Розділ ІV
КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ ТОРГОВЕЛЬНО-ЕКОНОМІЧНИЙ УНІВЕРСИТЕТ
КРАВЧЕНКО МИХАЙЛО ФЕДОРОВИЧ
УДК 663.05:613.26/.29
Технологія продуктів з харчовими добавками
рослинного походження для оздоровчого харчування
Спеціальність 05.18.16 – технологія продуктів харчування
АВТОРЕФЕРАТ
на здобуття наукового ступеня
доктора технічних наук
Київ 2006
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Київському національному торговельно-економічному університеті Міністерства освіти і науки України.
Науковий консультант: доктор технічних наук, професор |
ересічний Михайло Іванович,
Київський національний торговельно-економічний університет, декан факультету ресторанно-готельного та туристичного бізнесу, професор кафедри технології і організації ресторанного господарства
Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор |
ивоваров Павло Петрович,
Харківський державний університет харчування та торгівлі, професор кафедри технології харчування
доктор сільськогосподарських наук, професор |
удавська Ганна Богданівна,
Київський національний торговельно-економічний університет, професор кафедри товарознавства та експертизи продовольчих товарів
доктор медичних наук, ст. наук. спів. |
уліч Марія Павлівна,
зав. лабораторії гігієни харчування Інституту гігієни і медичної екології ім. О.М. Марзеєва АМН України
Провідна установа: | Національний університет харчових технологій, кафедра технології функціональних харчових продуктів, Міністерство освіти і науки України, м. Київ.
Захист відбудеться 23 червня 2006 р. об 1100 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.055.02 при Київському національному торговельно-економічному університеті за адресою: 02156, м. Київ, вул. Кіото, 19.
З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського національного торговельно-економічного університету: 02156, м. Київ, вул. Кіото, 19.
Автореферат розіслано 22 травня 2006 р.
Вчений секретар
спеціалізованої вченої ради Є.В. Тищенко
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність теми. На сьогодні однією з найважливіших проблем суспільства є мінімізація негативного впливу довкілля на людину. Порушена екологія та деформований раціон харчування призводить до зниження загальної резистентності організму, поширення низки хвороб, у т.ч. пов’язаних з обміном речовин, серед яких – цукровий діабет, ожиріння та ін. Традиційне харчування не забезпечує високого профілактичного ефекту. Серед основних засад державної політики щодо якості та безпеки харчових продуктів є стимулювання розроблення нових науково обґрунтованих технологій спеціальних та екологічно чистих харчових продуктів, у т.ч. оздоровчих. Вагомий внесок у вирішення цієї проблеми зробили вітчизняні і закордонні вчені: Гуліч М.П., Дорохович А.М., Капрельянц Л.В., Корзун В.Н., Міцик В.Ю., Павлюк Р.Ю., Пивоваров П.П., Пересічний М.І., Притульська Н.В., Рудавська Г.Б., Сімахіна Г.О., Українець А.І., Черевко О.І., Clawson R., Kimura G., Okuda H., Taylor A. та ін. Ефективним способом оптимізації структури та індивідуалізації харчування населення є розвиток виробництва продуктів оздоровчого призначення шляхом використання у їх складі інгредієнтів – концентратів природних компонентів їжі – вітамінів, макро- та мікроелементів, харчових волокон, що дозволяє знизити дефіцит ессенціальних речовин, спрямовано змінювати метаболізм, підсилювати і прискорювати виведення ксенобіотиків, підвищувати неспецифічну резистентність організму людини немедикаментозним безпечним шляхом. Перспективними для корегування раціонів згідно з сучасними вимогами нутріціології в умовах організованого харчування у закладах ресторанного господарства є рослинні добавки вітчизняного виробництва: водоростеві продукти, борошно з зерна, обробленого ІЧ-опромінюванням, рослинні гідроколоїди, підсолоджувачі та ін. У зв’язку з вищезазначеним і з урахуванням недостатності на продовольчому ринку України продуктів оздоровчої направленості, розроблення методології моделювання складу і технології продуктів на основі функціональних інгредієнтів рослинного походження є актуальним.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Наукові дослідження та технологічні розробки проведені у рамках комплексної програми “Цукровий діабет” №076 (1999-2007 рр.) та науково-дослідних робіт Київського національного торговельно-економічного університету (КНТЕУ), виконуваних на замовлення Міністерства освіти і науки України з 1999 р. по 2006 р.: “Методологія і практичні аспекти моделювання збалансованих харчових раціонів резистентного призначення в умовах екологічного середовища України” № 0197U017535 (1999 р.); “Розробка та удосконалення технології продуктів харчування для різних верст населення в умовах сучасного екологічного середовища України” № 0100U003018 (2000-2001 рр.); “Моніторинг та впровадження новітніх технологій продуктів оздоровчого харчування в Україні” №0102U000646 (2002-2003 рр.); “Розробка біоактивних добавок для харчових продуктів” №0103U004975 (2003 р.); “Розробка та впровадження ресурсозберігаючих новітніх технологій продуктів харчування функціонального призначення для різних верст населення України” №0104U000921 (2004-2006 рр.).
Мета і задачі дослідження. Метою роботи є теоретичне обґрунтування і розроблення технологій борошняних кондитерських, булочних і кулінарних виробів, солодких страв на основі харчових добавок рослинного походження для оздоровчого харчування населення.
Загальними взаємопов’язаними завданнями, для досягнення поставленої мети визначені наступні:
- розробити наукову концепцію створення технологій оздоровчих продуктів з урахуванням сучасних положень нутріціології і тенденцій розвитку харчових технологій та теоретичну модель виробництва модельних функціональних композицій на основі харчових добавок рослинного походження вітчизняного виробництва;
- обґрунтувати вибір і довести доцільність сумісного використання, дослідити фізико-хімічні та функціонально-технологічні властивості харчових добавок рослинного походження, визначити основні параметри процесів, закономірності їх змін у технологічному потоці, раціональні співвідношення компонентів;
- спрогнозувати та експериментально підтвердити механізм утворення структури оздоблювальних і борошняних кондитерських напівфабрикатів без цукру на основі карагенанових драглів, підсолоджувачів зі стевії, борошна, обробленого ІЧ-опромінюванням. Визначити вплив технологічних чинників (температури, тривалості гідратації, концентрації карагенану і підсолоджувачів і т.д.) на міцнісні характеристики напівфабрикатів і співставити їх з теоретичними положеннями про стійкість дисперсних систем;
- теоретично обґрунтувати та експериментально підтвердити можливість використання модельних функціональних композицій у технологіях борошняних кондитерських, булочних, кулінарних виробів, солодких страв з метою оптимізації їхнього нутрієнтного складу;
- науково обґрунтувати і розробити технологію, комплексно дослідити споживні властивості кулінарної продукції на основі модельних функціональних композицій, визначити її поживну цінність і мікробіологічну безпеку;
- визначити комплексні показники якості оздоровчих продуктів з харчовими добавками рослинного походження;
- медико-біологічними дослідженнями обґрунтувати оздоровчий ефект продуктів з харчовими добавками рослинного походження;
- здійснити комплекс заходів щодо впровадження новітніх технологій у виробничі умови закладів ресторанного господарства і підприємств харчової промисловості; розробити і затвердити нормативну та патентну документацію на продукти оздоровчого призначення; визначити ефективність від впровадження результатів роботи.
Об’єкт дослідження – технології кулінарної продукції для оздоровчого харчування на основі модельних функціональних композицій харчових добавок рослинного походження для оздоровчого харчування.
Предмет дослідження – екстракт “Стевіясан”, карагенан, біостар, порошок з цистозіри, борошно з зерна, обробленого ІЧ-опромінюванням (борошно ЕСО), модельні функціональні композиції, оздоблювальні і борошняні кондитерські напівфабрикати, булочні, кондитерські, кулінарні вироби, солодкі страви з харчовими добавками рослинного походження.
Методи дослідження – стандартні, загальноприйняті і спеціальні фізико-хімічні, технологічні, мікробіологічні, органолептичні, статистичні.
Наукова новизна одержаних результатів. На підставі теоретичних та експериментальних досліджень сформульовано і реалізовано наукову концепцію, яка полягає у розробці, згідно з положеннями теорії раціонального харчування, теоретико-практичних засад технологій оздоровчих продуктів з оптимізованою поживною та енергетичною цінністю, сенсорними і структурними характеристиками на основі цілеспрямованого поєднання, шляхом математичного моделювання функціонально активних інгредієнтів рослинного походження вітчизняного виробництва.
Розроблено теоретичну модель і доведено доцільність та ефективність поєднання харчових добавок рослинного походження у складі модельних функціональних композицій з метою максимізації ступеня використання біологічно активних речовин (карагенан – екстракт стевії, карагенан – екстракт стевії – борошно ЕСО, карагенан – екстракт стевії – борошно ЕСО – біостар – порошок з цистозіри), визначено їх поліфункціональні властивості, механізми та закономірності утворення структури.
На основі математичних методів, заснованих на формалізації якісних і кількісних показників поживної цінності окремих інгредієнтів і їх поєднання у складі модельних функціональних композицій, визначено їх раціональний вміст для забезпечення формування необхідних органолептичних і фізико-хімічних властивостей, заданого рівня поживної і енергетичної цінності.
Розвинуто теоретичні положення щодо формування та стабілізації дисперсних і емульсійних систем без цукру із заданими властивостями – тістових мас для дріжджових, бісквітних, пісочних, заварних, пряничних, кексових, листкових та оздоблювальних кондитерських напівфабрикатів на основі модельних функціональних композицій з харчових добавок рослинного походження. Теоретично обґрунтований та експериментально підтверджений механізм стабілізації харчових структур шляхом взаємодії між сульфатними групами водоростевого гідроколоїду карагенану і групами протеїнів молока та борошна. Обґрунтовані параметри технологічного процесу, вид і концентрація компонентів для утворення стійкої структури оздоблювальних кондитерських напівфабрикатів без цукру на основі карагенанових драглів і інтенсивного підсолоджувача зі стевії.
З використанням методів системного аналізу науково обґрунтовано технології кулінарної продукції на основі модельних функціональних композицій (борошняних кондитерських і булочних виробів, солодких страв), визначено показники якості та безпеки, закономірності їх змін у технологічному потоці.
Медико-біологічними дослідженнями підтверджена ефективність продуктів на основі харчових добавок рослинного походження у оздоровчому харчуванні для профілактики аліментарно залежних захворювань, порушень ліпідного обміну, дисбалансу мінеральних речовин, вітамінів, відновлення мікрофлори, активації елімінації ендотоксинів і радіоактивних речовин з організму людини.
Наукову новизну технічних рішень підтверджено 6 деклараційними патентами України.
Практичне значення одержаних результатів. На підставі результатів реалізації наукової концепції, теоретичних і експериментальних досліджень розроблено і затверджено нормативну документація, у т.ч. – 10 технічних умов і технологічних інструкцій: “Напівфабрикати кондитерські зниженої калорійності з яблучним порошком” (ТУУ 01566117.009-2000); “Фіточай “Стевіясан” (ТУУ 15.8-30729147.002-2001); “Вироби булочні з використанням мікронізованого зерна” (ТУУ 01566117.012-2001); “Вареники та пельмені “Біостар” (ТУУ 15.8-01566117.017-2001); “Тістечка “Біостар” (ТУУ 15.8-01566117-018-2001); “Печиво “Стевіясан” (ТУУ 15.8-01566117.013-2002); “Тістечка заварні “Стевіясан” (ТУУ 15.8-01566117.023-2002); “Борошняні кондитерські вироби з екстрактом стевії, карагенаном та біостаром” (ТУУ 15.8 – 01566117-025: 2005); “Напівфабрикат-фарш м’ясний з фукусами” (ТУУ 15.8 – 01566117-026: 2005); “Булочка з альгінатом кальцію і водним екстрактом “Стевіясан” (ТУУ 15.8-01566117-012: 2005); 3 збірники рецептур на нові види продуктів з харчовими добавками рослинного походження для оздоровчого харчування.
Проведено промислову апробацію і впровадження розроблених технологій кулінарної продукції на підприємствах харчової промисловості: Київському хлібокомбінаті №1 (м. Київ), Донецькому комбінаті хлібопродуктів (м. Донецьк), Дарницькій фабриці кулінарії (м. Київ) та закладах ресторанного господарства: у шкільних їдальнях Мінського району (м. Київ); навчально-виробничому об’єднані КНТЕУ “Юність” (м. Київ); ТОВ “Фішка” (м. Київ); Малинському комбінаті харчування (м. Малин); ТОВ “Здоровий спосіб життя – Стевіясан” (м. Київ); ВАТ “Березанський завод продтоварів” (м. Березань); меблевої фабрики ТОВ “Дружба” (м. Бровари); ВАТ “Вітаміни” (м. Умань); бази відпочинку ВАТ “НДІ молекулярної електроніки” і заводу “Мікрон” (м. Гурзуф).
Визначена економічна ефективність від впровадження і конкуренто-спроможність продуктів оздоровчого призначення. Прибуток від реалізації 1000 кг в залежності від виду продукції складає: для бісквітних 287-1109 грн., булочних – 46-163 грн., пряничних – 35-60 грн., пісочних – 240-470 грн., кексових – 930-1020 грн., заварних – 850-1150 грн.
Медико-біологічними і клінічними дослідженнями, проведеними спільно з науковцями Українського наукового центру радіаційної медицини АМН (д.м.н. Корзун В.Н.), Інституту екогігієни і токсикології ім. Л.І. Медведя (д.м.н. Карпенко П.О.), доведений оздоровчий ефект при вживанні розроблених продуктів з харчовими добавками рослинного походження.
Особистий внесок здобувача полягає у дослідженні стану проблеми, виборі і аргументуванні теми, формулюванні наукової концепції роботи, її теоретичному і експериментальному підтвердженні, розробці програми, проведенні аналітичних та експериментальних досліджень, формулюванні висновків, підготовці матеріалів до публікацій і заявок на винаходи, розробці нормативної та технологічної документації, здійснені заходів з впровадження науково-технічних розробок у виробничий та навчальний процес. Заявлені в дисертації наукові положення, теоретичні розробки, винаходи, що стосуються нових та вдосконалення існуючих технологій, виконані особисто автором. У матеріалах, що опубліковані у співавторстві, здобувачеві належать: наукове обґрунтування теоретичних положень, постановка експериментів та аналіз отриманих результатів, формулювання і узагальнення основних висновків. Ряд досліджень проведено спільно з аспіранткою Федоровою Д.В., іншими співробітниками, заявленими в публікаціях. Автор висловлює щиру вдячність за консультативну допомогу директору ООО “ЕСО” д.т.н. Цигульову О.В. і генеральному директору ТОВ “Здоровий спосіб життя – Стевіясан” Чорній В.П.
Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи доповідалися на 13 конференціях, у т.ч. міжнародних: науково-практичній конференції “Нові технології при вирішенні медико-екологічних проблем” (Крим, с.м.т. Пісчане, 2000р.); міжнародній науково-практичній конференції “Стратегія розвитку туристичної індустрії та громадського харчування” (м. Київ, 2000р.); міжнародній науково-практичній конференції “Актуальні проблеми харчування: технологія та обладнання, організація і економіка” (м. Донецьк, 2001р.); міжнародній науково-практичній конференції “Стратегічні напрямки розвитку підприємств харчових виробництв і торгівлі” (м. Харків, 2002р.); науково-практичній конференції “Проблеми харчування населення України” (м. Полтава, 2003р.); міжнародній науково-практичній конференції “Харчування як фактор формування здоровя населення” (м. Київ, 2003р.); IV Міжнародній конференції “Дети Чернобыля – медицинские последствия и социально-психологическая реабилитация” (г. Киев, 2003р.); науково-практичній конференції “Харчові добавки, інгредієнти, БАДи – їх властивості та використання у виробництві продуктів і напоїв” (Крим, м. Феодосія, 2003р.); регіональній науково-практичній конференції (Россия, г. Пятигорск, 2003р.); міжнародній науково-практичній конференції “Торгово-экономические проблемы регионального бизнес-пространства” (Россия, г. Челябинск, 2004р.); міжвузівській науково-практичній конференції “Проблеми техніки і технологій харчових виробництв”, (м. Полтава, 2004р.); міжнародній науково-практичній конференції “Актуальні питання гігієни харчування та безпечності харчових продуктів” (м. Київ, 2004р.); міжнародній науково-практичній конференції “Актуальні проблеми харчування: технологія і обладнання, організація і економіка” (м. Слов’яногірськ, 2005р.).
Розроблені продукти для оздоровчого харчування з харчовими добавками рослинного походження демонструвалися і відзначені дипломами на виставках досягнень Деснянського району м. Києва (1999р.); “Світові високі технології” (Китай, м. Пекін, 2002р.).
Публікації. Результати дисертаційної роботи опубліковані у 50 роботах, у т.ч. 4 монографіях, 3 збірниках рецептур, 20 статтях, 17 тезах доповідей та матеріалах наукових конференцій і 6 патентах.
Структура та обсяг роботи. Дисертаційна робота складається зі вступу, 6 розділів, висновків, списку літератури і додатків. Роботу викладено на 278 сторінках, включаючи 75 таблиць, 58 рисунків, додатки представлені окремим томом на 250 сторінках. Список літератури включає 341 джерело, у т.ч. 72 зарубіжних.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ
У вступі обґрунтовано актуальність теми, мету і завдання, наукову новизну і практичне значення результатів досліджень, наведені дані щодо реалізації та апробації, загальної характеристики структури роботи.
У першому розділі “Продукти оздоровчого харчування як чинник збереження здоров’я людини в умовах сучасної екології” розглянуто результати вивчення структури харчування населення України, які засвідчили незбалансованість раціонів, що в умовах порушеного довкілля спричиняє розвиток захворювань, викликаних аліментарним фактором. Одним з ефективних шляхів вирішення проблеми є створення функціональних продуктів, хімічний склад яких скорегований за рахунок харчових добавок і наближений до вимог нутріціології. Узагальнені термінологічні і класифікаційні ознаки харчових і біологічно активних добавок. Проведений аналіз сучасного стану розвитку технологій функціональних продуктів, сформульовані наукові і технологічні принципи, які визначили напрям досліджень щодо використання функціональних композицій з харчових добавок рослинного походження у складі продуктів для оздоровчого харчування. Визначено методологічне підґрунтя конструювання продуктів харчування цільового призначення за новітніми технологіями, у т.ч. з підсолоджувальними речовинами, водоростевими і зерновими добавками. Узагальнення наукових відомостей, патентної інформації сприяло визначенню мети і завдань дисертаційного дослідження.
У другому розділі “Організація, об’єкти, предмети, матеріали та методи досліджень” складено програму аналітичних та експериментальних досліджень та визначено головні напрямки її реалізації, представлена комплексна блок-схема досліджень (рис. 1). Наведено якісні характеристики предмету досліджень (харчові добавки рослинного походження вітчизняного виробництва: борошно ЕСО – вівсяне, просяне, соєве, рисове, зародки пшениці; екстракт “Стевіясан” – сироп та порошки з різною масовою часткою дитерпенових глікозидів; карагенан харчовий, водоростеві порошки – біостар і цистозіра; інулін; яблучні порошки – кріо- і з вичавок, інші інгредієнти; модельні композиції та продукти харчування на їх основі, вироблені із сировини, що відповідала діючій нормативній документації).
В теоретичних дослідженнях вивчена доступна інформація з напрямку досліджень (літературні джерела, патентний пошук, Інтернет-видання). Експериментальна частина ґрунтувалась на математичній оптимізації харчової і біологічної цінності харчових продуктів з урахуванням інших технологічних характеристик. Показники якості сировини і кулінарної продукції визначали за методиками, що регламентовані діючими стандартами. Еквівалентну солодкість підсолоджувачів визначали експертним методом за Фехнером; водопоглинальну здатність водоростевих продуктів та борошняних сумішей – на фаринографі та методом центрифугування; структурно-механічні властивості драглів – на приладі “Інстрон-1122”; пружно-еластичні властивості тістових моделей на фаринографі “Brabіnder”; піноутворювальну здатність оздоблювальних напівфабрикатів – за методом Лур’є; фракційний склад води у кондитерських оздоблювальних напівфабрикатах – методом диференційно-скануючої колориметрії на приладі ДСМ-2М; експериментальні дані оброблялись статистично за методом Фішера-Стьюдента (рівень надійності 0,95); методи статистичного моделювання реалізувалися за допомогою пакету Excel 2000 для Windows. Органолептичний аналіз готових виробів проводили профільним методом з використанням дескрипторів за п’ятибальною шкалою; показники безпеки – згідно зі стандартними методами досліджень. На підставі теоретичних та експериментальних досліджень сформульовано і реалізовано наукову концепцію. Проектування модельних функціональних композицій здійснено за принципом харчової комбінаторики: кількісним підбором основної сировини і харчових добавок, які у сукупності забезпечували формування заданих органолептичних і фізико-хімічних властивостей, харчової, біологічної і енергетичної цінності продуктів, розроблена блок-схема моделювання функціональних композицій на основі харчових добавок рослинного походження (рис. 2).
У третьому розділі “Наукове обґрунтування технологій оздоровчих продуктів з харчовими добавками рослинного походження” наведені результати досліджень фізико-хімічних властивостей харчових добавок рослинного походження (ХДРП), науково обґрунтована та доведена доцільність сумісного використання у складі композицій і можливість розроблення на їх основі технологій кулінарної продукції для оздоровчого харчування (борошняних булочних, кондитерських виробів, солодких страв), традиційні аналоги якої характеризується високим вмістом легкозасвоюваних вуглеводів, енергетичним навантаженням і низькою біологічною цінністю. Визначені відповідно до наукової концепції критерії оптимізації нової кулінарної продукції, у складі якої значно знижувалась кількість або повністю виключався цукор, зменшувалась частка жиру, та особливості фізико-хімічних властивостей досліджуваних ХДРП потребували нових технологічних рішень при розробці її технологій (рис.12). Екстракт стевії (ЕС) у концентраціях, що необхідні для відчуття солодкості (показник еквівалентної солодкості порошку – 280-300 од., сиропу – 55-60 од.) на рівні традиційних виробів не впливав на піноутворювальну здатність харчових систем з вершків, меланжу, білків яєць. У харчових системах з молока (основа кремів “Шарлотт”, “Новий”, “Заварний”) проблему зв’язування вільної вологи, яка перешкоджає утворенню пінної структури, вирішували за рахунок введення карагенану, що на відміну від інших полісахаридів виявляє структуроутворювальні властивості вже у низьких концентраціях (0,5-0,85%, =3,6·103с, t=202°С).
Встановлено, що інтенсивне набрякання карагенану відбувається протягом =12,5·103с, при t=202°С, його маса збільшується у 8-8,5 разів, при подальшому підвищенні температури до 45-50°С він розчиняється, при охолоджені розчину утворюються драглі (рис. 3). У концентрації 2% він забезпечує реологічні характеристики на рівні контрольних зразків (рис.4); він підвищує піноутворювальну здатність на 18,2, стійкість – 31,8, емульгуючу ємність меланжу – 2,7, стабільність яєчно-масляної емульсії на 51%. У кремах, де загущувачем структури є борошно, раціональна концентрація карагенану – 0,5% від маси молока (рис. 5). При використанні підсолоджувача, масову частку цукру, яка вилучається з борошняних кондитерських напівфабрикатів, компенсували борошном ЕСО, що отримане з цільного зерна, обробленого інфрачервоним опромінюванням (ІЧ) і характеризується кращими, порівняно з пшеничним, показниками поживної цінності. Шляхом комп’ютерного моделювання розроблені модельні функціональні композиції, оптимізовані за основними показниками поживної цінності: вмісту білків, жирів, вуглеводів (амінокислотний скор, жирнокислотний, вуглеводний, мінеральний, вітамінний склад, співвідношення окремих нутрієнтів). Визначено, що комплексний показник біологічної цінності зростав при збільшенні концентрації борошна ЕСО з високим вмістом лізину (вівсяне, соєве). При встановленні раціональних співвідношень компонентів у борошняних сумішах модельних композиціях обмежуючим фактором слугував комплексний органолептичний показник (рис. 6, 7). Сумісне використання екстракту і борошна ЕСО потребувало регулювання структурно-механічних властивостей тістових мас. Через вилучення цукру у тісті знижувався осмотичний тиск інтерміцелярної рідини, що сприяло набряканню і частковому розчиненню білків, які не утворюють клейковинний каркас тіста: відбувалося послаблення структури тіста на 2,5-9,2% порівняно з контролем. Підсолоджувач знижував пружно-еластичні властивості і динамічну в’язкість тіста на 3,5-21,5 і 3,8-27,5% (порошок) та 8,5-19,0 і 20,0-34,0% (сироп) відповідно; вміст сирої клейковини, гідратаційну здатність і пружність. Карагенан виявився ефективним регулятором структурно-механічних характеристик тістових мас на основі борошна ЕСО, його застосування сприяло зміцненню клейковини: час випресовування збільшувався у 2,5 рази, зменшувалась її питома розтяжність і ступінь розріджування. Карагенан як дегідратуючий агент щодо біополімерів борошна сприяв підвищенню стійкості тістових мас, зменшенню упіку під час теплової обробки виробів. Гіпотетично механізм такого впливу карагенану пояснюється наявністю в його молекулах ефірно-зв’язаної сірчаної кислоти, що має властивості кислого ефіру, аніоно-активного емульгатору, який зміцнює клейковину. Збивання яєчно-масляної емульсії з карагенаном (С=0,5%, =7,2·102с, t= 25°С) і забезпечення короткочасного контактування борошняної сировини з вологовміщуючими компонентами уповільнювало осмотичне набрякання білків, зменшувало пружність клейковини і збільшувало пластичність пісочного і бісквітного тіста, забезпечувало реологічні показники на рівні традиційних аналогів. Модельні функціональні композиції із суміші пшеничного борошна з “сильною” клейковиною і борошна ЕСО у співвідношенні 40-50:60-50 запобігають утворенню міцного клейковинного каркасу і затягнутої структури пісочних і бісквітних напівфабрикатів (табл. 1). Процес вистоювання сприяв зміцненню структури і збільшенню граничної напруги зсуву, через подовження тривалості набрякання білків і полісахаридів (крохмалю і карагенану) дріжджового і листкового тіста. Біостар і порошок з цистозіри з високим вмістом вітамінів, мінеральних речовин, полісахаридів навіть у низьких концентраціях (0,5-1%) здатні позитивно впливати на поживну цінність продуктів. Завдяки полісахаридам вони виявляють сорбційну активність стосовно моносахаридів (глюкози), знижують рівень одночасного надходження глюкози у кров організму людини, що важливо при моделюванні продуктів для оздоровчого харчування, зокрема для хворих на цукровий діабет (рис. 8).
Водоростеві порошки мають водопоглинальну здатність – 4,20,2 і 4,70,3 г/г води відповідно, що на 52 і 70% вище за аналогічний показник пшеничного борошна завдяки альгіновій кислоті, що міститься у порошку з цистозіри (23,3%) і пектин-зостерину у біостарі (21,7%). Додавання водоростевих порошків у тістові композиції в концентрації 1,0% сприяє зниженню маси сирої клейковини на 8,2-8,5%, розтяжності на 16,7-17,0%, показника ІДК на 14,0-14,3%, гідратаційної здатності на 11,5-11,8%, що сприяє її зміцненню. Спостерігається звуження температурного інтервалу клейстеризації: різниця між початковою і кінцевою температурою зменшується на 5,0-6,5°С, зростає в’язкість дослідних систем. Зі збільшенням концентрації борошна ЕСО на кожні 10% максимальна в’язкість зростає на 7,7-27,0%. Ефективна в’язкість (еф) модельних функціональних композицій для заварного тіста з біостаром і порошком цистозіри на 16 і 18% вища за контроль, що забезпечує високу формостійкість тістових напівфабрикатів (рис. 9).
Борошно ЕСО підвищує кислотність дріжджового тіста, його сумісне використання з водоростевими порошками забезпечує показники кислотності, які наближені до контрольних зразків, що можна пояснити особливістю їхнього хімічного складу: вмістом значної кількості мінеральних речовин у вигляді солей, утворених слабкою кислотою і сильною основою, що натомість підвищує значення рН середовища. Водопоглинальна здатність дріжджових тістових напівфабрикатів на основі модельних функціональних композицій вища на 4,0-8,6% порівняно з контролем, збільшується час утворення тіста на 0,6-1,8·102с, стійкість – на 0,3-1,2·102с, при цьому його еластичність і розрідження зменшуються, у порівнянні з контролем, на 17 і 10 од.пр. відповідно. У дріжджових тістових напівфабрикатах ферментативна активність дріжджових клітин посилюється: зимазна активність на 6,6-18,5%, мальтазна – на 1,0-4,2%, у порівнянні з контролем. Крім того, збільшення кількості дріжджових клітин у дослідних зразках свідчить про інтенсифікацію бродіння і, як наслідок, скорочення тривалості вистоювання напівфабрикатів.
За результатами встановлених статистично достовірних залежностей та закономірностей розроблено технології борошняних кондитерських, булочних, кулінарних виробів, солодких страв (рис. 10).
У четвертому розділі “Якість продуктів оздоровчого харчування” наведені результати органолептичних, фізико-хімічних, структурно-механічних, мікробіологічних досліджень продуктів оздоровчого харчування з ХДРП. Експериментально доведено, що розроблені продукти мають фізико-хімічні і органолептичні показники наближені до традиційних зразків. Підвищений, порівняно з контрольними зразками, внаслідок вилучення цукру, вміст вологи у кремах “Шарлотта 1”, “Молочний”, “Молочно-фруктовий”, начинці “Яблучній” у 2,7 рази, “Шарлотта 2”, “Вершково-яблучний”, “Білково-яблучний”, “Ніжний” – у 2 рази, “Ніжний” – у 1,5 рази, зумовив зниження значень основних фізико-хімічних показників: піноутворюювальної здатності на 3-8%, вмісту повітря на 2-13, граничної напруга зсуву на 4-20, щільності на 2-23%.
езважаючи на це, зазначені характеристики виявилися прийнятними, враховуючи принципову відмінність від традиційних рецептур оздоблювальних напівфабрикатів. Відмічається покращення фізико-хімічних показників тістових напівфабрикатів: у заварних напівфабрикатах з біостаром питомий об’єм порожнини зріс на 9%, загальний питомий об’єм – 21%, спостерігалось загальне зміцнення і стабілізація структури тіста. Борошняні тістові напівфабрикати для пісочного тіста на основі сумішей ЕСО мають фізико-хімічні характеристики, наближені до традиційних виробів: лужність знижена на 0,1-0,3 град., змочуваність зросла – на 5-17%, що проявилося утворенням більш розсипчастої, поруватої структури виробів. У борошняних булочних виробах підвищена кислотність на 0,2-0,25 град., вологість – 1,5%, нижча поруватість – 4%, показник упіку на 0,8-1,5%, твердість виробів на 3-12%. При зберіганні (96 год.) ступінь пенетрацї у бісквітних напівфабрикатах знижується на 50-75 од. пен. проти 100 од. пен. у контролі. Наявність карагенану сприяє підвищенню частки зв’язаної вологи, що уповільнює процеси черствіння борошняних кондитерських виробів. Мікробіологічними дослідженнями, встановлено, що екстракт “Стевіясан” пригнічує розвиток staphylococcus aureus, загальна кількість МАФАМ у дослідних зразках достовірно нижча, ніж у зразках з цукром, що дозволяє прогнозувати його позитивний вплив на мікробіологічну безпеку продуктів з його використанням (рис. 11). Безпечність оздоровчих продуктів визначалась за мікробіологічними показниками та вмістом токсичних елементів і відповідала нормативним документам. Мікробіологічні показники, як контрольних, так і дослідних зразків, протягом усього терміну зберігання, відповідали вимогам НД МБВ №5061-89, що свідчить про епідеміологічну безпеку у межах гарантованого строку і умов зберігання (рис. 12). За результатами аналізу хімічного складу виробів з дріжджового, пісочного, заварного, листкового, бісквітного, пряничного, кексового тіста, виготовлених на основі модельних функціональних композицій із борошна вівсяного, соєвого, просяного, рисового, зародків пшениці ЕСО, екстракту “Стевіясан”, карагенану, біостару і порошку з цистозіри, доведене якісне покращення їх біологічної цінності. Аналіз хімічного складу оздоблювальних напівфабрикатів підтвердив прогноз про його оптимізацію: вміст легкозасвоюваних вуглеводів знизився у кремах: “Шарлотта 1” у 9,5 рази, “Шарлотта 2” і “Ніжний” – у 2 рази, “Делікатний”, “Солодковершковий”, “Дієтичний”, “Насолода”, начинках “Фруктових” – на 45-87%. При цьому вилучення цукру і зменшення частки вершкового масла у кремах сприяє зниженню енергетичної цінності на 9-47,5%, у начинках фруктових майже у 6 разів (табл. 2). Водоростеві добавки сприяють значному підвищенню показників мінерально-вітамінного комплексу порівняно з відповідними показниками традиційних борошняних виробі. Так, у тістечках “Заварних” з ХДРП вміст калію у 1,1-5,5 рази, кальцію – у 1,15-3,4 рази, магнію – у 1,1-4,8 разів, фосфору – у 1,05-2,2 рази, йоду – більш ніж у 2500 разів вищий, ніж у традиційних виробах, суттєво покращується вітамінний склад. Зазначена тенденція спостерігається по всіх групах розроблених продуктів.
За визначеними показниками розраховані комплексні показники якості (табл. 3) та побудовані профілі якості продуктів для оздоровчого харчування, кі у дослідних зразках мають більшу площу поверхні, ніж у контрольних зразків (рис. 13, 14). Отимізація і збалансування хімічного складу, наближення їхнього співвідношення до раціонального, на тлі зниження вмісту жирів, легкозасвоюваних вуглеводів, енергетичної цінності, дозволяє віднести розроблені продукти до оздоровчих.
У п’ятому розділі “Медико-біологічні дослідження продуктів оздоровчого харчування” наводяться результати медико-біологічних, клінічних досліджень і експериментів на тваринах. Встановлено, що екстракт “Стевіясан” і продукти з його використанням позитивно впливають на динаміку вмісту глюкози в крові (зниження на 1,58-2,6 ммоль/л), нормалізують ліпідний і білковий обмін речовин, знижують рівень холестерину. Регулярне вживання продуктів з екстрактом сприяє нормалізації антиоксидантної активності основних метаболічних і окислювально-відновлювальних процесів на рівні клітин, відновленню резидентної мікрофлори, активації елімінації ендотоксинів з організму. Вживання розроблених продуктів ефективне зокрема при захворюваннях на цукровий діабет, ожирінні та у оздоровчому харчуванні в цілому. Доведена їх радіозахисна ефективність; встановлено, що вживання продуктів з ХДРП забезпечує більш інтенсивну елімінацію радіонуклідів (за 21 день у дітей основної групи, що вживали розроблені продукти, вміст цезію у тілі знизився на 45,7%, у контрольній – на 20%), нормалізує обмін йоду, функцію щитовидної залози (рис. 15). Таким чином, підтверджена ефективність продуктів з ХДРП для застосування в оздоровчому харчуванні. Завдяки збалансованому складу, розроблені продукти доцільно розглядати як засіб профілактики аліментарнозалежних захворювань, порушень ліпідного обміну, різних форм імунодефіцитів, пов’язаних з нестачею і дисбалансом мінеральних речовин, вітамінів.
У шостому розділі “Соціально-економічна ефективність, конкуренто-спроможність і заходи щодо впровадження технологій продуктів оздоровчого харчування” доведена соціальна ефективність від впровадження наукових розробок у виробництво, яка полягає у розширенні асортименту продуктів оздоровчого призначення, залученні до виробництва нових видів сировини підвищеної біологічної і зниженої енергетичної цінності, позитивному впливі на стан здоров’я людини. Прибуток від реалізації продуктів оздоровчого харчування складає: для бісквітних 287-1109 грн., булочних – 46-163, пряничних – 35-60, пісочних – 240-470, кексових – 930-1020, заварних – 850-1150 грн. за 1000 кг виробів. Конкурентоспроможність розроблених технологій і оздоровчих продуктів досягається за рахунок зниження вартості сировинного набору, ціни реалізації продукції і прогнозованого підвищення попиту на оздоровчі продукти певних категорій споживачів. В цілому за визначеним комплексним показником якості, рівнем собівартості і задоволення потреб споживачів, патентною захищеністю розроблені продукти є конкурентоспроможними і перспективними для України (рис. 16, 17).
ВИСНОВКИ
1. З метою зменшення негативного впливу порушеного довкілля, покращення збалансованості раціонів харчування населення України згідно з сучасними вимогами нутріціології (у тому числі для хворих на цукровий діабет, ожиріння), науково обґрунтовано і розроблено наукову концепцію, яка полягає у розробці згідно з положеннями теорії раціонального харчування теоретико-практичних засад технологій оздоровчих продуктів з оптимізованою поживною та енергетичною цінністю, сенсорними і структурними характеристиками на основі цілеспрямованого поєднання шляхом математичного моделювання функціонально активних інгредієнтів рослинного походження вітчизняного виробництва.
2. На підставі теоретичних положень вперше розроблено теоретичну модель, доведено доцільність та ефективність поєднання різних харчових добавок рослинного походження (карагенан – екстракт стевії, карагенан – екстракт стевії – борошно ЕСО, карагенан – екстракт стевії – борошно ЕСО – біостар – порошок з цистозіри) у складі модельних функціональних композицій з метою максимізації ступеня використання біологічно активних речовин визначено їх поліфункціональні властивості, механізми та закономірності утворення структури.
Встановлена закономірність змін фізико-хімічних характеристик модельних композицій у технологічному потоці, що дозволило спрогнозувати якісні показники продуктів на їх основі; визначені основні параметри технологічних процесів, раціональні співвідношення компонентів у композиціях. Теоретичні положення, що покладено в основу проектування модельних композицій, достовірно підтверджено експериментальними дослідженнями.
3. Досліджені інтенсивні рослинні підсолоджувачі “Стевіясан”, отримані зі Stevia rebaudiana Bertoni, з вмістом дитерпенових глікозидів – 12, 30 і 90%. Екстракти мають еквівалентну солодкість (за цукрозою) у межах від 60 до 300 од., уповільнюють процеси метаболізму, розвиток мікроорганізмів, що забезпечує мікробіологічну безпеку продуктів з їх використанням. Дитерпенові глікозиди зменшують гідратацію і пружність, підвищують пластичність протеїнових гелів тістових моделей та позитивно впливають на якісні характеристики пісочних і бісквітних виробів; знижують пружно-еластичні властивості і динамічну в’язкість, підвищують піддатливість і пластичність, що вимагає використання покращуючих добавок у технологіях виробів з дріжджового, пряничного, кексового, листкового тіста.
4. Теоретично спрогнозовано та експериментально підтверджено механізм утворення структури оздоблювальних кондитерських напівфабрикатів без цукру на основі карагенанових драглів і підсолоджувачів зі стевії. Встановлено, що варіюванням технологічних чинників – температури, тривалості гідратації, концентрації карагенану і підсолоджувачів можна регулювати міцнісні характеристики оздоблювальних і борошняних кондитерських напівфабрикатів.
5. Комплексними дослідженнями визначені фізико-хімічні і технологічні властивості водоростевого гідроколоїду – карагенану. Завдяки наявності сульфатних груп у його молекулах виникає іонний зв’язок між зарядженими групами протеїнів молока, клейковини борошна в ізоелектричній точці. За рахунок вмісту ефірнозв’язаної сірчаної кислоти, гідроколоїд набуває властивостей аніоно-активного емульгатора і, таким чином, зміцнює клейковину, підвищує її розтяжність і еластичність, стійкість тіста. Доведена його здатність утворювати просторові сітчасті структури за мінімальної концентрації 0,85% у молочному і 1% у водному середовищах, що робить карагенан перспективним структуроутворювачем і регулятором реологічних характеристик оздоблювальних напівфабрикатів. Виявлено, що концентрація полісахариду 0,5% у яєчній суміші (меланжу) як основи оздоблювальних і бісквітних напівфабрикатів забезпечує зростання піноутворювальної здатності на 32, стійкість піни на 34, емульгуючу ємкість на 1,5-2,8, загальну стабільність на 43,6-51,5%. Карагенан виявляє дегідратуючу активність щодо біополімерів борошна: знижує водопоглинальну та підвищує вологоутримуючу здатність, що дозволяє забезпечувати структурно-механічні характеристики у оздоблювальних і борошняних кондитерських напівфабрикатах без цукру на основі екстрактів стевії і борошняних сумішей ЕСО з низьким вмістом клейковини.
6. Визначено, що водоростеві харчові добавки – біостар і порошок з цистозіри містять мінеральні солі, утворені слабкою кислотою і сильною основою, що при сумісному використанні з борошняними композиціями ЕСО, забезпечують показники рН тістових мас, наближені до традиційних. Водоростеві добавки виявляють сорбційну активність стосовно моносахаридів (глюкози), гальмуют її дифузію, знижують рівень одночасного надходження у кров організму людини, що забезпечує відповідний ефект при вживанні продуктів з їх використанням. Завдяки вмісту пектину-зостерину і альгінової кислоти водопоглинальна здатність водоростевих добавок на 52 і 70% вища, ніж у пшеничного борошна, що призводить до зміцнення клейковини тістових композицій. Обґрунтована раціональна концентрація водоростевих добавок (1%), яка дозволяє оптимізувати поживну цінність продуктів за показниками мінерального і вітамінного складу, вмісту харчових волокон.
7. Доведено, що борошняні модельні функціональні композиції, розроблені з урахуванням критеріїв біологічної цінності, мають більш збалансований хімічний склад, порівняно з пшеничним борошном. Високий вміст декстринів і крохмалю дозволяє використовувати їх як загущувач і структуроутворювач харчових систем. Борошно ЕСО не містить клейковину, що запобігає формуванню міцного клейковинного каркасу і затягнутої консистенції готових виробів з пісочного і бісквітного тіста. Водопоглинальна здатність сумішей, через високий вміст полісахаридів (крохмалю, карагенану, альгінової кислоти, пектину-зостерину) вища на 23-29% порівняно з пшеничним борошном, що уповільнює процеси черствіння готових виробів.
8. З урахуванням результатів теоретичних і експериментальних досліджень якісних характеристик модельних функціональних композицій науково обґрунтовані і розроблені технології бісквітних, пісочних, пряничних, кексових, листкових, булочних, кулінарних виробів, солодких страв з принципово відмінним нутрієнтним складом (відсутність цукру, знижена жирова складова), максимально наближені за органолептичними та фізико-хімічними показниками до традиційних виробів. Комплексними дослідженнями доведене якісне покращення поживної цінності продуктів на основі модельних функціональних композицій порівняно з традиційними виробами: суттєво зросли показники вітамінно-мінерального комплексу, змінився вуглеводний склад – зріс вміст різних за природою і фізіологічним впливом полісахаридів (клітковина, пектин-зостерин, альгінова кислота, карагенан), знизився вміст моно- і дисахаридів, енергетична цінність.
З урахуванням принципів кваліметрії визначені комплексні показники якості продуктів з харчовими добавками рослинного походження, які підтвердили переваги розроблених виробів над традиційними. Профілі якості оздоровчих продуктів наближаються до еталонних зразків.
На підставі результатів реалізації наукової концепції, теоретичних і експериментальних досліджень розроблена і затверджена нормативна документація, у т.ч. десять технічних умов і технологічних інструкцій.
9. Медико-біологічними дослідженнями підтверджено, що продукти на основі модельних функціональних композицій з харчових добавок рослинного походження мають нижчий глікемічний індекс, позитивно впливають на динаміку вмісту глюкози у крові контрольної групи пацієнтів (зниження на 1,58-2,6 ммоль/л), нормалізують ліпідний і білковий обмін речовин, знижують рівень холестерину. Регулярне споживання оздоровчих продуктів сприяє нормалізації антиоксидантної активності, відновленню мікрофлори, активізує елімінацію ендотоксинів і радіонуклідів з організму людини. Вживання розроблених продуктів ефективне у оздоровчому та лікувально-профілактичному харчуванні, у т.ч. для хворих на цукровий діабет, ожиріння.
10. Впровадження у промислових умовах розроблених технологій продуктів оздоровчого харчування не потребує додаткових витрат на спеціальне обладнання. За визначеними комплексними показниками якості, економічної ефективності, доведена конкурентоспроможність оздоровчих продуктів на продовольчому ринку України.
СПИСОК ОПУБЛІКОВАНИХ ПРАЦЬ ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ
Монографії, збірники рецептур
1. Пересічний М.І., Кравченко М.Ф., Григоренко О.М. Технологія виробництва продукції громадського харчування радіозахисної дії – теорія та практика Монографія. – К.: Медикол МНІЦ, БІО-ЕКОС, 1999. – 231 с. (Внесок здобувача: формулювання і розробка методології та наукової концепції роботи, розробка технології продуктів).
2. Пересічний М.І., Кравченко М.Ф., Корзун В.Н., Григоренко О.М. Харчування людини і сучасне довкілля: теорія і практика Монографія. – К.: КНТЕУ, 2003. – 526 с. (Внесок здобувача: формулювання і розробка методології та наукової концепції роботи, розробка технології продуктів).
3. Пересічний М.І., Кравченко М.Ф., Карпенко П.О. Технологія продукції громадського харчування з використанням біологічно активних добавок Монографія. – К.: КНТЕУ, 2003. – 321 с. (Внесок здобувача: формулювання і розробка методології та наукової концепції роботи, розробка технології продуктів).
4. Пересічний М.І., Кравченко М.Ф., Карпенко П.О., Карпачев В.В. Підсолоджувальні речовини у харчуванні людини Монографія. – К.: КНТЕУ, 2004. – 445 с. (Внесок здобувача: формулювання і розробка методології та наукової концепції роботи, розробка технології продуктів).
5. Пересічний М.І., Кравченко М.Ф. Збірник рецептур страв (технологічних карт) з використанням добавок радіозахисного призначення. – К.: Медикол МНІЦ, БІО-ЕКОС, 1999. – 269 с.
