящен вопросам производства продуктов функционального назначения. Обобщены сведения о химическом составе и пищевой ценности молочной сыворотки. Представлена классификация способов производства быстрорастворимых продуктов. Рассмот рены свойства и х арактеристики сы рья, используемого в ■завтраках для людей, предрасположенных к сахарному диабету. Проанализированы современные тенденции применения подсластителей в пищевых продуктах

Вторая глава посвящена постановке эксперимента и методам исследования.

Объектами исследований явились:

- мука овсяная с базисным выходом 60% (ТУ 8-22-3-84);

- сыворотка молочная сгущенная творожная с массовой долей сухих веществ 60% (ТУ 49 803-81);

- фруктоза по санитарно-эпидемиологическому заключению фирмы производителя;

- сок черничный концентрированный с массовой долей сухих веществ 60% (ГОСТ 18078-87);

- «Свита» 100% натуральный низкокалорийный заменитель сахара на основе экстракта стевии (санитарно-эпидемиологическое заключение №77.99.24.916.Д.000334.01.05 от 26.01.05);

- порошок из клубней топинамбура (ТУ 9164-001-17912573-01);

- универсальный премикс для обогащения сухих продуктов питания 994 фирмы «Хоффман-Ля Рош» (регистрационный номер П-8-242 № 01740);

- листья крапивы двудомной (ГОСТ 12529-67);

- листья черники (ТУ 9198001-66075749-11);

опытно-промышленные и лабораторные образцы партии гранулированного завтрака;

- анкеты потребителей (население г.Кемерово).

В третьей главе приводятся результаты исследований и их обсуждение.

Изучение химического состава компонентов завтрака

Использование плодово-ягодного, растительного сырья и концентрированных соков в производстве быстрорастворимых гранулированных завтраках позволяет производить продукт, наполненный минеральными веществами и витаминами, и повысит пищевую ценность его высокое содержание пектиновых веществ, органических кислот и клетчатки.

На основании анализа литературных данных и собственных исследований (таблицы 1) определена совместимость компонентов и целесообразность использования их для получения завтрака (* - результаты собственных исследований).

Таблица 1 - Химический состав компонентов завтрака

Показатели Овсяная мука Порошок топинамбура Стевия Концентрированный сок черникн

Массовая доля:

Растворимых сухих веществ, % 13,5 ±0,2* 34,3 ±2,23 92,0 ±3,11 57,4 ±0,6'

белка, г/100г 10,0+ 1,3 4,8 ±0,28 0 0

титруемых кислот (в пересчете на яблочную кислоту),% 0 1,8 ±0,30 29,0 ±0,28 6.6 ±0,2

Сахаров, г/100 г 1.5 ±0,01 2,3 ±0,4 78,82 ±2.74 39.6 ±0,6

золы, г/100г 1,8 ±0,24« 13,24±0.84 0,24 ±0.001 1,4±0.1*

Аскорбиновая кислота, мг/100г 0 108,1+2,48 0 23,0 ±0.5*

Минеральные вещества, мг/100г

железа, мг/100г 5,4 ± 1,1 12,2 ± 1,39 0,197 ±0,001 6.20 ±0.05

калия, мг/100г 424,0 ±23,3 23,0 ±0.2 0,236 + 0,011 50,1 ±0,08

магния. мг/ЮОг 110,0± 14,5 1,4 ±0,3 0,236 ±0,02 6,00 ±0,05

натрия, мг/100г 4,0 ±0.06 1.8 ±0,1 4,573 + 0,23 6,20 ± 0.20

кальция, мг/100г 59,0 ±3,12 1,3 ±0.2 3,822 ±0,3 14,50 ±0,40

фосфора. мг/100г 350,0±45,4 5,8±0,3 0,197 ±0,001 13,20 ±0.08

В-каротина, мг/100г 0,02 ±0,001 17,50 ± 1,23 0 0

Исследование состава и свойств творожной сыворотки

Для того чтобы создать обоснованную методику проектирования рецептуры быстрорастворимого завтрака на основе творожной сыворотки необходимо изучить физико-химические свойства сгущенной творожной сыворотки.

Для исследования использовали натуральную творожную сыворотку. В таблицу 2 сведены её качественные показатели.

Таблица

Основные качественные

Показатели Значения

Содержание сухих веществ, % 5,7±0,5*

также:

белка, % 0,8±0,2*

лактозы, % 4,1±0,4*

молочного жира, % 0,09±0,|*

минеральных веществ, % 0,51±0,2*

плотность, г/см3 1,025±0,001*

кислотность, °Т 51,2±9,0*

выборе степени

На вакуум-выпарной установке проводили сгущение сыворотки при 1=48-50°С с принудительной циркуляцией со скоростью

исключающей пенообразование и методом прямого электрического нагрева, с целью сохранить нативные свойства компонентов. При создании разряжения 1,5-2,0 Па возможно достичь такой температуру кипения. Состояние сгущенной сыворотки сгущения молочной сыворотки по

учитывали при консистенции.

Концентрация сухих веществ, в сгущенной молочной сыворотке, исходя из литературных данных перед дальнейшим применением не должна превышать 60 %. Текучую консистенцию сыворотка при 1=50°С сохраняет при концентрации сухих веществ 40%, а если концентрация сгущенной сыворотки будет более высокой, то она с трудом вытечет из выпарного аппарата.

Таблица 3

Органолептические

показатели

Наименование показателя Характеристика

Вкус и запах Вкус - молочный, слегка кисловатый, сладко-солоноватый, запах - сывороточный, слабовыраженный, без

Внешний вид и консистенция Масса вязкая однородная

Цвет Однородный в массе, светло-желтый

Следует отметить, что немаловажный интерес для обогащенного быстрорастворимого гранулированного завтрака на основе сыворотки витаминным премиксом, представляет

изучение в сгущенной творожной сыворотке

содержания витаминов.

В

сгущенной творожной сыворотке содержится достаточно высокое содержание витаминов. Исходя из этого, в состав завтрака витаминный премикс нужно вводить с учетом содержания витаминов всех компонентов рецептуры завтрака.

Изучение структурно-механических свойств быстрорастворимого гранулированного завтрака на основе творожной сыворотки

- Коэффициенты внутреннего и внешнего трения (по стали, дереву, оргстекло) с повышением влажности до 12% плавно возрастают, дальнейшее увеличение влажности приводит к заметному увеличению коэффициентов трений. Изучение данного показателя необходимо для подбора и проектирования оборудования для производства завтрак.

- Методом воздухопроницаемости проводили определение удельной поверхности дисперсного материала. По формуле 1 вычисляют удельную поверхность порошкообразного материала (8уд, см2/г):

= i ар ' (1)

Л- ШО-А-О-ЯУ-А'

По формуле 2 рассчитывается средний диаметр частиц (с1ср пов, мкм):

(1 = 6

иср. пов. „ » V—)

* ршт

В таблице 4 представлены полученные результаты в ходе исследований

материалов значения 8уд и

^ср. ПОВ"

- Методика определения (наименьшей капиллярной влажности далее — НКВ) капиллярной пропитки сырья базируется на исследование кинетики капиллярной пропитки слоя дисперсного материала при различной степени его уплотнения. Вид параболы имеет графическое изображение зависимости высоты пропитанного слоя (Ь, м) от времени пропитки (т, с). Вид прямой имеет данная зависимость. Коэффициент капиллярной пропитки Ккп (м2/с) равен тангенсу угла наклона соответствующей прямой на оси времени:

Таблица 4 — Свойства дисперсных материалов

Материал рист, кг/м"5 Буд., М^/КГ ^ср пов, МКМ

Овсяная мука 1640 317,6 11,50

Смесь фруктозы и стевии 1580 415,5 9,09

Топинамбур 830 1360,2 4,36

Смесь для гранулирования 1520 3951,6 9,89

Ь

х

Исходя, из результатов исследований были выявлены зависимости и рассчитаны коэффициенты капиллярной пропитки: овсяной муки, топинамбура, смеси фруктозы и стевии. На рисунке 2 представлены зависимости и рассчитаны коэффициенты капиллярной пропитки для смеси для гранулирования. Зависимость квадрата объема воды, впитанной через единицу сечения слоя (V, '"/V ^ 0Т вРемени пропитки (т) имеет для

всех сочетаний материалов прямолинейный характер. При этом угол наклона прямых (V2-t) тем меньше для каждого конкретного набора компонентов, чем выше степень предварительного уплотнения слоя частиц. Итак, по завершению эксперимента, подтвердились известные кинетические закономерности процесса пропитки.

Исследование параметров влажных дисперсных систем

Рассмотрев современные представления о формах связи влаги с материалом, результаты исследований материалов, классификации отдельных ее видов, представленные в данной работе, исходя из всего этого можно сделать следующий вывод о том, что при решении различных технологических проблем структурообразованием связанных его в процессе гранулирования и сушки, вполне достаточно и целесообразно разделение физико-механически и физико-химически связанной Н20 на 2 самые существенные категории влаги: капиллярно-неподвижную и капиллярно-подвижную.

При использовании объемных фазовых характеристик, которые получают при проведении компрессионных исследований путем перевода Зх фазной системы в 2х фазное (Т+Ж), при капиллярной пропитке сухих (Т+Г) материалов или водонасыщенное состояние можно получить очень важную информацию о свойствах и структуре дисперсной системы. По формуле 4 можно получить пропорциональное отношение размера пор к размеру частиц или, если известна удельная поверхность, определить толщину газожидкостной прослойки между частицами используя при этом отношения фазовых характеристик (например (Кж+Кг)/Кт=(1-Кт)/Кт):

1 -Кт

'-НЬ (4)

где Sv - удельная поверхность единицы объема материала, м2/м3.

Из графической зависимости (Рис.3), представленный для двух смесей: первая - с преобладанием крупнодисперсной составляющей, полученной просеиванием через сито с размером ячеек 150 мкм и добавлением в неё 20%

Рис.2. Влияние упаковки слоя на кинетику капиллярной пропитки - смесь для гранулирования завтрака [(Ккп): 1-2,3*10'8; 2 - 2,75* I О'8; 3-3,3* 10*8].

0,20 0,28 0.32 \\' абс, % Рнс.З. Взаимосвязь между абсолютной влажностью смеси для гранулирования (\Vaoc) и толщиной межчастичных прослоек (с!пл) 1 и 2 № смеси.

мелкодисперсной составляющей всех компонентов рецептуры <80 мкм; вторая

с соотношением их (60:40%).

Видно, что толщина газожидкостной прослойки предопределяется

влагосодержанием материала, его гранулометрическим составом и

дисперсностью (8>д), а вернее, соотношением между его тонкодисперсной и грубодисперсной составляющими.

Исходя из этого, для того чтобы повысить эффективность управления свойствами дисперсных систем разумно иметь представление о свойствах и составе 2х основных ее частей - порового вещества

и структурного каркаса.

Эффективное управление процессом формирования структуры изделий при сушке предполагает использование в качестве контролирующих параметров объемных фазовых характеристик материала, структурно-энергетического параметра или степени перестройки структуры.

Чаще всего в пищевой промышленности контроль качества готовой продукции ведется по органолептическим оценкам. Но при производстве гранулированного завтрака кроме органолептической оценки рассматривают показатели качества такие как: восстанавливаемость структуры, скорость растворения, устойчивость структурированного коллоидного раствора завтрака.

Кинетическое исследование антиоксндантной активност концентрированного сока черники и быстрорастворимого гранулированного завтрака

Предварительно были проведены испытания анитиоксидантной активности всех компонентов, входящих в рецептуру завтрака. Причем для проведения эксперимента для части из них получили экстракты.

В присутствии концентрированного сока черники, с помощью модельной реакции инициированного окисления кумола исследовалась кинетика

поглощения кислорода.

На способность соединения обрывать цепь окисления реакция является тестом. Окисление органических веществ, в том числе липидов, протекает по общему механизму цепной реакции с вырожденным разветвлением цепи. Перекисные радикалы являются активными центрами цепной реакции. Активно вступают в реакцию с перекисными радикалами, химические соединения (растительные добавки), могут замедлять значительно реакцию окисления и, таким образом, выступать в роли антиоксидантов (стабилизаторов).

На газометрической установке проводили исследование кинетики поглощения кислорода. На рис. 4 предоставлены данные, из которых мы видим, что окисление кумола с концентратом черничного сока протекает с частичным торможением реакции на некоторое время равное периоду индукции (т=1458 с).

ио,:

500 1500 2500 3500 4500 1,=

Рис.4. Кинетическая кривая поглощения кислорода А [02] для реакции инициированного окисления кумола в присутствии концентрированного сока черники

Графически по тангенсу угла

0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0,6 0.7 08 Г)

Рис.5. Полулогарифмическая анаморфоза кинетической кривой для реакции инициированного окисления кумола в присутствии концентрированного сока черники

наклона (рис.4) рассчитывали скорость окисления К,, ('скорость окисления, моль/л с) в мм3/мин. Для перевода значения скорости в моль/лс использовали соотношение 1мм3/мин=6.81 ■ 10"7-V"1 моль/л-с.

Для определения константы скорости ингибирования строили зависимость (рис. 5) в координатах (х = -1 1 х), у = Д [02]).

Представленная полулогарифмическая анаморфоза кинетической кривой состоит из 2 участков (присутствует излом на анаморфозе), это говорит о том, что в анализируемом соке присутствуют 2 типа антиоксидантов, отличающихся но антиокислительной активности. Поскольку в процессе окисления в первую очередь расходуется сильный ингибитор, а затем слабый, то для каждого типа антиоксидантов исследуемого сока были определены их содержание, периоды индукции (время действия) и по тангенсу а* были рассчитаны константы скорости ингибирования (С] = 0,92-10"2 моль/кг, с2 = 3,35-10"2 моль/кг, Т| = 298 с, т2 = 1085 с, 'кб = 4.237 м3/моль-с, 2кб = 3.635 м3/мольс).

В табл. 5 для исследуемого сока представлены общие кинетические параметры антиоксидантов.

Таблица 5 - Результаты определения общих кинетических параметров антиоксидантов в соке черники (концентрированном)__

Изучаемый образец Навеска, мг Период индукции т, с Содержание ингибиторов окисления с* 102, моль/кг Константа скорости ингибирования м'/моль-с Суммарное содержание ингибиторов окисления в пересчете на ионол. мае. %

Сок черники 25 1458 4,36 8,734 0,48

Исходя из полученных результатов в ходе исследования, можно сделать следующий вывод, что сок черники (концентрированный) проявляет выраженную антиоксидантную активность, что объясняется большим содержанием витаминов, которые обладают ингибирующим эффектом.

Следовательно, мы можем утверждать, что использование черничного сока для производства гранулированного завтрака разрешит использовать его для профилактики свободнорадикальных патологий.

На наличие антиоксидантной активности, мы исследовали и разработанный быстрорастворимый гранулированный завтрак. Для завтрака, графически по кинетической кривой (рис.6) мы определили период торможения реакции окисления кумола, т = 2155 с.

По полулогарифмической анаморфозе определяли константы скорости ингибирования (рис.7).

¿,'0,1.

1200 1000-Е00 -600 -4032000

500 1500 2500 3500 4500 5500 « Рис.6. Кинетическая кривая поглощения кислорода Д [О,] для реакции инициированного окисления кумола в присутствии быстрорастворимого гранулированного завтрака

Для разработанного завтрака: Т|

0.1 0.2 0.3 0 4 0 5 0.6 0.7 0.8 1а1 ■ I) Рис.7. Полулогарифмическая анаморфоза

кинетической кривой для реакции инициированного окисления кумола в присутствии быстрорастворимого гранулированного завтрака

= 1143 с, т2 = 1012 с, с, = 1,94-10"2

моль/кг, с2 = 1,72-10"2 моль/кг, 'к6 = 9,781 м3/моль-с, 2кл = 7,173 м3/моль-с.

В таблице 6 представлены рассчитанные общие кинетические параметры антиоксидантов.

Разработанный завтрак, исходя из данных таблицы 6, незначительно уступает антиоксидантной активности концентрированного сока черники.

Таблица 6 - Общие кинетические параметры антиоксидантов в быстрорастворимом гранулированном завтраке ____

Изучаемый образец Навеска, мг Период индукции Т-. с Содержание ингибиторов окисления с* Ю2, моль/кг Константа скорости ингибирования к6, м3/моль с Суммарное содержание ингибиторов окисления в пересчете на ионол, мае. %

Быстрорастворимый гранулированный завтрак на основе сока черники и творожной сыворотки 50 2075 3,40 16,954 .. 0.38

Суммарное содержание ингибиторов окисления в пересчете на ионол концентрированного сока черники и разработанного завтрака равняется 0,43, соответственно 0,40 мае. %.

Это обусловлено тем, что сок вместе с другими компонентами дают эффект синергизма. Из литературных данный известно, что из натуральных веществ наивысшей антиокислительной активностью обладают такие витамины как К, А, С и Е, а также, содержащиеся в завтраке биофлавоноиды проявляют высокий ингибирующий эффект.

Подбор рационального соотношения компонентов для производства завтрака

Опытным путем было подобрано рациональное соотношение компонентов. Особое внимание было уделено соотношению фруктозы : стевии, растительному сырью : творожной сыворотке.

Подбор рационального соотношения стевия : фруктоза

Рациональным соотношением фруктозы и стевии является 1:100, что и используется в дальнейшей рецептуре завтрака.

Сравнительная органолептическая оценка качества компонентов стевия : фруктоза приведена в таблице 7.

Таблица 7 - Сравнительная органолептическая оценка качества компонентов стевия : фруктоза в баллах _

Наименование показателя Варианты

1 2 3 4 5 6

Внешний вид и консистенция 1,8±0,00 3,0±0,35 3,4±0,10 3.7±0,20 4,20±0,15 4,80±0,10

Цвет 0,9±0,2 1.5±0,5 1,8±0,30 1,7±0,25 1,9±0,25 2,0±0,00

Вкус и запах 2,5±0,5 3,1±0,15 4,3±0,15 6.2±0,25 7,0±0.35 7.6±0.15

Комплексная оценка 5,2±0,7 (удов.) 7.6±1.0 (удов.) 9,5±0,45 (хорошо) 11,6±0,7 (хорошо) 13,1 ±0,75 (хорошо) |4,4±0.25 (отлично)

Как видно из полученных данных, разработанные соотношения по уровню качества получили разное количество баллов.

В 1-ом и 2-ом варианте получены низкие оценки из-за того, что в смеси не чувствуется фруктоза, а во рту ощущается металлическое и горькое послевкусие. На основании этого соотношения обладают «удовлетворительным» уровнем качества.

В третьем варианте остается горькое послевкусие, но начинает ощущаться присутствие фруктозы. Отсюда делаем вывод, что над качеством уровня третьего варианта нужно еще работать.

В 4-ом и 5-ом варианте все еще ощущается слабая горечь, что не дает поставить высший бал данным соотношениям.

Соотношения 6-го варианта обладают привлекательным внешним видом и консистенцией (4,80 баллов), приятным цветом (2,00 балла) и приятным сладким вкусом, без горького послевкусия (7,6 баллов). Следовательно, этот вариант самый приемлемый из всех перечисленных выше, и получил наибольшую комплексную оценку - 14,4 баллов.

Подбор рационального соотношения овсяная мука + топинамбур + листья черники + листья крапивы (растительное сырье): творожная

сыворотка

Рациональным соотношением компонентов растительное сырье : творожная сыворотка является вариант 1:6, что и используется в дальнейшей рецептуре завтрака.

В таблице 8 приведена сравнительная органолептическая оценка качества компонентов растительное сырье : творожная сыворотка.

Таблица 8 - Сравнительная органолептическая оценка качества компонентов растительное сырье : творожная сыворотка в баллах

Наименование показателя Варианты

1 2 3 4 э б

Внешний вид и консистенция 1,4±0.00 2,8±0,15 3,0±0,10 3,5±0,00 4,50±0,15 4,90±0,00

Цзет 0,8±0,1 !,3±0,00 1,5±0,00 1,6±0,15 1,9±0,35 2,0±0,00

Вкус и запах 1,8±0,2 2,9±0,25 3,9±0.25 6,81:0,35 7,210,10 7,8±0.25

Комплексная оценка 4,0±0,3 (удов.) 7,0±0,4 (удов.) 8,4±0,35 (удов.) 11,9±0,5 (хорошо) 13.6±0,6 (хорошо) I4.7i0.25 (отлично)

В 1-ом, 2-ом и 3-ем варианте получены низкие оценки из-за того, что масса имеет неоднородный цвет. Консистенция неоднородная, вязкая, а также больше чувствуется творожная сыворотка, чем растительное сырье. В результате этого соотношения получили «удовлетворительный» уровень качества.

В отличие от 4-ого варианта 5-ый вариант приобретает приятный вкус, но консистенция все еще недостаточно однородная. Но в комплексе эти варианты получили более высокие баллы.

Анализируя полученные данные, 6-ой вариант по органолептическим показателям получил наивысший балл (14,7).

Определение вязкости завтрака

Чтобы подтвердить органолептические показатели продукта, который мы изучаем, нужно исследовать его структурно-механические характеристики с помощью реологических методов исследования.

В качестве опытных образцов рассматривался завтрак, разведенный при различных температурах: 65°, 70°, 75°, 80°, 85° и 90° С. Его разводили по методике: предварительно нагрев воду до необходимой температуры, производили добавление сухой смеси в необходимой пропорции и размешивали до однородности структуры. После чего температуру образцов доводили до 20°С и при этой же температуре проводили исследования для всех образцов.

Кривые течения в координатах напряжение сдвига - скорость сдвига использовали для того, чтобы определить основные структурно-механические параметры восстановленных компонентов. Значения эффективной вязкости и предельного напряжения сдвига использовали в качестве контролируемых структурно-механических (реологических) параметров.

В зависимости от температуры изучено реологическое поведение компонентов его восстановления. Для исследуемых образцов были построены реологические кривые вязкости.

Было выявлено, что от температуры восстановления смеси зависит характер кривых течения (рисунок 8, 9).

При повышении температуры более 65°С происходит резкое увеличение значений предельного напряжения сдвига, а в интервале температур от 40°С -60°С увеличиваются незначительно.

"редвльное напряжение сдвига, 10"' Па

Рис.8. Динамика кривых течения завтрака Рис.9. Влияние температуры восстановления завтрака

в зависимости от температуры на эффективную вязкость

Итак, мы видим, что минимальная эффективная вязкость во многом зависит от температуры, при которой был разведен завтрак, это представлено на рисунке 9. Полученные данные свидетельствуют о том, что при температуре в интервале от 80° - 90°С, достигнута наилучшая структура с большей вязкостной составляющей нежели чем для образцов при 65° - 75°С.

Таким образом, благодаря проведенным исследованиям, было установлено, что оптимальная температура восстановления смеси 1ОПТ=90°С, но так как в процессе заваривания происходит частичная потеря тепла, нам нужно обеспечить первоначальную температуру приготовления 95°С. При этих температурах и происходит максимальное растворение сухих веществ, что способствует получению более вязкой структуры.

Четвертая глава

посвящена практической реализации результатов исследования. На основании полученных результатов разработали рецептуру и базовую технологию

быстрорастворимого гранулированного завтрака на основе творожной сыворотки. Расход сырья для выработки 100 кг завтрака приведен в таблице 9.

В таблице 10 приведен химический и витаминно-минеральный состав быстрорастворимого гранулированного завтрака.

Учитывая данный химический состав сырья, содержание биологически активных веществ и его фармакологическую направленность, можно судить о пищевой ценности завтрака.

По результатам исследований, выполненных в объеме данной работы, предложен технологический регламент производства гранулированного завтрака. Технологическая схема представлена на рисунке 10.

Таблица 9 - Рецептурный состав завтрака

Наименование сырья Содержание сырья в готовом завтраке

Единицы измерения кг

Мука овсяная кг 59,32

Творожная сыворотка (С.В.=50%) кг 10.96

Фруктоза кг 13,57

Концентрированный сок черники (С.В.=50%) кг 10,03

«Свита» 100 % натуральный низко калорийный заменитель сахара на основе экстракта стевии кг 0,18

Листья крапивы (порошок) кг 1.79

Листья черники (порошок) кг 2,81

Порошок из клубней топинамбура кг 1,02

Витаминный премикс 994 кг 0,32

Итого: кг 100. 00

Таблица 10 - Химический и витаминно-минеральный состав быстрорастворимого гранулированного завтрака

Значение

Наименование показателя показателя на

порцию (30 г)

Массовая доля сухих веществ, % не

менее 31

Также:

белка 2,84+0,2

жира 0,1+0,01

углеводов 27,46+0,1

золы 0,3+0.15

Массовая доля влаги. %, не более 2,3

Массовая доля титруемых кислот

(в пересчете на яблочную кислоту), %. 0,25

не более

Витамины, мг, на порцию (30 г)

А 0,16

Д 0, 0009

Е 1,5

В, 0,30

В, 0,36

Вб 0.37

рр 1,8

в„ 0,0002

в, 0.059

с 9,3

3-каротин 1,3

Бифлавоноиды 9,7

Железо 0,46

Калий 50,1

Кальций 14,8

Магний 15.2

Марганец 0,11

Натрий 1,8

Энергетическая ценность, Ккал/ЗОг. 123

распределились следующим образом: 56%

С целью изучения потребительского спроса,

формирующего показатели качества готовой продукции и характеризующие экономическую целесообразность производства продукции лечебно-

профилактического и

функционального назначения (не содержащая сахар), было проведено маркетинговое

исследование. Целевая

аудитория исследования -жители г. Кемерово. Было опрошено 1120 человек. Средний возраст опрощенных респондентов составил 34 года. Отношение респондентов к продуктам с

сахарозаменителями неоднозначно, больше трети опрошенных не изъявили желания употреблять такие продукты. Мнения

респондентов о возможности использования сахарозаменителей положительно относятся к их

в отношении сахарозаменителями.

популярностью шоколад, конфеты

употреблению, 37,2% - отрицательно. А 6,8% не задумывались о замене сахара, но могли бы попробовать продукты с сахарозаменителями.

Далее изучались предпочтения потребителей продуктов с Наибольшей пользуются

(34,8%), варенье и джемы (35%) кондитерские изделия (21%). Такой результат ожидаем, так как эти продукты относятся к сладостям. Однако они не могут быть использованы в качестве полноценного питания.

В связи с этим дальнейшие вопросы касались продуктов лечебно-профилактического и функционального назначения быстрого приготовления, в

Рпс.1 1. Информационная осведомленность потребителей о продуктах лечебно-профилактического и функционального назначения

Дозирование

Листья крапивы.

черники +

Инспекция

Витаминный премикс

I

Дозирование

X

Водный раствор 1:1,

1=5 0"С

Порошок топинамбура

Просеивание

Овсяная мука

' I

Фруктоза

Творожная сыворотка

Просеивание

I

Дозирование

Инспекция

Сушка

Инспекция: Кислотность: Содержание С.В

—х-

Измельченн

е с1<.50мкм —

Поосеивание

Дозирование

Жмых

Й

Обработка паром

Протирка

<0.5лиг +

Дозирование

Смеситель жидких продуктов

Ягодное сырье

Мойка 1—

Сг>шение до содержанки С. В.-50%

Сушка

Дозирование

Инспекция +

Измельчение

Центрифугирование +

Сок

1Е:

Фильтрация

Концентрирование 1=30-50"С. С.В -50%

Дотирование

Гранулирование

Н;0 (питьевая)

1

Классификация, сито .V«! .2-1.4 мм

Сушка. 1-50-55"С. Ш=5-6%

Упаковка, маркировка, хранение

при температуре выше 20"С II влажности воиуха 75% в течение 6 месяцев

Рис.10. Технологическая схема производства быстрорастворимого гранулированного завтрака на основе творожной сыворотки

частности супов, каш, лапши, мюсли и завтраков. Среди продуктов быстрого приготовления 61% респондентов предпочитают лапшу, 35% - завтраки. Оставшиеся 4% респондентов указали в качестве наиболее предпочтительных продуктов быстрорастворимый суп (2,6%) и мюсли (1,4%). Так как завтрак является более щадящим, менее калорийным продуктом и наиболее полезным для здоровья, то выбор завтрака как основы для разработки нового продукта функционального назначения можно считать оправданным.

Согласно результатам опроса наиболее предпочтительными крупами для приготовления завтрака являются овсяная и гречневая, 36% и 35% соответственно. Остальные крупы предпочли менее 10% респондентов (рис.11).

При изучении факторов, которые влияют на покупку завтрака быстрого приготовления, было установлено, что наиболее значимыми являются цена и состав продукта. Существенное влияние оказывают вкусовые качества продукта. Примерно одинаковое влияние оказывают известность производителя и внешний вид продукта.

Таким образом, для большинства потребителей основными источниками информации формирующим их требования к показателям качества продукта являются телевидение и интернет. Установлено положительное отношение потребителей к продуктам быстрого приготовления, в частности к продуктам

на сыворотки на основе овсяной крупы. Проведенное маркетинговое исследование подтверждает целесообразность производства нового продукта питания лечебно - профилактического и функционального назначения на основе крупы овсяной гранулированной обогащенной. Разработанный продукт обладает рядом полезных свойств, не содержит сахарозы. А расчет себестоимости показал, что цена продукта является приемлемой для покупателей.

ВЫВОДЫ

1. Исследован химический состав и биологическая ценность растительного сырья, творожной сыворотки, а также продуктов их переработки, доказана целесообразность их использования в продуктах для диабетического питания.

2. Определены физико-химические параметры сырья входящего в состав завтрака.

3. Изучены структурно-механические свойства сухого гранулированного завтрака, установлены их параметры.

4. Подобраны оптимальные соотношения компонентов фруктоза : стевия, растительное сырье : творожная сыворотка.

5. Исследованы реологические свойства смеси для гранулирования и определена вязкость завтрака, установлена рациональная температура восстановления быстрорастворимого завтрака, которая составляет 95°С.

6. Установлены сроки хранения завтрака на основе творожной сыворотки в течение 6 месяцев при t=18-20°C и W=75%.

7. Выявлены потребительские показатели качества продукции функционального и лечебно-профилактического назначения для диабетиков г. Кемерово и оценена экономическая целесообразность производства продукта.

8. Разработана технология производства сухого гранулированного завтрака на основе творожной сыворотки.

Основные положения диссертации отражены в следующих публикациях Статьи в изданиях, рекомендованных ВАК

1. Попов A.M., Сорочкин A.M., Сарафанов A.A., Михайлова И.А., Шилова Е.И. Управление составами и свойствами влажных дисперсных систем // Техника и технология пищевых производств. - 2011. - №3. - с. 92-96.

2. Михайлова И.А., Секлецова О.В., Кузнецова О.С., Понкратова T.A. Оценка спроса на новый продукт функционального назначения // Мир науки, культуры, образования. - 2012. - №6 (37). - с.98-100.

3. Секлецова О.В., Кузнецова О.С., Михайлова И.А. Экономическая оценка производства нового продукта функционального и лечебно-профилактического назначения // Техника и технология пищевых производств. -2013.-№1.-с. 148-153.

4. Попов A.M., Доня Д.В., Тихонов H.B., Березина И.Ю., Михайлова И.А., Макковеев М.А. Исследование кинетики и механизма капиллярного влагообмена при формировании гранул быстрорастворимых напитков //

Современные проблемы науки и образования. - 2013. - №6; http://www.science-cducation.ru/113-10543.

Статьи в научных изданиях

1. Михайлова И.А. К вопросу об использовании растительного сырья для производства продукции диабетического назначения // Пищевые продукты и здоровье человека: материалы III Всероссийской конференции студентов, аспирантов и молодых ученых. — Кемерово, 2010. - с. 192-193.

2. Михайлова И.А. Реологическое исследование завтрака функционального и лечебно-профилактического назначения // Актуальные вопросы развития пищевой промышленности: сборник материалов Всероссийской заочной научно-практической конференции г.Челябинск 28 февраля 2011 г. - Челябинск: ЧГПУ, 2011. - с. 35-37.

3. Михайлова И.А. Обоснование выбора продуктов функционального и лечебно-профилактического назначения // Менеджмент XXI века: теория и практика: труды юбилейной научно-практической конференции, посвященной 60-летию кафедры менеджмента / под ред. проф. И.Е. Никулиной. - Томск: Изд-во Томского политехнического университета, 2011. - с. 108-110.

4. Михайлова И.А. Критерии выбора продуктов функционального и лечебно-профилактического назначения // Наука и производство: состояние и перспективы: материалы докладов XI Межрегион, студенч. науч. - практич. конф., Кемерово, 26 февраля 2013 г. / Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. - Кемерово, 2013. — с. 124-126.

5. Михайлова И.А. Оценка спроса на новый продукт // Пищевые инновации и биотехнологии: сборник материалов конференции студентов, аспирантов и молодых ученых / под. общ. ред. А.Ю.Просекова; ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности». -Кемерово, 2013.-С.1402-1405.

6. Михайлова И.А. Использование растительного сырья в пищевой промышленности // Наука и производство: состояние -и перспективы: Материалы докладов XII всероссийской студенческой научно практической конференции с международным участием 26 февраля 2014 г. / Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. - Кемерово, 2014. - с. 171-172.

7. Михайлова И.А. Исследование завтрака функционального назначения на основе молочной сыворотки // Наука и производство: состояние и перспективы: Материалы докладов XII всероссийской студенческой научно практической конференции с международным участием 26 февраля 2014 г. / Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. -Кемерово, 2014.-с. 172-174.

ЛР № 020524 от 02.06.97 Подписано в печать 08.05.14. Формат 60><841/16 Бумага типографская. Гарнитура Times New Roman Уч.-изд. л. 1,25. Тираж 80 экз. Заказ № 57

Оригинал-макет изготовлен в редакционно-издательском отделе Кемеровского технологического института пищевой промышленности 650002, г. Кемерово, ул. Институтская, 7

ПЛД№ 44-09 от 10.10.99 Отпечатано в лаборатории множительной техники Кемеровского технологического института пищевой промышленности 650002. г. Кемерово, ул. Институтская, 7

Министерство образования и науки Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Кемеровский технологический институт пищевой промышленности

04201459958 На правах рукописи

МИХАЙЛОВА ИРИНА АНАТОЛЬЕВНА

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СУХОГО ГРАНУЛИРОВАННОГО ЗАВТРАКА НА ОСНОВЕ ТВОРОЖНОЙ

СЫВОРОТКИ

Специальность: 05.18.04 - Технология мясных, молочных, рыбных продуктов и холодильных производств

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Попов А.М.

Кемерово 2014

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ 5

ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР 12

1.1 Предпосылки возникновения функциональных продуктов 12

1.2 Новое понятие - функциональные продукты 13

1.3 Теоретические основы и современное состояние переработки молочной сыворотки 15

1.3.1 Молочная сыворотка: основы рационального использования 15

1.3.2 Химический состав и свойства молочной сыворотки 18

1.4 Управление составом и свойствами смеси в процессе формирования 24

1.4.1 Классификация способов производства быстрорастворимых

продуктов 26

1.5 Свойства и характеристика сырья, используемого в завтраках для людей, предрасположенных к сахарному диабету 34

1.5.1 Топинамбур 35

1.5.2 Овсяная мука 37

1.5.3 Листья крапивы двудомной 38

1.5.4 Листья черники 39

1.6 Современные тенденции применения подсластителей в пищевых продуктах 40

1.6.1 Стевия 41

1.6.2 Фруктоза 42

1.7 Постановка задачи исследования 43 ГЛАВА 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ 45

2.1 Организация эксперимента 45

2.2 Объекты исследований 47

2.3 Методы исследований 47 ГЛАВА 3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ИХ ОБСУЖДЕНИЯ 5 5

3.1 Изучение химического состава и витаминной ценности сырья для производства сухого гранулированного завтрака на основе творожной сыворотки 55

3.1.1 Изучение химического состава и витаминной ценности ягодного и растительного сырья 55

3.1.2 Изучение химического состава и витаминной ценности 62 черничного концентрированного сока

3.1.3 Исследование состава и свойств творожной сыворотки 64

3.2 Определение коэффициента внутреннего трения и внешнего 66 трения гранулированного завтрака и компонентов по различным поверхностям

3.3 Кинетический анализ антиоксидантной активности 70 концентрированного сока черники

3.4 Подбор оптимального соотношения компонентов для 78 производства завтрака

3.5 Исследование структурно - механических свойств сухого

гранулированного завтрака 82

3.5.1 Определение вязкости компонентов 83

3.5.2 Определение капиллярной пропитки дисперсных материалов 85

3.5.3 Определение удельной поверхности дисперсных материалов 90

3.5.4 Исследование параметров влажных дисперсных систем 92 ГЛАВА 4 ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ ИССЛЕДОВАНИЯ 101

4.1 Разработка рецептуры быстрорастворимого гранулированного завтрака 101

4.2 Описание технологического процесса 102 4.3. Приемка и подготовка сырья 104

4.4 Производство завтрака 108

4.5 Упаковка и маркировка 109

4.6 Хранение и реализация 109

4.7 Изучение органолептических и микробиологических показателей завтрака на основе творожной сыворотки в процессе хранения и установление его сроков хранения 109

4.8 Технико-экономическое обоснование выпуска сухого гранулированного завтрака функционального назначения на основе творожной сыворотки 110

ВЫВОДЫ 134

ЛИТЕРАТУРА 135

ПРИЛОЖЕНИЯ 149

ВВЕДЕНИЕ

Молоко - один из наиболее распространенных продуктов питания. Только молоко из продуктов животного происхождения можно использовать для вскармливания грудных младенцев [104, 109].

Молоко - это основной продукт питания человека. Суточное потребление молочных продуктов во всем мире составляет от 100 до 400 мл на душу населения.

Жители России в сутки в среднем употребляют до 250 мл. В настоящее время потребление молока неизбежно возрастает, так как это, наряду с хлебом, наиболее дешевый продукт питания. В молоке содержатся важнейшие пищевые вещества, необходимые человеку: углеводы, белки, витамины и минеральные вещества [8, 23].

Очень важно для нас качество молока, его показатели: вкус, жирность. От этого зависит его усвояемость.

Современное производство молока и молочных продуктов высоко механизировано и автоматизировано технологическими процессами. Постоянно расширяется ассортимента молочных изделий.

Одна из необходимых составляющих современных технологий -расширение ассортимента продуктов для функционального питания, в том числе за счет комбинирования различных видов сырья с целью сбалансирования состава пищевых и биологически активных веществ. Такие продукты обеспечивают нормальный обмен веществ и обогащены различными биологически активными веществами, благодаря чему они поддерживают или корректируют здоровье человека. Для полноценной жизнедеятельности организма человека природа не создала продукта, где бы содержались все необходимые компоненты, поэтому необходимо сочетание различных провиантов, которые бы обеспечивали организм различными питательными веществами. Особенно актуально в этом отношении сочетание

продуктов растительного и животного происхождения, поскольку они будут дополнять друг друга биологически активными веществами, а продукты будут иметь высокую пищевую и биологическую ценность.

Молочная сыворотка - ценное сырье, поскольку содержит значительное количество лактозы (около 90% от общего содержания сухих веществ), высокомолекулярные белковые вещества, обладающие биологической активностью, молочную кислоту, макро- и микроэлементы, водорастворимые витамины, ферменты. На всем протяжении желудочно-кишечного тракта (нутриенты) лактоза медленно сбраживается, но рмализует микрофлору и предупреждает аутоинтоксикацию, а за счет цистина, метионина и особенно ангиогенина сывороточные белки, создают предпосылки регенерации белков печени, белков плазмы крови и гемоглобина. Принимая во внимание пищевую и биологическую ценность, а также высокий удельный выход сыворотки, остается актуальной проблема ее переработки в продукты питания [23, 69, 109].

Известно, что многие дикорастущие растения содержат различные биологически активные вещества, макро- и микроэлементы, которые хорошо усваиваются в организме человека. Для повышения эффективности действия продуктов на организм человека особое внимание уделяется приближению места производства продуктов к месту проживания потребителей, что позволит максимально рационально использовать сырьевые ресурсы самих регионов. Препараты, изготовленные из местного сырья, имеют наибольший терапевтический эффект для людей, проживающих на соответствующей территории [104].

В 1993 г. появилась интересная статья «Япония изучает границу между пищевым продуктом и лекарством». Благодаря ей был введен в международное обращение термин «функциональные пищевые продукты». Ученые Японии выдали большой ассортимент «пищевых продуктов для здорового питания» (примерно 500 названий), и существенные среднегодовые затраты потребителя на их покупку - 128 $ на человека

против 68 $ в США или 51 $ в странах ЕС. В данной сфере Японцы оказались неоспоримыми лидерами. Приведенные выше данные говорят о серьезных перспективах будущего развития в России рынка функциональных продуктов [9, 54, 134].

По термину «функциональные продукты» [9, 32] до сих пор нет единого мнения, хотя это явление уже состоявшееся. Одни считают, что это удачный, понятный термин, который поможет делать новые доходные рекламы. Для других это пищевые продукты обыденного употребления, которые способствуют улучшению здоровья и жизнедеятельности человека. Третьи считают, что это специальные продукты определенной направленности (энергетические, диетические, лечебные, профилактические).

В настоящее время особую актуальность приобретают вопросы широко распространенного отечественного растительного сырья, так как они научно обоснованы и доступны для использования функциональных пищевых продуктов. В наши дни дикорастущее растительное сырье в пищевых технологиях находит ограниченное применение [9, 20, 67, 113, 125] .

Актуальность темы

В последние годы значительная часть нашего населения живет в неблагоприятных условиях, а это значит: не получает адекватного питания из-за проживания в условиях вредных, стрессовых, химических, физических и радиационных воздействий.

Время из-за недостатка питания выдвинуло требование к расширению ассортимента продуктов, в составе которых присутствуют биологически активные вещества и витамины. Организм человека должен получать их в готовом виде с пищей регулярно, так как запасать впрок на долгий период человек не может и синтезировать также не может.

Синтетические стимуляторы имеют ряд существенных недостатков перед растениями. Растительное сырье это богатейший источник всех необходимых микронутриентов для организма человека. К достоинствам растительного сырья относят: возможность длительного использования,

мягкость действия, отсутствие привыкания и побочных эффектов, значительная широта рабочих концентраций и т. д.

Для человека сбалансированное питание является важной проблемой для обеспечения нормальной жизнедеятельности, поэтому сейчас актуально на основе растительного сырья создать качественные пищевые продукты, в частности завтраки.

Долгое время во многих странах технологи изготавливали продукты в виде порошков и гомогенных смесей, но анализ производства сухих продуктов и основных тенденций показал, что эффективно внедрять способы получения продуктов в гранулах.

Степень разработанности темы

Долгие годы ученые работали над актуальным вопросом времени: как физическую боль и психическое заболевание излечить не с помощью лекарственных средств, а путем тщательного отбора и применения определенных макро- и микронутриентов (например, витамины) или веществ эндогенного происхождения (например, инсулина). И такой ученый нашелся. Первопроходцем в этой сфере, пионером, стал Лайнус Полинг, дважды лауреат Нобелевской премии, обосновавший в 60-80гг. прошлого века теорию и практику «Ортомолекулярной медицины». Он предложил продукты питания и отдельные их компоненты в качестве фармацевтических препаратов.

Параллельно с Л.Полингом в нашей стране работал над этой же проблемой директор Института питания академик А.А.Покровский. Он был активным пропагандистом фармакологических эффектов пищевых продуктов. Над этой же проблемой работали и другие ведущие исследователи, нутрициологи и клиницисты. Усилия ученых во всем мире не прошли даром были найдены те пищевые продукты и специфические нутриенты, которые оказывают благоприятные эффекты на организм человека.

Уже к началу 80-х годов на мировой рынок было разработано и выведено огромное количество биологически активных добавок (БАДы), которые содержат разнообразные физиологически активные нутриенты или группы их. БАДы заполнили все мировые значительные рынки. А на Российском рынке их насчитывается около шести-восьми тысяч наименований, но только около 4 тысяч имеют государственную регистрацию.

Российские ученые не остались в стороне и внесли значительный вклад в развитие практических и теоретических аспектов разработки функциональных пищевых продуктов. Такие как Остроумов JI.A., Покровский А.А, Тутельян В.А., Дунченко Н.И., Храмцов А.Г., Позняковский В.М., Кочеткова A.A., Елисеев Л.Г., Просеков А.Ю., Попов

A.M., Нечаев А.П., Корнена Е.П., Корячкина С .Я., Шендеров Б.А. и многие другие.

Для того, чтобы более эффективно внедрять отечественные научные функциональные пищевые разработки, в производство и на потребительский рынок требовались разработки концепций. Ученым было важно изучить потребительский рынок и проблему продвижения инновационных разработок. Этому они посвятили свои работы.

Использование дикорастущего растительного сырья в производстве функциональных пищевых продуктов играет огромную роль. Многие ученые изложили свою точку зрения по этому вопросу в своих научно-методических работах. Это ученые: Австриевских А.Н., Быховцева Т.Л., Евдокимов И.А, Захарова Л.М., Киселева Т.Ф., Кравченко С.Н., Маюрникова Л.А., Помозова

B.А., Смирнова И.А., Шатнюк Л.Н., Цапалова И.Э. и др.

Анализ литературных данных, а также разработки вышеуказанных учёных и их научных школ легли в основу формирования задач исследований данной диссертации, выбора объектов исследования, разработки технологии производства и обозначили цель настоящего исследования.

Цель работы

Целью данной работы является проведение исследований, разработка рецептур и технологии гранулированных завтраков на основе творожной сыворотки.

Задачи исследований

1. Изучить химический состав и биологическую ценность растительного сырья, творожной сыворотки, а также продуктов их переработки с целью их использования в продуктах функционального назначения для диабетического питания;

2. Экспериментально исследовать физико-механические свойства компонентов и самого гранулированного продукта;

3. Подобрать оптимальное соотношение компонентов для производства продукта;

4. Провести кинетическое исследование антиоксидантной активности концентрированного черничного сока и быстрорастворимого гранулированного завтрака;

5. Исследовать потребительские показатели качества в отношении функциональных и лечебно-профилактических продуктов на примере г.Кемерово для диабетиков и оценить экономическую целесообразность их производства;

6. Разработать технологию производства сухого гранулированного завтрака функционального назначения на основе творожной сыворотки. Провести промышленную апробацию.

Научная новизна работы

На основании изучения химического состава и функциональных свойств творожной сыворотки, топинамбура, листьев черники, крапивы двудомной, овсяной муки, стевии доказана перспективность их использования в производстве завтраков функционального назначения для диабетиков.

Выявили взаимосвязь между абсолютной влажностью смеси для гранулирования (\Va6c) и толщиной межчастичных прослоек (ёпл) №1 и 2 смеси.

Изучены структурно-механические свойства завтрака.

Определены оптимальные соотношения между фруктозой и стевией, растительным сырьем и творожной сывороткой.

Установлена антиоксидантная активность концентрированного черничного сока и быстрорастворимого гранулированного завтрака.

Выявлены потребительские показатели качества в отношении функциональных и лечебно-профилактических продуктов на примере г.Кемерово.

Практическая значимость и реализация результатов работы

Разработана рецептура завтрака и технология его производства.

На основании полученных результатов разработана и утверждена нормативная документация на быстрорастворимый гранулированный завтрак.

На базе ООО ТПП «Биоцен» г. Томск и НПО «Здоровое питание» г. Кемерово освоено крупно-тоннажное производство.

ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Предпосылки возникновения функциональных продуктов

Заболевание человека главным образом зависит от структуры питания, это доказано многочисленными эпидемиологическими исследованиями двадцатого столетия [97, 127]. Несмотря на прежние утверждения, что чем больше мы употребляем растительную пищу, которая богата пищевыми волокнами, витаминами, полифенолами и другими природными антиоксидантами, у нас снижается риск возникновения сердечнососудистых и онкологических заболеваний, при этом продлевается продолжительность жизни. Эта теория была опровергнута различными исследованиями и привела к таким заключениям, что излишнее употребление животного жира и насыщенных жирных кислот увеличивает риск сердечно - сосудистых и онкологических заболеваний, сокращает срок жизни [2, 9, 20, 36, 113, 127].

Примечательно, что далеко не все позитивные результаты эпидемиологических наблюдений были подтверждены в повторных исследованиях. Например, не получили подтверждения сведения о том, что потребление рационов, богатых пищевыми волокнами или фруктами, снижают риск развития аденомы ободочной кишки [9, 29]. Ставится под сомнение сложившееся представление в объяснении широко известного «французского парадокса». Более того, отдельные авторы считают эпидемиологические исследования недостаточно адекватным инструментом для выявления причинно - следственных связей между такими интегральными процессами, как питание и развитие того или иного заболевания. А в настоящую постгеномную эру вообще неясна значимость результатов, полученных без учета «генетической конституции», определяющей особенности биологических эффектов разнохарактерных, в том числе пищевых воздействий в каждой из обследованных популяций. Однако, благодаря этим исследованиям, произошел большой толчок к

развитию идей пищевой химиопрофилактики, суть которой заключается в ведении