Text (PDF):
Read
Download
Введение Разработка и внедрение рецептур и технологий функциональных продуктов массового спроса является одной из приоритетных задач современной государственной политики, направленной на формирование системы здорового питания населения России. Важная роль в решении данного вопроса отводится разработке новых рецептур и технологий кондитерских изделий как одной из наиболее доступных и пользующихся постоянным спросом групп продуктов, к основным преимуществам которой относят возможность моделирования рецептур и ассортимента [1-4]. Однако каждая модификация, связанная с изменением рецептуры кондитерских изделий и введением в их состав нетрадиционного для кондитерской отрасли сырья, сопровождается изменением пищевой ценности и регламентируемых показателей качества и безопасности готовой продукции. Это обусловливает необходимость научного обоснования и экспериментального подтверждения возможности использования новых видов пищевого сырья в производстве кондитерских изделий и требует особых подходов к обеспечению технологических свойств полуфабрикатов, безопасности и функциональных свойств готовой продукции. Методология проектирования новых рецептур и технологий кондитерских изделий, характеризующихся повышенной пищевой ценностью и относящихся к продукции функционального назначения, должна учитывать ряд основополагающих медико-биологических, технологических и товароведных принципов [5]. Ключевые положения научного подхода к обоснованию выбора новых видов пищевого сырья при разработке таких изделий включают требования по оптимальному соотношению белков, жиров и углеводов, увеличению доли жиров растительного происхождения, снижению энергетической ценности, повышению доли витаминов и минеральных элементов и степени удовлетворения суточной потребности в них. Наиболее существенное значение в обеспечении указанных требований имеют химический состав новых видов пищевого сырья, и достижение его равномерного распределения в объеме рецептурной смеси. В кондитерской отрасли традиционно используются ядра орехов и орехоплодных культур, внесение которых в тесто и полуфабрикаты кондитерских изделий в дроблёном или перетёртом состоянии даёт возможность комплексно влиять на структурно-механические свойства и пищевую ценность готовой продукции. Как аналог орехов рассматриваются ядра косточковых культур (в основном абрикосов) и ядра некоторых масличных культур, в частности, подсолнечника. В качестве альтернативного сырья для производства сахаристых и мучных кондитерских изделий также может рассматриваться использование пищевых жмыхов, производимых в процессе переработки нетрадиционного масличного сырья [6, 7] и имеющих определённые перспективы в качестве дополнительного сырья в производстве пищевых продуктов функционального назначения [8]. Целью данной работы стало исследование возможности использования пищевых жмыхов из нетрадиционных масличных культур для разработки новых наименований кондитерских изделий и оценка прогнозируемых изменений в их пищевой ценности. Объект и методы исследования В качестве объекта исследования выступали три вида пищевых жмыхов, полученных в условиях промышленного производства из нетрадиционного для масложировой отрасли масличного сырья, - жмых из ядра кедрового ореха (жмых кедровый), жмых из семян тыквы (жмых тыквенный), жмых из семян кунжута (жмых кунжутный). Выбор объектов исследований обусловлен несколькими факторами: производство названных жмыхов поддерживается сертификатами на серийный выпуск, объемы их выработки позволяют обеспечить производство кондитерских изделий в пределах нескольких новых ассортиментных наименований, химический состав жмыхов характеризуется не только достаточно высоким содержанием белка, но и наличием полиненасыщенных жирных кислот, витаминов и минеральных элементов, что будет способствовать комплексному изменению пищевой ценности разрабатываемых кондитерских изделий. При анализе химического состава жмыхов использовали стандартные инструментальные методы исследований, принятые в масложировой отрасли: массовую долю влаги в жмыхах определяли по ГОСТ 13979.1-68, массовую долю сырого белка - по методу Къельдаля в соответствие с ГОСТ Р 51417-99, массовую долю сырого жира - экстракционно-весовым методом по ГОСТ Р 53153-2008, массовую долю сырой клетчатки - по ГОСТ Р 52839-07, массовую долю золы - по ГОСТ 13979.6-69. Содержание в жмыхах суммы усвояемых углеводов определяли расчётным методом. Жирнокислотный состав липидов жмыхов исследовали методом газовой хроматографии в соответствие с требованиями ГОСТ Р 51483-99 на хроматографе «Хроматек Кристалл 5000.1» с капиллярной колонкой «INNOWAX-60 м» и пламенно-ионизационным детектором ПИД-1. Состав аминокислот белков жмыхов анализировали методом капиллярного электрофореза на приборе «Капель-105М». Биологическую ценность белков жмыхов и двухкомпонентных сухих мучных смесей на их основе определяли расчётно-аналитическим методом, с определением скоров незаменимых аминокислот и сравнением аминокислотного состава белка мучных смесей со справочной шкалой аминокислот гипотетического идеального белка, расчётом утилитарности и сопоставимой избыточности белка в соответствие с моделью акад. Н.Н. Липатова [9]. Оптимизацию биологической ценности белков двухкомпонентных сухих мучных смесей в качестве полуфабрикатов кондитерских изделий проводили математическим моделированием, основанном на методе наименьших модулей [10]. Графическую интерпретацию результатов исследований при создании программы расчёта биологической ценности белков сухих двухкомпонентных мучных смесей осуществляли с использованием языка программирования Borlan Delphi, графическая интерпретация результатов определения утилитарности и сопоставимой избыточности белков мучных смесей выполнена с использованием прикладной компьютерной программы Microsoft Excel XP. Результаты и их обсуждение Рассматриваемые пищевые жмыхи нетрадиционных масличных культур (жмых кедровый, жмых тыквенный, жмых кунжутный) характеризуются высокой пищевой ценностью. По сравнению с пшеницей, кукурузой и соей как основными пищевыми источниками растительного белка, оцениваемые жмыхи обладают более высоким содержанием белка и значительным содержанием жирного масла, практически отсутствующего в пшеничной муке высшего и первого сорта (табл. 1). Эти виды масличных жмыхов обладают характерным вкусом и запахом, полностью соответствуют стандартным требованиям к сырью пищевого назначения и как сырьё очень технологичны, так как по степени измельчения и размеру частиц сопоставимы с мукой (рис. 1). С учётом данных о составе липидов исследуемых жмыхов (табл. 2) и сведений о составе витаминов и минеральных элементов сырья, используемого для их производства [12, 13], можно предположить, что результатом комбинирования пшеничной муки и этих жмыхов будет повышение пищевой ценности новых кондитерских изделий не только по содержанию белков, но и по составу других макро- и микронутриентов - жирных кислот, витаминов и минеральных элементов. Оптимизация аминокислотного состава зернопродуктов с использованием продуктов переработки традиционного и нетрадиционного масличного сырья сохраняет свою актуальность [9, 14]. Состав аминокислот белков, выбранных в качестве объектов исследования масличных жмыхов, в целом подтверждает перспективность их комбинирования с пшеничной мукой, так как для двух из трёх рассматриваемых видов жмыхов лимитирующая аминокислота отличается от аминокислот, лимитирующих биологическую ценность и усвояемость белков пшеничной муки (лизин, треонин). В случае кунжутного жмыха его комбинирование с мукой является менее целесообразным, поскольку белки кунжутного жмыха лимитированы по лизину - наиболее дефицитной аминокислоте и в составе белков пшеничной муки. Однако белок кунжутного жмыха более полноценен по лизину в сравнении с белком пшеничной муки и позволяет компенсировать дефицит валина и треонина, так как более богат.этими.аминокислотами.(табл..3). Таблица 1 Химический состав пшеничной муки и исследуемых жмыхов Компонент Содержание компонента, % сухого вещества / Продукт Мука пшеничная [11] Жмых кедровый Жмых тыквенный Жмых кунжутный высшего сорта первого сорта Белки 11,74 12,08 30,27-45,36 34,53-52,33 34,92-54,72 Жиры 1,25 1,48 16,40-26,28 11,75-19,38 16,06-23,93 Углеводы усвояемые 78,55 77,06 26,72-32,91 17,61-31,30 19,24-23,87 Клетчатка 0,11 0,23 3,56-4,83 1,93-4,80 9,36-13,05 Зола 0,57 0,80 4,02-5,34 4,81-5,12 5,89-6,71 а) жмых кедровый б) жмых тыквенный в) жмых кунжутный Рис. 1. Фото промышленно производимых жмыхов из нетрадиционных видов масличных культур Таблица 2 Состав жирных кислот липидов исследуемых жмыхов Наименование и индекс жирной кислоты Содержание жирной кислоты, % от суммы липидов / Продукт Жмых кедровый Жмых тыквенный Жмых кунжутный Лауриновая С 12:0 - - 0,42-0,54 Миристиновая C 14:0 0-0,40 0,02-0,37 - Пальмитиновая С 16:0 3,50-6,33 11,74-15,56 7,92-8,12 Пальмитолеиновая С 16:1 0-1,37 0,4 - Гептодекановая С 17:0 - - 4,82-5,14 Стеариновая C 18:0 1,42-4,90 5,31-6,7 1,92-3,18 Олеиновая C 18:1 18,86-26,04 28,74-32,12 41,35-44,78 Вакценовая C 18:1 0,10-1,78 0-0,21 - Линолевая C 18:2 38,84-46,80 42,57-48,06 37,12-43,54 α-линоленовая C 18:3 0,14-1,54 3,55-5,93 0-0,15 Δ5-линоленовая C 18:3 17,84-22,93 - - Арахиновая С 20:0 0,02-1,64 0-0,15 0,31-0,75 Гондоиновая С20:1 0,53-1,62 - - Эйкозадиеновая С20:2 0,12-1,24 - - Эйкозатриеновая С20:3 0,20-1,35 - - Бегеновая С22:0 0,02-0,18 0-0,12 0-0,12 Таблица 3 Состав незаменимых аминокислот белков пшеничной муки и исследуемых жмыхов Аминокислота Рекомендуемый уровень потребления аминокислоты, г/сутки, по шкале ФАО / ВОЗ Содержание аминокислоты, г/100 г белка / Продукт Мука пшеничная высшего сорта [11] Жмых кедровый Жмых тыквенный Жмых кунжутный Валин 5,0 4,57 4,00±0,60 4,57±0,43 5,49±0,83 Изолейцин 4,0 4,17 4,17±0,97 3,54±0,23 3,33±0,60 Лейцин 7,0 7,82 7,24±1,64 7,61±1,14 9,81±1,57 Лизин 5,5 2,43* 4,22±0,72 5,68±0,85 4,01±0,79* Метионин+ +цистин 3,5 3,43 2,32±0,57* 2,61±0,52* 5,92±1,06 Треонин 4,0 3,02 3,17±0,73 6,77±1,05 5,36±0,81 Триптофан 1,0 0,97 1,22±0,20 0,75±0,15 1,85±0,37 Фенилаланин+ +тирозин 6,0 7,28 6,80±1,12 12,11±1,82 8,16±1,22 Примечение. *Аминокислоты, лимитирующие усвояемость белков продукта. Анализ количественного содержания индивидуальных незаменимых аминокислот не позволяет дать однозначную оценку белкам пищевого сырья. В связи с этим для более полного и объективного представления о пищевой ценности мучных смесей и готовых кондитерских изделий, получаемых на основе исследуемых масличных жмыхов, рассчитывали показатели, характеризующие биологическую ценность белков: скоры аминокислот, утилитарность и сопоставимую избыточность белков. Расчёт значений названных показателей положен в основу комбинирования пшеничной муки и жмыхов, осуществляемого путём математического моделирования - оптимизации состава белков получаемой мучной смеси, подобно предложенной ранее методике моделирования рецептуры двухкомпонентных круп [15]. Параметры задачи оптимизации соотношения муки и исследуемых масличных жмыхов формализованы следующим образом. Модель смеси включает два компонента: первый компонент - пшеничная хлебопекарная мука высшего сорта, второй компонент - масличный жмых. Рассматриваемые виды жмыхов характеризуются наличием выраженного специфичного вкуса и запаха, поэтому нецелесообразно введение в мучную смесь более одного вида жмыха. К тому же, лимитирующей аминокислотой в составе кедрового и тыквенного жмыхов является метионин, что также делает нецелесообразным их комбинирование друг с другом. Для рассматриваемой модели имеются две функции дискретно меняющегося целочисленного аргумента n: f1(n) и f2(n). Аргумент n меняется в пределах от 1 до 8 в соответствие с последовательностью незаменимых аминокислот в составе белка. Значения, которые принимают функции f1(n) и f2(n) при изменении n, характеризуют содержание незаменимых аминокислот в белке компонентов моделируемой рецептуры продукта (в %); индекс i функции fi (i = 1, 2) - номер компонента в мучной смеси. Функция f0(n) соответствует содержанию незаменимых аминокислот в «идеальном» белке по шкале ФАО/ВОЗ. Предположим, что смоделирована рецептура двухкомпонентного продукта, для которого содержание n-й аминокислоты выражается взвешенной суммой у(n): у(п) = θ1f1(п)+ θ2f2(п) , (1) где θi (i = 1, 2) - весовые коэффициенты, определяющие доли белков пшеничной муки и соответствующего масличного жмыха в рецептуре. По своему смыслу коэффициенты θi (i = 1, 2) должны быть неотрицательными величинами, учитывающими содержание белка в каждом из компонентов рецептуры двухкомпонентной мучной смеси и в сумме дающими единицу. Следующим шагом является формулирование задачи по оптимизации аминокислотного состава белков в моделируемом продукте: варьируя величины коэффициентов θi (i =1, 2), найти такие их значения, при которых сумма модулей отклонений состава белка от стандартной шкалы ФАО/ВОЗ будет минимальной по всему «набору» незаменимых аминокислот. Оптимальные величины коэффициентов θi (i =1, 2) определяются из условия минимума целевой функции: ∆(п, θ1, θ2) = | (п, θ1, θ2)| → min , (2) где ∆(п, θ1, θ2) - суммарное линейное отклонение [10]. Программная реализация сформулированной задачи предполагает перебор всех возможных значений весовых коэффициентов θi с целью нахождения минимального суммарного отклонения белка моделируемой двухкомпонентной мучной смеси от стандартной шкалы ФАО/ВОЗ. В программе, направленной на решение данной задачи и написанной с использованием языка программирования Borlan Delphi, представлены алгоритм процедуры перебора соотношений жмыха масличного сырья и пшеничной муки и графическая визуализация полученных данных. Расчеты выполняются в программном модуле (рис. 2), позволяющем изменять исходные данные и получать оптимальные показатели для двухкомпонентных мучных смесей. В качестве исходных данных задаются массы аминокислот, в г/100 г белка масличного жмыха, пшеничной муки и стандартной шкалы ФАО/ВОЗ. После расчёта на экран выводятся массы и скоры незаменимых аминокислот, утилитарность и сопоставимая избыточность белка при определённом соотношении компонентов в мучной смеси. Уровни содержания индивидуальных незаменимых аминокислот в составе пшеничной муки и в составе рассматриваемых масличных жмыхов варьируют в значительных пределах, поэтому искомый баланс по разным аминокислотам, соответствующий оптимальному сочетанию двух видов белоксодержащего сырья (пшеничной муки и какого-либо из масличных жмыхов), достигается при разной дозировке сырья. При условии равного содержания белка в каждом из двух компонентов (пшеничная мука и масличный жмых) за счет эффекта взаимного дополнения аминокислот утилитарность белков мучной смеси при дозировке жмыхов 5-40 % повышается на 10 % (кунжутный жмых) - 38 % (кедровый жмых), а сопоставимая избыточность белков снижается, соответственно, в 1,2-2,2 раза (рис. 3). Наименее выраженное изменение значений утилитарности и сопоставимой избыточности белков можно прогнозировать при получении двухкомпонентной мучной смеси на основе кунжутного жмыха. Возвращаясь к заданным условиям моделирования рецептуры двухкомпонентной мучной смеси, с учетом усредненных данных по содержанию белка в пшеничной муке и масличных жмыхах (табл. 1), для выражения (1) получаем вид: для мучной смеси с кедровым жмыхом: у(п) = 0,763∙f1(п)+ 0,237∙f2(п), для мучной смеси с тыквенным жмыхом: у(п) = 0,779∙f1(п)+ 0,211∙f2(п), для мучной смеси с кунжутным жмыхом: у(п) = 0,793∙f1(п)+ 0,207∙f2(п) Тогда для двухкомпонентной мучной смеси на основе пшеничной муки и кедрового жмыха оптимальное значение скора триптофана (100 %) достигается уже при дозировке жмыха 2 %, для лейцинов и фенилаланина скоры избыточны при любом соотношении компонентов, а скоры лизина и треонина с увеличением дозировки жмыха возрастают, но так и не достигают 100 %. С учетом того, что лимитируют биологическую ценность белков кедрового жмыха метионин и цистин (скор которых при введении в муку жмыха начинает снижаться), закладка жмыха в рецептуре мучной смеси более 10 % нецелесообразна, поскольку повлечет снижение утилитарности белка, суммарное содержание которого в продукте все же возрастает. Значит, для мучной смеси с кедровым жмыхом обоснованной является дозировка жмыха 2-10 %. При получении двухкомпонентной мучной смеси с тыквенным жмыхом оптимальный баланс по скору треонина устанавливается уже при 5,5-8,0 %, что сопровождается превышением 100 %-ного значения по скору фенилаланина и практически не отражается на значениях скоров триптофана, валина и лейцинов. Однако по лизину оптимальный баланс (скор 100 %) достигается только в дозировке тыквенного жмыха 24 %. Следовательно, рациональной можно считать дозировку тыквенного жмыха в рецептуре мучной смеси от 5,5 до 24 %. Для кунжутного жмыха оптимальные значения скоров треонина и валина (100 %) достигаются при дозировке жмыха в мучной смеси 9,5 % и сохраняются до 12 %. При этом скор изолейцина снижается также до 100 %, а доли метионина, триптофана, фенилаланина и лейцина в суммарном белке становятся.избыточными. Рис. 2. Главная экранная форма программы после расчёта биологической ценности белков двухкомпонентной мучной смеси из пшеничной муки и кунжутного жмыха а) утилитарность белков б) сопоставимая избыточность белков Рис. 3. Изменение биологической ценности белков мучной смеси в интервале дозировки жмыха от 5 до 40 %: 1 - кедровый жмых, 2 - тыквенный жмых, 3 - кунжутный жмых Скор лизина закономерно возрастает в линейной зависимости, но искомых 100 % не достигает при любой дозировке кунжутного жмыха, поскольку белок кунжутного жмыха лимитирован по этой кислоте, как и пшеничная мука. В данных условиях для мучной смеси рациональной следует считать дозировку кунжутного жмыха от 9,5 до 12 %. Подобные изменения можно прогнозировать и при включении других видов масличных жмыхов в рецептуры кондитерских изделий. В этой связи при оптимизации рецептурного состава двухкомпонентных мучных смесей необходимо ориентироваться на те аминокислоты, которые будут являться наиболее дефицитными в белках компонентов рецептуры. И в случае приготовления двухкомпонентных мучных смесей из муки злаковых культур и масличных жмыхов речь пойдёт прежде всего об аминокислотах лизине и треонине - с точки зрения несбалансированности белков пшеничной муки, и об аминокислотах валине и метионине - с позиций несбалансированности белков масличных жмыхов. Анализ представленных результатов исследований и литературных данных о химическом составе жмыхов нетрадиционных масличных культур позволяет говорить о том, что они могут быть использованы в качестве ценного дополнительного сырья при разработке новых рецептур кондитерских изделий. Результатом предложенных условий комбинирования сырья - компонентов рецептуры - является повышение пищевой ценности новых продуктов не только по составу белков, повышается также их ценность по составу жирных кислот, витаминов и минеральных элементов, а готовые кондитерские изделия с введением в их состав тыквенного жмыха, жмыха кедрового ореха или кунжутного жмыха будут приобретать соответствующий характерный привкус и аромат.