С целью придания им функциональных свойств
В природе не существуют продукты, которые содержали бы все необходимые человеку компоненты, поэтому только комбинация разных продуктов лучше всего обеспечивает организму доставку с пищей необходимых физиологически активных компонентов. В результатах научных исследований ведущих отечественных ученых сформулированы принципы и формализованные методы проектирования рациональных рецептур продуктов питания с заданным комплексом показателей пищевой ценности.
Академиком РАСХН Н.Н. Липатовым (мл.) предложен подход к проектированию многокомпонентных продуктов, учитывающий специфику индивидуальных особенностей организма. Придерживаясь основной концепции рационального питания, по его мнению, задача оптимизации рецептур состоит в подборе таких компонентов и определении их соотношений, которые обеспечивают максимальное приближение массовых долей нутриентов к персонифицированным эталонам. Исходт из предположения, что все виды механической обработки сырья, связанные с приготовлением рецептурных смесей, приданием отдельным компонентам требуемой дисперсности или необходимых реологических свойств, не нарушают принципа суперпозиции в отношении биологически важных пищевых веществ исходных ингредиентов. Затем получают расчетную информацию о массовых долях белков, липидов, углеводов, минеральных веществ, витаминов. Для проектирования и оценки возможно большего количества комбинаций исходных компонентов при разработке рецептур новых поликомпонентных пищевых продуктов создана система компьютерного проектирования, позволяющая пользоваться банком данных о составе компонентов.
Проектирование функциональных продуктов должно выполняться с использованием следующих методических принципов:
- формирование физиологической ценности продукта как продукта функционального питания;
- обеспечение функциональной совместимости физиологической добавки с основными компонентами пищевых систем;
- сохранение нативных свойств или физиологической активности добавок в процессе технологической обработки;
- улучшение потребительских свойств продуктов в результате введения в рецептуру предлагаемых добавок;
- обеспечении идентификации вводимых добавок с определенной биологической активностью (химической природой, содержанием и т.п.).
Разработка продуктов, отвечающих заданным требованиям, заключается в обеспечении сбалансированного химического состава и удовлетворительных потребительских характеристик. Оптимизация параметров разрабатываемого продукта проводится путем моделирования рецептуры с использованием интегрального критерия сбалансированности по показателям качества. Моделирование рецептур сводится к нахождению некоторой области G-многофакторного n-мерного пространства Rn, отвечающей ограничениям, поставленным целью проектирования. В конкретном случае в качестве многомерного пространства может выступать линейная форма вида:
F(X1,…,Хn)= CiXk, (5.1)
где n - количество ингредиентов в рецептуре;
m - количество компонентов в i-ом ингредиенте продукта;
Xk - k-ый ингредиент в рецептуре;
Ci - массовая доля i-го компонента в Xk ингредиенте, %.
Область G определяется системой неравенств, представляющих собой ограничения, накладываемые на содержание bii-х компонентов рецептуры, и сводится к отысканию экстремума:
bimin≤ ≤ bimax. (5.2)
В связи с тем, что совокупность ограничений может быть противоречива, данный метод лишь констатирует данные противоречия и не выявляет, какие из них более критичны. Существует модель, позволяющая учесть данное замечание. В качестве такой модели выбрана квалиметрическая мультипликативная модель вида:
D= , (5.3)
где D - обобщенный критерий моделирования, DÎ[0, 1];
di - частные критерии по каждому из факторов, т.е. коэффициент, который может принимать значения от 0 до 1 в зависимости от значения фактора (массовой доли компонента, входящего в рецептуру).
Модель позволяет свести в одну формулу относительные, комплексные и простые единичные показатели качества и обеспечить независимость свойств каждого из показателей. Фактор моделирования преобразуется в безразмерную величину, которая выступает показателем соответствия его значения эталону. Для нахождения частного критерия используют значения функцию желательности Харрингтона: 0,8-1,00 - отлично, 0,63-0,80 - хорошо, 0,37-0,63 удовлетворительно, 0,20-0,37 - неудовлетворительно, 0-0,20 - неприемлемо (рис. 5.1).
|
|
При двустороннем ограничении на рассматриваемый фактор функция вычисляется по формуле :
di=exp(-êy,ên,(5.4)
где y,=[2b-(bmax+ bmin)]/ -(bmax+ bmin).
Функция (5.4) позволяет формировать функцию желательности в диапазоне значений фактора (5.2).
Рассмотрим некоторые возможные варианты проектирования функциональных продуктов питания.
Принято считать, что 1 г идеального белка должен содержать изолейцина - 40 , лейцина - 70, лизина - 55, метионина с цистином - 35, фенилаланина с тирозином - 60, триптофана - 10, треонина - 40 и валина - 50 мг. Для оценки качества жиров по жирнокислотному составу Институт питания РАМН и ВНИИМС предложили по аналогии с идеальным белком ввести понятие «гипотетически идеальный жир», предусматривающее определенные соотношения между отдельными группами и представителями жирных кислот. Согласно этой модели «гипотетически идеальный жир» должен содержать (в относительных частях): ненасыщенных жирных кислот - от 0,38 до 0,47; насыщенных жирных кислот - от 0,53 до 0,62; олеиновой кислоты - от 0,38 до 0,32; линолевой кислоты - от 0,07 до 0,12; линоленовой кислоты - от 0,005 до 0,01; низкомолекулярных насыщенных жирных кислот - от 0,1до 0,12; трансизомеров - не более 0,16. Отношения содержания ненасыщенных и насыщенных жирных кислот в таком жире должны находиться в пределах от 0,6 до 0,9; линолевой и линоленовой кислот - от 7 до 40; линолевой и олеиновой кислот - от 0,25 до 0,4; олеиновой с линолевой и пентадециловой со стеариновой кислот - от 0,9 до 1,4. Эти сведения можно использовать при создании программ компьютерного проектирования рецептур многокомпонентных продуктов. Программное обеспечение проектирования, а также его реализация на IBM-совместимой компьютерной технике на основании теоретических подходов с использованием уравнений базировалось на работах академиков И.А. Рогова и Н.Н. Липатова. В основу методологии положено уравнение материального баланса:
SiS= , (5.5)
где SiS - массовая доля вещества в рецептурной смеси, %;
Хi - массовая доля i-го компонента в рецептурной смеси, %;
Si - массовая доля пищевого вещества i-го компонента в рецептурной смеси, %.
Из различий аминокислотного состава белков вытекает возможность повысить их биологическую ценность в результате смешения сырья растительного и животного происхождения, дополняющих друг друга по аминокислотному составу. Необходимо также отметить, что эффекты взаимного обогащения и повышения биологической ценности наблюдаются как для смеси белков, так и комбинаций пищевых продуктов, содержащих эти белки. Применительно к различным отраслям пищевой промышленности, а также проектированию белкового, аминокислотного, углеводного, витаминного, минерального состава уравнение (5.1) модифицировано с учетом специфики проектируемых продуктов. Независимо от сути предлагаемых технических решений для поликомпонентных смесей возможны, как минимум, три варианта постановки задачи.
1. Достижение точного соответствия количественных соотношений нутриентов проектируемого продукта эталону. В этом случае составляется система линейных алгебраических уравнений вида:
=Аидi, (5.6)
i=1…m-1, (5.7)
где n - число компонентов;
m - число оптимизируемых веществ;
- массовая доля i-го оптимизированного вещества в
j-ом компоненте;
Сj - массовая доля j-го компонента.
В рассматриваемой задаче оптимизации состава продукта путем подбора его рецептурного состава, где неизвестными являются Сj, имеем систему линейных алгебраических уравнений из m уравнений с n неизвестными, которая разрешима при выполнении условий:
n<m; D¹0, (5.8)
где D - главный определитель системы.
Т.к. в случае
Сj³100, (5.9)
задача не имеет физического смысла, на решение системы необходимо наложить ограничение
Сj<100. (5.10)
2. Минимизация суммы отклонений реальных количественных соотношений веществ проектируемого продукта от рекомендуемого эталоном для каждого вещества составляет
®min. (5.11)
3. Оптимизация показателей продукта, отличных от тех, которые регламентируются эталоном. В большей степени использование этого варианта оптимизации возможно при моделировании биологической ценности, например, по коэффициенту утилитарности аминокислотного состава белка, расчета коэффициентов различия аминокислотного скора и т.д.
Несмотря на простоту процедуры нахождения точного решения, условия (5.4) и (5.6) существенно ограничивают область практического применения предлагаемых подходов.
Профессором К.К. Полянским предложено учитывать не только функциональные свойства используемых в рецептурах пищевых добавок, но и их технологические характеристики. Например, пищевые волокна помимо сорбционных свойств в отношении токсинов обладают влагосвязывающими показателями. В связи с этим, количество пищевых волокон wПВ, %, с учетом органолептических и структурно-механических показателей определяли по формуле:
wПВ=К1К2 , (5.12)
где К1, К2 - эмпирические безразмерные коэффициенты;
i - количество компонентов в смеси;
mi - массовая доля влаги в i-ом компоненте, %;
Mi - расход i-го компонента смеси, части.
При использовании уравнения (5.12) выбор коэффициентов К1, К2 зависит от влагоудерживающей способности и вида использованного сырья. Например, для растительного сырья, содержащего пищевые волокна с влагоудерживающей способностью (ВУС) от 2 до 2,5 г воды на 1 г пищевых волокон К1 колеблется от 0,4 до 0,5; при ВУС от 20,9 до 23,4 К1 составляет от 0,048 до 0,43; при ВУС от 12,0 до 12,5 К1 составляет 0,081-0,083. Эмпирический коэффициент К2 зависит от органолептических характеристик и изменяется в интервале от 0 до 1.
Отметим, что наиболее серьезные методы проектирования многокомпонентных продуктов питания сложного сырьевого состава разработаны для корректировки именно биологической ценности продуктов питания. Начальный этап разработки теоретических основ и конкретных методов реализации принципов проектирования сбалансированных пищевых продуктов по биологической ценности связан с формализацией качественных и количественных представлений о рациональности использования незаменимых аминокислот в технологии адекватной экзотрофии.
Для определения показателя сопоставимой избыточности содержания незаменимых аминокислот (sс), характеризующего суммарную массу незаменимых аминокислот, не используемых на анаболические цели в таком количестве белка оцениваемого продукта, которое эквивалентно по их потенциально утилизируемому содержанию 100 г белка эталона, используют формулу:
sс= , (5.13)
где Аj - массовая доля j-й незаменимой аминокислоты в продукте, г/100 г белка;
Сmin - минимальный скор незаменимых аминокислот оцениваемого белка по отношению к физиологически необходимой норме (эталону) (%), или доли ед.;
Аэj - массовая доля j-й незаменимой аминокислоты, соответствующая физиологически необходимой норме (эталону), г/100 г белка.
Физический смысл уравнения (5.13) состоит в том, что чем меньше значения sс, тем лучше сбалансированы незаменимые аминокислоты и тем рациональнее они могут быть использованы организмом (в идеале sс=0).
Продукт по биологической ценности может считаться предпочтительным, когда при условии равного обеспечения организма анаболическим материалом максимальная, по сравнению с другими вариантами, доля содержащихся в его белке ассимилируемых аминокислот в силу взаимосбалансированности между собой и с заменимыми аминокислотами способна использоваться на анаболические цели без деградации на нужды биосинтеза заменимых и не расходоваться на компенсацию энергозатрат организма.
{Rc® max; SБСНАК® min; SЭГНАК® min} (5.14)
В результате анализа существующих рецептур и реальных возможностей промышленных предприятий молочной промышленности выявлено, что при разработке новых видов продуктов, в т.ч. специального назначения, вряд ли следует использовать в их рецептурах более шести белоксодержащих ингредиентов. В связи с этим несложно получить зависимость, позволяющую с помощью ЭВМ реализовать циклический алгоритм состава шестикомпонентной композиции. Оригинальность этой модели в том, что при ее реализации на ЭВМ достаточно задавать только массовую долю первого компонента.
В дальнейшем рассчитывают энергетическую ценность проектируемых продуктов питания (Q, кДж):
Q=17,2SXippi{1-Cmin(Xip)}+38,8SSXiLLiIij+15,7SSXiCCij, (5.15)
где SXip - массовая доля i-го белоксодержащего компонента, ед.;
pi - массовая доля белка в i-м компоненте, %;
XiL - массовая доля i-го жиросодержащего компонента, ед.;
Li - массовая доля жира в i-м компоненте, %;
Iij - массовая доля жира j-х жирных кислот в жире i-го компонента, %;
XiC - массовая доля i-го углеводсодержащего компонента, ед.;
Cij - массовая доля j-х сахаров в i-ом углеводсодержащем компоненте, %;
17,2; 15,7 и 38,8 - коэффициенты, пропорциональные энергетической ценности белков, углеводов и жиров.
Первая сумма во втором слагаемом формулы (5.15) учитывает, что при правильной сбалансированности жирнокислотного состава полиненасыщенные кислоты не должны быть использованы на компенсацию энергозатрат организма. В первой сумме третьего слагаемого значения индекса j отождествляют: 1 - с моносахаридами; 2 - с дисахаридами; 3 - с гидролизуемыми полисахаридами.
Расчетную энергетическую ценность по формуле (5.15) сравнивают с требуемой Qэ. Если расчетная энергоценность меньше Qэ, то в состав продукта вводят дополнительные технологически допустимые углеводсодержащие компоненты. Если расчетное Q>Qэ, то можно заменять XiL с излишне высокими значениями Li на новые, технологически допустимые, с меньшими значениями Li.
Для того чтобы весь белок одноразового рациона мог быть использован на анаболические нужды организма, необходимо выполнение следующего равенства:
Aэi=MpPpAj+DP zj /Pн, (5.16)
где Aэi - массовая доля j-й незаменимой аминокислоты в белке-эталоне, г/100 г белка;
Aj - рассчитанная массовая доля j-й незаменимой аминокислоты в немолочной части одноразового рациона, г/100 г белка;
zj - требуемая для удовлетворения массовая доля j-й незаменимой аминокислоты в белке немолочного продукта, входящего в одноразовый рацион, г/100 г белка.
zj=(AэiPн-MpPpAj)/DP, (5.17)
Такие zj являются новым эталоном аминокислотного состава, к которому должен стремиться белок проектируемого продукта.
Доказано, что обеспечение всех слоев населения эссенциальными биологически активными веществами наиболее эффективно и экономически целесообразно путем обогащения продуктов питания массового потребления. Это направление в СССР получило свое развитие с 30-х годов ХХ в. благодаря усилиям профессора В.В. Ефремова. Он, по сути, является инициатором и родоначальником создания доступных для всех слоев населения функциональных продуктов. Следует отметить предпринимаемые Институтом питания РАМН усилия, направленные на улучшение структуры и пищевого статуса всех слоев населения.
В нашей стране до начала реформ обогащение продуктов питания являлось обязательным и было закреплено нормативными документами. Особого внимания заслуживает внимания Постановление ЦК КПСС и Совета Министров СССР от 20.06.88 № 764, в котором Госагропрому СССР и Минхлебопродукту СССР доводились плановые задания по выпуску витаминизированных продуктов.
В качестве эффективного способа получения продуктов питания специального назначения может служить использование в рецептурах поливитаминных и витаминно-минеральных премиксов, которые представляют собой смеси основных необходимых человеческому организму витаминов (С, А, Е, D, В1, В2, В6, В12, РР, фолиевой и пантотеновой кислот, биотина), с сахарозой или молочным сахаром (лактозой), минеральными веществами - железом, кальцием, йодом, фтором. В рецептурах премиксов витамины используются в виде специально разработанных водорастворимых форм, стабильность которых при некоторых видах технологической обработки (пастеризация, перемешивание) максимальна.
Для любого продукта существуют оптимизированные витаминно-минеральные добавки, которые вносят на определенных стадиях технологического процесса. Так, в хлебобулочные и макаронные изделия целесообразно вносить сухие премиксы на стадии замеса теста; в муку и крупу также лучше вносить премиксы на стадии помола; на рис и сухие завтраки лучше напылять покрытие, содержащее биопрепараты; соки, безалкогольные напитки, молочные продукты лучше обогащать перед тепловой обработкой водорастворимыми витаминами или эмульсиями жирорастворимых микронутриентов (в процессе гомогенизации); маргарины обогащают жировой эмульсией микронутриентов перед сбиванием; в сахар вводят порошкообразный премикс на стадии отбеливания; соль обогащают водным раствором микронутриентов или порошкообразным премиксом после размола.
Контрольные вопросы и задания
1. Какие ученые внесли вклад в развитие современной парадигмы питания?
2. Что такое FOSHU - “food for specifield helth use”?
3. Какие ученые внесли значительный вклад в развитие принципы моделирования состава функциональных мясных и молочных продуктов?
4. Что учитывают при проектировании аминокислотного состава?
5. Какой белок является идеальным? Для чего он используется?
6. С чем связано проектирование жирнокислотного состава функциональных продуктов? Что такое «гипотетически идеальный жир»?
7. Приведите основные принципы обогащения продуктов питания незаменимыми нутриентами.
Глава шестая ОСОБЕННОСТИ ПРОИЗВОДСТВА ПРОДУКТОВ ПРОБИОТИЧЕСКОГО НАЗНАЧЕНИЯ |
Дата добавления: 2016-03-22; просмотров: 1742;