Введение к работе
Актуальность проблемы. В настоящее время перед человечеством стоит глобальная проблема дефицита продуктов питания, что во многом обусловлено ростом народонаселения Земли и отвлечением значительной доли продовольственных ресурсов на технические цели. Наряду с недостатком продовольственного сырья важнейшей проблемой является обогащение продуктов питания биологически активными компонентами, способными улучшить многие физиологические процессы в организме человека, повысить защитные системы организма адекватно отвечать на неблагоприятные воздействия окружающей среды, снижая риск развития алиментарно-зависимых заболеваний.
Одним из путей решения этих проблем является вовлечение в хозяйственный оборот экологически безопасных нетрадиционных сырьевых ресурсов растительного происхождения, использование которых при производстве продуктов питания позволит обогатить их жизненно важными нутриентами до уровня, соответствующего физиологическим потребностям организма.
Приоритетная роль в создании и выпуске продуктов повышенной пищевой ценности отводится хлебопекарной, кондитерской промышленности и общественному питанию, так как хлебобулочные, мучные кондитерские и кулинарные изделия являются наиболее распространенными пищевыми продуктами, потребляемыми ежедневно всеми группами детского и взрослого населения России.
Значительный вклад в решение проблемы повышения пищевой ценности хлебобулочных и мучных кондитерских изделий при использовании различных биологически активных ингредиентов внесли: Г.Г. Дубцов, О.И. Ильина, А.А. Кочеткова, И.В. Матвеева, А.П. Нечаев, Л.П. Пащенко, Р.Д. Поландова, Л.И. Пучкова, Т.В. Савенкова, З.Г. Скобельская, Т.Б. Цыганова, Л.Н. Шатнюк и др.
Широко известны работы А.В. Зубченко, С.Я. Корячкиной и Г.О. Магомедова по разработке научных основ технологий мучных и кондитерских изделий с овощными, плодово-ягодными, фруктово-овощными добавками (пюре, пасты, порошкообразные полуфабрикаты и др.), внедрение которых приводит к расширению ассортимента и увеличению объемов производства продукции за счет привлечения нетрадиционных видов сырья.
Однако вовлечение в продовольственный оборот дополнительных сырьевых ресурсов растительного происхождения, обладающих высокой пищевой и биологической ценностью, нельзя считать исчерпанным. На сегодняшний день для производства обогащенных изделий недостаточно используется один из основных резервов пищевого сырья – дикорастущие плодовые и ягодные растения, являющиеся в отличие от культивируемого сырья, обрабатываемого в период роста химическими препаратами, экологически чистыми.
Территория Российской Федерации располагает богатыми массивами дикорастущих плодов. На долю Северного Кавказа приходится значительная их часть – около 90 тыс. га. Дикорастущие плоды и ягоды являются богатейшим источником природных антиоксидантов и антирадиантов: витаминов С, Е, каротиноидов, биофлавоноидов, пектиновых и минорных биологически активных веществ, повышающих устойчивость организма к загрязнению среды, радиации, стрессовым факторам.
Несмотря на возможность больших объемов заготовок, высокую пищевую ценность и технологичность дикорастущего сырья в научно-технической литературе встречаются немногочисленные исследования применения его в производстве хлебобулочных, мучных кондитерских и кулинарных изделий.
В предгорьях Северного Кавказа среди дикорастущих культур наиболее распространены боярышник, мушмула и ежевика, дающие стабильно высокий урожай, ежегодный потенциал заготовок которых может достигать в среднем 3,3, 4,5 и 2,1 тыс. т соответственно.
Ограниченность и противоречивость данных о химическом составе боярышника, мушмулы и ежевики, зависимость состава от почвенно-климатических условий и других факторов показывают необходимость его изучения применительно к географической зоне произрастания.
Отсутствуют глубокие исследования биохимического состава плодов, их составных частей (мякоти, косточек), изменения качественного состава и количественного содержания компонентов при переработке сырья и в ходе технологического процесса производства изделий. Не изучено влияние продуктов переработки дикорастущих плодов на физиологические показатели сердечно-сосудистой системы организма человека и антиоксидантную активность. В связи с этим для обоснования применения новых видов сырья в производстве хлебобулочных, мучных кондитерских и кулинарных изделий требуется детальное изучение химического состава растительных добавок, характера их влияния на реологические свойства теста, качество и пищевую ценность изделий, необходимость определения уровня внесения обогащающих добавок, обеспечивающего профилактическую направ-ленность продуктов с учетом физиологических потребностей человека.
Среди перспективных видов дополнительного сырья для хлебопекарного, кондитерского производства и общественного питания практический интерес представляют вторичные материальные ресурсы других отраслей, в частности, консервной промышленности. К такого рода сырью относятся створки зеленого гороха, составляющие 70 % отходов, образующихся при его переработке. Количество створок гороха в южном регионе России может достигать свыше 150 тыс. т в год.
Имеются единичные данные, подтверждающие, что этот вид сырья является важным источником пищевых волокон, витаминов, минеральных и других веществ. Отсутствуют сведения о способах его переработки и использовании в качестве обогащающей добавки при производстве пищевых продуктов, о безопасности и влиянии на биохимические показатели живого организма. Поэтому комплексные исследования по выяснению целесообразности и возможности использования продуктов переработки створок зеленого гороха в производстве хлебобулочных изделий профилактического назначения актуальны и перспективны.
К недостаточно используемым сырьевым ресурсам относятся кукурузная и пшенная мука, применение которых позволяет получать широкий ассортимент оригинальных хлебобулочных и мучных кулинарных изделий. В ряде южных регионов России кукурузная и пшенная мука являются основным сырьем для приготовления национальных изделий. Однако, хлебопекарные достоинства этих видов муки невелики ввиду низкой гидрофильности белковых веществ и отсутствия способности образовывать клейковину. В связи с этим требуется проведение исследований по улучшению хлебопекарных свойств кукурузной и пшенной муки путем их совместного использования с пшеничной мукой.
Имеются немногочисленные данные об улучшении качества изделий при использовании обжаренной кукурузной муки и отсутствуют сведения о влиянии термической обработки на пищевую ценность пшенной муки и качество изделий из нее, что указывает на необходимость дополнительных исследований.
Накопленный в литературе материал об использовании натуральных обогатителей с целью улучшения реологических свойств теста и повышения пищевой ценности изделий показывает целесообразность их применения в производстве изделий на основе кукурузной и пшенной муки.
В связи с изложенным, исследования направленные на решение важной народнохозяйственной задачи, – научного обоснования рационального использования нетрадиционного растительного сырья и продуктов их переработки с высоким содержанием биологически активных веществ, создания на этой основе технологий производства хлебобулочных, мучных кондитерских и кулинарных изделий, предназначенных для профилактического питания, являются актуальными.
Актуальность выбранных направлений исследования подтверждается тем, что ее результаты могут быть использованы при реализации Концепции государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации на период до 2010 года, в соответствии с которой предусмотрено комплексное использование растительных сырьевых ресурсов на основе рационального сочетания традиционных и нетрадиционных видов сырья, а также «создания технологий производства качественно новых пищевых продуктов с направленным изменением химического состава, соответствующего потребности организма человека, в том числе продуктов лечебно–профилактического назначения для профилактики различных заболеваний и укрепления защитных функций организма».
Цель исследования – создание научно обоснованных технологий производства хлебобулочных, мучных кондитерских и кулинарных изделий профилактического назначения с заданным составом, структурой и свойствами за счет использования нетрадиционных видов растительного сырья.
Задачи исследования:
- оценить сырьевые ресурсы нетрадиционного растительного сырья (дикорастущих плодов боярышника, мушмулы, ягод ежевики, створок зеленого гороха) с целью расширения сырьевой базы хлебопекарной, кондитерской промышленности и общественного питания и ассортимента продуктов профилактического назначения;
- выбрать ориентированные на промышленную реализацию эффективные способы переработки нетрадиционного растительного сырья и определить технологические параметры, обеспечивающие максимальную сохранность биологически активных веществ;
- исследовать влияние технологических факторов на изменение химического состава растительного сырья и определить безопасность продуктов переработки по санитарно-гигиеническим показателям;
- научно обосновать целесообразность применения пшеничной муки высшего сорта в качестве компонента при производстве национальных хлебобулочных и мучных кулинарных изделий на основе кукурузной и пшенной муки;
- выявить влияние продуктов переработки нетрадиционного растительного сырья на реологические свойства полуфабрикатов и интенсивность технологических процессов;
- разработать технологические приемы и способы, обеспечивающие повышение качества изделий, применительно к условиям хлебопекарного, кондитерского производства и предприятий общественного питания;
- создать рецептуры, рациональные технологии, ассортимент новых видов хлебобулочных, мучных кондитерских и кулинарных изделий для профилактического питания, в том числе, относящихся к национальных видам изделий, и определить их пищевую ценность;
- провести медико-биологическую оценку разработанных изделий;
- подготовить техническую документацию на новые виды изделий, провести опытно-промышленную апробацию основных результатов исследований.
Научная концепция. В разработку научно-практических основ применения продуктов переработки нетрадиционного растительного сырья в предприятиях хлебопекарной, кондитерской промышленности и общественного питания положен комплексный подход в решении логически взаимосвязанных задач от исследования сырья с высоким содержанием биологически активных веществ и определения возможности его использования на основе биохимических, физико-химических, технологических методов, позволяющих определить содержание и свойства биологически активных веществ в объектах исследования, до разработки технологий применения продуктов переработки растительного сырья в производстве хлебобулочных, мучных кондитерских и кулинарных изделий, определения их пищевой ценности, проверки эффективности в профилактике сердечно-сосудистых и других заболеваний, внедрения результатов исследования.
Научная новизна. В работе дано научное обоснование эффективности применения нетрадиционного растительного сырья в производстве хлебобулочных, мучных кондитерских и кулинарных изделий повышенной пищевой ценности.
На основании комплексных исследований установлены параметры радиационно-конвективного способа сушки дикорастущих плодов боярышника, мушмулы, ягод ежевики, их составных частей (мякоти, косточек) для получения порошкообразных полуфабрикатов, обеспечивающие максимальную сохранность биологически активных веществ – антиоксидантов: токоферолов, каротиноидов, аскорбиновой кислоты, Р-активных веществ.
Выявлены особенности химического состава порошков, полученных из плодов, мякоти с кожицей, косточек боярышника, мушмулы, ягод и семян ежевики, и обоснована возможность их использования для обогащения хлебобулочных и мучных кондитерских изделий. В порошках из мякоти с кожицей по сравнению с другими порошками установлено более высокое содержание сахаров, крахмала, растворимого пектина, линоленовой кислоты, витамина С, каротиноидов, Р-активных веществ, макро- и микроэлементов; из косточек – белковых веществ, липидов, клетчатки, протопектина, токоферолов, линолевой кислоты.
Показана возможность получения пектинов из порошков боярышника, мушмулы, ежевики и установлена эффективность применения их в качестве студнеобразующих компонентов и детоксикантов.
Выявлено, что дикорастущие плоды, ягоды и продукты их переработки отличаются качественным и количественным составом полифенольных веществ – антоцианов, гидроксикоричных кислот, флавонолов, флаванолов и флавонов. Наиболее широким спектром Р-активных веществ характеризуются порошки из плодов боярышника, мушмулы и ягод ежевики.
Установлено влияние радиационно-конвективного способа сушки плодов на сохраняемость полифенолов. Показано, что наиболее устойчивыми к температурному воздействию являются конденсированные катехины, наибольшей термической деградации подвергаются антоцианы.
Доказана антиоксидантная эффективность порошков, полученных из дикорастущих плодов боярышника, мушмулы и ягод ежевики по изменению содержания активных форм кислорода и перекиси водорода в крови лабораторных животных.
Выявлены закономерности изменения реологических свойств теста в зависимости от вида, химического состава и дозировки порошков, полученных из дикорастущих плодов, заключающиеся в интенсификации процесса брожения, укреплении клейковины, снижении разжижения теста, увеличении его водопоглотительной способности, времени образования и устойчивости.
На основании результатов, полученных при исследовании химического состава порошков из дикорастущих плодов, их технологических свойств, сочетания с рецептурными компонентами, обоснован выбор способов внесения добавок при производстве хлебобулочных изделий: введение порошков из плодов и мякоти с кожицей в два этапа – на стадии активации дрожжей и в составе суспензии при замесе теста; из косточек и семян – в составе эмульсии перед окончанием замеса теста.
Установлено улучшение качества, повышение пищевой и биологической ценности хлебобулочных и мучных кондитерских изделий при внесении порошков, полученных из плодов, мякоти с кожицей, косточек боярышника, мушмулы, ягод и семян ежевики.
На основании данных об изменении физиологических показателей крови и сердечно-сосудистой системы человека (частоты сердечных сокращений, пульсовых волн, функциональной сатурации крови кислородом и ее флуктуаций) подтверждено благоприятное воздействие разработанных изделий на сердечно-сосудистую систему организма, что доказывает целесообразность их использования в профилактическом питании.
Показана эффективность применения водно-спиртовых экстрактов из плодов боярышника, мушмулы и ежевики при производстве продуктов питания профилактического назначения, подтвержденная данными о высоком содержании полифенольных веществ, в том числе флавонолов.
Установлена безопасность и высокая пищевая и биологическая ценность порошка, полученного из створок зеленого гороха консервной зрелости, подтвержденная данными, констатирующими значительное содержание белковых веществ, незаменимых аминокислот, клетчатки, гемицеллюлоз, пектиновых веществ, витаминов, макро- и микроэлементов.
Разработаны технологические решения позволяющие регулировать реологические свойства пшеничного теста в направлении увеличения стабильности и эластичности, обоснованные функциональными свойствами и оптимальной дозировкой порошка из створок зеленого гороха.
Научно обоснован способ внесения порошка из створок зеленого гороха (в виде заварки из части пшеничной муки и части добавки) и технологические режимы производства, обеспечивающие гармонизацию органолептических свойств, улучшение физико-химических и структурно-механических показателей готовых изделий.
Показано, что введение в рецептуру добавки из створок зеленого гороха, обеспечивает в хлебобулочных изделиях физиологически оптимальное соотношение Ca:Mg:P.
Установлено, что включение в рацион лабораторных животных изделий с порошком из створок зеленого гороха, обогащенных пищевыми волокнами, оказывает положительное влияние на показатели липидного обмена крови, уменьшая содержание атерогенных липопротеидов низкой и очень низкой плотности и не оказывает влияние на уровень липропротеидов высокой плотности.
Научно обоснована технология производства национальных хлебобулочных и мучных кулинарных изделий с использованием обжаренной кукурузной и пшенной муки в сочетании с пшеничной мукой.
Определено влияние термической обработки на химический состав, технологические свойства и микроструктуру пшенной муки и дополнены имеющиеся сведения о влиянии этой обработки на состав и свойства кукурузной муки.
Установлено, что термообработка улучшает технологические свойства кукурузной и пшенной муки и придает изделиям приятный специфический вкус и аромат.
Показана эффективность частичной замены кукурузной и пшенной муки на пшеничную при производстве национальных хлебобулочных и мучных кулинарных изделий, подтвержденная улучшением реологических свойств теста, повышением качества готовой продукции и замедлением процесса черствения при хранении.
Определены способы и технологические режимы приготовления изделий на основе кукурузно-пшеничных и пшенно-пшеничных смесей (лепешки, блины, оладьи). Установлено повышение пищевой ценности и качества разработанных изделий при введении натуральных обогатителей (творога, морковного пюре).
Новизна научных концепций ряда технических решений подтверждена 6 патентами РФ.
Практическая значимость работы. Разработаны и предложены новые технические решения, обеспечивающие интенсификацию технологических процессов, а также расширение сырьевых ресурсов при производстве хлебобулочных, мучных кондитерских и кулинарных изделий за счет вовлечения в производство нетрадиционного растительного сырья. В технологиях использовано и вторичное сырье, ранее считающееся отходами производства.
Результаты имеют системный прикладной характер, связанный со смежными направлениями науки (медицина, физиология и гигиена питания) и отраслями агропромышленного комплекса.
Предложены технологические режимы получения порошков из плодов, мякоти с кожицей, косточек боярышника, мушмулы, ягод и семян ежевики с использованием радиационно-конвективного способа сушки, установлены условия и сроки их хранения, обеспечивающие безопасность и сохранение потребительских свойств.
Рекомендованы технологические параметры гидролиза-экстрагирования пектиновых веществ при выделении пектина из порошков дикорастущих плодов боярышника, мушмулы и ягод ежевики.
Предложены технологические параметры получения экстрактов из мякоти дикорастущих плодов боярышника, мушмулы и ягод ежевики, при которых достигается максимальное извлечение полифенольных веществ. Защищена технология использования экстрактов в производстве продуктов питания (положительные решения о выдаче патентов по заявкам №2008111855/13, №2008111856/13, №2008111857/13).
Разработана технология производства порошка из створок зеленого гороха, которая реализована на ОАО «Нальчикский мукомольный завод».
Разработаны новые сорта обогащенных изделий с применением порошков из дикорастущих плодов боярышника, мушмулы, ягод ежевики, створок зеленого гороха, кукурузно-пшеничных и пшенно-пшеничных смесей и способы их производства, которые защищены патентами: №2292718, №2292719, №2301527, №2319380, №2316967, №2317708.
Разработана техническая документация на порошки из плодов, мякоти с кожицей и косточек дикорастущих боярышника, мушмулы, ягод и семян ежевики, створок зеленого гороха.
Разработан комплект технической документации (24 наименований) на новые сорта изделий повышенной пищевой и биологической ценности.
Разработанные технологии хлебобулочных, мучных кондитерских и кулинарных изделий апробированы и рекомендованы к внедрению на предприятиях хлебопекарной, кондитерский промышленности и общественного питания Кабардино-Балкарской республики (КБР), в том числе в ООО «Нальчикхлеб», ОАО «Общепит», ООО «Концерн ЗЭТ», МП «Комбинат детского питания», ООО «ОЛИКА», а также в санаториях курортной зоны КБР.
Производство мучных кулинарных изделий на основе кукурузно-пшеничных и пшенно-пшеничных смесей рекомендовано диетологами Санкт-Петербургского терапевтического общества и организовано на базе предприятий общественного питания курортной зоны КБР.
Основные рекомендации и выводы, содержащиеся в диссертации, внедрены в учебный процесс Кабардино-Балкарской государственной сельскохозяйственной академии и используются в ходе преподавания дисциплин: «Технология продуктов общественного питания», «Технология хлеба, кондитерских и макаронных изделий», «Физико-химические основы пищевых производств».
Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на региональных конференциях (Ставрополь, 1998, 2001, 2002; Пятигорск, 2000, 2004; Нальчик, 2001, 2006, 2007; Владикавказ, 2003, 2004), на всероссийских конференциях (Москва, 2004; Орел, 2006; Нальчик, 2007), на международных конференциях (Пятигорск, 2001; Санкт-Петербург, 2003; Владикавказ, 2005, 2006; Пенза, 2005, 2007; Москва, 2005, 2007; Теберда, 2005; Челябинск, 2007; Краснодар, 2007); на всемирном совещании по растительным генетическим ресурсам (Санкт-Петербург, 1994).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 76 работ, в том числе монография, 7 статей в журналах, рекомендованных ВАК, 6 патентов на изобретения, получено 3 положительных решения о выдаче патентов.
Структура и объем работы. Диссертация включает: введение, обзор литературы, экспериментальную часть, результаты исследований и их обсуждение, выводы, библиографический список литературы (370 источников) и приложения. Основной текст диссертации изложен на 315 страницах, содержит 96 таблиц, 72 рисунка. В приложениях приведены акты производственных испытаний, техническая документация и другие материалы, подтверждающие практическое использование результатов исследований.
Результаты диссертационной работы являются обобщением научных исследований, проведенных с 1992 по 2008 годы лично автором или при его непосредственном участии в руководстве диссертационных работ, защищенных Р.М. Жиловой, Е.В. Романовой (совместное руководство с д.т.н., профессором Росляковым Ю.Ф.) и в руководстве соискателей А.С. Кабалоевой и З.С. Думанишевой.
Диссертационная работа выполнялась на кафедрах технологии общественного питания Московского государственного университета пищевых производств, технологии продуктов общественного питания; микробиологии, гигиены и санитарии Кабардино-Балкарской государственной сельскохозяйственной академии, технологии хлебопекарного, макаронного и кондитерского производства Кубанского государственного технологического университета, физиологии человека и животных Кабардино-Балкарского государственного университета, лабораторий биохимии и молекулярной биологии ВНИИР им. Н.И. Вавилова, технологии и биохимии Санкт-Петербургского филиала ГосНИИХП, химии пищевых продуктов института питания РАМН, бактериологической и санитарно-гигиенической лабораториях Центра гигиены и эпидемиологии КБР.
Автор выражает благодарность руководителям и сотрудниками перечисленных подразделений за оказанное содействие в проведении исследований.
