автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.07, диссертация на тему:Получение, свойства и применение белков амаранта в производстве функциональных продуктов питания

На правах рукописи

4

ФЕДОТОВ Артем Анатольевич

ПОЛУЧЕНИЕ, СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ БЕЛКОВ АМАРАНТА В ПРОИЗВОДСТВЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ

05.18.07 - Биотехнология пищевых продуктов и биологических активных веществ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Воронеж -2010

4839765

Работа выполнена на кафедре технологии мяса и мясных продуктов ГОУ ВПО «В оронежская государственная технологическая академ ия»

Научны й руководитель: заслуженны й деятель науки РФ,

доктор технических наук, профессор

Антипова Людм ила Васильевна

(ГОУ ВПО Воронежская государственная технологическая академия)

Официальные оппоненты:

доктор биологических наук, профессор

Ковалева Тамара Андреевна

(ГОУ В ПО В оронежский государстве нныйуниверсигет)

кандидат технических наук, доцент Курчаева £ лена Е вгеньевиа (ФШУ ВПО Воронежский государственный аграрный университет им. К Д. Глинки)

Ведущая организация: ФГОУ ВПОМичуринский

государственный аграрный университет

00

Защита состоится 30 декабря 2010 года в 10 часов на заседании диссертационного совета Д 212.035.04 при ГОУ ВПО «Воронежская государственная технологическая академия» по адресу: 394036, г. Воронеж, проспект Революции, 19, ауд. 035.

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах), заверенные гербовой печатью учреждения, просим присылать в адрес совета академии.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Воронежской государственной технологической академ ии.

Автореферат размещен на официальном сайте ВГТА www.vgta.vm.iu «29» ноября 2010 г.

Автореферат разослан «29» ноября 2010 г.

Ученый секретарь совета по защите

докторских и кандидатских ¿7 / /

диссертаций, д.т.н. Мельникова

ОБ II{ЛЯ ХАРАКТЕ ШСТИКА РАБ ОТЫ

Актуальность работы. Одним из приоритетных направлений концепции государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации является обеспечение производства пищевых продуктов широкого потребительского спроса, сбалансированных по аминокислотному составу белков, с полноценным вигаминным, макро- и микроэлеменгным составом, в том числе за счет привлечения нетрадиционных источников растительного сырья.

Как альтернативу сое, среди отечественных культур, адаптированных к климатическим условиям Центрально-Черноземного региона, следует выделить амарант и продукты его первичной переработки в виде жмыха на предприятиях масложировой отрасли. Однако, этот объект мало изучен как новый источник высококачественных белков, имеющаяся информация требует расширения и углубления с точки зрения оценки возможностей его эффективного применения в производстве пищевых продуктов, изучения потенциальных возможностей в получении пищевых добавок.

Большой вклад в разработку научных основ производства добавок из нетрадиционного сырья, их целенаправленного и рационального использования для повышения пищевой ценности продуктов питания внесли известные отечественные ученые: Л В. Ангипо-ва, ЛЯ. Ауэрман, В И. Дробот, А.И. Жаринов, АВ. Зубченко, Л.Н. Казанская, Н.П. Козьмина, ЛВ. Кретович, СЛ. Корячкина, Г.И. Касьянов, Л.С. Кудряшов, В .И. Криштафович, А.Б. Лисинын, НН. Липатов, ИВ.Матвеева,В.А. Патт, Л.П. Пащенко, И.А. Рогов, НЛ. Роева, Т.В. Санина,Э.С. Токаева, Г.О.Магомедов, Т.Б. Цыганова и др. Учитывая имеющийся отечественный опыт в этой области при актуальности разработки импортозамещающих технологий белковых растительных препаратов и продуктов с их использованием, развитие подходов, принципов и методов использования вторичных продуктов переработки амаранта в производстве пищи имеет научный интерес, практическую и социальную значимость.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом НИР кафедры технологии мяса и мясных продуктов ШУ ВПО «Воронежская государственная технологическая академия» «Теория и практика производства биологически полноценных, комбинированных, аналоговых и функциональных продуктов питания на основе рационального использования сельскохозяйственных ресурсов с привлечением методов биотехнологии» (№ г.р; 012.006.037.63; 2006-2010 гг.);

Цель работы - разработка концептуальных подходов и методологии получения и применения белковых препаратов из жмыха амаранта при производстве новых продуктов питания с заданным соотношением пищевых веществ.

В рамках поставленной цели решались следующие задачи:

- установить особенности соотношения белковых фракций, аминокислотный, жирнокислотный, углеводный, минеральный, витаминный состав жмыха амаранта и оценить его потенциальные возможности как источника для обогащения пищевых систем нут-риенгами и биологически активным и веществами;

- дать комплексную характеристику пищевой ценности, физико-химических, функционально-технологических свойств белков амаранта в различных пищевых системах;

- исследовать жмых амаранта на предмет безопасности и дать оценку его токсичности;

- обосновать подходы и разработать способ получения концентрированной формы белков из жмыха амаранта;

- обосновать условия применения жмыха амаранта и концентрата белка амаранта в технологических процессах производства сбалансированных и обогащенных продуктов питания различных ассортиментных групп;

- разработать рецепгурно-компоненгные решения сбалансированных и обогащенных продуктов питания на основе сырья животного и растительного происхождения и рекомендации для корректировки традиционных технологических схем их производства;

-разработать проекты технической документации на продукты питания с использованием белков амаранта, провести их промышленную апробацию с оценкой качества и биологической ценности и дать оценку экономической целесообразности их производства.

Научная новизна состоит в обосновании технологии продуктов широкого потребительского спроса со сбалансированным химическим составом и обогащенных белковыми препаратами на основе жмыха амаранта:

- впервые обобщены и дополнены информационные сведения в области идентификации химических компонентов жмыха амаранта. Дана качественная и функционально-технологическая сравнительная характеристика белковых систем амаранта. Отмечено высокое содержание биологически-активных веществ, таких как сквален и селен. Изучен состав углеводного комплекса жмыха амаранта, до-

казана его безопасность с точки зрения содержания вредных веществ и радионуклидов;

- идентифицированы основные функциональные фракции белкового комплекса жмыха амаранта;

- на основе исследования функционально-технологических свойств сформулированы критерии и обоснованы направления использования белков амаранта в технологии продуктов широкого потребительского спроса;

- сформулированы и реализованы методологические принципы создания новых пищевых продуктов с использованием белковых препаратов амаранта, оптимизированы их рецептурно-компонентные составы, обоснованны технологические режимы их производства.

Практическая значимость. Получена и систематизирована полная информация о химическом составе и свойствах жмыха амаранта как источника белков растительного происхождения. Разработаны режимы и условия получения белковых препаратов из жмыха амаранта с содержанием белка не менее 60 %. Определены рациональные пути, способы и условия применения амарантовых белковых препаратов в технологии продуктов питания широкого потребительского спроса со сбалансированным химическим составом. Определены важнейшие показатели разработанных продуктов с использованием белков амаранта. Разработаны проекты технических условий на производство ассортиментного спектра продуктов питания с использованием белковых препаратов го жмыха амаранта -расстегаи закусочные, мясорастигельный паштет, свиные сардельки, творожный десерт, кетчуп. Технологии мясных продуктов с использованием белковых препаратов из жмыха амаранта апробированы в условиях ОАО «Мясокомбинат Аннинский».

Расчеты доказывают экономическую целесообразность и эффективность технических решений, новшна которых подтверждена патентом РФ № 2348255 «Способ производства вареных колбасных изделий».

Научные положения, выносимые на защиту:

• новый источник полноценного белка из сырья растительного происхождения-жмых амаранта;

• химический состав жмыха амаранта, физико-химические и функционально-технологические свойства белков амаранта;

• условия и режимы получения белкового концентрата из жмыха амаранта и функционально-технологические свойства пищевых

систем с его использованием; • условия и рекомендации по применению белков амаранта в технологии продуктов функционального питания.

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертационное исследование соответствует п. 2,3,5 и 10 паспорта специальности 05.18.07 - «Биотехнология пищевых продуктов и биологических активных веществ».

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены в период 2007-2010 гг. на ежегодных отчетных научных конференциях ГОУ ВПО «Воронежская государственная технологическая академия»; всероссийских научно-технических и научно-практических конференциях: «Инновационные технологии переработки сельскохозяйственного сырья в обеспечении качества жизни: наука, образование и проговодство» (Воронеж 2008), «Аграрная наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения» (Ульяновск 2009), конференции «Региональный рынок потребительских товаров: особенности и перспективы развития, качество и безопасность товаров и услуг» (Тюмень 2009). Разработки экспонировались на научно-технических выставках: I и П Воронежском промышленном форуме 2008 г. и 2009 г. (конкурс инновационных проектов); 25-ой межрегиональной специализированной выставке ПРОДТОРГ 26-28 ноября 2008 г в г. Воронгже; конкурсе инновационных проектов «Воронежский агропромышленный форум» (Воронеж, 2009); народном смотре качества продуктов питания массового потребления Воронежской области 19 февраля 2008 г. и удостоены четырех дипломов в составе коллективной кафедральной экспозиции.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 8 работ, в том числе 1 статья в журнале, рекомендованном ВАК РФ, 2 статьи в научно-технических журналах и материалах конференций, 5 тезисов, 1 патент РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа включает введение, обзор литературы, характеристику объектов и методов исследований, три главы эксшрименгальной части, выводы, список использованных источников и приложений. Работа содержит 139 страниц машинописного текста, 115 страниц приложений, 74 таблицы, 33 рисунка. Библиографический список включает 109 наименований.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель изадачи исследований.

В главе I «Аналитический обзор литературы» обобщен накопленный опыт применения растительных белков в технологии пищевых продуктов, в том числе для стабилизации функционально-технологических свойств и показателей качества готовых изделий. Проанализирован зарубежный и отечественный опыт применения растительных белков в производстве продуктов питания. Показано, что отечественное производство растительных белковых препаратов не развито и требует дополнительных исследований в направлении поиска новых источников.

В главе II «Объекты, материалы и методы исследований» представлены порядок проведения, объекты и методы экспериментальных исследований (рис. 1).

В соответствии с целью и задачами работы объектами исследования служили: амарантовый жмых, полученный на базе ООО «Русская Олива» при переработке амаранта сорта СгиепШэ урожая периода 2008 - 2009 гг.; пищевые системы на основе сырья животного и растительного происхождения с заменой в различных количествах основного сырья гидратированными белковыми препаратами амаранта; комбинированные колбасные и кулинарные изделия с использованжм в качестве рецептурного ингредиента амарантового жмыха (сардельки, паштет, кетчуп, десерт творожный) и концентрата белка амаранта (расстегаи з а кусочные )

Экспериментальные исследования проводили в условиях НИЛ кафедры технологии мяса и мясных продуктов, аналитической химии ВГТА, научной лаборатории Воронежского института МВД, Орехово-Зуевского филиала Федерального государственного учреждения «Менделеевский центр стандартизации, методологии и сертификации», лабораторий Всероссийского научно-исследовательского

ветеринарного института патологии, фармакологии и терапии сельскохозяйственных животных.Массовую долю веществ в исходном растительном сырье, препаратах белка амаранта определяли: жир -методом Ружковского в аппарате Сокслета в соответствии с требованиями ГОСТ 13979.2-94; сырой протеин - по ГОСТ 134964-53; влагу - по ГОСТ 13496.3-52 (ИСО 6496-83); сырую золу - по ГОСТ 26226-95; массовую долю сырой клетчатки - по ГОСТ 134962-91; массовую долю влаги - по ЮС Т 9793-74; рН - потенциомегрическш методом, состав углеводного комплекса -методом высокоэффективной жидкостной хроматографии; аминокислотный состав - методом ионообменной хроматографии на аминоанализаторе ААА-381; функционально-технологические свойства: влагосвязываютцую способность по методу Грау и Хама в модификации В .П. Воловинской иБИ.Кельман;

Рисунок 1 - Схема экспериментальных исследований влагоудерживаюшую - согласно рекомендациям (JI.B. Ангипова и др., 2001). Растворимость в воде, набухаем ость, сорбционная емкость в соответствии с рекомендациями (А.Г. Стромберг 2001); органолепгические показатели - согласно рекомендациям (Ангипова JIB. и др., 2004); переваримость белков исследуемых продуктов

пищеварительными ферментами «in vitro» - методом Покровского-Ертанова; оценку аминокислотной сбалансированности и биологической ценности сырья и продуктов согласно рекомендациям (Н.Н. Липатов, 1995). Наличие и стойкость исследуемых ароматов определяли на установке «электронный нос» (Я И. Коренман, ТА. Кучменко, 2002). Определение липидных компонентов проводили методом газожидкостной хроматографии, массовую долю микроэлементов Си, Fe, Со - в соответствии с ГОСТ Р 51637-2000, Zn и Мп - по ГОСТ 27995-88, Se - по МУК 4/1/033-95, Кислотное число - в соответствии с ГОСТ 13496.18-85, экспресс-биотест на биологическую безопасность - с использованием культуры Paramecium caudatum. Радионуклиды (цезий-137, стронций-90, йод-131) в жмыхе определяли в соответствии с требованиями МУК 2.6.1.1194-03; токеикометрическую оценку жмыха амаранта проводили в остром опыте на лабораторных животных (белые крысы, белые мыши). Для проектирования и оптимизации рецептурно-компонентного состава разработанных продуктов использовали программу «Generic2.0» КубГТУ.

В главе III «Химический состав жмыха и разработка технологии получения белковых концентратов» приведены экспериментальные данные об общем химическом,фракционном и аминокислотном составе белков, жирнокислотном составе липидов, углеводном комплексе, витаминном иминеральном составе жмыха амаранта, показателях биобезопасности, которые использованы при разработке технологии получения концентрированных форм белковых препаратов из амарантового жмыха.

Жмых амаранта характеризуется высокой долей бежа и углеводов (рис 2), в связи с чем представляет интерес изучить качество этих пищевых веществ с позиций современной теории питания и требований к безопасности пищевых источников.

Установлено, что жмых амаранта является источником витаминов, особенно Р и Е. Содержание витаминов составляет, мг/100 г жмыха:Р-113;А-2,55;Е- 110,99;В2-1,24;С -45,98 при соответствующем содержании минеральных веществ, мг/100 г жмыха: Са -46; Se - 158; Fe -260,1; Zn - 26,95;Mn - 39,45; Co -3,45; Cu -10,77. При исследовании фракционного состава белков по растворимости установлено, что белковая система жмыха амаранта менее гетерогенна, чем соевая, в которой превалирует водорастворимая фракция (68,3%) в сочетании с соле- и щелочерастворимой. Отличительной особенностью бежов жмыха амаранта является отсутствие щелочерастворимой фракции и превалирование солерастворимой в сочетании с водорастворимой (рис. 3).

Полученные данные предполагают более выраженные структурообразующие свойства белковых систем амаранта по сравнению с соевыми, что весьма положительно для технологии мясных и других белковых продуктов для ф орм ирования консистенции и массового выхода при термической обработке.

Экспериментально установлено, что содержание жирных кислот в жмыхе амаранта составляет, %: лауриновая (С^о) - 0,45; миристиновая (С15:0) - 0,43; пальмитиновая (С1б:0) - 21,8; пальмиголеиновая (С16:1) - 0,54; маргариновая (С17:0) - 0,5; стеариновая (С,80) - 2,9; олеиновая (С18:1) - 22; линолевая (С,га) - 51,6; линоленовая (С^з) - 0,85. Триглицериды ли-пидов жмыха представлены комплексом ненасыщенных жирных кислот (линолевая, олеиновая, линоленовая), причем их содержание составляет 75 %, из них 50 % приходится на долю линолевой кислоты, из которой синтезируется арахидоновая кислота, являющаяся предшественником простагланди-нов в организме. Анализ липидных фракций показал наличие сквалена - важного элемента для человеческого организма, который до этого получали только из печени глубоководной акулы, его содержание в жмыхе амаранта составило 5,583 мт/г, в то время как содержание его в печени акулы составляет около 10 мг/г,то есть всего в 2 раза больше. С учетом того, что вылов акул в настоящее время сильно ограничен и дорог, амарант становится перспективным и дешевым источником сквалена.

57,47

ПИ влага, % 0 белки, %

□ у глеводы, % И жиры, % ЕЗ зола, %

Рисунок 2 - Гистограмма общего химического состава жмыха амасанта

Амарант

О в во;

□ в растворе №ОН 0,8 %

Соя

О в растворе 10 %

Рисунок 3 - Гистограмма фракционного состава белков жмыха амаранта, % к сумме всего извлеченного азота при растворении

Как видно из представленных данных расчета нутриенгного состава белков амаранта и сои (табл. 1), белок амаранта лучше сбалансирован и имеет большую, по сравнению с соей, биологическую ценность. Углеводная часть представлена поли- и олигосахаридами, в частности более 50 % крахмалом, обнаружены следы moho-, ди-, три-, тетрасахаридов (табл. 2).

Таблица 1 - Расчет нутриенгного состава белков амаранта и сои

Наименование аминокислоты Белок жмыха амаранта Белок сои

Ак скор ДРАС Коэфф. Утилит АК Ак скор ДРАС Коэфф. Утилит АК

Валин 98 42,371 0,566 92,0 54,857 0,404

Изолейцин 87 31,571 0,637 102,5 65,357 0,362

Лейцин 84 28,571 0,660 101,4 64,286 0,366

Лизин 73 17,299 0,762 110,9 73,766 0,335

Метионин 55,4 0,000 1,000 37,1 0,000 1,000

Треонин 96,5 41,071 0,574 92,5 55,357 0,402

Фенил ал анин 100 44,571 0,554 70,0 32,857 0,531

Триптофан 100 44,571 0,554 140,0 102,857 0,265

Другие показатели

КРАС 31,25 56,17

БЦ 68,75 43,83

СКОР min 55,43 37,14

Коэф.ут.АК.сост. 0,64 0,41

Показатель со-пост. избыт. 0,2001 0,5150

Таблица 2 -Состав углеводного комплекса жмыха амаранта

Определяемые показатели Содержание углеводов (мг/г)

1 2 1 3

Моносахариды:

1. Глюкоза 1,279 ± 0,001

2. Галактоза 0,819 ± 0,002

3. Фруктоза 1,298 ± 0,002

4. Арабиноза 0,264 ± 0,001

5. Рамноза 0,317 ± 0,001

6. Ксилоза 0,241 ± 0,002

7. Галактуроновая кислота 1,369 ± 0,001

8. Глюкуроновая кислота 1,302 ± 0,001

Ди- и трисахариды:

1. Сахароза 2,273 ± 0,001

2. Рафиноза 0,314 i ± 0,001

Тетрасахариды:

1. Стахиоза 1,042 ± 0,001

1 2 з

Поли- и олигосахариды:

1. Водорастворимые полисахариды 11,089 ± 0,001

2. Пектиновые вещества 7,812 ± 0,001

3. Целлюлоза 2,787 ± 0,002

3. Гемицеллюлозы А 0,597 ± 0,002

4. Гемицеллюлозы Б 1,230 ± 0,002

5. Крахмал 51,109 ± 0,001

При исследовании жмыха амаранта на безопасность особый интерес представляют вещества, которые могут содержаться в почве, на которой вырастили амарант, такие как радионуклиды, удобрения, тяжелые металлы и т.д. Экспериментально установленное содержание радионуклидов в жмыхе амаранта составляет, Бк/кг: цезий 137 — 10; стронций 90 - 0,2; йод 131 - не обнаружен. Как видно из данных табл. 3, полученные значения показателей безопасности не превышают нормативные значения СанПиН 2.3.2.1078-01 и характеризуют объект как безопасный для получения пищевых форм белков.

Таблица 3 -Содержание вредных веществ в жмыхе амаранта

Определяемые показатели, Жмых ама- Величина допус- НД на методы

единицы измерения ранта тимого уровня исследования

ГХЦГ, мг/кг Менее 0,001 0,5 МУсб.Т. 1-2

ДЦТ, мг/кг Менее 0,001 0,02 МУ сб. Т. 1-2

Ртуть, мг/кг 0,009 0,03 ГОСТ 26927-86

Мышьяк, мг/кг 0,008 0,2 ГОСТ 26930-86

Свинец, мг/кг 0,025 0,5 ГОСТ 30178-96

Кадмий, мг/кг 0,010 0,1 ГОСТ 30178-96

Токсичность, мг/кг НПЧМ Не допускается МУ

Афлатоксин В -1 Менее 0,002 0,005 МР 2273-80

Т-2 токсин Менее 0,001 1,0 МУ 3184-80

Зеараленон Ф-2 Менее 0,02 1,0 МУ 5177-90

Дон Менее 0,02 0,7 ГОСТ 51116-97

Ртуть содержащие Не обнаружены Не допускается МУ сб. Т. 1-2

пестициды

2,4 Д Не обнаружены Не допускается МУ сб. Т. 1-2

Получение концентрата растительного белка предполагает частичное удаление сопутствующих балластных веществ, главным образ ом, липидов, углеводов, ангипитательных компонентов с обеспечением конечной массовой доли белка в продукте не менее 60 %. Применительно к обработке культур, содержащих минимальное количество липидов и максимальное - углеводов, главным образом, крахмала, традиционная технология получения концентратов

достаточно проста и реализуется на этапах: экстрагирование белка с последующим осаждение ш раствора, промывка, сушка.

Учитывая преимущества методов биотехнологии, для удаления балластных компонентов целесообразно использование ферментативного гидролиза. Для гидролиза углеводных фракций как балластных веществ в жмыхе амаранта использовали комплексный ферментный препарат ГлюкоЛюкс-А, производства ООО ПО "Сиббио-фарм". Выбор препарата связан со спецификой его действия. Препарат ГлюкоЛюкс-А применяется для осахаривания частично расщепленных полимерных молекул крахмала, при этом глюкоамилаза последовательно гидролизует а -1,4- и а-1,6-гликозидные связи, отщепляя с нередуцирующих концов молекул крахмала, декстринов, оли-госахаридов остатки глюкозы, являющейся конечным продуктом гидролиза. По данным ООО ПО "Сиббиофарм", амилолитическая активность ГлюкоЛюкс-А составляет (5000±500) ед. ГлА/г(см3), оптимальные условия действия: рН 4,0-5,5, темшратура 55-60 ОС, диапазон действия: рН -3,0-8,5.

„»1-

5»о--. I .

¡7.

Я 60---

&50 / -—/-

в 30 -

120 • -4--

I ю у-

1 °° / / у /

Двзаротп врсхшрятл, ПжА/г хрлчышшл

Рисунок 4 - Влияние дозировки Рисунок 5 - Влияние рН при фермента-ферментного препарата на степень тивном гидролизе на накопление

гидролиза крахмала редуцирующих веществ

При определении рациональной дозировки ферментного препарата из следующего исследованного перечня 0,0002; 0,0003; 0,0005; 0,0007; 0,0008; 0,001; 0,0012; 0,0014; 0,0016 ед. ГлА/г крахмала соответственно руководствовались тем, что в ходе ферментативного гидролюа в суспензии происходит накопление редуцирующих веществ и, как следствие, изменяется степень гидролиза крахмала, который является превалирующим полисахаридом в составе жмыха амаранта. Как видно из данных на рис. 4, целесообразным является применение ферментного препарата в дозировке 0,0008 ед. ГлА/г крахмала.

Для достижения максимальной степени гидролиза углеводной фракции растительного сырья необходимым условием является со-

30 25

г £ 20

? 5" 1. § 15 : 3 8 10

)

/ с с

/ /

/

/ /

/

блюдение интервала рН-стабильностиферментных препаратов вблизи точки рН-оптимума. При исследовании влияния рН на накопление продуктов гидролиза в диапазоне рН от 1,0 до 10,0 (рис. 5) установлено, что ярко выраженный максимум активности наблюдается при рН 5,0 с интервалом рН-стабильности 4,0-5,5, что согласуется с из вестным и данным и ф ирмы -произ водителя.

Экспериментально установленная целесообразная продолжительность ферментативного гидролиза (рис. 6) составляет 3 ч. Увеличение времени в данном случае неоправданно удлиняет технологический процесс без улучшения качества и увеличении выхода конечного продукта.

По совокупности полученных результатов предложена технологическая схема получения концентрата белков амаранта, основные этапы которой представлены на рис. 7. Полученный продукт содержит, %: влаги-4,8; золы -3,7; жира - 0,9; углеводов - 23,6; протеина в пересчете на сухое вещество - 67, что позволяет считать его концентратом.

Реализация разработанной технологической схемы позволяет в режиме экономии с применением ферментативного гидролиза получать обогащенные белком системы из жмыха амаранта для пищевой промышленности.

В главе 4 «Свойства белковых препаратов в пищевых системах» представлены результаты исследования функционально-технологических свойств жмыха амаранта и концентрата белка амаранта, а также пищевых систем с их использованием, так как они определяют качество готовых продуктов и степень приемлемости сырья при производстве продуктов различных ассортиментных групп. Данные, представленные на рис. 8, позволяют сделать вывод о технологическом значении объектов исследования: жмых амаранта и концентрат его белков являются хорошими эмульгаторами, следовательно, их целесообразно использовать в рецептурах с повышенным содержанием жировых компонентов. Способность веществ биополимерной природы к растворению и набуханию - весьма важные критерии для формирования показателей качества и усвояемости продуктов. В результате контакта высокомолекулярных соеди-

0 1 2 3 4 ... 24 Время, ч

Рисунок 6 - Влияние продолжительности ферментативного гидролиза на накопление редуцирующих веществ

нений (ВМС) с растворителем с эффектом поглощения, увеличивается объем и масса полимера. Из полученных данных по изменению во времени степени набухания белковых препаратов амаранта, которую определяли как отношение массы поглощенной жидкости к единице массы белка (рис. 9), можно сделать вывод, что перед применением белковые препараты из амаранта целесообразно гидрати-ровать в соотношении 1:3, поскольку предварительная гидратация концентрированного белка способствует более эффективному использованию его функционально-технологических свойств:

Рисунок 7. Технологическая схема получения концентрата белков амаранта

повышению количества удерживаемой концентратом влаги, жиросвязы-вающей и эмульгирующей способности, снижению вероятности бульон-но-жировых отеков и других дефектов продукции.

ККГ, % ВУС,% эс,% сэ,%

Жмых амаранта ■ Белковый концентрат

Рисунок 8 - Функционально-технологические свойства жмыха и белкового концентрата амаранта

—о— концентр ат белка амар анга — »— жмых амар анта Рисунок 9 Изменение степени набухания белковых препаратов амаранта

Результаты исследования функционально-технологических свойств (ФТС) мясных фаршей с добавлением гидратированных жмыха амаранта (соотношение жмых амаранта : вода = 1 : 3) и концентрата белка из жмыха амаранта (соотношение концентрат бежа : вода =1 :3) представлены в табл. 4.

Таблица 4 - ФТС модельных фаршей с частичной заменой сырья продуктам и переработки амаранта

Объекты исследования ВСС, % ВУС, % ЭС, % СЭ, %

1 2 3 4 5

Свинина жирная 30,8 48,2 62,8 78,0

Фарши из свинины жирной с ее заменой на жмых амаранта, %

10 33,5 47,4 64,3 80,3

15 38,2 43,8 69,5 81,1

20 40,1 40,5 73,9 78,5

25 40,5 37,7 63,4 73,6

30 39,0 36,7 62,8 72,5

Фарши из свинины жирной с ее заменой на концентрат белка амаранта, %

10 38,3 47,4 69,2 81,0

1 2 3 4 5

15 44,3 38,3 72,8 80,0

20 48,4 36,6 77,8 79,2

25 48,5 35,9 65,3 74,5

30 46,0 35,7 62,8 73,4

Из анализа полученных результатов следует, что рациональным является применение гццратированных жмыха амаранта и концентрата белка из жмыха амаранта в дозировках 20 % к массе мясного сырья соответственно.

В главе 5 «Применение белков амаранта в технологии продуктов функционального питания» приведены результаты проектирования рецептур пищевых продуктов с применением белковых препаратов амаранта на основе программного обеспечения Generic 2.0 и разработки модифицированных технологий производства продуктов с применением белковых препаратов амаранта. Функция желательности аминокислот Функция желательности аминокислот

Рис 10. Диаграммы функций желательности сбалансированности аминокислотного состава фарши из свинины жирной (а) и в комбинации со жмыхом амаранта (б): (![ -валина; с12 - лейцина; <1з - изолейцина; - лизина; - метио-нина + цистина; (16- фенлаланина + тирозина; с17 - треонина; с18 - триптофан.

Гидратированный в соотношении 1:3 жмых амаранта использован для компьютерного моделирования мясной основы по критерию м иним изации коэфф ициента различия ам инокислотного скора.

Графические монограммные аналоги мультипликативной модели сбалансированности аминокислотного состава рецептурных композиций представлены на рис. 10а для свиного фарша и рис. 106 для свиного фарша со жмыхом амаранта, откуда видно, что общая функция желательности для фарша со жмыхом амаранта составляет 0,95, а для свиного фарша 0,91. Это доказывает повышение биологической ценности комбинированного фарша и целесообразность его

использования в качестве основы при разработке рецептурно-компоненгных решений эмульгированных мясных продуктов, поль* зующхся стабильным потребительским спросом, например, сардельки и ив делия паштетной группы.

Аналогичные результаты по повышению сбалансированности аминокислотного состава пищевых белковых систем получены для ре це пгур но -к ом по не нг ны х решений творожных десертов с использованием гидратированного в соотношении 1:3 жмыха амаранта и мясной начинки для расстегаев с использованием концентрата белков амаранта в форме белковой пасты. Прирост общей функции желательности аминокислотного состава продуктов составляет соответственно 0,2 и 0,18.

По результатам исследований обоснованы и предложены модифицированные рецепгурно-компоненгные решения и технологические схемы производства продуктов питания широкого потребительского спроса: с применением жмыха амаранта -мясорастигель-ный паштет, сардельки на основе свинины жирной, творожный десерт, кетчуп; с применением белкового концентрата амаранта в составе мясной начинки - расстегаи закусочные.

Модифицированные технологические схемы отличаются от традиционных дополнительными стадиями подготовки и внесения белка амаранта. Примеры рецептур для расстегаев закусочных приведены в табл. 5,модифицированная технологическая схема -на рис. 11. Таблица 5 - Рецептуры расстегаев закусочных

Сырье для теста и для фарша Норма введения продуктов, г/ 100шт

Модифицированная рецептура Классическая рецептура

Мука пшеничная 2965,0 2965,0

Сахар-песок 110,0 110,0

Маргарин столовый 210,0 210,0

Меланж 350.0 350,0

Соль 45,0 45,0

Дрожжи 90,0 90,0

Свинина 1563,5 1954,5

Лук репчатый 178,5 178,5

Перец черный молотый 1,0 1,0

Петрушка (зелень) 13,5 13,5

Гидратированный концентрат белка амаранта (1:3) 390,5

По органолептическим показателям разработанные расстегаи соответствуют требованиям к традиционным продуктам данной ассортиментной группы (табл. 6). Применение метода пьезокварцевого микровзвешивания для количественной оценки ароматов разработанных продуктов с использованием белковых препаратов амаранта подтверждает положительное влияние на их интенсивность (рис. 12), что, по-видимому, обусловлено гармоничным сочетанием с эффекта« синергизма ароматов мясного сырья и вносимых белковых добавок и в итоге положительно сказывается на потребительских свойствах разработанных продуктов.

гаев закусочных.

Наименование показателя Характеристика показателя

Внешний вид Расстегаи с глянцевой, золотистой поверхностью с открытой серединой для начинки без повреждений оболочки в друшх местах

Консистенция Оболочка пористая, пропеченная, начинка мягкая, однородная, измельченная

Вид на разрезе Тестовая оболочка толщиной не более 1 см, в центре мясная начинка

Цвет От коричневато-серого в центре до бело-золотистого по краям

Запах и вкус Свойственные данному виду продукта, в меру соленый, с ароматом специй и пряностей, без посторонних привкуса и запаха

Форма, размер Расстегаи овальные длиной до 7-8 см и диаметром 4-5см с заостренными концами

Рисунок 12. Примеры «визуальных отпечатков» ароматов для начинки расстегаев классических (а) и с применением концентрата белка амаранта (б).

В качестве чувствительных пленок были выбраны следующие: полярные: тритон Х-100, полиэтиленгликоль ПЭГ-2000, поливинилпирромидон; неполярные: Апиезон-1Ч, пчелиный воск, природный сорбент сложного состава прополис, который проявляет высокую сорбционную активность к веществам различной природы. Было оценено сорбционное сродство выбранных пленок к многокомпонентным газовым смесям и выбраны три пленки, наиболее чувствительные к растительньм компонентам: Тритон X-100, прополис, Апиезон-К, которые наносили на электроды пьезорезонаторов.

Результаты исследования переваримости фарша расстегаев закусочных, изготовленных с применением белкового концентрата жмыха амаранта и аналогичного объекта, изготовленного по традиционной рецептуре, представлены на рис. 13. Эксперименталь-

ные данные свидетельствуют о высокой доступности и степени деструкции белков разработанных продуктов ферментам и желудочно-кишечного тракта человека.

Степень переваримости белковой системы составляет: для фарша расстегаев по традиционной рецептуре 70 % и фарша рассте-

Согласно расчетам, в начинке расстегаев с концентратом белков амаранта содержится, г/100 г: белка -26,9; жира - 15,1; углеводов - 50,7; энергетическая ценность -1047,1 кДж.

По микробиологическим показателям расстегаи не превышают предельно-допустимые уровни, установленные «Гигиеническими требованиями к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов» СанПиН 2.3.2.1078-01.

Аналогичные результаты получены при комплексной оценке показателей качества и пищевой ценности разработанных нами продуктов со жмыхом амаранта (паштет мясорастигельный, сардельки на основе свинины жирной, кетчуп, десерт творожный).

Расчетная себестоимость предлагаемых к реализации продуктов составляет: паштета - 120,8 р/кг; сарделек - 101 р./кг; кетчупа -40,4 р./кг; десерта творожного - 96,1 р./кг; расстегаев закусочных -5,6 р./шт. Ожидаемыйэффект от реализации по 1 тыс. тА-од: паштета - 17,3 млн р.; сарделек - 5 млн р., кетчупа - 5 млн р.; десерта творожного -1,6 млн р.; расстегаев закусочных -8,4 млн р.

ВЫВОДЫ

1. На основе установленного химического состава жмыха амаранта обоснованы его преимущества как нового источника пищевого белка для создания новых продуктов питания функционального назначения и укрепления сырьевой базы белковых ресурсов.

2. Комплексная характеристика функционально-технологических свойств жмыха амаранта в различных пищевых системах позволяют использовать его для балансирования состава продуктов на основе мясного,молочного и растительного сырья. '

гаев с белковым концентрата« 76 %.

трипсин

—♦—Ферт с комц«шрят ом белка —•—фарш по традиционной рвцоттум

Рисунок 13 - Переваримость белков традиционных расстегаев и расстегаев с белковым концентратом в системе пепсин-трипсин

3. Оценка соотношения пищевых веществ и фракционного состава белков жмыха амаранта позволили обосновать и реализовать ферментную технологию получения белкового концентрата с применением препарата ГлюкоЛюкс-А.

4. В опытах на теплокровных животных и расчетным путем доказана безвредность и высокая биологическая ценность жмыха амаранта, концентрата белка из жмыха амаранта и продуктов с их использованием. 1

5. При помощи программы Generic 2.0 реализованы методологические подходы и принципы сочетания сырьевых ресурсов для получения сбалансированных пищевых систем с применением жмыха амаранта и белка амаранта.

6. Комплексное исследование функционально-технологических свойств белковых препаратов и комбинированных пищевых систем с использованием жмыха амаранта и концентрата белка амаранта позволили обосновать выбор ассортимента и разработать модифицированные технологии производства расстегаев, сарделек, паштета, десерта творожного, кетчупа с применением амарантовых белковых препаратов. Продукты имеют сбалансированный химический состав и обогащены биологически активными веществами.

7. Частные технологии апробированы в условиях производства, а на новые виды продуктов разработаны проекты технической документации. Экономические расчеты доказывают целесообразность и перспективность разработок.

Основные результаты диссертации опубликованы

в следующих работах: Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Федоров, A.A. Применение жмыха из семян амаранта в производстве комбинированных мясных продуктов. [Текст] / A.A. Федоров, JI.B. Антипова // Известия вузов. Пищевая технология. -2010. - № 4. - С. 11-13.-0,15 п.л. (лично автором 0,07 пл.)

Статьи и материалы конференций

1 .Антипова, JIB. Свойства и перспективы использования препаратов из амаранта и люпина в технологии пищевых продуктов [Текст]/JIB. Антипова Ж.И. Богатырева, A.A. Федоров. //Материалы XLV отчетной научной конференции за 2006 г. Воронеж.: гос. технол. акад. - Воронеж, 2007.- С.105-106. - 0,06 пл. (лично автором 0,02 пл.)

2.Богатырева,ЖИ. Перспективы использования белков люпина и жмыха амаранта в пищевых системах. [Текст] /Жй. Богатырева, АА. Федоров. //Материалы XLVI отчетной научной ковферен-

дии за 2007 г. Воронеж.: гос. технол. акад. -Воронеж, 2008.- С.81. -0,06 пл. (лично автором 0,03 пл.)

3.Антипова,ЛБ.Свойства и перспективы использования белковых препаратов из амаранта в технологии пищевых продуктов. [Текст]/ЛВ. Антипова, A.A. Федоров. //Материалы международной научно-технической конференции «Инновационные технологии переработки сельскохозяйственного сырья в обеспечении качества жшни: наука, образование и производство» Воронеж.: гос. технол. акад.-Воронеж,2008.-С.335-336.-0,06 пл. (лично автором 0,03 пл.)

4. Антипова, JIB. Жмых амаранта - перспектива пищевой промышленности. [Текст] / JIB. Антипова, АА. Федоров. // Материалы XLVÏÏ отчетной научной конференции за 2008 г. Воронеж.: гос. технол. акад. -Воронеж,2009.-С.158.-0,06 пл. (лично автором 0,03 пл.)

5. Антипова, JIВ.Свойства и перспективы использования белковых препаратов из амаранта в технологии пищевых продуктов. [Текст]/ЛВ. Антипова, A.A. Федоров. //Материалы международной научно-практической конференции «Аграрная наука и образование на современном этапе развития: опыт, проблемы и пути их решения». -Ульяновск: УГСХА. 2009. -С.160-163. - 0,2 пл. (лично автором 0,1 пл.)

6. Антипова, ЛВ. Разработка новых рецептур соусов с функциональными свойствами для здорового питания. [Текст] / Л В. Антипова, Ю.Н. Подвигина, АА. Федоров. // Сборник трудов третьей всероссийской заочной научно-практической конференции «Региональный рынок потребительских товаров: особенности и перспективы развития, качество и безопасность товаров и услуг». - Тюмень: ТГНУ. -2009. -С.16-20. -0,3 пл. (личноавтором 0,1 пл.)

7. Федоров, АА. Новый белковый концентрат из жмыха амаранта для мясной промышленности. [Текст]/АА. Федоров //Вестник Воронежской государственной технологической академии - Воронеж. -2009. -№3. -С. 55-58. -0,15 пл. (лично автором 0,15 пл.)

Изобретения

8. Пат. 2348255 РФ, МПК A32L 1/317. Способ производства вареных колбасных изделий [Текст] / Л В. Антипова, A.A. Федоров, M С. Боброва, AB. M ирошниченко; заявитель и патентообладатель Воронеж, гос. технол. акад. - № 2007128644/13; заявл. 25.07.2007.; Опубл. 10.03.2009, Бюл. №7. (Лично авторш 25%)

Подписано в печать 27.11.2010. Формат 60x84 %6.

Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 419.

ГОУ ВПО «В оронежская государствешия технологическая академ ия» Участок оперативной полиграфии ГОУ ВПО «ВГТА» 394036,Воронеж, пр. Революции, 19.

Введение

Глава 1 Аналитический обзор литературы

1.1 Роль белков в питании и их функции в организме человека

1.2 Источники пищевого растительного белка

1.3 Амарант — новый источник растительного белка

Глава 2 Объекты и методы исследования

2.1 Характеристика объектов

2.2 Схема экспериментальных исследований

2.3 Методы исследований

Глава 3 Химический состав жмыха и разработка технологии получения белковых концентратов

3.1 Химический состав жмыха амаранта

3.2 Исследование безопасности жмыха амаранта

3.3 Разработка технологии получения белкового концентрата из жмыха амаранта.

Глава 4 Свойства белковых препаратов в пищевых системах

Глава 5 Применение белков амаранта в технологии продуктов функционального питания 104 5.1 Проектирование рецептур пищевых продуктов с применением белковых препаратов амаранта на ЭВМ на основе программного обеспечения Сепепс2.

5.2 Разработка технологий производства продуктов применением белковых препаратов из жмыха амаранта изучение их свойств Общее заключение Выводы

Интерес к растениям как источникам получения пищевых белков возник сравнительно недавно, благодаря стремительному научно-техническому прогрессу в сфере производства продовольствия и возникшим качественно новым направлениям интенсификации процессов получения пищи из вторичных ресурсов и нетрадиционных источников.

Организм животных не может синтезировать белок из неорганических веществ, а создает его из растительного и животного белков.

Благодаря короткому циклу воспроизводства, по ресурсным, экономическим и экологическим оценкам, одним из перспективных источников пищевого белка выступают растения.

По данным института питания РАМН, уровень и качество питания основных групп населения в нашей стране в последние десять лет резко снизились. Особенно низким стало потребление белковых продуктов. Соответственно увеличилось потребление углеводсодержащей пищи. Традиционным путем увеличения ресурсов пищевого белка является увеличение производительности растениеводства [48].

Современный этап развития пищевой технологии связан с обеспечением качественно нового скачка в эффективности использования ресурсов планеты для производства пищи. Промышленное освоение новой пищевой технологии позволит повысить качество, снизить себестоимость, расширить объем и ассортимент производимого продовольствия уже на существующей сельскохозяйственной базе при одновременном развитии традиционных и нетрадиционных методов производства пищи [42].

Успешная работа предприятий пищевой промышленности с учётом растущих цен в ближайшем будущем будет зависеть от их способности изыскивать и оптимально использовать белки для переработки на пищевую продукцию с целью организации снабжения потребителя экономичными и высокопитательными продуктами. Для удовлетворения этого требования необходимо реализовывать новую политику в области разработки и применения растительного белка. В качестве источника растительного белка сейчас уже используют различные белоксодержащие продукты, в частности, зернобобовые культуры, в которых ведущее место по значению в питании занимает соя [23].

В России большое внимание уделяется разработке новых источников и форм пищевого белка и их вкладу в увеличение объемов продукции животноводства в связи с превалирующим развитием производства новых форм мясных и молочных продуктов в целях снижения дефицита полноценных белков. Данное направление объединяет технологию получения белков различной степени чистоты и их переработку в новые пищевые продукты массового потребления [42].

Проблема получения недорогого, сбалансированного по аминокислотному составу животного и растительного белка в России на сегодняшний день еще не решена. В то же время только половина населения страны обеспечена необходимой нормой потребления белков (49г белка в сутки). Быстрее и более экономично можно решить эту проблему, используя продукцию растениеводства, в частности, за счет переработки сои [23]. Несмотря на большие территориальные размеры России, ее доля в мировом производстве масличного сырья составляет 1,5%. Определяющим фактором возделывания масличных культур служат природно-климатические условия.

Несмотря на то, что посевные площади постоянно возрастали, объем валового сбора масличных культур не имел стабильной тенденции к увеличению, наоборот, за счет ежегодного снижения урожайности даже при значительном расширении посевных площадей в 1996-2000 гт. величина урожая не выходила даже на доперестроечный уровень. Только в 2003 и 2004 гг. удалось существенно превысить показатель валового сбора пятилетки 1986-1990 гг. Но и этого уровня не достаточно, чтобы обеспечить в полной мере потребность населения в растительных маслах. В связи с этим предлагаются определенные изменения в площадях посева масличных культур при доведении их до 7,2 млн. га.

Соевый союз России предлагает программу «Развитие производства растительных протеинов в промышленных масштабах», согласно которой к 2010 г. дефицит пищевого белка должен быть восполнен за счет производства 350 тыс. т растительных белков и 650 тыс. т белков животного происхождения. Белки с полным комплексом незаменимых аминокислот содержатся в сое, нуте, амаранте, рапсе, льне. Соя позволяет получить от 5 до 15 ц чистого полноценного белка с каждого посевного гектара. Для сравнения, фуражная пшеница, которой засеивают около 80% самых плодородных земель на юге России, дает в 20 раз меньше белков, причем неполноценных. Стоит задача за два года удвоить посевные площади под соей. В этой культуре столько перевариваемого и легкоусвояемого протеина, сколько в черной икре, есть необходимые для физиологических функций фосфатиды, лецитиновый комплекс, самые разнообразные минералы и витамины, уникальные фосфолипиды — составная часть клеточных мембран всех живых организмов. [26]

Белок высочайшего качества дает амарант. Из его ценнейшего масла выделяется сквален, способный быстро восстанавливать кожный покров и наращивать ткани живых организмов.

В США создан Институт амаранта и поставлена задача довести производство семян данного растения до 7,5 млн т. У нас в России амарант может расти везде, включая Урал и Западную Сибирь. Он дает урожай до 40 ц/га, но ежегодно получаем всего лишь 15 тыс. т этой уникальной культуры. Соевый союз России предлагает к 2010 г. увеличить производство амаранта до 500 тыс. т. [27].

Именно эти три протеиновых гиганта: соя, нут, амарант — способны поднять разработки белковых препаратов растительного происхождения на самый высокий мировой уровень [27].

Поскольку в мировой практике белок амаранта еще недостаточно исследован и не применяется для создания пищевых продуктов, целью работы состоит в разработке концептуальных подходов и методологии получения и применения белковых препаратов из жмыха амаранта при производстве новых продуктов питания с заданным соотношением пищевых веществ.

Цель работы состоит в разработке концептуальных подходов и методологии получения и применения белковых препаратов из жмыха амаранта при производстве новых продуктов питания с заданным соотношением пищевых веществ.

Задачи работы: установить особенности соотношения белковых фракций, аминокислотный, жирнокислотный, углеводный, минеральный, витаминный состав жмыха амаранта и оценить его потенциальные возможности как источника для обогащения пищевых систем нутриентами и биологически активными веществами;

- дать комплексную характеристику пищевой ценности, физико-химических, функционально-технологических свойств белков амаранта в различных пищевых системах;

- исследовать жмых амаранта на предмет безопасности и дать оценку его токсичности;

- обосновать подходы и разработать способ получения концентрированной формы белков из жмыха амаранта;

- обосновать условия применения жмыха амаранта и концентрата белка амаранта в технологических процессах производства сбалансированных и обогащенных продуктов питания различных ассортиментных групп;

- разработать рецептурно-компонентные решения сбалансированных и обогащенных продуктов питания на основе сырья животного и растительного происхождения и рекомендации для корректировки традиционных технологических схем их производства;

- разработать проекты технической документации на продукты питания с использованием белков амаранта, провести их промышленную апробацию с оценкой качества и биологической ценности и дать оценку экономической целесообразности их производства.

ОБЩЕЕ ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Полученные результаты свидетельствуют о целесообразности использования жмыха амаранта как нового пищевого источника белка ввиду его ценности с точки зрения соотношения и количества пищевых веществ, их качественного состава, а так же безопасности для здоровья.

Углубленное исследование состава и свойств жмыха амаранта позволяют классифицировать его как биологически ценный объект, содержащий функциональные ингредиенты, на базе которого возможно производство продуктов питания широкого потребительского спроса с лечебно-профилактическим эффектом.

Оценка ФТС говорит о возможности сочетания с различными

I пищевыми системами при улучшении качественных показателей и выхода продукта.

Разработанные изделия могут быть отнесены к функциональным продуктам питания, поскольку установлено, что в них после внесения белковых препаратов на основе амаранта увеличилось содержание белка, а так же селена и железа, и могут быть рекомендованы для восполнения в рационе дефицита важных для человеческого организма нутриентов.