Обоснование и разработка технологии геродиетических продуктов на основе рыбного сырья

Размещено на http://www.allbest.ru/

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Специальность 05.18.04 - технология мясных, молочных, рыбных

продуктов и холодильных производств

ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ГЕРОДИЕТИЧЕСКИХ ПРОДУКТОВ НА ОСНОВЕ РЫБНОГО СЫРЬЯ

Борк Денис Альбертович

Москва - 2009

Работа выполнена в Федеральном Государственном Унитарном Предприятии «Всероссийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии» (ФГУП ВНИРО).

Научный руководитель: доктор технических наук

Новикова Маргарита Владимировна

Официальные оппоненты: доктор технических наук

Гурова Наталья Викторовна

доктор технических наук, профессор

Юдина Светлана Борисовна

Ведущая организация: Московский Государственный Университет Технологий и Управления

Защита состоится « 10 » июня 2009 г. в 11-00 часов на заседании диссертационного совета Д 307.004.03 при ФГУП «Всероссийский научно-исследовательский институт рыбного хозяйства и океанографии» (ФГУП ВНИРО) по адресу: 107140, г. Москва, ул. В. Красносельская, 17.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГУП ВНИРО.

Автореферат разослан «08»_мая_ 2009 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета, кандидат технических наукТатарников В.А.

1. Общая характеристика работы

Актуальность работы. Согласно данным, представленным в материалах Всероссийского форума «Здоровье нации - основа процветания России» (2006), за последнее десятилетие продолжительность жизни снизилась в среднем до 65 лет (57 лет для мужчин и 72 года для женщин), что значительно ниже продолжительности жизни в большинстве развитых стран. Ученые связывают это с нарушением пищевого статуса, недостатком полноценного по аминокислотному составу белка, витаминов, макро- и микроэлементов, полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК) и нерациональным соотношением пищевых компонентов в диете (Тутельян, 2000).

Одним из принципов Федеральной программы «Старшее поколение» и Российской программы «Гериатрия и геронтология» (2001) является то, что «питание должно не только удовлетворять физиологические потребности организма человека в пищевых веществах и энергии, но и выполнять профилактические и лечебные функции».

У пожилых людей потребность в энергообеспечении из-за общего снижения интенсивности обменных процессов и физической деятельности значительно ниже, по сравнению со среднестатистическими данными. Поэтому рационы питания людей старшего возраста должны разрабатываться с учетом физиологических особенностей стареющего организма и содержать, помимо макронутриентов (белков, жиров, углеводов), обеспечивающих калорийность пищи, целый ряд микронутриентов (витамины, макро- и микроэлементы, пищевые волокна и т.д.), необходимых для нормального функционирования организма.

В настоящее время разработка геродиетических продуктов в основном осуществляется на основе мясного (Юдина, Касьянов и др., Запорожский) и молочного сырья (Красненко, Радаева и др., Глаголева).

Известно, что гидробионты по химическому составу отличаются от мясного и молочного сырья, служат источником не только полноценного по аминокислотному составу белка, но и ПНЖК, макро- и микроэлементов и некоторых витаминов, что предопределяет целесообразность их использования в качестве основы рецептур продуктов геродиетического применения.

На основе рыбного фарша разработаны продукты геродиетического применения в виде сухих концентратов первых блюд (Квасенков, Максюта) и консервированных продуктов (Квасенков, Ярочкин).

В тоже время научных публикаций, посвященных разработке технологии вторых блюд геродиетического назначения на основе гидробионтов не найдено. В этой связи разработка технологии и новых рецептурных композиций на основе рыбного сырья для питания людей пожилого и преклонного возраста, составляющих более 30% от общей численности населения России, является актуальной и практически важной задачей, так как направлена на коррекцию рационов и профилактику заболеваний, характерных для пожилых людей.

Цель и задачи исследования.

Целью настоящей работы является обоснование и разработка технологии формованных полуфабрикатов (вторых блюд) на основе рыбного сырья для геродиетического применения.

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:

- обосновать выбор основного и вспомогательного сырья для разработки рецептур - провести анализ фарша из различных видов рыб по критериям аминокислотной и жирнокислотной сбалансированности;

- исследовать возможность замены части рыбного фарша в рецептурных композициях соевым белком, установить оптимально допустимую дозировку соевых белков;

- осуществить компьютерное проектирование и оптимизацию рецептур по отношению к требованиям, предъявляемым к геродиетическим продуктам (эталону ФАО/ВОЗ);

- исследовать показатели нутриентной и метаболической адекватности разработанных продуктов - пищевую и биологическую ценность, переваримость, реологические показатели, безопасность потребления;

- исследовать изменения качественных показателей продуктов в процессе хранения и установить сроки годности;

- обосновать основные параметры технологического процесса;

- разработать проект нормативной документации на полуфабрикаты геродиетического применения.

Научная новизна:

- обоснован выбор видов рыб, фарш из которых по химическому составу и аминокислотной сбалансированности наиболее приемлем в качестве основного компонента геродиетических продуктов;

- установлена возможность замены части рыбного фарша в рецептурах изолятом соевого белка. Установлено оптимальное соотношение рыбного фарша и соевого изолята, при котором высокая формующая и влагоудерживающая способности фарша сохраняются при температуре минус 18± 1⁰С в течение 1 месяца.

Методом математического моделирования разработаны рецептуры вторых блюд (формованных изделий) геродиетического применения, по сбалансированности аминокислотного и жирнокислотного состава, нутриентно-метаболическим показателям, безопасности потребления, соответствующих требованиям, предъявляемым к геродиетическим продуктам.

Новизна технических решений подтверждена выдачей патента РФ «Диетический продукт» № 2322117.

Практическая значимость работы и реализация результатов исследования.

Разработана и апробирована в лабораторных условиях технология изготовления полуфабрикатов вторых блюд для питания людей пожилого и преклонного возраста, основанная на математическом моделировании сбалансированности рецептур по аминокислотному и жирнокислотному составу при использовании в качестве основного компонента рыбного сырья. Продукция предназначена для незащищенных групп населения, что имеет большую социальную значимость.

Разработан проект технической документации ТУ 9266-035-00472124-07 «Полуфабрикаты рыбные формованные» и ТИ к ним.

Основные положения, выносимые на защиту:

- обоснование выбора видов рыб, фарш из которых по показателям аминокислотной и жирнокислотной сбалансированности наиболее оптимален для использования в качестве основы геродиетических продуктов;

- математическое моделирование и оптимизацию рецептур вторых блюд на основе рыбного сырья, которые по химическому составу, сбалансированности аминокислотного и жирнокислотного состава, и безопасности потребления соответствуют требованиям, предъявляемым к продуктам геродиетического применения;

- обоснование замены части рыбного фарша в рецептурах соевым изолятом, влияние замораживания и хранения на формующую способность комбинированного фарша и возможность его использования в качестве исходного сырья в рецептурах;

- обоснование нутриентной и метаболической адекватности разработанных продуктов эталону ФАО/ВОЗ по соотношению в рецептурах белок: жир (1: 0,7-1: 0,8), ПНЖК: МНЖК: НЖК - (1:6:3); органолептическим показателям, разжевываемости и переваримости готовых изделий.

Апробация работы. Основные результаты работы докладывались и обсуждались на научно-практической конференции «О приоритетных задачах рыбохозяйственной науки в развитии рыбной отрасли России до 2020 года», (Москва, 2004), Международной научно-практической конференции «Производство рыбной продукции: проблемы, новые технологии, качество», (Калининград, 2005г.), Международной научно-практической конференции «Повышение эффективности использования водных биологических ресурсов Мирового океана», (Москва, 2005г.), Международной научной конференции «Инновации в науке и образовании», (Калининград, 2005г.), неоднократно доложены на технологической секции Ученого совета ВНИРО.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 4- в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 1 патент РФ.

Объем и структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 143 стр., содержит 37 табл., 7 рис., 6 приложений. Список литературы включает 143 источника, в т.ч. 37 зарубежных авторов.

2. Содержание работы

Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы.

В первой главе - Обзор литературы приведен аналитический обзор научной, технической и патентной литературы по изучаемому вопросу, рассмотрены основные теории старения, взаимосвязь питания с состоянием здоровья человека, изложены рекомендуемые нормы физиологических потребностей в пищевых веществах и энергии для людей пожилого и преклонного возраста, обоснована целесообразность использования гидробионтов в качестве сырья для создания продуктов геродиетического питания, рассмотрены методы математического моделирования рецептур продуктов с заданными свойствами.

На основании анализа литературных данных обоснована цель и определены основные задачи исследований.

Во второй главе - Экспериментальная часть описан выбор объектов исследований, представлена программно-целевая модель работы (рис.1), постановка опытов и основные методы анализа.

Объектами исследований служили фарши, приготовленные из мороженой морской и пресноводной рыбы, фарш с добавками и без добавок различных соевых белков, а также формованные изделия, приготовленные по разработанным рецептурам.

Компьютерное моделирование аминокислотной и липидной сбалансированности рецептур и оценка их пищевой и биологической ценности проведены по методу академика Н.Н. Липатова (2001). При оценке биологической ценности белковых компонентов сырья и готовых продуктов использовали следующие показатели и критерии: коэффициент утилизируемому содержанию 100 г белка эталона; С min - минимальный скор незаменимых аминокислот оцениваемого белка по отношению к физиологической норме (эталону), дол. ед., а также количественную аминокислотную сбалансированность R_P. Кроме того, рассчитывали коэффицициент Фишера, представляющий частное деления суммы валина, лейцина, и изолейцина на сумму ароматических аминокислот.

Для оценки жирнокислотной сбалансированности использовали коэффициент R_L, характеризующий набор и массовые доли МНЖК, ПНЖК в составе жирового компонента сырья и готового продукта.

Для сопоставления справочных и расчетных данных с фактическими определяли химический состав основного сырья и разработанных продуктов.

Массовую долю белка определяли по Кьельдалю на автоанализаторе Kjeltec 2300 (фирма Foss Tecator, Швеция), аминокислотный состав - на автоанализаторе «Hitachi» ААА-835 с последующей компьютерной обработкой данных по программе Мультихром для Windows, содержание жира -экстракционным методом (Folch J.et al, 1957); жирнокислотный состав - методом ГЖХ на приборе GC-17 фирмы «Shimadzu».

Содержание влаги, золы, кислотное и перекисное числа определяли по ГОСТ 7636-85, ВУС фаршей - по методу прессования (Рехина и др., 1972 г.), динамическую вязкость по методу Брукфельда на вискозиметре Anton Paar DV3P.

Исходя из значимости структурно-механических характеристик мышечной ткани рыб в отношении формуемости фаршей (Маслова, 2002) рассчитывали соотношения белок: вода (К_б/в) и жир: белок (К_ж).

Переваримость готовых изделий определяли in vitro на приборе Покровского-Ертанова в модификации Липатова и др. (1994), выражая степень переваримости в мг тирозина / г белка, структурно-механические характеристики (напряжение на срез) проводили на приборе INSTRON 1140, органолептическую оценку - профильным методом (Сафронова, 1998).

О безопасности потребления изделий свежеприготовленных и в процессе хранения при температуре -18±1^оС судили по содержанию токсикантов и микробиологическим показателям, которые определяли согласно существующим ГОСТам и методическим указаниям.

Статистическую обработку отдельных показателей проводили по программе Microsoft excel - 7.0 c определением средней величины, стандартного отклонения и достоверности различий по Стьюденту.

При выборе компонентов для разрабатываемых рецептур учитывались справочные данные по химическому составу (Хим. состав, 1987) и литературные данные о применении различных видов сырья для обогащения продуктов биологически активными веществами.

С этой целью в рецептуры вводили БАД МИГИ-К ЛП^® или Рапанин, мясо беспозвоночных, свежие овощи, зелень, крупы, шампиньоны, чернослив.

В качестве белковых обогатителей и структурообразователей использовали сухое молоко, творог, яичный порошок или свежее яйцо.

Соевые белки в отдельные рецептуры вводили с учетом их структурообразующих свойств, а также научных данных о способности предупреждать и сдерживать развитие сердечно-сосудистых, онкологических и других заболеваний (Устинова и др.), что имеет большое значение для людей пожилого и преклонного возраста.

Для приготовления фарша использовали мороженую рыбу, которую размораживали и разделывали на филе согласно инструкции №7 «Сборника технологических инструкций по обработке рыбы»; филе измельчали на волчке с диаметром отверстий в решетке 3,5-4 мм, в полученный фарш согласно рецептурам вносили соответствующим образом подготовленные остальные компоненты.

По способу приготовления формованные изделия подразделяются на две группы.

Первая группа, к которой относятся котлеты, рыбные палочки, нагетсы, фишбургеры, различается по форме изделий, но для их приготовления используются комбинированные фаршевые смеси, в которых все компоненты измельчены и перемешаны. Ко второй группе относятся рулеты, фишблю и зразы. Для их приготовления начинка, состоящая из компонентов, входящих в рецептуру, вносится внутрь изделий, «оболочкой» которых является рыбный фарш, с добавкой или без добавки соевого изолята. Для измельчения и перемешивания компонентов использовали лабораторный куттер, формование образцов осуществляли вручную.

В третьей главе - Результаты и их обсуждение представлены основные результаты исследований. Судя по величине К_б/в и К_ж для получения фарша с достаточно высокой структурообразующей способностью могут быть использованы все виды рыб, кроме зубатки (табл. 1).

Таблица 1 Химический состав мышечной ткани рыб, %

По отношению к шкале ФАО/ВОЗ наиболее сбалансированы по аминокислотному составу фарши из минтая, судака, горбуши, сазана, щуки и карпа, характеризующиеся высокими коэффициентами рациональности R_C и относительно низкими значениями показателя сопоставимой избыточности у (табл. 2).

Использование фарша из трески и хека в рецептурах посчитали нецелесообразным с учетом низких значений коэффициентов рациональности (0,637 и 0,613) и высоких показателей сопоставимой избыточности (20,530 и 22,714). Соответственно наиболее высокие коэффициенты Фишера установлены в фарше из щуки и судака, но с учетом специфических вкусовых свойств щуки, а также наличия мелких межмышечных костей у мелкого судака от использования этих видов сырья для приготовления фарша также отказались.

Таблица 2 Параметры аминокислотной сбалансированности рыбного фарша

Таким образом, с учетом аминокислотной сбалансированности для использования в качестве основного компонента рецептур были выбраны фарши из сазана, карпа, минтая и горбуши.

Таблица 3 Содержание основных жирных кислот в липидах и параметры жирнокислотной сбалансированности фаршей.

*Справочные данные (Хим. состав, 1987)

В соответствии с требованиями ФАО/ВОЗ к геродиетическим продуктам соотношение ПНЖК: МНЖК: НЖК должно быть 1: 6: 3. Однако, как показали результаты анализа, липиды мышечной ткани ни одной из рыб этим требованиям не соответствуют (табл.3), что предопределило необходимость введения в рецептуры жирового компонента - растительного и/или сливочного масла.

Анализ научных публикаций об использовании соевых белков в рыбной промышленности показывает, что основное внимание исследователей акцентировалось на влиянии соевых белков на пищевую ценность и структурно-механические свойства фаршей (Стаценко, 2004, Богданов и др., 2005). Сведения же о воздействии замораживания и хранения на технологические свойства комбинированных фаршей практически отсутствуют.

Нами установлено, что ВУС фаршей с добавками изолята при замораживании и хранении при t -18±1°C несколько повышается как по сравнению с контрольными и опытными образцами до замораживания, так и по отношению к ВУС дефростированных фаршей с добавками концентрата и текстурата (рис.2).

Таблица 4 Сравнительные данные расчетного и фактического химического состава полуфабрикатов рыбных

Таблица 5 Аминокислотный скор полуфабрикатов по фактическим данным

Примечание: А - содержание аминокислоты, г/100 г белка, - % к шкале ФАО/ВОЗ

* - расчетные данные

Анализ химического состава продуктов, изготовленных по разработанным рецептурам с добавкой и без добавки соевого изолята показал, что фактические данные хорошо коррелируют с расчетными (табл.4)

Фактическое содержание белка во всех исследованных образцах составляет 12-16%, жира - около 10-12%. Соотношение содержания белок: жир составляет 1: 0,8, что практически соответствует эталону ФАО/ВОЗ.

В образцах по фактическим данным преобладают такие аминокислоты как лейцин и лизин. По отношению к шкале ФАО/ВОЗ лимитирующими аминокислотами являются изолейцин, валин и в некоторых образцах - лейцин (табл.5).

Судя по относительно высоким коэффициентам рациональности R_c, составляющими от 0,84 до 1 и относительно низким коэффициентам сопоставимой избыточности у, не превышающим 17, наиболее сбалансированными по аминокислотному составу являются образцы, изготовленные на основе смешанного фарша из разных видов рыб (рецептуры 1, 9, 10.). Коэффициент Фишера в рецептурах колеблется от 1,7 до 1,9 (табл. 6).

Таблица 6 Аминокислотная сбалансированность полуфабрикатов

Несмотря на соответствие фактических и расчетных данных по жирнокислотному составу, требуемое соотношение ПНЖК: МНЖК:НЖК (1:6:3) выдержано только в рецептуре 9. Из данных табл.7 следует, что для оптимизации рецептур по соотношению ПНЖК: МНЖК: НЖК образцах необходимо увеличить содержание МНЖК.

Оптимизацию рецептур можно осуществить путем замены подсолнечного масла на оливковое и/или комбинированием масла оливкового и сливочного, или использованием в качестве основы фаршей из двух видов рыб, липиды которых различаются жирнокислотным составом, например, фаршей из минтая и горбуши, или изменением соотношения фаршей из различных видов рыб при одновременной замене жирового компонента (табл.8)

Таблица 7 Фактическое содержание основных жирных кислот в образцах, % от суммы

Любой подход к оптимизации позволяет достичь сбалансированности жирнокислотного состава и практически приблизить соотношение ПНЖК: МНЖК: НЖК к эталонному, не изменяя при этом соотношения белок: жир (табл.9).

Важным показателем геродиетических продуктов является их метаболическая адекватность - пережевываемость и переваримость.

Таблица 8 Рецептуры полуфабрикатов до и после оптимизации.

Таблица 9 Жирнокислотная сбалансированность оптимизированных рецептур.

Судя по величине напряжения на срез образцов, обжаренных до готовности к наиболее легко пережевываемым относятся рыбные палочки из минтая и горбуши с рисовой крупой и МИГИ-К ЛП (рец.9), нагетсы из минтая и карпа с изолятом (рец.11), котлеты из минтая и карпа с черносливом (рец.20), но у всех исследованных образцов величины напряжения на срез значительно ниже, чем у контрольных - котлет мясных (рис.3)

Наиболее высокая переваримость установлена у образца, приготовленного на основе фарша сазана и горбуши (рец. 13), далее по убывающей, у образцов, приготовленных по рецептурам 4, 9, 5, 16, 15, 10, 6, 19 (рис.4).

Органолептическая оценка готовых изделий, выполненная профильным методом по 9-бальной шкале, показала, что минимальное значение показателей, характеризующих вкус, аромат, консистенцию, составляет 8 баллов (рис.5).

Таблица 10 Изменение микробиологических показателей полуфабрикатов в процессе хранения

Отрицательного влияния замораживания и хранения на органолептические показатели образцов, после 6 мес. хранения полуфабрикатов, не выявлено. Через 7 мес. хранения в отдельных образцах отмечено появление слабого запаха окисленного жира, хотя значительного увеличения кислотного и перекисного числа не наблюдалось (табл.11). На кислотное число оказывает влияние введение в рецептуры БАД МИГИ-К ЛП (образец 1), который обладает антиокислительным действием (Рехина, Новикова и др., 1997). Кислотное число в этом образце во все периоды хранения ниже, чем в остальных образцах, антиокислительное действие БАД Рапанина выражено слабее (образцы 5, 6, 7). Полученные результаты позволяют заключить, что срок годности полуфабрикатов составляет 6 мес. при температуре хранения - 18 ± 1 ^оС.

Таблица 11 Изменение перекисного и кислотного чисел в процессе хранения полуфабрикатов

Поскольку разработанные продукты различаются способом формования, установлена последовательность внесения компонентов в куттер для подготовки фаршевой массы и последующего формования. Для образцов первой группы в фарш, загруженный в куттер, сначала вносят соль, затем гидратированный соевый изолят, масло. После перемешивания компонентов в течение 2-3 минут, добавляют, в соответствии с рецептурой, овощи, крупу, яичный порошок, сухое молоко, сахар, пряности, зелень и остальные компоненты. Перемешивают в течение 3-4 минут до образования однородной фаршевой массы. Общая продолжительность куттерования не должна превышать 8-10 минут, а температура фаршевой массы +12єС.

В случае п...