Совершенствование технологий и рецептур продуктов питания для детей младшего школьного возраста

На правах рукописи

КУЛИЕВА Роза Гамедовна

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИЙ И РЕЦЕПТУР

ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ ДЛЯ ДЕТЕЙ МЛАДШЕГО

ШКОЛЬНОГО ВОЗРАСТА

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

05.18.04 – Технология мясных, молочных, рыбных продуктов и холодильных производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Краснодар – 2013

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном

образовательном учреждении высшего профессионального образования

«Кубанский государственный технологический университет»

(ФГБОУ ВПО «КубГТУ»)

Научный руководитель:	Касьянов Геннадий Иванович доктор технических наук, профессор
Официальные оппоненты:	Шипулин Валентин Иванович доктор технических наук, профессор, заведующий кафедрой технологии мяса и консервирования ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет»
	Шамкова Наталья Тимофеевна доктор технических наук, профессор кафедры технологии и организации питания ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный Технологический университет»
Ведущая организация:	ГНУ «Краснодарский научно- исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции» Россельхозакадемии
Защита диссертации состоится 30 мая 2013 года в 15.00 час. на заседании диссертационного совета Д 212.100.05 в ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет» по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, ауд. Г– 248. С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет». Автореферат разослан «29» апреля 2013 г. Ученый секретарь диссертационного совета, канд. техн. наук, доцент В.В. Гончар

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1.1 Актуальность работы. Актуальной проблемой сохранения и укрепления здоровья детей является обеспечение их полноценным питанием, отвечающим физиологическим и гигиеническим требованиям как в количественном, так и в качественном отношении. Наилучшим при этом является рациональное горячее питание. Однако, современный ритм жизни делает востребованными варианты пищевых рационов не требующих больших затрат времени на их приготовление. Среди такой продукции особой популярностью пользуются консервированные и сухие продукты, отличающиеся удобством в использовании, невысокой стоимостью и длительными сроками хранения. Наибольшее распространение среди консервированных и сухих продуктов питания получили консервы на основе мясного и растительного сырья, а также сухие концентраты. Такие продукты часто имеют низкую пищевую и биологическую ценность, в том числе не соответствующее потребностям детей соотношение основных макро- и микронутентов. Ценные свойства и физиологическая активность отдельных компонентов, содержащихся в нативном сельскохозяйственном сырье, в разной степени теряются при его переработке и хранении.

В связи с этим, научно-практический интерес представляют развитие принципов проектирования рецептурного состава и разработка технологических решений производства консервированных продуктов и сухих концентратов с улучшенными показателями качества для питания детей младшего школьного возраста, в том числе растительно-мясных консервов и сухих молочных напитков. Важность разработки новых подходов к созданию комплексных технологий производства продуктов питания с оптимизированным составом и свойствами отмечают в своих работах: Липатов Н.Н. (мл.), Конь И.Я., Ладодо К.С., Климацкая Л.Г., Устинова А.В., Фатеева Е.М., Зайко Г.М., Самсонова А.Н., Тимошенко Н.В., Шамкова Н.Т., Касьянов Г.И. и другие учёные, занимающиеся вопросами питания детей различных возрастных групп.

Актуальность работы подтверждена поддержкой гранта Президента РФ для научной стажировки соискателя за рубежом в 2009/2010 уч. году (приказ Минобрнауки № 349 от 01.04.09 г.)

1.2 Цель работы. Целью работы являлось совершенствование технологий и рецептур продуктов питания для детей младшего школьного возраста.

1.3 Основные задачи исследований:

• аналитический обзор научно-технической литературы отечественных и зарубежных авторов по проблеме создания продуктов питания для детей младшего школьного возраста;

• провести анализ нутриентной сбалансированности известных консервированных продуктов и сухих молочных напитков для питания детей младшего школьного возраста и обосновать выбор рецептурных ингредиентов;
• обосновать и разработать новый способ формирования пищевых консервированных продуктов и сухих молочных напитков для детей младшего школьного возраста;
• разработать алгоритм оптимизации рецептур пищевых продуктов для детей младшего школьного возраста и критерий моделирования, опирающийся на несимметричную функцию желательности;
• усовершенствовать рецептуры растительно-мясных консервов и сухих молочных напитков с использованием разработанного способа оптимизации;
• усовершенствовать технологии производства растительно-мясных консервов и сухих молочных напитков для питания детей младшего школьного возраста, за счет разработки новых технологических решений подготовки и обработки сырья;
• разработать техническую документацию на растительно-мясные консервы и сухие молочные напитки для детей младшего школьного возраста, осуществить промышленную апробацию усовершенствованных технологий и рецептур.

1.4 Научная новизна. Впервые разработан новый способ проектирования рецептур пищевых продуктов питания для детей младшего школьного возраста, позволяющий дифференцировать риски недостаточного и избыточного потребления питательных веществ. Разработан алгоритм оптимизации пищевых продуктов для детей младшего школьного возраста. Впервые разработан критерий оптимизации, опирающийся на несимметричную функцию желательности. Впервые выявлен допустимый интервал значений коэффициента несимметричности е [0,6..0,7].

Впервые разработан способ и режимы предварительной подготовки зернобобовых культур, позволяющий удалять антипитательные вещества, содержащиеся в маше, нуте и чечевице. Впервые определены резонансные частоты электромагнитной обработки полями низких частот маша, нута и чечевицы. Воздействие, установленными резонансными частотами, позволяет снизить количество мезофильных аэробных и факультативных анаэробных микроорганизмов на поверхности семян маша, нута и чечевицы.

Модифицирован процесс гомогенизации молока и пюре-полуфабриката за счет одного тангенциального ввода для подачи жидкого СО2 под давлением 4-7 мПа. Установлены параметра гомогенизации, позволяющие стабилизировать размер частиц сухого молочного напитка около 500 мкм.

Новизна предлагаемых технологических решений подтверждена получением трех патентов РФ на изобретения и свидетельства об официальной регистрации программы для ЭВМ.

1.5 Практическая значимость. Усовершенствованы технологии и рецептуры растительно-мясных консервов и сухих молочных напитков для детей младшего школьного возраста, определены их химический состав, показатели качества и безопасности. Разработан способ предварительной подготовки зернобобового сырья, позволяющий снижать количество антипитательных компонентов и микробиологическую обсемененность на поверхности зерен. Модифицирован процесс гомогенизации молока и пюре-полуфабриката, что позволило стабилизировать размер частиц сухих молочных напитков.

Разработана и утверждена техническая документация на консервы растительно-мясные для детей младшего школьного возраста (ТУ 9217–145–04801346–10, ТИ 04801346–145), молочные напитки для детей младшего школьного возраста (ТУ 9223–290–04801346–10, ТИ 04801346–290, ТУ 9223–291–04801346–10, ТИ 04801346– 291). Эффективность усовершенствованных технологий и рецептур подтверждена опытно-промышленной апробацией в условиях ООО «Комбинат детского питания» (ст. Крыловская, Краснодарский край). Ожидаемый экономический эффект от внедрения технологии растительно-мясных консервов составляет от 8 до 11 тыс. руб. на 1 туб продукции; для сухих молочных напитков – от 5,3 до 9,5 тыс. руб. на 1 т сухого продукта в зависимости от видов сырья.

1.6 Апробация работы. Основные результаты работы были доложены на конференциях различного уровня, в том числе: на Всероссийской научно-практической конференции с международным участием "Пищевая промышленность: интеграция науки, образования и производства" (г. Краснодар, 2005 г.), Международной научно– практи­ческой конференции «Перспективы нано- и биотехнологии в производстве продук­тов функционального назначения» (г. Краснодар, 2007 г.), IХ Международной научно-практической конференции молодых ученых "Пищевые технологии и биотехнологии" (г. Казань, 2008 г.), Международной научно-практической кон­ференции «Инновационные технологии в области холодильного хранения и пе­ре­работки пищевых продуктов» (г. Краснодар, 2008 г.), Международной научно-технической конференции «Инновационные технологии в пищевой промыш­ленности» (г. Краснодар, 2012 г.). Научно-исследовательская работа «Разработка технологии производства про­дуктов для детского питания с использованием семян бобовых культур» удостоена бронзовой медали на Первом Всероссийском конкурсе молодежных авторских про­ектов «Моя страна – Моя Россия» (г. Москва, 2005 г.).

1.7 Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 14 научных работ, в том числе 2 статьи в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ, получено три патента РФ на изобретения и свидетельство об официальной регистрации программы для ЭВМ.

1.8 Объем и структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, аналитического обзора отечественной и зарубежной патентно-инфор­мационной литературы, методической части, экспериментальной части, выводов, списка использованных источников и приложения. Основная часть работы изложена на 132 страницах компьютерного текста, включает 41 таблицу и 40 рисунков. Список литературных источников включает 212 наименование, в том числе 38 – зарубежных авторов.

2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Объекты исследований. Объектами исследований являлись: сырьё растительного и животного происхождения, соответствующее требованиям действующей нормативной и технической документации нут сорта Юбилейный, чечевица сорта Веховская, маш сорта Победа, перец сладкий болгарский сорта Болгарский 75, кабачки сорта Грибовский 37, капуста цветная сорта Грибовская ранняя, баклажаны сорта Алексеевские 12, морковь сорта Витаминная 6, лук репчатый сорта Арзамаский, яблоки сорта Фуджи Кику 8, тыква «Витаминная ранняя», говядина I категории, свинина нежирная, печень говяжья, сердце говяжье, язык говяжий, молоко обезжиренное, масло растительное оливковое, соль поваренная пищевая, вода питьевая, сироп лактулозы, витаминный премикс Н33053, а также модельные пищевые системы и готовые продукты питания, полученные на основе комбинирования сырья растительного и животного происхождения.

2.2 Методы исследований. При проведении экспериментальных исследований использовали стандартные и современные методы физико– химического анализа: содержание влаги в мясных продуктах – по ГОСТ 9793, золы – по ГОСТ 27494 в муфельной печи, белка – методом Къельдаля, липидов – методом Сокслета, жирнокислотного состава, витаминов А, D и Е – методом газожидкостной хроматографии, аминокислотного состава – методом ионо­обменной хроматографии на автоматическом аминокислотном анализаторе марки ААА-881 (Mikrotecna, Praga), витаминов В1 и В2 – методом инверсионной вольтамперометрии, токсичные элементы – по ГОСТ 26927, ГОСТ 26930, ГОСТ 26932, ГОСТ 26933, пестициды – по МУ № 2142 методом тонкослойной хроматографии, радионуклиды – по МУК 2.6.1.717 (фосфатный метод). Напряжение усилия среза мясного сырья определяли на установке «Scherkraft Instrоn»; определение интенсификации цвета мяса с помощью прибора «Opto–Star», электропроводности мяса с помощью «LF– Star» в условиях лаборатории безопасности продуктов питания «GLS» UlmerFleisch. Резонансные частоты определяли по методу Барышева М.Г. Статистическую достоверность результатов оценивали по известным методикам с использованием пакетов прикладных программ Micrоsоft Оffice Excel– 2007 и Statistika 6.0. Cтруктурная схема исследования приведена на рисунке 1.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Обоснование целесообразности совершенствования технологий и рецептур пищевых консервированных продуктов и сухих концентратов для питания детей младшего школьного возраста. Анализ нутриентной сбалансированности известных растительно-мясных консервов и сухих молочных напитков проводился на основе информации о пищевой ценности, указанной в технической документации или на упаковке продуктов с помощью программы Mathcad. Была выявлена низкая нутриентная сбалансированность известных растительно-мясных консервов для питания школьников – около 35 % по 22 показателям (белки, жиры, углеводы, витамины, минеральные вещества, незаменимые аминокислоты) и низкая нутриентная сбалансированность известного сухого молочного напитка – 51 % по 8 показателям (белки, жиры углеводы, энергетическая ценность, селен, йод, -каротин, фолиевая кислота). Установлено, что 100 г растительно–мясных консервов покрывают не более 10 % суточной потребности в питательных веществах и энергии, а сухого молочного напитка – не более 13 %, при этом соотношение основных макро- и микронутентов в них не сбалансировано. Небольшое число компонентов в исследуемых продуктах питания ограничивает возможность достижения наилучших соотношений питательных веществ. Поэтому предложено использовать расширенный ассортимент сельскохозяйственного сырья с выраженным избыточным и недостаточным содержанием отдельных макро– и микронутентов, что позволит в процессе формирования рецептур повысить их нутриентную сбалансированность.

Рисунок 1 – Структурная схема исследования

В качестве основного рецептурного компонента консервированного продукта выбраны зернобобовые культуры – маш, нут, чечевица. Данное сырьё богато белком (коэффициент усвояемости – от 0,6 до 0,8), пищевыми волокнами, витаминами, макро– и микроэлементами, в них сравнительно небольшое содержание фитиновой кислоты (от 2,5 до 3,6 %) и лектинов (от 200 до 400 ед. на мг). В качестве источника полноценного животного белка выбрано мясное сырье – говядина, свинина, субпродукты, разрешенные для использования в питании детей.

В состав консервированного продукта также включено недорогое и доступное сырьё: морковь, капуста цветная, перец сладкий, баклажаны, лук, кабачки. Выбранное растительное сырье является ценным источником -каротина (морковь, перец болгарский), витаминов В1 и В2 (цветная капуста), витамина С (перец болгарский), витамина РР (баклажаны, капуста цветная), К и Mg (кабачки).

При формировании рецептур сухих напитков в качестве молочного ингредиента используется молоко коровье. В качестве растительного сырья – морковь, яблоки и тыква, богатые витаминами и минеральными веществами.

Для достижения нутриентной сбалансированности пищевых консервированных продуктов и сухих молочных концентратов целесообразно проектировать поликомпонентные продукты питания, комбинируя растительное и животное сырье с выраженным максимальным и минимальным содержанием питательных веществ.

3.2 Обоснование и разработка нового способа формирования пищевых консервированных продуктов и сухих концентратов для детей младшего школьного возраста. Современное компьютерное моделирование и оптимизация рецептурных композиций продуктов питания основаны на методике акад. Липатова Н.Н. (мл.), обобщённый критерий моделирования которой опирается на предложенные Харрингтоном функции желательности. Как правило, функция желательности симметрична (т.е. отклонения в сторону недостаточности и в сторону избыточности одинаково недопустимы) и в её центре – величина bоpt – нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах. Однако, такая квалиметрическая мультипликативная модель обобщённого критерия не учитывает в полной мере следующее. Во-первых, показатели индивидуальной потребности (ИП) каждого человека в популяции для пищевых веществ имеют нормальное распределение, т.е. потребности 95 % популяции находятся в пределах двух стандартных отклонений от средней величины потребности (СП). СП означает, что одна половина популяции (50 %) имеет ИП ниже СП, а другая – выше СП. Фактическое потребление на уровне СП будет свидетельствовать о 50 % вероятностном риске недостаточного потребления. Во-вторых, отклонения в сторону недостаточности и в сторону избыточности могут быть в разной мере нежелательны, т.е. функция желательности не может быть симметрична. В методических рекомендациях МР 2.3.1. 19150– 04 указан адекватный и верхний допустимый уровень потребления питательных веществ. Исходя из этого, можно сделать вывод, что потребление сверх верхнего допустимого уровня может быть опасно для здоровья. Поэтому, при проектировании рецептур необходимо использовать способ оптимизации, основывающийся на несимметричной функции желательности, позволяющий на этапе получения варианта рецептуры накладывать ограничения на требуемые соотношения питательных веществ. При этом органолептические и технологические свойства формулируются в виде ограничений на допустимое множество для вектора {xj}. Таким образом достигается возможность дифференциации последствий вероятностного риска избыточного или недостаточного потребления питательных веществ, что позволяет на этапе формирования рецептур проектировать рецептуры, имеющие показатели качества максимально приближенные к эталонным. Несимметричная функция желательности должна иметь вид, показанный на рисунке 2. Применение предложенной несимметричной функции желательности будет являться гибким способом достижения нутриентной сбалансированности, как продукта, так и рациона в целом.

Рисунок 2 – Предлагаемая несимметричная функция желательности, где: bmin – нижний допустимый уровень потребления; bоpt1 – нижняя граница доверительного интервала адекватного уровня; bоpt2 – верхняя граница; bmax – верхний допустимый уровень потребления