Publication text
(PDF):
Read
Download
Оптимизация структуры питания, повышение его качества и безопасности являются одной из важнейших и приоритетных задач государственной политики. Здоровье человека зависит от многих факторов: экологии, наследственности, вредных привычек, от ежедневно потребляемых продуктов питания. В этой связи безопасность и качество про- дуктов питания можно отнести к основным факто- рам, определяющим здоровье нации. Интерес науч- ной общественности к проблемам питания диктует- ся социальными, экономическими и медицинскими аспектами, наличием в мире значительного недо- статка пищевых ресурсов, постоянством действия и определяющим влиянием фактора питания на со- стояние здоровья населения и, разумеется, возмож- ностью существенного исправления сложившегося положения при условии использования рекоменда- ций и практических выводов науки о питании [1, 2]. Создание продуктов питания массового потребле- ния повышенной пищевой и биологической цен- ности, а также продуктов профилактического и диетического назначения требует расширения и совершенствования сырьевой базы. Одним из таких направлений может стать производство талгана по инновационной технологии. В условиях, когда особенно важно сохранить достигнутый в последние годы уровень потребле- ния продуктов питания, возрастает роль пищевых ингредиентов, полученных по улучшенным, инно- вационным технологиям. С помощью таких техно- логий можно добиться более глубокой переработки и бережного использования сельхозсырья, усовер- шенствовать технологический процесс, повысить качество продуктов питания, оптимизировать сто- имость продукции. Специалисты пищевой и пере- рабатывающей промышленности надеются с по- мощью таких ингредиентов обеспечить потреб- ности населения в энергетически полноценных, физиологически функциональных, сбалансирован- ных, оптимальных по цене продуктах питания. В течение ряда лет отечественными и зарубежными авторами проводятся исследования по разработке научных и практических основ создания продуктов, характеризующихся оптимальным с точки зрения науки о питании соотношением компонентов [3, 4]. Продукты переработки зерна традиционно широко используются в нашем питании. Национальная кухня - это часть народной культуры, она отражает особенности уклада жизни населения. В соответствии с мировыми тенденциями разви- тия сельского хозяйства стоимость продуктов жи- вотного происхождения неуклонно повышается. Отчасти пищевые потребности человека в белке могут быть удовлетворены за счет продуктов из растительного сырья. Из-за наличия достаточного количества сырья предпочтение отдается соевым и пшеничным белкам, однако сегодня все больше появляется исследований, посвященных перера- ботке зернобобовых (горох, чечевица, фасоль, нут, люпин), хлебных крупяных культур (рожь, овес, ячмень, тритикале), масличных (рапс, лен, кунжут, подсолнечник), псевдозлаковых (амарант), зеле- ных частей растений, отходов переработки фрук- тов, ягод, орехов [2]. Продукты из зерна - один из основных источников углеводов, растительных белков, витаминов группы В, макро- и микроэле- ментов, пищевых волокон [5, 6, 7]. Однако белки растений являются неполноценными и несбалан- сированными по аминокислотному составу. В ми- ровой практике одним из распространенных спо- собов корректировки состава продуктов стало комбинирование в рационе продуктов раститель- ного и животного происхождения [8, 9, 14-17]. Особый интерес в этом отношении представляют зерновые, зернобобовые культуры и молочные белки [2, 5-9]. Это обеспечивает возможность взаимного обогащения получаемых продуктов эссенциальными ингредиентами, а также позволя- ет регулировать их состав в соответствии с основ- ными требованиями науки о питании. В продуктах со сложным сырьевым составом молочное и рас- тительное сырье используется в различных соче- таниях, что позволяет придавать этим продуктам требуемые функциональные свойства, учитывать привычки и традиции в культуре питания населе- ния разных регионов. Одно из традиционных хакасских блюд - это талган (в другой транскрипции - талкан), приго- товленный из обжаренных и измельченных особым способом зерен ячменя, пшеницы [10, 11]. С древ- ности талган служит продуктом повседневного пи- тания хакасов. И в наши дни у хакасов талган поль- зуется большой популярностью. Среди других народностей, населяющих Алтай, также широко распространено национальное блюдо талкан (тал- ган). Оно представляет собой муку из обжаренных зерен ячменя, протертых между двух камней с плоскими гранями. Использование муки из поджа- ренных зерен проса, ячменя, пшеницы, овса и ку- курузы широко встречается у тюрко-монгольских народов Южной Сибири и Центральной Азии [10]. Талган очень удобен для питания охотников, чаба- нов, строителей, туристов, надолго уезжающих из дома. Основная особенность хакасской кухни - активное сочетание талгана с различными продуктами (молоко, айран, простокваша, пахта, сливоч- ное или топленое масло). В настоящее время талган употребляют как в виде каши, так и в качестве до- бавки к различным продуктам (чаи, йогурт, кефир, котлеты, выпечка, супы, десерты и т.д.). В составе талгана [12, 13] от 9,8 до 10,5 % белка, массовая доля жира в нем колеблется от 1,3 до 2,0 %, причем в состав липидов входят и ненасыщенные жирные кислоты. Из углеводов в нем содержится 60 % крахмала, 7,75 % пентозанов и около 10 % пище- вых волокон. В минеральный состав входят (мг/100 г): натрий - 10-15; калий - 147-205; фос- фор - 275-343; кальций - 58-80. Из витаминов присутствуют Е, В1, В2, РР. Формирование свойств новых пищевых продуктов, содержащих сырье животного и растительного происхождения, на современном этапе развития науки можно осуществлять с применением прин- ципа пищевой комбинаторики, заключающейся в обоснованном количественном подборе компонен- тов сырья и добавок, обеспечивающих комплекс заданных органолептических и функциональных характеристик путем оптимизации состава готового продукта по результатам анализа сочетаний от- дельных пищевых ингредиентов [2]. Таким образом, актуальным является направле- ние по комбинированию с молочной основой тал- гана, полученного по новой улучшенной техноло- гии, что позволит целенаправленно изменить хи- мический состав комбинированных продуктов и повысить в них содержание ряда эссенциальных нутриентов, таких как белок, углеводы, витамины, минеральные вещества. Талган, полученный по инновационной технологии, предназначен для ис- пользования в рецептуре новых или традиционных пищевых изделий. При минимальной обработке и максимальном сохранении ценных свойств исход- ного зерна талган может быть использован в рецеп- туре целого ряда продуктов, обладающих лечебно- профилактическими и функционально-техноло- гическими свойствами. В традиционной технологии талгана предусмот- рена термическая обработка зерен (ячменя, пшени- цы) с последующим их измельчением. Традицион- ный способ приготовления талгана включает в себя следующие технологические этапы: Недостатком данного способа авторы считают длительную термообработку при высокой темпера- туре, приводящую к повышенным энергозатратам и частичному разрушению биологически активных веществ, микро- и макронутриентов зерна. Предлагаемая инновационная технология пред- полагает поменять порядок следования этих техно- логических этапов: сначала измельчать зерно, а затем его термообрабатывать. Гипотеза авторов состоит в том, что такой подход позволит сокра- тить время термической обработки при одновре- менном повышении качества и пищевой ценности получаемого талгана - мелкие частицы требуют более щадящего воздействия повышенных темпе- ратур, что позволит сохранить биологически ак- тивные вещества зерна и сэкономить трудовые и энергетические ресурсы. Глубокая переработка растительного сырья и получение на его основе сухих порошкообразных ингредиентов является одним из наиболее эффективных способов ком- пактного транспортирования и организации дли- тельного хранения продуктов, исключающих поте- ри и снижение качества. Кроме того, использование местного сырья для производства новых комбини- рованных продуктов позволит решить актуальный вопрос импортозамещения, не зависеть от колеба- ний цен на мировом рынке, работать с местными сельхозпроизводителями, выпускать востребован- ную продукцию. Целью работы является установление режимов и параметров получения талгана повышенного ка- чества и разработка на основе полученных данных инновационной технологии выработки талгана. Объекты и методы исследования Объект исследования - зерно ячменя и зерно пшеницы урожая 2016 года, выращенного на тер- ритории Таштыпского района Республики Хакасия. Для проведения экспериментальных исследова- ний был разработан опытно-исследовательский стенд, представленный на рис. 1. Зерно измельчали до крупности частиц от 1 до 5 мм на вальцовом станке. Для проведения термической обработки измельченного зерна использовали конвективную сушилку, позволяющую регулировать температуру сушильного агента в диапазоне от 50 до 200 оС. В опытах температуру сушильного агента меняли от зерна ячменя/пшеницы с оболочкой подвер- 150 до 190 оС с шагом 10 оС. Высушиванию подгают очистке от посторонних примесей на зерно- очистительных сепараторах или на виброситах с магнитными улавливателями; сепарированный или очищенный от оболо- чек ячмень/пшеницу направляют в накопительный бункер с дозатором и оттуда порционно подают в обжарочный аппарат; зерно подвергается термической обработке (обжарке) на протяжении 10 минут при 150 °С; обжаренные зерна после выгрузки из обжа- рочного аппарата поступают в стабилизатор- накопитель, где они охлаждаются; зерна подвергаются измельчению в вальцо- вом станке до размера частиц 0,25-0,7 мм. вергалась навеска 2 грамма. Измерение влажности продуктов измельчения зерна проводили в соответ- ствии с методикой, описанной в ГОСТ 13586.5- 2015 «Зерно. Метод определения влажности». Тер- мическую обработку навесок измельченного зерна вели до постоянной массы (достижение равновес- ной влажности), при этом изменение массы навески фиксировалось и заносилось в журнал наблюдений ежеминутно. Эксперименты проводили в трехкрат- ной повторности. Статистическую обработку осу- ществляли встроенными средствами Microsoft Excel, а также с помощью программы комплексно- го статического анализа «Statistika», модулей «Промышленная статистика», «Нелинейное оцени- вание» и «Общие регрессионные модели». Регрессионная модель процесса описывается уравнением (2): WP 7,9271 0,2203 d 0,0918 t 0,0002 t d 0,0317 d 2 0,0003 t 2 (2) Рис. 1. Лабораторно-исследовательский стенд: 1 - вальцовый станок, 2 - конвективная сушилка, 3 - весы; 4 - стол Обработка зерна для получения талгана осу- ществлялось в следующей последовательности: очистка зерна от примесей на сите диаметром 2-3 мм; получение доброкачественных зерна сходом сита с диаметром 1,5 мм; измельчение зерна до размеров 1 мм; 2 мм; 3 мм; 4 мм; 5 мм; подготовка навесок по 2 грамма; термообработка продуктов измельчения зерна в конвективной сушилке при температурах 150 °C; 160 °C; 170 °C; 180 °C; 200 °С с экспозицией от 15 до 50 минут; охлаждение полученного талгана до темпера- туры, не превышающей температуру воздуха окру- жающей среды более, чем на 6-8 °С. Результаты и их обсуждение Предварительными исследованиями было уста- новлено, что из исследуемого диапазона темпера- тур оптимальное воздействие на зерно оказывает сушильный агент с температурой 160-170 оС с про- должительностью воздействия 12-15 минут. При этом талган приобретает золотистый цвет и прият- ный, характерный запах. Увеличение температуры до 180-190 оС приводит к потемнению зерна до темно-коричневого цвета и образования выражен- ного горелого запаха. А использование агента суш- ки с температурой 150 оС вызывает неоправданное удлинение технологического процесса, при этом продукт термомеханической обработки зерна не отличается по цвету и запаху от исходного зерна. Кинетика изменения влажности измельченных фракций зерна описывается регрессионным урав- нением (1): где Wp - равновесная влажность, %; t - температу- ра агента сушки, оС; d - средний размер частиц из- мельченного зерна, мм. Установлено, что регрессионная модель значи- ма и адекватна [11]. Графическая интерпретация модели представлена на рис. 2. Модель получена с помощью инструмента «Регрессия поверхности смеси», предназначенного специально для анализа экспериментов по смешиванию, модуля «Нелиней- ные модели». Модель может быть использована для прогнозирования влажности образцов измельчен- ного зерна при соблюдении условий постановки эксперимента, известных размерах части и темпе- ратуре сушки при конвективной термообработке полуфабриката талгана. Рис. 2. Зависимость равновесной влажности измельченного зерна ячменя от размера частиц и температуры сушильного агента Таблица 1 Характеристика химического состава пшеничного талгана до и после обработки (размер частиц 2 мм) C W 0,0458 2 1,1954 7,747 Компонент Содержание Содержание компонента компонента до обработпосле сушки, % при t=160 оС при t=200 оС ки, % Вода 14,0±0,1 7,00±0,1 4,50±0,01 Белок 11,8±0,1 9,8±0,1 9,56±0,01 Жир 4,2±0,1 1,30±0, 1 0,8±0,01 Углеводы: 64,4±0,1 3,00±0,05 65,20±0,1 2,48±0,05 65,35±0,1 0,98±0,05 крахмал сахар пищевые волокна 2,00±0,05 1,75±0,05 1,72±0,05 Минераль- ные вещества 3,50±0,05 3,20±0,05 3,40±0,05 (1) где Wc - влажность измельченного зерна, %; τ - продолжительность термической обработки (кон- вективной сушки), мин. Проведено исследование сырья (зерно пшени- цы) и продукта, полученого термомеханической обработкой зерна по описанному выше способу (талгана). Данные представлены в табл. 1. В результате данной обработки происходит из- менение химического состава зерна пшеницы: сни- жается содержание белка от 2 до 2,24 %; содержа- ние жира уменьшается примерно в 3 раза. При этом увеличивается содержание крахмала с 64,4 до 65,35 %, также претерпевают изменения минераль- ные вещества. Снижение содержания углеводов, вероятно, объясняется следующим. Углеводы пше- ницы представлены в основном крахмалом, кото- рый в результате термической обработки может частично разрушаться до декстринов, обладающих лучшей усвояемостью. Процесс термической обра- ботки пшеницы играет важную роль в формирова- нии вкуса, цвета и аромата, в частности за счет протекания реакции меланоидинообразования и карамелизации сахаров. Моносахара, представлен- ные пентозанами, и сахара могут вступать в реак- цию карамелизации с образованием фурфурола, муравьиной и левулиновой кислот. При реакции карамелизации происходит альдольная конденса- ция карбонильных соединений, которые далее пе- реходят в безазотистые коричневые полимеры. В результате термической обработки также происхо- дит инактивация ингибиторов ферментов, в частно- сти, многих протеиназ, что повышает усвояемость всех пищевых нутриентов. Таким образом, при измельчении и в процессе сушки зерно теряет часть белка, происходят изме- нения жировой фракции пшеницы, происходят из- менения с углеводами и уменьшается содержание влаги. Типичные кривые изменения влажности в про- цессе конвективной сушки измельченного зерна при различных температурах даны на рис. 3 (в ка- честве примера кривые приведены для размера ча- стиц зерна 2 мм и трех температур агента сушки). Анализ приведенных кривых показывает, что при температуре 150 °C пшеница достигает равновес- ной влажности за 11 минут (при этом зерно приоб- ретает светло-коричневый с золотистым оттенком цвет, а также приятный вкус и аромат). При темпе- ратуре 200 °C пшеница достигает равновесной влажности за 7 минут, но при этом приобретает горелый запах, что является неприемлемым в тал- гане. Таким образом установлено, что оптимальный режим сушки для зерна измельченного до размера частиц 2 мм составляет 160-170 °C, продолжитель- ность сушки около 9 минут. Рис. 3. Кривые сушки (размер частиц зерна 2 мм) Аналогичные кривые сушки для размера частиц зерна 5 мм приведены на рис. 4. Поскольку в данном случае частицы крупнее, то равновесной влажности они достигают несколько дольше, чем в первом слу- чае - от 10 до 27 мин. Однако поведение и характе- ристики получающегося талгана аналогичны преды- дущему варианту. Таким образом, подтверждено, что оптимальный режим сушки для зерна измель- ченного до размера частиц 5 мм также составляет 160-170 °C, хотя достижение равновесной влажно- сти требует большего времени (около 15 мин). Рис. 4. Кривые сушки (размер частиц зерна 5 мм) Рис. 5. Аппаратурно-технологическая схема производства талгана по инновационной технологии: 1 - вибросито с магнитными улавливателями; 2 - вальцовый станок; 3 - обжарочный аппарат; 4 - смеситель; 5 - фасовочный аппарат Разработана аппаратурно-технологическая схе- ма получения талгана, представленная на рис. 5. Характерной особенностью предлагаемой схемы является ее легкая встраиваемость в современное существующее предприятие по переработке зерна - все виды оборудования являются серийно- выпускаемыми, хорошо известными в отрасли, не требуют дополнительного обучения персонала и привлечения финансовых ресурсов для приобрете- ния дорогостоящих импортных комплектующих. По материалам исследований оформлена и по- дана в Роспатент заявка на изобретение «Способ производства сухого зернового продукта». Соглас- но изобретению приготовление талгана инноваци- онным способом осуществляется следующим обра- зом: зерна с оболочкой подвергают очистке от посторонних примесей на вибросите с магнитным улавливателем. Затем зерновую основу подвергают измельчению в вальцовом станке до размера частиц 0,35-0,65 мм. Очищенные от оболочек, измельчен- ные зерновые культуры порционно направляют в обжарочный аппарат на 2-3 минуты при температу- ре 110 °С. Вследствие того, что тепловой обработке подвергается измельченное в 3-4 раза зерно, сокра- щается его время пребывания в обжарочном аппара- те в 2 раза, оставляя все ценные компоненты в готовом продукте. Далее продукт и измельченные ком- позиции дополнительных компонентов поступают в смеситель, в котором перемешиваются до однород- ной сыпучей массы. Готовый зерновой продукт по- дается в фасовочный аппарат и далее к потребителю. При данных технологических условиях продукт приобретает светло-коричневый с золотистым от- тенком цвет, а также приятный вкус и аромат. Таким образом, полученные композиции имеют мелкозернистую, рассыпчатую структуру, легко взаимодействуют с вязкими и жидкими компонен- тами, равномерно распределяясь в них и способ- ствуя более быстрому ее структурообразованию, а в кисломолочных продуктах (йогурт, кефир, ря- женка) таган равномерно смешивается и стабили- зирует массу. Использование талгана в качестве компонента позволяет повысить лечебно- профилактические свойства продукта. Заявка успешно прошла формальную экспертизу и экспер- тизу по существу, Роспатентом было принято по- ложительное решение о выдаче патента на изобре- тение. Инновационная технология получения тал- гана соответствует всем критериям, предъявляе- мым к изобретениям, а именно - мировой новизне, высокому изобретательскому уровню, промышлен- ной применимости.