НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

РОМАШКО ОЛЕНА ВАСИЛІВНА

УДК 664.78.613.22

УДОСКОНАЛЕННЯ ТЕХНОЛОГІЇ

ХАРЧОКОНЦЕНТРАТІВ ШВИДКОГО ПРИГОТУВАННЯ

ДЛЯ ДИТЯЧОГО ТА ДІЄТИЧНОГО ХАРЧУВАННЯ

05.18.01 Технологія хлібопекарських

продуктів та харчових концентратів

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

Київ - 2004

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Національному університеті харчових технологій Міністерства освіти і науки України.

Науковий керівник: |

доктор технічних наук, професор

Ковбаса Володимир Миколайович,

Національний університет харчових технологій, кафедра технології хліба, кондитерських, макаронних виробів та харчоконцентратів, професор

Офіційні опоненти: | доктор технічних наук, професор

Пивоваров Павло Петрович,

Харківський державний університет харчування і торгівлі, кафедра технології харчування, професор

кандидат технічних наук, доцент

Ткаченко Тамара Захарівна,

Одеська національна академія харчових технологій, кафедра технології хліба, кондитерських виробів і громадського харчування, доцент

Провідна установа: | Львівська комерційна академія Укоопспілки,

кафедра товарознавства продовольчих товарів

Захист відбудеться 25.02. 2004 р. о 1400 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.058.04 Національного університету харчових технологій за адресою: 01033, м. Київ-33, вул. Володимирська 68, аудиторія А-311.

З дисертацією можна ознайомитися у бібліотеці Національного університету харчових технологій за адресою: 01033, м. Київ-33, вул. Володимирська 68.

Автореферат розісланий 23.01.2004 р.

Вчений секретар

спеціалізованої вченої ради к.т.н. |

Кобилінська О.В.

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми.

Проблема правильної організації харчування дітей має велике соціальне значення, оскільки є визначальним фактором всього подальшого розвитку людини. Стан здоров‘я дітей, рівень захворюваності і смертності значно залежать від якості харчування. Раціональне харчування, яке відповідає фізіологічним вимогам зростаючого організму, забезпечує гармонійний розвиток дитини, підвищує її імунітет, стійкість до різних несприятливих чинників зовнішнього середовища.

Проте сьогодні, доводиться констатувати факт серйозного відставання вітчизняної індустрії продуктів дитячого та дієтичного харчування від світових стандартів, як за якістю, так і за асортиментом. Особливо критична ситуація склалася у виробництві продуктів швидкого приготування, асортимент яких дуже обмежений, а за якісними показниками вони значно поступаються зарубіжним аналогам.

Перспективним напрямком у вирішенні даної проблеми є створення вітчизняних високоякісних харчоконцентратів швидкого приготування для дитячого і дієтичного харчування, шляхом застосування ефективних способів перероблення сировини, зокрема екструзії та збагачення їх біологічно активними речовинами.

Ці факти були враховані при формулюванні мети і задач даної дисертаційної роботи.

Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами.

Дослідження виконувались у відповідності з Держбюджетними тематиками науково-дослідних робіт НУХТ: "Розробка технології хлібобулочних виробів і харчоконцентратів оздоровчої дії" № 0101U000723; “Розроблення технології харчових концентратів функціонального спрямування” № 0102U000483. Автор особисто приймав участь у розробленні нових видів харчоконцентратів швидкого приготування (крупи, каші), виробництво яких передбачає екструзійне оброблення сировини, апробації технології у виробничих умовах, розробленні нормативної документації (НД).

Мета і задачі досліджень. Метою роботи є наукове обґрунтування шляхів удосконалення технології харчоконцентратів швидкого приготування для дитячого та дієтичного харчування на основі екструдатів злакових культур.

Відповідно до поставленої мети досліджень були сформульовані такі задачі:

дослідити фізико-хімічні явища при взаємодії екструдатів з водою як наукового підґрунтя для їх використання у харчоконцентратах швидкого приготування;

визначити взаємозв‘язок між ступенем перетворення злакових в процесі екструдування та їх поведінкою при взаємодії з відновником;

дослідити властивості екструдатів злакових культур, набуті ними в процесі екструдування, які проявляються при взаємодії їх з водою в процесі відновлення, і зумовлюють якість готової страви;

дослідити процес набухання екструдатів злакових культур, з‘ясувати фактори, які його визначають та встановити вплив кожного з них;

з‘ясувати вплив деяких біологічно активних добавок на процеси відновлення та структуроутворення екструдатів як основи харчоконцентратів швидкого приготування для дитячого та дієтичного харчування;

розробити нові види харчових концентратів швидкого приготування для дитячого та дієтичного харчування на основі екструдатів злакових культур;

дати наукове пояснення щодо підходу визначення раціональної кількості води необхідної для відновлення сухих сумішей харчоконцентратів швидкого приготування для дитячого та дієтичного харчування;

дослідити харчову нешкідливість нових видів харчоконцентратів швидкого приготування для дитячого та дієтичного харчування;

дослідити ефективність використання сучасних пакувальних матеріалів для подовження терміну зберігання харчоконцентратів швидкого приготування для дитячого та дієтичного харчування;

провести апробацію розроблених харчоконцентратів у виробничих умовах та розрахувати економічну і соціальну ефективність її випуску, розробити НД на нові види харчових концентратів швидкого приготування для дитячого та дієтичного харчування.

Об’єкт дослідження технологія харчових концентратів (ХК).

Предметом дослідження є екструдати злакових культур та харчоконцентрати швидкого приготування для дитячого та дієтичного харчування.

Методи досліджень. Процеси, що протікають при відновлення екструдатів досліджені спектральними (ЕПР- та ІЧ-спектроскопія), рентгенофазовим, термогравіметричним, ультразвуковим методами. Здатність до набухання та фактори, що його обумовлюють досліджені методом Шоха, методом ЯМР та лазерною гранулометрією, а також іншими відомими методами. Споживчі характеристики (органолептичні, мікробіологічні показники, харчову та енергетичну цінність) визначали загальноприйнятими методами, фізіологічну дію модифікованим методом ферментативного гідролізу, харчову нешкідливість екстракційно-фотометричним та хроматографічним методами. Процеси, що відбуваються при зберігання – загальноприйнятими методами.

Наукова новизна одержаних результатів. Науково обґрунтовано шляхи удосконалення технології і розроблено нові види харчоконцентратів швидкого приготування для дитячого та дієтичного харчування на основі екструдатів злакових культур.

За допомогою ЕПР-спектроскопії та термогравіметричного методу встановлено, що в результаті оброблення в екструдатах злакових культур відбувається перерозподіл співвідношення вільної і зв‘язаної вологи в сторону збільшення частки зв’язаної вологи, що пов’язано з процесом клейстеризації крохмальної компоненти сировини, результатом чого є значне підвищення гідрофільних властивостей екструдатів.

Методом рентгенофазового аналізу та ІЧ-спектроскопії встановлено, що при взаємодії екструдатів з водою утворюються системи з аморфною структурою, основний внесок в формування якої мають водневі зв‘язки, утворення яких супроводжується процесами структуроутворення і залежить від властивостей біополімеру, набутих ним в процесі екструзійного оброблення.

Досліджено і науково обґрунтовано особливості процесів, що мають місце при взаємодії екструдатів злакових культур з водою і лежать в основі їх відновлення. Розкрито особливості процесу набухання екструдованих матеріалів як основного процесу відновлення (структуроутворення). Доведено, що набухання екструдованих злакових матеріалів залежить від колоїдних властивостей подрібнених частинок екструдатів та ступеню модифікації крохмальної компоненти сировини в процесі оброблення.

На основі екструдованих злакових культур розроблено нові види харчоконцентратів для дитячого та дієтичного харчування, збагачені біологічно активними речовинами, які мають профілактичну дію при цілому ряді захворювань, що підтверджено клінічними дослідженнями.

Експериментально обґрунтована ефективність використання сучасного пакувального матеріалу – поліетиленової плівки з асептичними властивостями для подовження терміну зберігання нових видів харчоконцентратів на 1,5...2 місяці.

Практичне значення одержаних результатів. Розроблено нові види ХК (борошно, каші) швидкого приготування для дитячого та дієтичного харчування. У виробничих умовах відпрацьовані рецептури і технологічні режими виготовлення нових видів каш швидкого приготування на основі екструдатів злакових культур: Медова, Еламінка, Колосок, Бджілка, Чарівне зернятко. На борошно і каші швидкого приготування для дитячого та дієтичного харчування розроблено і затверджено необхідну НД.

Дослідно-промислові партії екструдованих напівфабрикатів та нових видів харчових концентратів для дитячого та дієтичного харчування були одержані на заводі “Сереалія Україна” м. Бориспіль. На розроблені каші швидкого приготування для дитячого та дієтичного харчування отримано позитивне заключення 6-ї та 8-ї дитячих клінічних лікарень м. Києва щодо їх профілактичних властивостей.

Розроблена програма розрахунку харчової та енергетичної цінності продуктів, яка використовується в науково-дослідній роботі та навчальному процесі.

Особистий внесок здобувача. Автором особисто проведені дослідження процесів, які протікають при взаємодії екструдатів злакових культур з водою, і які зумовлюють якість готових страв, глибоко вивчено процес набухання екструдатів та фактори, які мають на нього вплив, досліджено харчову нешкідливість розроблених продуктів та встановлено доцільність використання поліетиленової плівки з асептичними властивостями для подовження термінів зберігання ХК на 1,5...2 місяці. Аналіз та узагальнення результатів досліджень проведено спільно з науковим керівником проф. Ковбасою В.М. Процеси взаємодії екструдатів з водою досліджено спільно із співробітниками Інституту колоїдної хімії НАН України, Інституту високомолекулярних сполук, дослідження гідратаційної здатності екструдатів, а також аналіз і узагальнення одержаних результатів - спільно з д.х.н. Дегтярьовим Л.С. Рентгенофазові дослідження проведені у співавторстві з к.х.н. Фоменко В.В, дослідження методом ЯМР проведені спільно з д.х.н. Манком В.В. Значна частина досліджень виконана спільно з науковцями Інституту перероблення зернових (м. Бергхольц-Ребрюке, Німеччина)

Апробація результатів дисертації. Основні результати роботи доповідались на: Міжнародній науковій конференції “Прогрессивные пищевые технологии – третьему тысячелетию” (Краснодар, 2000), 2-ій Міжнародній науково-технічній конференції ”Техника и технология пищевых производств” (Могильов, 2000), 5-ій Всеукраїнській конференції “Фундаментальна та професійна підготовка фахівців з фізики” (Київ, 2000), 67-ій Науковій конференції студентів, аспірантів і молодих вчених, (Київ, 2001), Українсько-французькому симпозиумі з нових технологій харчової промисловості (Київ, 2001), Міжнародній науково-практичній конференції “New trends in quality food production” (Jelgava, 2002), 68-ій Міжнародній науковій конференції молодих вчених, аспірантів та студентів “Розроблення, дослідження і створення функціонального харчування, обладнання та нових технологій для харчової та переробної промисловості”(Київ, 2002), 69-тій Науковій конференції молодих вчених, аспірантів і студентів “Розроблення, дослідження і створення функціонального харчування, обладнання та нових технологій для харчової та переробної промисловості” (Київ, 2003), Міжнародній науково-практичній конференції “Структурна релаксація у твердих тілах” (Вінниця, 2003), Міжнародній науково-практичній конференції “Spectroscopy in special Applications” (Київ, 2003).

Публікації. За матеріалами дисертації опубліковано 20 робіт з них 8 статей у фахових журналах, 11 тез конференції, 1 монографію та отримано 2 деклараційних патенти України на винахід.

Структура дисертації. Робота складається із вступу, 6 розділів, висновків, списку бібліографічних джерел з 241 найменування та 7 додатків. Робота викладена на 136 сторінках машинописного тексту, має 37 рисунків та 26 таблиць.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

ВСТУП. Обґрунтована актуальність теми досліджень, визначено наукову та практичну цінність роботи.

РОЗДІЛ 1. Аналітичний огляд літератури.

Подано характеристику та класифікацію харчоконцентратів для дитячого та дієтичного харчування, проведено аналіз їх асортименту та технологій виробництва на Україні і кордоном. Розглянуто вимоги до сировини, технології виробництва і показників якості даної групи харчоконцентратів. Проаналізовано фізико-хімічні зміни, яких зазнає крохмалемістка сировина в результаті оброблення методом високотемпературної екструзії та показано, що кулінарна підготовленість сировини зумовлена змінами її вуглеводного комплексу, а саме модифікацією крохмальної компоненти.

Охарактеризовано БАД, що використовуються в харчоконцентратах для дитячого та дієтичного харчування та розглянуто процеси, які протікають при їх зберіганні.

Вибрані основні напрямки та сформульовані конкретні задачі досліджень.

РОЗДІЛ 2. Об‘єкти та методи досліджень.

Об‘єктами лабораторних досліджень і виробничих випробувань були сировина, добавки і матеріали, які відповідають діючій НД.

Екструзійне оброблення дослідних зразків проводилось на заводі “Сереалія Україна”, м. Бориспіль (двошнековий варильний екструдер MPF-100); в УКРНДІПЛАСТМАШ, м. Київ (одношнековий екструдер “ПЭК - 405Р”); в Інституті перероблення зернових, м. Бергхольц-Ребрюке, Німеччина (одношнековий екструдер “Брабендер”).

В роботі використані загальноприйняті та спеціальні методики.

ЕПР-спектри записували на спекрофотометрі Varian E-9 при температурах від 20 до 70 С з інтервалом в 10 С.

Форми зв’язку вологи з матеріалом досліджували методом термогравіметрії на приладі дериватограф Q-1000.

ІЧ-спектри реєстрували на приладі UR-20 за допомогою Фур‘є-перетворювача.

Рентгенофазові дослідження зразків проводили на рентгенівському дифрактометрі ДРОН-3,0.

Розчинність та водопоглинальну здатність визначали методом Шоха.

Здатність до набухання визначали згідно ТУ 18-8-55-85.

Спектри ЯМР вимірювали на установці “спін-ехо” ЯМР.

Гранулометричний склад подрібнених екструдатів визначали за допомогою лабораторного розсіву RETSCH AS 200 control з набором сит DIN-ISO 3310-1.

Розміри та середній діаметр частинок відновлених екструдатів визначали на лазерному гранулометрі MASTERSIZER та за допомогою ультразвукового методу.

Реологічні властивості досліджували на ротаційному віскозиметрі “Реотест-2” та амілографі “Брабендера”.

Визначення фізіологічної дії крохмалю екструдатів проводили за результатами ферментативного гідролізу екструдатів.

Визначення вмісту важких металів проводили методом порівняння зі стандартом, який розроблений фахівцями кафедри аналітичної хімії НУХТ під керівництвом к.х.н. Костенко Є.Є.

Визначення вмісту залишкових пестицидів проводили методом газово-рідинної хроматографії.

Ступінь окислення визначали за зміною показників кислотного і перекисного числа.

РОЗДІЛ 3. Дослідження процесів взаємодії екструдатів злакових культур з водою.

Досліджено основні процеси, які протікають при взаємодії екструдатів злакових культур з водою.

За даними спектрів ЕПР (табл. 1), а саме за часом кореляції вільного радикалу та енергією активації, встановлено, що кількість поглиненої води і міцність її утримування для дослідних екструдатів різна.

Таблиця 1

Характеристики обертової дифузії спінового зонду в гелях екструдатів

Зразок екструдату,

який утворив гель | Час кореляції вільного радикалу (), с | Енергія активації обертової дифузії (ЕА), кДж/моль | Логарифм предекспоненційного множника (ln A)

Пшеничного крохмалю | 4,2 | 19,2 0,7 | - 32,0 0,5

Крупи манної | 5,3 | 14,7 0,4 | - 30,0 0,4

Крупи рисової | 4,9 | 12,8 0,9 | - 29,0 0,4

Встановлено, що клейстеризація крохмалю сировини при екструзії сприяє утворенню активних центрів, за рахунок перерозподілу форм зв‘язку вологи з матеріалом, по яких йде приєднання ОН-груп при відновленні. Доведено, що найбільш повне протікання процесу клейстеризації сприяє збільшенню кількості активних центрів і, як наслідок, збільшенню вмісту зв‘язаної води в екструдатах. Утворення активних центрів зумовлює більшу гідратаційну здатність екструдатів порівняно з нативним матеріалом.

Для визначення зв‘язків, які утворюються при введенні гідроксильної групи до частинок екструдату, отримано ІЧ-спектри поглинання гелів екструдатів, за якими розраховано оптичні характеристики смуг поглинання ОН-груп (табл. 2).

Таблиця 2

Оптичні характеристики смуг поглинання ОН-груп

Зразок |

Оптична густина

Двн * | Ді ** | Дн ***

Крохмаль пшеничний:

- екструдований

- відновлений (5хв)

- відновлений (30 хв) |

0,113

0,293

0,090 |

0,449

1,322

0,314 |

3,973

4,512

3,489

Крупа манна:

- екструдована

- відновлена (5хв)

- відновлена (30 хв) |

0,149

0,137

0,093 |

0,066

0,029

0,037 |

2,258

4,724

2,514

* - внутрішня оптична густина стандартних функціональних груп;

** - оптична густина дослідних функціональних груп;

*** - нормована оптична густина, яка визначається як відношення Ді до Двн .

Збільшення нормованої оптичної густини для відновлених екструдатів порівняно з екструдованими вказує на те, що основний вклад у формування структури систем при відновленні мають водневі зв‘язки.

Це підтверджено і рентгенофазовими дослідженнями структури відновлених систем, а саме наявністю інтенсивного аморфного гало при кутах повороту, які відповідають відстані 45...50 нм.

РОЗДІЛ 4. Дослідження процесу набухання екструдатів злакових культур та вивчення факторів, які його зумовлюють.

Відомо, що провідним процесом відновлення екструдатів є набухання, свідченням якого є збільшення їх в об‘ємі внаслідок поглинання води.

Досліджено динаміку зміни розміру частинок екструдатів при взаємодії з водою встановлено, що зміна розміру частинок протікає в два етапи: перший – швидкого та значного збільшення розміру частинок за рахунок інтенсивного поглинання води та другий – зменшення максимального розміру внаслідок переходу частини низькомолекулярних полісахаридів з периферійних ділянок колоїдної частинки в розчин.

Ці фактори і зумовили необхідність вивчення здатності до набухання (рис. 1) і кінетики даного процесу для екструдатів (рис. 2).

Відмінності між абсолютними значеннями здатності до набухання зумовлені, на нашу думку, різною кількістю крохмалю в дослідних зразках, природними особливостями крохмальних зерен, ступенем їх модифікації при обробленні.

Характер кінетичних кривих набухання подібний для всіх зразків і властивий матеріалам, які набухають обмежено з екстрагування певної кількості низькомолекулярних речовин в розчин. Нахил дотичних свідчить, що швидкість набухання екструдатів досить висока.. Максимальне набухання спостерігається в перші 30...40 хв взаємодії екструдатів з водою, в подальшому набухання поступово сповільнюється, причому не в однаковій мірі, що можна пояснити підвищенням розчинності екструдатів (табл.3), тобто кінетика набухання характеризує співвідношення процесів набухання і розчинення.

При визначенні розчинності спостерігається значне об‘ємне збільшення нерозчинної частки екструдату, що характеризується водопоглинальною здатністю (табл.3), яка має добру кореляцію зі здатністю до набухання.

Таблиця 3

Показники розчинності та водопоглинальної здатності екструдатів

Зразок екструдату | Розчинність,

% | Водопоглинальна

здатність, г/г

Пшеничний крохмаль | 49,0 | 16,7

Крупа манна | 20,9 | 8,3

Крупа рисова | 22,5 | 8,5

Таким чином, ступінь і співвідношення процесів набухання та розчинення для екструдованих матеріалів різні і залежать від цілого ряду факторів. Аналізуючи подрібнені екструдати злакових культур як об‘єкти досліджень, ці фактори, на нашу думку, можна поділити на дві групи. Перша група – це фактори, які визначають колоїдні властивості подрібнених екструдатів (форма і стан поверхні подрібнених екструдатів), друга група – фактори, які характеризують ступінь модифікації сировини в процесі екструдування (ступінь клейстеризації і полімеризації крохмалю екструдатів, його середньочисельна молекулярна маса, структура екструдатів і рухливість ланцюгів макромолекул).

Мікроскопіювання подрібнених екструдатів показало, що частинки мають різну форму: крохмалю та манної крупи - подібну до прямокутної, а рисової - більш сферичні. Це, з одного боку і пояснює їх різну поведінку при взаємодії з розчинником. Оскільки відомо що, частинки, які мають сферичну форму набухають гірше, ніж частинки прямокутної форми.

Різна форма частинок подрібнених екструдатів є наслідком їх різної поведінки при подрібненні, яка в свою чергу, зумовлена фізико-хімічними показниками якості екструдатів і, зокрема, міцністю.

Стан поверхні частинок екструдату вивчали за кінетичним коефіцієнтом змочування (рис.3), що визначається першим етапом просочування, а саме швидкістю поглинання рідини, яка дорівнює тангенсу кута нахилу дотичної до кривої. Розрахунки показали, що швидкість поглинання рідини екструдатами становить: пшеничний крохмаль 1,19 см3/с1/2, манна крупа 0,90 см3/с1/2, рисова крупа 0,84 см3/с1/2

Оскільки дисперсність зразків екструдатів однакова, то швидкість зволоження залежить, головним чином, від їх поверхневих властивостей, тобто від ліофільності. За одержаними даними екструдована рисова крупа є менш ліофільною, порівняно з екструдованим пшеничним крохмалем та манною крупою, що також є причиною їх різної поведінки у воді.

Дослідження ступеню клейстеризації за характером амілограм (як приклад представлено амілограму екструдату манної крупи – рис. 4) свідчать, що крохмальна компонента сировини при екструзії зазнає суттєвої клейстеризації. Причому для дослідних екструдатів її ступінь неоднакова, що також обумовлює відмінності поведінки екструдатів при поглинанні і взаємодії з водою.

Структуру екструдатів визначали, вивчаючи вміст кристалічної та аморфної частки. Співставляючи дані стосовно кристалічності екструдатів з показниками їх взаємодії з водою прослідковується певна тенденція для екструдатів круп: чим менший вміст кристалічної частки в екструдаті, тим більше здатність до набухання, і тим менше розчинність. Це обумовлено не щільною упаковкою ланцюгів макромолекул, які в результаті теплового руху можуть утворювати порожнини в які й проникає вода, що призводить до збільшення їх в об‘ємі.

Досліджуючи ступінь полімеризації та середньочисельну молекулярну масу полімеру, встановлено, що за однакових умов оброблення пшеничний крохмаль зазнає меншої деструкції порівняно з крупами, що має добру кореляцію з показником здатності до набухання, оскільки чим більша молекулярна маса полімеру, тим більша енергія взаємодії між його ланцюгами, внаслідок чого необхідно затратити більше енергії для їх відокремлення.

Про вплив рухливості ланцюгів макромолекул екструдатів на процеси їх набухання та розчинення судили за результатами ядерно-релаксаційних вимірювань (табл. 4).

Таблиця 4

Ядерно-магнітні характеристики дисперсних систем екструдатів

Зразок екструдату |

Час релаксації, с

спін-граткової, Т1 | спін-спінової, Т2

Крохмалю пшеничного | 1,5610-3 | 1,2510-4

Крупи манної | 1,0810-3 | 1,2310-4

Крупи рисової | 0,6010-3 | 0,7810-4

Встановлено, що, екструдат рисової крупи має найбільшу рухливість ланцюгів макромолекул, тобто молекули води мають змогу глибше проникати в колоїдну частинку, внаслідок чого інтенсифікується процес переходу у розчин частки низькомолекулярних полісахаридів, що призводить до зменшення абсолютного значення набухання дослідного зразка. Ці результати теж добре узгоджуються з даними стосовно здатності до набухання та розчинності – чим більшу рухливість макромолекул має екструдат, тим більша його розчинність та менша здатність до набухання.

РОЗДІЛ 5. Розроблення нових видів харчоконцентратів швидкого приготування для дитячого та дієтичного харчування.

Одержання готових страв, на основі екструдатів злакових культур, потребує їх відновлення. Від кількісного співвідношення екструдат:вода буде залежати консистенція готової страви, а від властивостей самого екструдату її стабільність у часі.

Раціональну консистенцію систем визначали органолептично відштовхуючись від водопоглинальної здатності екструдатів.

Для екструдату крохмалю проведено модельні досліди, в яких консистенцію системи визначали за рівнем поглинання ультразвукової хвилі (рис.5).

Дослідження показали, що II зона відповідає максимально повному набуханню частинок екструдату. Слід відмітити, що водопоглинальна здатність екструдату пшеничного крохмалю - 16,5 г/г - знаходиться саме в інтервалі концентрацій цієї зони. Це підтверджує правильність зробленого нами вибору щодо показника водопоглинальної здатності як основи при визначенні раціональної консистенції системи екструдат-вода.

Використання ультразвукового методу дало змогу представити модель процесу набухання при різній кількості відновника.

Стабільність ХК у часі, в першу чергу, буде визначатися стабільністю екструдату як структуроутворюючої основи. Встановлено, що всі системи є досить стабільними тобто, утворені гелі, практично не розшаровуються, кількість виділеної рідкої фази не перевищує 1,0 %. Слід відмітити, що відновлені системи дослідних зразків не потребують додаткового внесення стабілізатора, що є однією з їх переваг.

Одним із напрямків підвищення харчової, біологічної цінності продукту та надання йому функціональних властивостей є внесення до його складу БАД. Внесення БАД до рецептури потребує вивчення їх впливу на основні показники якості екструдату як структуроутворюючої основи ХК швидкого приготування (рис 6).

При визначенні оптимальної кількості добавки керувалися в першу чергу органолептичними показниками страви, добовою потребою споживання добавки, а консистенцію системи регулювали умовами відновлення.

Враховуючи це, кількість добавок у рецептурних композиціях складає: пилку квіткового - 10,0 % до маси екструдату, а еламіну - 1,0 %.

За своїми властивостями ЯСЕ-1, практично, повністю розчинний. Тому його внесення може значно зменшити здатність до набухання композиції. Це зумовило необхідність оптимізації рецептурної суміші екструдату гречаної крупи та ЯСЕ-1 для рецептур каш швидкого приготування.

Постановку експерименту і його реалізацію здійснювали згідно центрального композиційного рототабельного плану 3го порядку. Розрахунок коефіцієнтів та статистичне оброблення результатів дозволили отримати рівняння регресії (математичну модель), яке адекватно описує вміст ЯСЕ-1 в рецептурній суміші з гречаним борошном

Y = 46,488 - 0,270 (Х 1) – 3,846 * (X 2) – 3,014 * (Х 3) – 0,634 * ( Х 1)^ 2 – 0,634 * (X 2) ^2 + 1,138 * (X 3)^2 + 0 * (X 1) * (X 2) + 0 * (X 1) * (X 3) +1,000 * (X 2) * (X 3).

Максимальна в‘язкість суміші (критерій оптимальності) досягається при таких значеннях факторів: температура відновника 1= 0 (80 С), кількість відновника 2= -1,0 (1:3), кількість ЯСЕ-1 3= -1,0 (15,0 %).

Важливим чинником для продуктів дитячого та дієтичного харчування є їх харчова нешкідливість, яку ми характеризували за вмістом резистентного крохмалю, важких металів та залишкових пестицидів.

Встановлено, що екструдати містять певну частку ензим-резистентного крохмалю. Це має позитивний фізіологічний ефект, оскільки його дія в організмі подібна до дії харчових волокон, а також він здатен впливати на рівень цукру в крові. Вміст важких металів та залишкових пестицидів для розроблених продуктів не перевищує гранично допустимих концентрацій.

З метою визначення впливу розроблених харчоконцентратів на організм дитини, проведено клінічну апробацію нових видів каш у Дитячій клінічній лікарні № 6 та № 8 м. Києва. Згідно отриманих заключень, досліджувані продукти не викликають алергічних реакцій і можуть бути рекомендовані, як профілактичний засіб, при цілому ряді захворювань.

Зроблені нами розрахунки показали, що розроблені харчоконцентрати мають високу харчову цінність, що є передумовою для їх широкого застосування у повсякденному харчуванні як здорових, так і хворих дітей.

РОЗДІЛ 6. Дослідження процесів, що протікають при зберіганні харчоконцентратів швидкого приготування для дитячого та дієтичного харчування.

Важливим етапом при розроблення нових продуктів харчування є збереження і донесення до споживача його властивостей і якостей. У зв‘язку з цим, наступний етап роботи був присвячений дослідженню стійкості розроблених харчоконцентратів при зберіганні.

Основними факторами, які регламентують збереженість ХК на основі екструдатів є: гігроскопічність, стан ліпідної фракції та мікробіологічна забрудненість.

Для дослідження гігроскопічних властивостей було отримано ізотерми сорбції, які мають типовий для колоїдних капілярно-пористих тіл S-подібний вигляд. Рівноважна вологість сухих сумішей каш при відносній вологості повітря 60...80 % перевищує регламентовану норму, яка складає 9,0 %. Це зумовлює необхідність зберігання сухих сумішей каш в упакованому вигляді. Наявність жиромістких компонентів у рецептурах ХК також зумовлює необхідність пакування для попередження жирового псування продуктів.

Було досліджено вплив металізованого поліетилену - традиційного матеріалу та вплив нової поліетиленової плівки з асептичними властивостями на процеси самоокислення жирової складової розроблених ХК.

Показником, який характеризує кількість вільних жирних кислот, є кислотне число (рис. 7).

Як бачимо, упаковування сприяє зменшенню швидкості накопичення кислотного числа. Проте навіть при нормованому значенні кислотного числа, органолептичні показники ХК можуть бути незадовільні. Це зумовило необхідність дослідження вмісту продуктів окислення для прийняття остаточних висновків про ефективність використання пакувального матеріалу.

Встановлено, що при досягненні значення перекисного числа 0,065 % йоду (рис. 8) відбувається зміна органолептичних показників як для неупакованих так і для упакованих зразків, що свідчить про появу вторинних продуктів окислення.

Дослідні дані свідчать, що пакування сумішей каш в нову асептичну плівку є більш ефективним, порівняно з традиційним металізованим ПЕ, і дає змогу подовжити термін зберігання розроблених харчоконцентратів на 1,5...2 місяці, тобто до 6 міс.

Встановлено, що рівень мікробіологічної забрудненості розроблених харчоконцентратів при зберіганні протягом 6-ти місяців в упакованому вигляді не перевищує гранично допустимих значень за всіма показниками, регламентованими НД.

ВИСНОВКИ

1. На підставі результатів вивчення процесів взаємодії екструдованих крохмалемістких матеріалів з водою і узагальнення теоретичних та експериментальних даних щодо процесу набухання екструдатів дослідних матеріалів встановлено, що перетворення крохмальної компоненти злакових, яких вона зазнає в ході екструзійного оброблення, є достатніми для використання їх екструдатів як основного структуроутворюючого компоненту у продуктах швидкого приготування, і є підґрунтям для розроблення нових видів ХК для дитячого та дієтичного харчування.

2. Науково обґрунтовано та експериментально підтверджено, що екструдування сприяє утворенню активних центрів по яких йде відновлення екструдатів. Показано, що внаслідок екструдування відбувається перерозподіл співвідношення вільної та зв’язаної води на користь останньої, за рахунок протікання процесу клейстеризації, результатом чого є підвищення гідрофільних властивостей екструдатів.

3. Встановлено, що основний внесок в формування структури відновлених екструдатів мають водневі зв‘язки, утворення яких супроводжується процесами структуроутворення, що мають вплив на формування консистенції систем і залежать від фізико-хімічних властивостей біополімеру, набутих ним в процесі оброблення.

4. Доведено, що основним процесом, який протікає при відновленні екструдатів, є їх набухання, яке супроводжується переходом незначної частки низькомолекулярних сегментів полісахаридів у розчин. З‘ясовано, що швидкість та інтенсивність даного процесу є неоднаковою для екструдатів із різних злакових культур і залежить від двох факторів: колоїдних властивостей частинок екструдатів і ступеню модифікації крохмальної компоненти злакових в процесі екструзійного оброблення.

5. Визначено, що форма частинки подрібненого екструдату, яка є одним із показників, який регламентує процес набухання, залежить від міцності екструдату, яка, в свою чергу, зумовлена перетвореннями крохмалю сировини при обробленні.

6. Встановлено вплив деяких біологічно активних добавок (сухий концентрат еламіну, пилок квітковий, сухий ЯСЕ-1) на фізико-хімічні показники екструдатів, як основи страв швидкого приготування, які є лімітуючими при визначені кількості добавки в рецептурі. Визначено, що при розробленні рецептур, в першу чергу, необхідно керуватися органолептичними показниками якості відновлених систем і добовою потребою споживання біологічно активної добавки, а консистенцію регулювати умовами відновлення.

7. Показано, що як основу, при визначенні необхідної кількості води при відновленні ХК швидкого приготування, доцільно використовувати водопоглинальну здатність екструдатів, яку потрібно скориговувати залежно від рецептурного складу композиції.

8. На основі експериментальних досліджень та клінічної апробації встановлено вплив розроблених продуктів на організм людини. Показано, що вміст важких металів та залишкових пестицидів в отриманих продуктах не перевищує гранично допустимих концентрацій. Розроблені продукти мають позитивну фізіологічну дію на організм завдяки наявності в їх складі ензим-резистентного крохмалю. За результатами клінічної апробації, проведеної в 6-ій та 8-ій дитячих клінічних лікарнях м. Києва, дані продукти не викликають алергічних реакцій і можуть бути рекомендовані як профілактичний засіб при цілому ряді захворювань.

9. Експериментально обґрунтована доцільність пакування нових видів харчоконцентратів для дитячого та дієтичного харчування в нову поліетиленову плівку з асептичними властивостями, показано її позитивний вплив на процеси, що протікають при зберіганні та доведено ефективність її застосування для подовження термінів зберігання розроблених продуктів.

10. На екструдоване борошно і нові види харчоконцентратів швидкого приготування для дитячого та дієтичного харчування розроблено і затверджено необхідну нормативно-технічну документацію.

Технологію борошна і нових видів харчоконцентратів каш швидкого приготування для дитячого і дієтичного харчування апробовано на Бориспільському заводі “Сереалія Україна”, проведено розрахунки техніко-економічної ефективності виробництва нових видів харчоконцентратів.

ПЕРЕЛІК РОБІТ, ЩО ОПУБЛІКОВАНІ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ

1. Ковбаса В.М., Ромашко О.В., Шутюк В.В., Українець А.І., Кобилінська О.В. Нові продукти для дитячого харчування // Наукові праці ОДАХТ. – 2001. – Випуск 21. – С. 300-301.

Особистий внесок здобувача: участь в експериментальних дослідженнях, узагальнення результатів, підготовка матеріалів до публікації.

2. Кобилінська О.В., Ковбаса В.М., Припік О.С., Ромашко О.В. Вплив лимонної кислоти на властивості екструдованого крохмалю. Харчова промисловість. К.: УДУХТ, 2000. № 45. С. 275- 279

Особистий внесок здобувача: участь в експериментальних дослідженнях, узагальнення результатів, підготовка матеріалів до публікації.

3. В. Ковбаса, О. Кобилінська, В. Терлецька, О. Ромашко, О. Сторожук. Дослідження підготовки вуглеводів сировини для страв швидкого приготування // Харчова та переробна промисловість. – 2000. – № 8–9. – С. 14 – 15.

Особистий внесок здобувача: участь в експериментальних дослідженнях, узагальнення результатів, підготовка матеріалів до публікації.

4. Кобилінська О.В., Ковбаса В.М., Ромашко О.В., Миронова Н.Г. Дослідження впливу високотемпературної екструзії на стійкість крохмалю до дії ферментів // Наукові праці УДУХТ. - 2001. – № 9. – С. 71-72.

Особистий внесок здобувача: участь в експериментальних дослідженнях, узагальнення результатів, підготовка матеріалів до публікації.

5. Пилок квітковий – нове в технології виробництва харчоконцентратів швидкого приготування. / Ромашко О.В., Ковбаса В.М., Мусялківська А.О., Кобилінська О.В., Облап Л.В.// Наукові праці ОДАХТ. – 2002. – Вип.24.– С.240 – 243.

Особистий внесок здобувача: участь в експериментальних дослідженнях, узагальнення результатів, підготовка матеріалів до публікації.

6. Консистенція страв швидкого приготування. / Ромашко О.В., Кобилінська О.В., Ковбаса В.М., Облап Л.В.// Харчова і переробна промисловість. – 2002. – № 6. – С. 25 – 26.

Особистий внесок здобувача: участь в експериментальних дослідженнях, узагальнення результатів, підготовка матеріалів до публікації.

7. Вплив високотемпературної екструзії на клейстеризацію крохмалю. / Кобилінська О.В., Ковбаса В.М., Ромашко О.В., Терлецька В.А. // Обладнання та технології харчових виробництв: Тематичний збірник наукових праць. – Донецьк. 2001. – вип.6. – С.12 – 16.

Особистий внесок здобувача: участь в експериментальних дослідженнях, узагальнення результатів, підготовка матеріалів до публікації.

8. Вологотермічне оброблення круп‘яної сировини – один із способів отримання нових видів харчоконцентратів. / Ромашко О.В., Ковбаса В.М., Кобилінська О.В., Терлецька В.А. // Обладнання та технології харчових виробництв: Темат. зб. наук. праць. – Донецьк. 2001. – Вип.6. – С.77 – 81.

Особистий внесок здобувача: участь в експериментальних дослідженнях, узагальнення результатів, підготовка матеріалів до публікації.

9. Ковбаса В.Н., Кобылинская Е.В., Ромашко Е.В. Продукты прикорма детей быстрого приготовления на злаковой основе. Международная научная конференция “Прогрессивные пищевые технологии – третьему тысячелетию” Краснодар, 2000, с. 323-324.

Особистий внесок здобувача: участь в експериментальних дослідженнях, узагальнення результатів, підготовка матеріалів до публікації.

10. Кобылинская Е.В., Ромашко Е.В., Ковбаса В.Н. Пищевые концентраты быстрого приготовления. 2 Международная научно-техническая конференция ”Техника и технология пищевых производств”, Могилев, 2000, с. 76-77.

Особистий внесок здобувача: участь в експериментальних дослідженнях, узагальнення результатів, підготовка матеріалів до публікації.

11. Лазаренко М.В., Баглюк С.М., Ковбаса В.М., Кобилінська О.В., Ромашко О.В. Ультразвукові дослідження набухання крохмалів у воді. 5 Всеукраїнська конф. “Фундаментальна та професійна підготовка фахівців з фізики”, К., 2000, С. 160-161.

Особистий внесок здобувача: участь в експериментальних дослідженнях, узагальнення результатів, підготовка матеріалів до публікації.

12. Білик О.А., Ромашко О.В., Кобилінська О.В. Види таропакувальних матеріалів, які застосовуються в харчовій промисловості. 67 Наукова конференція студентів, аспірантів і молодих вчених, Київ, УДУХТ, 2001, С. 64.

Особистий внесок здобувача: участь в експериментальних дослідженнях, узагальнення результатів, підготовка матеріалів до публікації.

13. Ковбаса В.М., Терлецька В.А., Ромашко О.В., Облап Л.В. Дослідження в‘язкості страв швидкого приготування. 67- наук. конф. аспірантів, студентів і молодих вчених. – К.: УДУХТ. – 2001. – С. 62.

Особистий внесок здобувача: участь в експериментальних дослідженнях, узагальнення результатів, підготовка матеріалів до публікації.

14. Застосування високотемпературної екструзії природних біополімерів для розроблення харчоконцентратів поліпшеної якості / Ковбаса В.М., Терлецька В.А., Кобилінська О.В., Ромашко О.В. // Укр.-франц. симпозіум з нових технологій харчової промисловості. – К:. УДУХТ. – 2001. – С. 19-21.

Особистий внесок здобувача: участь в експериментальних дослідженнях, узагальнення результатів, підготовка матеріалів до публікації.

15. New possibilities of getting fastfood products receiving./ V.Kovbasa, E.Kobilinskay, V.Terletskay, I.Bondar, E.Romashko // Reports of international scientific practical conference “New trends in quality food production”. – Jelgava, 2002. – p. 136 – 138.

Особистий внесок здобувача: участь в експериментальних дослідженнях, узагальнення результатів, підготовка матеріалів до публікації.

16. Перспективність використання квіткового пилку для створення продуктів функціонального спрямування / Облап Л.В, Ромашко О.В., Кобилінська О.В., Ковбаса В.М. // Міжнародна наукова конференція молодих вчених, аспірантів та студентів “Розроблення, дослідження і створення функціонального харчування, обладнання та нових технологій для харчової та переробної промисловості”, – К.: НУХТ, 2002. – Ч.2.-С. 54.

Особистий внесок здобувача: участь в експериментальних дослідженнях, узагальнення результатів, підготовка матеріалів до публікації.

17. Ромашко О.В., Кобилінська О.В., Ковбаса В.М. Дослідження впливу таропакувальних матеріалів на збереженість сухих сумішей каш швидкого приготування. 69-та Наукова конференція молодих вчених, аспірантів і студентів “Розроблення, дослідження і створення функціонального харчування, обладнання та нових технологій для харчової та переробної промисловості” Київ, НУХТ, 2003. – Ч. 2. – С. 58.

Особистий внесок здобувача: участь в експериментальних дослідженнях, узагальнення результатів, підготовка матеріалів до публікації.

18. Лазаренко М.В., Ковбаса В.М., Кобилінська О.В., Ромашко О.В. Визначення оптимальних концентрацій біополімеру в процесі набухання. Міжнародна науково-практична конференція “Структурна релаксація у твердих тілах” Вінниця, 2003, С. 220.

Особистий внесок здобувача: участь в експериментальних дослідженнях, узагальнення результатів, підготовка матеріалів до публікації.

19. Ромашко Е.В., Кобылинская Е.В., Ковбаса В.Н. Применение спектральных методов для изучения структуры биополимеров в пищевых технологиях. International scientific and practical Conference “Spectroscopy in special Applications” Kyiv, 2003. – P. 140.

Особистий внесок здобувача: участь в експериментальних дослідженнях, узагальнення результатів, підготовка матеріалів до публікації.

20. Пакувальні матеріали / Ромашко О.В., Кобилінська О.В., Ковбаса В.М., Захаревич В.Б., Білик О.А. - К.: НУХТ, 2003.- 52 с.

Особистий внесок здобувача: участь в експериментальних дослідженнях, узагальнення результатів, підготовка матеріалів до публікації.

21. Деклараційний патент на винахід № 2002032329. Спосіб виробництва круп швидкого приготування / Ковбаса В.М., Ромашко О.В., Кобилінська О.В., Терлецька В.А., Облап Л.В., 17.03.2003. – Бюлетень № 3.

Особистий внесок здобувача: участь в експериментальних дослідженнях, узагальнення результатів, підготовка матеріалів до публікації.

22. Деклараційний патент на винахід № 2002032156. Склад суміші для дитячого та дієтичного харчування / Ромашко О.В., Ковбаса В.М., Кобилінська О.В., Терлецька В.А., Облап Л.В., 16.12.2002. – Бюлетень № 12.

Особистий внесок здобувача: участь в експериментальних дослідженнях, узагальнення результатів, підготовка матеріалів до публікації.

Ромашко О.В. Удосконалення технології харчоконцентратів швидкого приготування для дитячого та дієтичного харчування: Рукопис.

Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.01 технологія хлібопекарських продуктів та харчових концентратів. Національний університет харчових технологій Міністерства освіти і науки України, Київ, 2003.

Дисертація присвячена удосконаленню технології харчоконцентратів швидкого приготування для дитячого та дієтичного харчування на основі екструдатів злакових культур.

Досліджено основні процеси, які мають місце при взаємодії екструдатів злакових культур з водою, як основи харчоконцентратів швидкого приготування. Визначено фактори, які регламентують процес набухання екструдатів як основний процес відновлення харчоконцентратів швидкого приготування.

Запропоновано використання БАД з метою надання харчоконцентратам функціональних властивостей, що підтверджено клінічними дослідженнями.

Доведено ефективність використання поліетиленової плівки з асептичними властивостями для подовження терміну зберігання харчоконцентратів швидкого приготування для дитячого та дієтичного харчування.

Ключові слова: харчоконцентрати швидкого приготування для дитячого та дієтичного харчування, злакові культури, клейстеризація, деструкція, відновлення, структура, біологічно активні добавки, показники якості.

Ромашко Е.В. Усовершенствование технологии пищеконцентратов быстрого приготовления для детского и диетического питания: Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.18.01 технология хлебопекарных продуктов и пищевых концентратов. Национальный университет пищевых технологий Министерства образования и науки Украины, Киев, 2000.

Диссертация посвящена усовершенствованию технологии пищеконцентратов быстрого приготовления для детского и диетического питания на основе экструдатов злаковых культур.

Установлено, что взаимодействие экструдатов злаковых культур с водой идет по активным центрам, с образованием, за счет водородных связей, аморфной структуры. Исследован основной процесс восстановления экструдатов – набухание – и факторы, которые его определяют.

Установлено, что гидратационная способность экструдатов зависит от глубины протекание процесса клейстеризации, который сопровождается перераспределением форм связи влаги с материалом в сторону увеличения доли связанной, следствием чего является увеличение количества