Проектирование комбинированных продуктов из молочного сырья

Введение

Проблема удовлетворения потребностей населения нашей страны в высококачественных продуктах  питания весьма актуальна. Она может  быть решена за счет внедрения безотходных, ресурсо- и энергосберегающих технологий, интенсификации производственных процессов, расширения видового состава сырья.

 

Стремление расширить  ассортимент рыбного сырья хорошо видно на примере массового объекта  промысла, каковым является зубатка. Это привело к появлению новых  способов технологической обработки  сырья, на основе которых можно производить  рыбный фарш и другие продукты в  виде комбинированных пищевых систем функционального назначения. В связи  с этим в публикациях последнего времени стали обсуждаться вопросы  не только рационального, но и, так называемого, здорового (оптимального) питания.

 

Под здоровым питанием предлагается понимать употребление в пищу таких  пищевых субстанций, которые в  максимальной степени удовлетворяют  потребности человека в энергетических, пластических и регуляторных соединениях, что позволяет поддерживать здоровье и предотвращать возможность  возникновения каких-либо острых и  хронических заболеваний на должном уровне.

 

В настоящее время, в условиях постоянно ухудшающейся экологической  обстановки, важная роль принадлежит  лечебно-профилактическому питанию. Основу этого питания составляет рациональное питание, построенное  на роли отдельных компонентов пищи, оказывающих защитный эффект при  воздействии химических соединений или вредного влияния физических факторов производства, а также окружающей природной средою.

 

Оно должно не только повышать защитные силы, реактивность организма, но и обладать специфической направленностью  действия.

 

В течение 10-15 лет в Японии, США, Канаде, Германии, России и других странах широко развивается индустрия  создания продуктов новых форм с  использованием фарша и других белковых основ, обладающих заранее заданным комплексом органолептических и  реологических свойств.

 

Научные основы и методологические подходы к решению проблемы проектирования состава сбалансированных пищевых  продуктов исследованы и теоретически обобщены в серии работ академиков РАСХН И.А. Рогова и H.H. Липатова. В результате работ сформулированы следующие принципы проектирования состава сбалансированных продуктов и содержащих их рационов:

 

- соответствие рационально  сбалансированной рецептуре;

 

- соответствие сбалансированности  аминокислотного состава белоксодержащих  ингредиентов статистически обоснованному  эталону;

 

- возможность целенаправленно  изменять жиро-кислотный состав внесением дополнительных жиросодержащих ингредиентов;

 

- максимальное приближение  к заданному соотношению между  насыщенными, мононенасыщенными  и полиненасыщенными жирными  кислотами в любом наборе жиросодержащих  ингредиентов;

 

- рецептуру продукта, входящего  в рацион, рассчитывать с учетом  состава блюд и продуктов, употребляемых  одновременно с проектируемым;

 

- состав многокомпонентного  продукта в одноразовом и суточном  рационах должен балансировать  их по энергетической ценности, соотношению макро - и микро- питательных веществ и набору балластных компонентов пищи.

 

Обеспечение населения страны полноценными пищевыми продуктами является важной задачей. При ее решении необходимо использовать весь богатый природный  потенциал страны, в частности, ее мясные и рыбные ресурсы.

 

Проблема питания включена в число важнейших глобальных проблем, которые выдвинуты ООН  перед человечеством наряду с  такими проблемами, как охрана окружающей среды. Быстрое увеличение численности  населения земного шара требует  соответствующего роста производства пищевых ресурсов и продуктов  питания - это одна из главных проблем, определяющих прогресс земной цивилизации.

 

Учитывая роль питания  в здоровье нации, многие страны приняли  национальные концепции государственной  политики в области здорового  питания. Концепция государственной  политики в области здорового  питания населения на период до 2005 г. принята в России и одобрена Постановлением Правительства РФ № 917 от 10 августа 1998 г.

 

Под государственной политикой  в области здорового питания  понимается комплекс мероприятий, направленных на создание условий, обеспечивающих удовлетворение потребностей различных групп населения  в рациональном, здоровом питании  с учетом их традиций, привычек и  экономического положения, в соответствии с требованиями медицинской науки.

 

Продукты питания должны не только удовлетворять физиологические  потребности организма человека в пищевых веществах и энергии, но и выполнять профилактические и лечебные функции и, конечно, быть абсолютно безопасными.

 

 

 

Проектирование  комбинированного продукта на основе молочного сырья.

В современной литературе всё чаще фигурирует понятие «проектирование» пищевых продуктов.  Это сравнительно новое научное направление исследований,  позволяющее разрабатывать состав многокомпонентных продуктов с заданным комплексом качественных показателей. 

В соответствии с современными представлениями понятие  «проектирование»  означает разработку моделей,  регламентирующих все этапы создания продуктов заданного качества и представляющих собой систему уравнений,  отражающих все изменения одного или нескольких ключевых параметров,  на основе которых они разрабатываются.  Наличие упомянутой системы уравнений позволяет достаточно корректно описывать изменение общехимического,  аминокислотного, жирнокислотного и других составов разрабатываемых композиций в зависимости от соотношения и квоты используемых сырьевых компонентов,  что даёт возможность заменить дальнейшее исследование процесса формирования состава продуктов анализом его математической модели для получения решения поставленных конкретных задач [1, 2]. 

Данная методология позволяет  создавать продукты с определённым содержанием белка,  жира,  углеводов, витаминов, пищевых волокон, аминокислот, минеральных и других веществ.

Согласно концепции сбалансированного  питания для нормальной жизнедеятельности  человека необходимо поступление в  организм адекватного количества энергии  и основных пищевых веществ, а  также соблюдение строго определённых соотношений между многими факторами  питания - белками,  жирами, углеводами и другими компонентами[3].

При проектировании состава  кисло-молочных продуктов,  имеющих сложный сырьевой состав,  следует учесть,  что применение растительного сырья,  обладающего повышенной биологической ценности позволяет получать композиции,  характеризующиеся улучшенным витаминным,  минеральным,  углеводным и аминокислотным составом по сравнению с отдельно взятыми компонентами, при этом возможно более тонкое управление процессом формирования продуктов. 

В общем виде математическая постановка экспериментальной задачи состоит в определении наибольшего  или наименьшего значения целевой  функции -F- при определённых условиях. Наиболее изученным разделом математического моделирования является линейное программирование,  для решения задач которого разработан целый комплекс эффективных методов, алгоритмов и задач [4].

В настоящее время наиболее характерной формой представления  пищевой ценности продуктов питания  является сравнение их химического  состава со шкалой суточной потребности  человека в основных пищевых веществах  и энергии.  Учитывая сложный характер взаимосвязей компонентов, представляется целесообразным проводить комплексную  оценку каждого из них в единой унифицированной форме.  Такая  форма расчёта позволяет оценить  эффективность и степень соответствия отдельных составляющих пищевого продукта выбранным нормам и требованиям  их потребления с помощью одной  или нескольких цифр, отражающих качественный уровень различных пищевых составляющих [1].

Разработку рецептур новых  кисло-молочных белковых продуктов целесообразно осуществлять, применяя метод математического моделирования по критерию минимизации энергетической ценности,  подбирая сырьевые компоненты с заданными ограничениями величины функции и регулируемых показателей. 

Целевая функция,  в таком  случае,  ограничена энергетической ценностью проектируемого продукта (уравнение 1.1) [3]:

F = C1X1 + C2X2 + C3X3 +… + CnXn Æ min,     (1.1)

где C1, C2, C3, … , Сn - калорийность соответствующего компонента композиции, ккал; X1, X2, X3, … , Xn - относительное содержание сырьевых компонентов в композиции, мас.%.

Ограничения на регулируемые показатели в проектируемой композиции [уравнения (1.2) и (1.3)]:

K1X1 + K2X2 + K3X3 + … + KnXn і Y1,    (1.2)

K1X1 + K2X2 + K3X3 + … + KnXn Ј Y2,    (1.3)

где  K1, K2, K3, … ,  Кn -  средняя величина относительного содержания регулируемого показателя в конкретном сырьевом компоненте; Y1, Y2 ñ величина регулируемого показателя в готовом продукте.

Решение данных систем уравнений  осуществляется при использовании  пакетов программ по оптимизации  рецептур пищевых продуктов, позволяющих  в результате их математической обработкиопределить относительное содержание сырьевых компонентов,  а также величину энергетической ценности проектируемых композиций. 

Таким образом,  приведённые  математические модели для расчёта  оптимального состава композиций учитывают  специфику проектирования многокомпонентных  рецептурных смесей и являются основой  моделирования сбалансированности их состава.  Выбор наиболее выгодного  с позиций физиологических потребностей варианта рецептуры пищевого продукта может быть осуществлён, на наш взгляд, только в результате такого моделирования. 

Целью настоящей работы явился процесс проектирования композиций кисло-молочных белковых продуктов с зерновыми добавками и углеводными компонентами,  с направленным химическим составом, регулируемым в соответствии с современными физиологическими нормами питания. 

По результатам научно-технической  информации,  а также на основании  детально изученного состава и свойств  ингредиентов,  в качестве основного  сырья для производства кисло-молочных белковых продуктов со сложным сырьевым составом,  считаем целесообразным,  использовать нежирный творог,  за счёт которого создаётся основная питательная ценность моделируемых композиций. 

Многочисленными исследованиями установлено,  что растительное сырьё  является богатым источником минеральных  веществ,  пищевых волокон,  аминокислот,  витаминов,  поэтому его использование  в качестве добавок при производстве кисло-молочных белковых продуктов позволит значительно повысить пищевую и биологическую ценность проектируемых композиций с их применением.  Доказано,  что наиболее ценными видами зерновых культур являются продукты переработки овса и пшеницы,  а именно:  овсяные хлопья,  пшеничные отруби и пшеничные зародышевые хлопья (ПЗХ). 

В связи с поставленной целью проектирование состава новых  многокомпонентных кисло- молочных белковых продуктов осуществляли методом математического моделирования,  путём научно-обоснованного составления композиций с учётом основных требований теории сбалансированного питания,  а именно:  минимизации энергетической ценности проектируемых продуктов,  соотношения и содержания в композициях белка,  жира и углеводов,  оптимального поступления незаменимых аминокислот,  балластных веществ,  соотношения минеральных веществ (кальция, фосфора, магния) и незаменимых аминокислот (триптофана, метионина, лизина). 

Подбирали сырьевые компоненты с заданными ограничениями величины функции и регулируемых показателей  для обеспечения потребности  организма в вышеуказанных веществах  в количестве 30%  от дневной нормы  потребления, представленных в таблице 1.

Таблица 1

Ограничения на регулируемые показатели в проектируемых композициях

Регулируемый показатель	Потребность (формула сбалансированного питания), г/сутки	Требуемое содержание компонента, г в 100 г композиции (рецептуре)
Содержание жира	60,0-154,0 (107,0)	0,0-1,0
Содержание белка	58,0-117,0 (88,0)	15,0-16,0
Содержание углеводов	50,0-100,0 (75,0)	7,0-8,0
Соотношение Триптофан:Метионин:Лизин	1,0:(2,0-4,0):(3,0-5,0)	Триптофан (0,2-0,4), Метионин (0,8-1,0), Лизин (1,1-1,3)
Соотношение Кальций:Фосфор:Магний	1,0:1,5:0,7	Кальций (0,2-0,4), Фосфор (0,4-0,6), Магний (0,1-0,3)
Содержание балластных веществ	20,0-25,0 (22,5)	6,7-6,8
Содержание незаменимых аминокислот	25,0-26,0 (25,5)	7,5-7,8

 

Полученные системы уравнений  решили методом линейного программирования,  при использовании пакета программ для расчёта оптимальных рецептур пищевых продуктов,  что позволило  получить относительные содержания сырьевых компонентов композиций, представленные на рисунках 1.1, 1.2, 1.3 и 1.4.