Разработка технологии формованных овощекруп я ных кулинарных изделий для детей школьного во з раста
На правах рукописи
ЯКОВЛЕВА Татьяна Викторовна
Разработка технологии формованных
овощекрупяных кулинарных изделий
для детей школьного возраста
05.18.01 Технология обработки, хранения и переработки злаковых,
бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства
05.18.15 Товароведение пищевых продуктов и технология
продуктов общественного питания
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Краснодар – 2009
Работа выполнена в ГОУ ВПО «Кубанский государственный
технологический университет»
| Научные руководители: | доктор технических наук, профессор Зайко Галина Михайловна |
| кандидат технических наук, доцент Шамкова Наталья Тимофеевна | |
| Официальные оппоненты: | доктор технических наук, профессор Бутина Елена Александровна кандидат сельскохозяйственных наук, доцент Сокол Наталья Викторовна |
| Ведущая организация: | Краснодарский научно-исследовательский институт хранения и переработки сельскохозяйственной продукции Россельхозакадемии |
Защита диссертации состоится 19 ноября 2009 г. в 14:00 часов на
заседании диссертационного совета Д 212.100.05 в Кубанском
государственном технологическом университете по адресу: 350072,
г. Краснодар, ул. Московская, 2, конференц-зал
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского
государственного технологического университета
Автореферат разослан 19 октября 2009 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
канд. техн. наук В.В. Гончар
1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
1.1 Актуальность темы. Улучшение структуры питания детей и подростков является актуальной проблемой, стратегически регулируемой на правительственной уровне. Так, в рамках национального проекта «Образование» в 2008-2009 годах реализуются экспериментальные проекты, направленные на совершенствование системы организации питания учащихся в общеобразовательных учреждениях, с целью повышения его качества и доступности.
Решение вопросов оптимизации школьного питания предопределяет необходимость повышения уровня индустриализации производства кулинарной продукции высокой пищевой и биологической ценности, соответствующей принципам щадящего питания, на основе недорогого и доступного сырья. Таким требованиям соответствуют блюда на основе овощного и крупяного сырья, традиционно используемые в питании школьников, и выгодно отличающиеся низкой стоимостью, простотой в приготовлении, высоким содержанием физиологически ценных нутриентов – сложных углеводов, витаминов, минеральных веществ. Однако в настоящее время ассортимент овощекрупяных кулинарных изделий для школьного питания ограничен, готовая продукция имеет невысокую пищевую и биологическую ценность, а также короткие сроки хранения.
Учитывая это, научно-практический интерес представляют обоснование и разработка технологии овощекрупяных кулинарных изделий для детей школьного возраста с высокими потребительскими характеристиками, адаптированной для централизованного производства в условиях внутриотраслевого кооперирования.
Актуальность данного направления исследований подтверждена финансовой поддержкой РФФИ (проект № 08-08-99077 «Разработка новых методов организации и технологических принципов производства продуктов питания для детей и подростков Краснодарского края»).
Работа выполнена в рамках тематического плана НИР кафедры технологии и организации питания КубГТУ «Совершенствование технологии продуктов детского, функционального и общественного питания» (№ ГР 01.2007.00872).
1.2 Цель работы. Целью настоящей работы явилось обоснование и разработка технологии производства формованных овощекрупяных кулинарных изделий для детей школьного возраста.
1.3 Основные задачи исследования:
- изучение, анализ и систематизация научно-технической и патентной литературы по теме исследования;
- проведение маркетинговых исследований предпочтений школьников в отношении кулинарной продукции, потребляемой ими в условиях пищеблоков общеобразовательных учреждений, обоснование выбора сырья и рецептурных компонентов;
- исследование кинетики набухания крупяных хлопьев;
- исследование физико-химических и структурно-механических свойств овощных пюреобразных масс;
- исследование функционально-технологических свойств овощекрупяных масс, в том числе с добавлением творога;
- исследование термодинамических и термогравиметрических свойств овощекрупяных масс, в том числе с добавлением творога;
- разработка рецептур и технологии формованных овощекрупяных кулинарных изделий (котлет, биточков) для детей школьного возраста и оценка их потребительских свойств;
- разработка комплекта технической документации на формованные овощекрупяные кулинарные изделия для детей школьного возраста;
- оценка экономической эффективности производства формованных овощекрупяных кулинарных изделий для детей школьного возраста.
1.4 Научная новизна. Установлено, что требуемые для производства формованной кулинарной продукции показатели консистенции овощекрупяных масс (формуемость, формоустойчивость, липкость, крошливость) обеспечиваются регулированием температуры и продолжительности процесса набухания крупяных хлопьев; получена математическая зависимость степени набухания крупяных хлопьев от заданной температуры и продолжительности проведения технологического процесса.
Впервые на основании изучения изменения структурно-механических свойств и динамики перераспределения влаги в овощекрупяных массах установлены оптимальные соотношения компонентов для производства формованных кулинарных изделий.
Установлено, что увеличение массовой доли крупяных хлопьев в овощекрупяных массах приводит к уменьшению энтальпии и убыли веса, с одновременным повышением их термостабильности. При этом в пищевых системах на основе пюреобразных масс из тыквы температура начала эндотермического эффекта при термической обработке ниже, чем на основе пюреобразных масс из моркови.
Впервые определены термодинамические характеристики овощекрупяных масс, в том числе с добавлением творога, в процессе замораживания и размораживания; установлен температурный интервал и энергия фазового перехода для обоснования технологических режимов замораживания и хранения в замороженном виде овощекрупяной кулинарной продукции.
1.5 Практическая значимость работы. Разработаны рецептуры и технология формованных овощекрупяных кулинарных изделий для школьников и получены данные об их пищевой и биологической ценности.
В связи с централизованным производством овощекрупяной кулинарной продукции установлены численные значения структурно-механических и термодинамических показателей овощекрупяных масс; разработаны технологические режимы производства формованной кулинарной продукции на индустриальной основе.
Разработан комплект технической документации для промышленного производства формованной овощекрупяной кулинарной продукции: ТУ 9194-002-02067862-2009 «Кулинарные изделия для детей школьного возраста. Котлеты, биточки на основе овощного и крупяного сырья» и технологическая инструкция к ним, а также технико-технологические карты для производства в условиях предприятий общественного питания.
Разработаны программы для ЭВМ «Электронный ресурс для оптимизации рецептур продуктов питания по пищевой и биологической ценности» (авторское свидетельство № 2008611277 от 14.03.08 г); «Программа расчета химического состава блюд и кулинарных изделий» (авторское свидетельство
№ 2008611276 от 14.03.08).
1.6 Реализация результатов исследования. Технология производства формованных овощекрупяных кулинарных изделий апробирована в условиях производства Комбината школьного питания № 1, ООО «Забота-быт», ООО «КраснодарСтройпищепром».
Разработанная технология позволяет получить экономический и социальный эффекты. Ожидаемый экономический эффект от реализации 100 кг продукции составит 3,5 тыс. руб.
Результаты исследований используются при изучении дисциплин «Технология продуктов детского питания» по специальности 260505 и «Научные основы индустриальных технологий» по специальностям 260501 и 260505.
1.7 Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на заседаниях кафедры технологии и организации питания КубГТУ (2003-2008 гг.); на межрегиональной научно-практической конференции «Эколого-экономические проблемы региональных торговых рынков» (Красноярск 2004 г.); на VIII Всероссийской конференции молодых ученых с международным участием «Пищевые технологии» (Казань 2007 г.); на научно-практической конференции «Качество продукции технологий и образования» (Магнитогорск, 2007 г.); на международной научно-практической конференции «Государственная программа развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008-2012 годы» (Пенза, 2008 г.).
1.8 Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 18 научных работ, в том числе 6 статей в журналах, рекомендованных ВАК РФ, получен патент РФ на полезную модель и два свидетельства об официальной регистрации программ для ЭВМ.
1.9 Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературных источников и приложений. Материал изложен на 150 страницах компьютерного текста, содержит 35 таблиц и 19 рисунков. Список литературных источников включает 218 наименований отечественных и зарубежных авторов.
2 Объекты и методы исследований
2.1 Проведение маркетинговых исследований. Обоснование выбора сырья и рецептурных компонентов. Анализ предпочтений школьников Краснодарского края в отношении кулинарной продукции, потребляемой ими в условиях общеобразовательных учреждений, выявленный путем одномоментного анкетирования самих школьников, а также лиц, ответственных за организацию школьного питания, показал, что учащиеся отдают предпочтения формованной кулинарной продукции, рисунок 1.
Выявлено, что ассортимент формованной кулинарной продукции (котлеты, зразы, биточки, рулеты), вырабатываемый по действующим Сборникам рецептур на основе овощного и крупяного сырья ограничен, а известные технологии трудоёмки. При приготовлении формованных овощекрупяных кулинарных изделий для детей школьного возраста используются овощные массы и каши определённой консистенции. Для расширения их ассортимента и снижения трудоёмкости производства нами предложено заменить в рецептурах каши на крупяные хлопья, не требующие варки, имеющие высокую пищевую ценность и вырабатываемые пищевой промышленностью в большом объёме.
В качестве растительного сырья целесообразно использование дешевых и повсеместно распространенных овощей, содержащие олигосахариды, пищевые волокна, витамины, макро- и микроэлементы. Так как морковь и тыква хорошо сочетаются с крупяным сырьём по органолептическим показателям, решено использовать их и в производстве формованной продукции, содержащей крупяные хлопья. Для повышения биологической ценности готовой продукции к овощному и крупяному сырью добавляли творог, - источник полноценных белков и минеральных веществ.
Предварительный анализ рецептурных композиций, проведенный с помощью разработанной нами программы для ЭВМ «Электронный ресурс для оптимизации рецептур продуктов питания по пищевой и биологической ценности», показал, что комбинированное использование овощного, крупяного сырья и творога является перспективным для создания кулинарной продукции высокой пищевой и биологической ценности.
В связи с этим, объектами исследований явились овощи, районированные в Краснодарском крае, - морковь сорта «Несравненная», тыква сорта «Мускатная» урожая 2006-2007 гг.; крупяные хлопья - пшеничные, пшенные, рисовые, гречневые, комбинированные, а также творог обезжиренный, соответствующие требованиям нормативной документации; модельные пищевые системы на основе овощных пюреобразных масс из моркови и тыквы, крупяных хлопьев, творога; полуфабрикаты и готовые кулинарные изделия из них.
2.2 Методы исследований. При выполнении работы были использованы стандартные и специальные методы физико-химического анализа.
Структурная схема исследования представлена на рисунке 2.
Исследование структурно-механических свойств проводилось на ротационном вискозиметре «НBDV-II+» и приборе «Структурометр СТ-1»; состояние влаги в исследуемых образцах - на ЯМ-релаксометре с использованием импульсного метода Карра-Парселла-Мейбумма-Джилла; термогравиметрические свойства - на приборе «Дериватограф-1500Д»; термодинамические свойства - на дифференциальном сканирующем калориметре ДСМ-2М; химический состав сырья и готовой продукции – методом капиллярного электрофореза на приборе КАПЕЛЬ-103Р; микробиологические показатели – методом посева на плотные среды (чашечный метод); оценку потребительских свойств – аналитическим количественным описательным методом в соответствии со стандартом ISO 665:1985 «Сенсорный анализ. Методология. Общее руководство»; биологическую ценность готовой продукции – расчетным методом. Расчеты, построение графиков и их описание - с помощью программ Microsoft Office Excel 2003, Microsoft Office Visio 2002, Statistica 6.0.
3 Экспериментальная часть
3.1 Исследование кинетики набухания крупяных хлопьев. Для формирования требуемых потребительских свойств овощекрупяной кулинарной продукции, содержащей крупяные хлопья, возникает необходимость изучения их способности удерживать влагу в процессе набухания.
В связи с этим, нами изучена кинетика набухания крупяных хлопьев (гречневых, пшеничных, рисовых, пшенных и комбинированных) в воде при температуре 30, 50, 70 и 90 0С. Константа скорости набухания и степень набухания характеризуют кинетику процесса, а степень предельного набухания его конечный результат.
Установлено, что с увеличением продолжительности набухания и с повышением температуры дисперсионной среды степень набухания и скорость набухания всех хлопьев увеличивается.
На рисунке 3 приведена динамика изменения степени и скорости набухания крупяных хлопьев при температуре 90 0С.
 |  |
| а) | б) |
| Рисунок 3 – Изменение а) степени и б) скорости набухания крупяных хлопьев при температуре 90 0С: 1– гречневые, 2 – комбинированные, 3 – пшеничные, 4 – рисовые, 5– пшенные | |
Анализ представленных данных показывает, что в течение первых двух минут процесса наблюдается наибольшая скорость поглощения влаги крупяными хлопьями - она достигает своего предельного значения, составляющего от 10,2 до 11,8 мин-1, при температуре 90 0С, и заметно уменьшается при понижении температуры дисперсионной среды и при увеличении продолжительности процесса набухания. Так, например, при температуре 30 С скорость поглощения влаги составляет от 5,9 до 6,1 мин-1. При этом в течение первых двух минут набухания независимо от температуры дисперсионной среды наблюдается наибольшее поглощение влаги крупяными хлопьями. То есть, свойства крупяных масс обеспечиваются регулированием температуры и продолжительности процесса их набухания.
Для определения требуемых параметров процесса набухания крупяных хлопьев необходимо выявление зависимости степени набухания (, %), от продолжительности (, мин) и температуры (Т, 0С). Поэтому была проведена математическая обработка экспериментальных кривых и аппроксимация их математическими функциями. Установлено, что эта зависимость имеет вид:
Опытным путем определены значения начальной степени набухания
0, %, и принято её среднее значение, равное 47 %. Методом наименьших квадратов найдены коэффициенты уравнения зависимости - А, В, С, Т1,Т2 при уровне доверительности 95,0 %, таблица 1.
Таблица 1 – Коэффициенты уравнения зависимости степени набухания (, %), от продолжительности (, мин) и температуры (Т, 0С)
| Коэф- фициенты | Значение показателя для крупяных хлопьев | ||||
| гречневые | комбинированные | пшеничные | рисовые | пшенные | |
| А | 82,64 | 16,33 | 15,87 | 20,57 | 21,90 |
| В | 6,25 | 3,57 | 3,12 | 2,63 | 3,19 |
| С | 6,48 | 3,24 | 3,53 | 7,00 | 2,94 |
| Т1 | 470,00 | 69,56 | 71,62 | 86,99 | 103,51 |
| Т2 | 36,63 | 36,63 | 33,36 | 30,69 | 54,57 |
Полученное уравнение и приведенные для него коэффициенты позволяют рассчитать степень набухания крупяных хлопьев в зависимости от заданной температуры и продолжительности проведения технологического процесса, а также определить необходимое время набухания крупяных хлопьев. Эти данные необходимы для разработки рецептур и технологий новых кулинарных изделий с добавлением крупяных хлопьев.
3.2 Исследование физико-химических и структурно-механических свойств овощных пюреобразных масс. В производстве овощекрупяных кулинарных изделий могут использоваться овощные пюреобразные массы, как из сырых, так и из прошедших тепловую обработку овощей. В связи с тем, что физико-химические изменения, происходящие при тепловой обработке сырья, оказывают существенное влияние на консистенцию получаемых из него полуфабрикатов, были исследованы структурно-механические свойства пюреобразных масс из сырых и вареных моркови и тыквы во взаимосвязи с состоянием содержащейся в них влаги.
Характер зависимостей спадов интегральной интенсивности протонов воды и результаты их обработки, таблица 2, показали, что в овощных пюреобразных массах, приготовленных как из сырых, так и из прошедших тепловую обработку овощей, преобладающей является форма связи влаги (W3), условно принятая как свободная. Происходящее в результате тепловой обработки овощей перераспределение влаги, заключающееся в уменьшении массовой доли влаги (W1) и (W2), условно принятых как связанная и слабосвязанная, и увеличение влаги (W3), косвенно указывает на ослабление структурных связей в овощных пюреобразных массах, приготовленных из вареных овощей.
Экспериментально установлено, что тепловая обработка овощного сырья приводит к увеличению коэффициента консистенции и предельного напряжения сдвига, получаемых из него пюреобразных масс, таблица 2.
Таблица 2 – Структурно-механические показатели овощных
пюреобразных масс для производства котлет и биточков
| Наименование показателя | Вид овощной пюреобразной массы | |||
| из моркови | из тыквы | |||
| сырая | вареная | сырая | вареная | |
| Влажность, % | 88,0 | 94,0 | 92,0 | 98,0 |
| Эффективная вязкость, Пас | 4,0 | 3,6 | 3,6 | 3,1 |
| Предельное напряжение сдвига, Па | 41,6 | 44,3 | 36,0 | 38,0 |
| Степень разрушения структуры, % | 63,7 | 55,6 | 61,6 | 51,5 |
| Коэффициент консистенции, Па·сn | 0,5 | 1,1 | 0,4 | 0,8 |
| Распределение влаги по фракциям, % от общего содержания: | ||||
| W1 (Т21=0,1 – 10 мс) | 3,5 | 2,0 | 2,1 | 1,7 |
| W2 (Т22=10 – 100 мс) | 42,0 | 13,9 | 25,7 | 5,0 |
| W3 (Т23=100 – 500 мс) | 54,5 | 84,1 | 72,2 | 93,3 |
Степень разрушения структуры таких пюре ниже, в сравнении с пюре из сырых овощей, поэтому их использование в производстве формованной кулинарной продукции, потребительские характеристики которой существенно зависят от структурной устойчивости отдельных компонентов, является предпочтительным.
Более высокие значения структурно-механических показателей и более высокое процентное содержание связанной и слабосвязанной влаги в пюреобразных массах из моркови, в сравнении с тыквенными, объясняются большим содержанием в моркови пектиновых веществ и гемицеллюлоз (1,96 и 0,67 % в моркови против 1,04 и 0,55 % в тыкве соответственно).
Установлено также, что температура начала эндотермического эффекта при термической обработке морковной пюреобразной массы выше, чем тыквенной, вследствие большего количества водородных связей между молекулами полисахаридов и воды, таблица 3.
Таблица 3 – Термогравиметрические показатели овощных пюреобразных
масс для производства котлет и биточков
| Наименование показателя | Вид овощной пюреобразной массы | |
| из моркови | из тыквы | |
| Температурный интервал эндотермического эффекта, °С | [33,1 – 161,7] | [31,7 – 164,5] |
| Энтальпия (Н), Дж/кг | 2138,4 | 2195,4 |
| Убыль веса, % | 98,2 | 98,9 |
| Энергия активации (Еа ), Дж/моль | 519,4 | 510,9 |
Выявленные различия физико-химических и структурно-механических свойств пюреобразных масс из моркови и тыквы предопределяют необходимость изучения функционально-технологических свойств пищевых систем на их основе.
3.3 Исследование функционально-технологических свойств
овощекрупяных масс. Для разработки конкретных рекомендаций по введению крупяных хлопьев в овощные пюреобразные массы, определения оптимальных соотношений рецептурных компонентов и формирования требуемых качественных показателей готовой кулинарной продукции были изучены функционально-технологические свойства овощекрупяных пищевых систем.
В таблице 4 приведены результаты определения структурно-механических показателей и состояния содержащейся влаги в овощекрупяных массах на основе гречневых хлопьев и пюреобразных масс из прошедших тепловую обработку овощей.
Таблица 4 – Структурно-механические показатели овощекрупяных масс
| Наименование показателя | Овощекрупяная масса с содержанием гречневых хлопьев, % | |||||
| из моркови | из тыквы | |||||
| 10 | 20 | 30 | 10 | 20 | 30 | |
| Влажность, % | 82,0 | 74,0 | 64,0 | 87,0 | 84,0 | 74,0 |
| Эффективная вязкость, Пас | 67,5 | 98,1 | 140,0 | 61,1 | 90,9 | 101,0 |
| Предельное напряжение сдвига, Па | 187,8 | 247,5 | 280,5 | 174,5 | 210,0 | 260,0 |
| Степень разрушения структуры, % | 63,7 | 57,7 | 65,0 | 64,0 | 58,6 | 58,1 |
| Деформация, мм: | ||||||
| общая | 5,37 | 5,11 | 4,16 | 5,16 | 5,05 | 4,85 |
| пластическая | 5,27 | 4,76 | 3,85 | 5,08 | 4,81 | 4,49 |
| упругая | 0,10 | 0,35 | 0,31 | 0,08 | 0,24 | 0,36 |
| Липкость, Па (адг·102) | 117,85 | 132,45 | 148,64 | 119,44 | 123,33 | 131,11 |
| Распределение влаги по фракциям, % от общего содержания: | ||||||
| W1 (Т21=0,1 – 10 мс) | 5,4 | 8,3 | 11,7 | 2,3 | 3,5 | 6,7 |
| W2 (Т21=10 – 100 мс) | 31,4 | 91,7 | 88,3 | 30,2 | 36,8 | 93,3 |
| W3 (Т21=100 – 500 мс) | 63,2 | - | - | 67,5 | 59,7 | - |
Установлено, что в овощекрупяных массах происходит перераспределение свободной влаги овощной пюреобразной массы в капиллярную систему хлопьев, однако связывание влаги крупяными хлопьями происходит с разной интенсивностью и зависит как от температуры, так и от вида овощного пюре. Поэтому структурно-механические свойства овощекрупяных масс из моркови и тыквы, содержащих одинаковое количество хлопьев, отличаются.
Комплексные исследования структурно-механических и органолептических свойств овощекрупяных масс, являющихся определяющим критерием качества формованной продукции, и выражающихся такими условными показателями консистенции, как формуемость, формоустойчивость, липкость и крошливость, позволили установить, что при достижении максимальной степени набухания хлопьев, то есть при доминировании в пищевой системе слабосвязанной влаги (W2), обеспечиваются оптимальные для производства формованной продукции свойства масс.
Крупяные хлопья рекомендовано вводить в сухом виде в овощные пюреобразные массы, полученные сразу после тепловой обработки овощей, в количестве 20 % - в морковную пюреобразную массу и 30 % - в тыквенную.
С целью повышения биологической ценности овощекрупяных кулинарных изделий была рассмотрена возможность добавления в рецептуры творога. Предварительно протертый творог добавляли в овощекрупяные массы в количестве от 10 до 30 %. Результаты определения структурно-механических свойств овощекрупяных масс с добавлением творога и состояния содержащейся в них влаги приведены в диссертации.
Установлено, что при добавлении творога уменьшается влагосодержание комбинированных масс, происходит незначительное перераспределение влаги, при этом пластическая деформация увеличивается, упругая – уменьшается.
Для определения оптимального количества творога в рецептурах изделий с повышенной биологической ценностью проводилась оценка органолептических показателей комбинированных масс после тепловой обработки. Установлено, рисунок 3, что наилучшими характеристиками обладают формованные овощекрупяные кулинарные изделия, содержащие 20 % творога.
 а) |  б) |
| Рисунок 3 – Профилограммы формованной кулинарной продукции на основе овощекрупяных масс и творога: а) морковная, б) тыквенная | |
Выполненные исследования показали, что изменение соотношений овощной пюреобразной массы, крупяных хлопьев и творога является эффективным инструментом формирования функционально-технологических свойств овощекрупяной кулинарной продукции на их основе.
3.4 Исследование термодинамических свойств овощекрупяных масс. Так как индустриализация отрасли школьного питания предполагает применение современных технологий интенсивного охлаждения или замораживания с последующей регенерацией кулинарной продукции, и, учитывая, что качественные показатели изделий зависят от физико-химических изменений их компонентов в процессе технологической обработки, были исследованы термодинамические характеристики овощекрупяных масс при замораживании и размораживании.
Результаты обработки полученных ДСК-кривых приведены в таблице 6.
Таблица 6 – Термодинамические характеристики овощекрупяных масс
| Вид пищевой системы | Влаж- ность, % | Температурный интервал фазового перехода, 0С, | Энергия фазового перехода (Н), Дж/г | |||
| замораживания | плавления | замораживания | плавления | |||
| Овощекрупяная масса из моркови с содержанием хлопьев, % | ||||||
| 0 | 94 | [-2 -17] | [-18 -1] | -246,9 | 251,2 | |
| 10 | 82 | [-4 -15] | [-15 - 1] | -228,1 | 237,2 | |
| 20 | 74 | [-5 -14] | [-13 -2] | -222,8 | 229,5 | |
| 30 | 64 | [-6 -13] | [-12 -2] | -208,9 | 211,4 | |
| Овощекрупяная масса из моркови с содержанием 20 % хлопьев и творога, % | ||||||
| 10 | 74 | [-5 -15] | [-13 -2] | -220,9 | 222,7 | |
| 20 | 73 | [-6 -14] | [-10 -2] | -213,8 | 215,9 | |
| 30 | 72 | [-7 -13] | [-9 -3] | -210,2 | 211,6 | |
| Овощекрупяная масса из тыквы с содержанием хлопьев, % | ||||||
| 0 | 98 | [0 -19] | [-20 0] | -261,8 | 263,2 | |
| 10 | 84 | [-2 -17] | [-18 -1] | -236,6 | 242,6 | |
| 20 | 74 | [-4 -16] | [-17 -1] | -229,9 | 224,1 | |
| 30 | 68 | [-4 -14] | [-16 -2] | -209,7 | 211,9 | |
| Овощекрупяная масса из тыквы с содержанием 20 % хлопьев и творога, % | ||||||
| 10 | 74 | [-4 -16] | [-16 -1] | -227,4 | 225,0 | |
| 20 | 73 | [-6 -14] | [-13 -1] | -212,2 | 212,1 | |
| 30 | 72 | [-6 -12] | [-12 -2] | -210,1 | 211,9 | |
| Гречневые хлопья гидратированные (гидромодуль 1:1) | 54 | [-10 -12] | [-7 -2] | -6,1 | 6,9 | |
Из приведенных данных видно, что температура начала замораживания овощекрупяных масс ниже, чем овощных пюреобразных масс без добавок, и она понижается пропорционально увеличению количества хлопьев, в то время как криоскопическая температура повышается. С увеличением массовой доли творога в овощекрупяных массах происходит понижение температуры начала замораживания, и повышение температуры начала плавления. При этом количество теплоты, затраченное на замораживание и плавление влаги, также уменьшается пропорционально увеличению количества творога.
Установлено, что фазовые изменения, происходящие при замораживании и размораживании овощекрупяных масс, сопровождаются выделением и поглощением теплоты. Формы полученных эндотермических и экзотермических пиков являются характерными для процессов кристаллизации - плавления льда в системах с эвтектической точкой, рисунок 4.
| а) б) | |
| Рисунок 4 – ДСК-диаграммы замораживания и плавления льда пищевых систем а) овощекрупяная масса из моркови с содержанием хлопьев, %: 1 – 10; 2 – 20; 3 – 30; б) овощекрупяная масса из моркови с содержанием 20 % хлопьев и творога, %: 1 – 10; 2 – 20; 3 – 30 | |
С увеличением массовой доли крупяных хлопьев в овощекрупяных массах площадь эндотермических пиков и количество энергии, выделившейся при плавлении влаги, уменьшаются. При этом увеличивается количество связанной влаги и повышается температура начала плавления.
Все полученные кривые температурных зависимостей имеют гистерезис, величина которого может быть показателем обратимости процесса замораживания. Полученные результаты указывают на возможность замораживания и хранения в замороженном виде комбинированных масс без значительного ухудшения их свойств.
Установленные температурные интервалы фазовых переходов овощекрупяных масс обосновывают выбор режимов замораживания кулинарной продукции на их основе: минус 14 0С при скорости замораживания
0,35 0С/мин и скорости движения воздуха от 0,1 до 0,2 м/с.
3.5 Разработка рецептур и технологии овощекрупяной
формованной кулинарной продукции для детей школьного возраста. С учетом проведенных исследований сформирован ассортимент овощекрупяной кулинарной продукции для детей школьного возраста, примеры разработанных рецептур приведены в таблице 7.
Таблица 7 – Рецептуры овощекрупяных кулинарных изделий, %
| Наименование сырья | Котлеты морковные № 236 (контроль по сборнику рецептур) | Котлеты «Веснушка» | Биточки «Полезные» с творогом | ||
| морковные | тыквенные | морковные | тыквенные | ||
| Морковь | 60,0 | 73,0 | - | 55,0 | - |
| Тыква | - | - | 64,0 | - | 46,0 |
| Вода | 20,0 | - | - | - | - |
| Крупа манная | 13,0 | - | - | - | - |
| Крупяные хлопья: | |||||
| рисовые | - | - | - | 18,0 | - |
| гречневые | - | 18,0 | - | - | - |
| пшеничные | - | - | 27,0 | - | - |
| комбинированные | - | - | - | - | 27,0 |
| Творог | - | - | - | 18,0 | 18,0 |
| Сахар | - | 3,0 | 3,0 | 3,0 | 3,0 |
| Сухари пшеничные | 7,0 | 6,0 | 6,0 | 6,0 | 6,0 |
На основании результатов термогравиметрического анализа и исследования свойств готовых кулинарных изделий, приготовленных традиционным (в жарочном шкафу) и щадящим способами (режим «пар-конвекция» в пароконвектомате), были установлены оптимальные режимы тепловой обработки.
Выявлено, рисунок 4, что изменение массы или её убыль, являющаяся одним из главных показателей, характеризующих изменение кулинарной продукции при тепловой обработке, начинается при температуре 34,5 0С, а через 5 – 7 мин при температуре 95 0С наблюдается эндотермический процесс, в результате чего происходит интенсивное испарение влаги и, соответственно, уменьшение массы. При этом убыль веса в пищевых системах на основе пюреобразной массы из моркови ниже, в сравнении с тыквенной (87,8
и 89,1 % соответственно). Результаты определения энергия активации
(Еа, Дж/моль) процесса термической обработки позволяют отнести исследуемые образцы к термостабильным.
Показано, таблица 8, что при приготовлении изделий в режиме «пар-конвекция» потери массы уменьшаются более чем на 10 % и сокращается время достижения кулинарной готовности в два раза
Таблица 8 – Сравнительная характеристика способов тепловой обработки овощекрупяной формованной кулинарной продукции для
детей школьного возраста
| Способ тепловой обработки | Котлеты «Веснушка» морковные | |||
| продолжительность тепловой обработки | потери массы, % | массовая доля сухих веществ, % | органолептическая оценка | |
| Щадящий способ (в пароконвектомате) | 5 - 7 | 9,12±0,52 | 29,5±0,9 | 4,91±0,10 |
| Традиционный способ | 10 - 15 | 19,35±0,68 | 39,97±3,0 | 4,55±0,11 |
Таким образом, рекомендовано доведение до готовности котлет и биточков при температуре от 85 до 95 0С в течение от 5 до 7 минут в режиме «пар-конвекция».
На рисунке 5 в качестве примера приведена структурная схема производства биточков морковных «Полезные».
Рисунок 5 – Структурная схема производства биточков морковных
«Полезные»
Для централизованного производства кулинарной продукции в условиях поточно-механизированного производства разработана технологическая линия производства овощекрупяных кулинарных изделий (патент № 72820).
3.6 Оценка потребительских свойств формованных овощекрупяных кулинарных изделий для детей школьного возраста. Изучение пищевой и биологической ценности готовых изделий, таблица 9, позволило установить, что они превосходят традиционные (Котлеты морковные № 236) в среднем по содержанию белка – на 58 %, -каротина – на 28 %, кальция - на 47 %; имеют более высокие значения индекса незаменимых аминокислот и коэффициента утилитарности аминокислотного состава, что подтверждает их высокую биологическую ценность.
Таблица 9 – Пищевая и биологическая ценность формованных
овощекрупяных кулинарных изделий
| Наименование ингредиента | Содержание ингредиента | ||||
| Котлеты морковные № 236 (по сборнику рецептур) | Котлеты «Веснушка» | Биточки «Полезные» с творогом | |||
| морков-ные | тыквенные | морковные | тыквенные | ||
| Массовая доля, % | |||||
| белков | 2,1 | 3,6 | 4,2 | 6,3 | 7,9 |
| жиров | 0,8 | 0,5 | 0,6 | 0,7 | 0,8 |
| углеводов | 13,6 | 19,8 | 20,3 | 22,3 | 24,6 |
| Витамины, мг/100 г: | |||||
| -каротин | 5,4 | 7,4 | 2,9 | 5,6 | 2,3 |
| С | 3,0 | 4,1 | 5,0 | 3,9 | 4,2 |
| В6 | 0,08 | 0,1 | 0,09 | 0,12 | 0,11 |
| РР | 0,7 | 1,5 | 1,4 | 2,5 | 1,5 |
| Минеральные вещества, мг на 100 г: | |||||
| К | 133,9 | 198,2 | 187,6 | 156,6 | 153,0 |
| Са | 23,3 | 33,6 | 33,1 | 67,5 | 63,7 |
| Mg | 24,6 | 31,2 | 32,1 | 32,6 | 36,9 |
| Р | 42,4 | 71,9 | 80,9 | 85,8 | 95,7 |
| Энергетическая ценность, кДж | 300,8 | 421,5 | 444,3 | 518,6 | 589,5 |
| Биологическая ценность, % | 33,21 | 50,22 | 47,88 | 55,02 | 52,68 |
| Индекс незаменимых аминокислот | 0,68 | 0,79 | 1,04 | 1,09 | 1,15 |
| Коэффициент утилитарности аминокислотного состава | 0,40 | 0,44 | 0,47 | 0,53 | 0,57 |
Проведенные микробиологические исследования показали, что бактерии группы кишечной палочки, рода Salmonella, коагулазоположительный стафилококк S. Aureus в овощекрупяных кулинарных изделиях до и после хранения при температуре минус 14 0С в течение 6 месяцев не обнаружены.
Анализ токсикологических показателей разработанной продукции показал, что содержание токсичных металлов и пестицидов в них не превышает допустимых уровней.
Для производства полуфабрикатов и кулинарных изделий разработан комплект технической документации: ТУ 9194-002-02067862-2009 «Кулинарные изделия для детей школьного возраста. Котлеты, биточки на основе овощного и крупяного сырья» и ТИ, а также технико-технологические карты.
Разработанная технология овощекрупяных кулинарных изделий позволяет получить экономический и социальный эффекты. Определено, что ожидаемый экономический эффект от реализации 100 кг овощекрупяных кулинарных изделий для питания детей школьного возраста в среднем составит 3,5 тыс. руб.
ВЫВОДЫ
Выполнены исследования, направленные на решение проблемы интенсификации производства кулинарной продукции для детей школьного возраста на основе комбинированного использования овощного сырья, крупяных хлопьев и творога.
1. Проведены маркетинговые исследования предпочтений школьников Краснодарского края в отношении кулинарной продукции, потребляемой ими в условиях общеобразовательных учреждений. Установлено, что учащиеся отдают предпочтения формованной кулинарной продукции. Обоснована целесообразность комбинирования овощей, крупяных хлопьев и творога для производства формованной кулинарной продукции.
2. Исследована кинетика набухания гречневых, пшеничных, рисовых, пшенных и комбинированных хлопьев в воде при температуре от 30 до 90 0С. Доказано, что свойства крупяных масс регулируются температурой и продолжительностью процесса их набухания, причем доминирование слабосвязанной влаги в гидратированных хлопьях является показателем достижения ими максимального набухания. Предложена математическая зависимость степень набухания крупяных хлопьев от заданной температуры и продолжительности проведения технологического процесса
3. Показана эффективность тепловой обработки пюреобразных масс из моркови и тыквы для производства формованной кулинарной продукции, подтвержденная данными об увеличении коэффициента консистенции, предельного напряжения сдвига и уменьшении степени разрушения структуры, в сравнении с пюреобразными массами из сырых овощей. Установлено, что повышенные значения структурно-механических показателей и содержание связанной и слабосвязанной влаги в пюреобразной массе из моркови, в сравнении с тыквенной, объясняются большим содержанием в моркови пектиновых веществ и гемицеллюлоз.
4. На основании изучения структурно-механических показателей овощекрупяных масс и анализа динамики перераспределения влаги по степени связанности со структурными элементами овощекрупяной системы, доказано, что изменение соотношения овощной пюреобразной массы, крупяных хлопьев и творога, является эффективным инструментом формирования функционально-технологических свойств кулинарной продукции на их основе. Установлено, что оптимальным является введение сухих крупяных хлопьев в овощные пюреобразные массы, полученные сразу после тепловой обработки овощей в количестве 20 % - в пюреобразную массу из моркови и 30 % - в пюреобразную массу из тыквы. При этом рекомендуемое содержание творога в овощекрупяных массах составляет 20 %.
5. Исследование термодинамических свойств комбинированных пищевых систем на основе овощных пюреобразных масс, крупяных хлопьев и творога, показало, что фазовые изменения, происходящие при замораживании и размораживании овощекрупяных пищевых систем, являются характерными для процессов кристаллизации - плавления льда в системах с эвтектической точкой. Установлена возможность замораживания и хранения в замороженном виде овощекрупяных кулинарный изделий и определены температурные интервалы фазовых переходов при замораживании и размораживании овощекрупяных масс, являющиеся обоснованием выбора режимов замораживания овощекрупяной кулинарной продукции.
6. Исследовано изменение массы, внутренней энергии и скорость изменения массы при нагревании овощекрупяных кулинарных изделий. Установлено, что убыль веса изделий на основе пюреобразной массы из моркови ниже, чем на основе пюреобразной массы из тыквы (87,8 и 89,1 % соответственно). Результаты определения энергии активации характеризуют их как термостабильные. Оптимальным режимом тепловой обработки является доведение полуфабрикатов до кулинарной готовности в течение 5-7 минут при температуре от 85 до 95 0С в режиме «пар-конвекция»
7. Разработаны рецептуры и технологические схемы производства формованных овощекрупяных кулинарных изделий, в том числе, адаптированные для централизованного производства. Произведена оценка потребительских свойств формованных овощекрупяных кулинарных изделий и подтверждена их токсикологическая и микробиологическая безопасность. Установлено, что разработанные изделия превосходят контроль в среднем по содержанию белка – на 58 %, -каротина – на 28 %, кальция - на 47 % и имеют повышенную биологическую ценность.
8. Разработан комплект технической документации на производство формованных овощекрупяных кулинарных изделий: ТУ 9194-002-02067862-2009 «Кулинарные изделия для детей школьного возраста. Котлеты, биточки на основе овощного и крупяного сырья» и технологическая инструкция к ним, а также технико-технологические карты для производства в условиях предприятий общественного питания. Разработанные технологии апробированы и внедрены в производство.
9. Произведена оценка экономической эффективности производства формованных овощекрупяных кулинарных изделий для детей школьного возраста. Ожидаемый экономический эффект от реализации 100 кг продукции в среднем составит 3,5 тыс. руб. Социальный эффект определяется повышением качества выпускаемой продукции, рациональным использованием сырья, расширением и улучшением ассортимента продуктов питания для детей школьного возраста.
Список основных работ, опубликованных по теме диссертации
- Яковлева, Т.В. Использование тыквы и продуктов ее переработки в функциональном питании детей школьного возраста: [Текст] / Т.В. Яковлева, Н.Т Шамкова, Г.М. Зайко // Редакция журнала «Известия вузов. Пищевая технология» / Краснодар, 2004. – 23 с. – Библиогр. 126 назв. – Рус. – Деп. в ВИНИТИ 01.10.04,
№ 1554 В2004. - Шамкова, Н.Т. Исследование деформации овощекрупяных масс: [Текст] / Н.Т. Шамкова, Т.В. Яковлева // Известия вузов. Пищевая технология / Краснодар, 2007.- №2. - С. 102 - 103.
- Шамкова, Н.Т. Исследование адгезии овощекрупяных масс: [Текст] / Н.Т. Шамкова, Т.В. Яковлева // Известия вузов. Пищевая технология / Краснодар, 2007.- № 5-6.- С. 109.
- Яковлева, Т.В. Определение степени набухания зерновых хлопьев: [Текст] / Т.В.Яковлева, Н.Т. Шамкова, Ю.А Резник //Тезисы докладов VIII Всероссийской конференции молодых ученых с международным участием «Пищевые технологии» / Казань: Издательство «Отечество», 2007. – С.340.
- Шамкова, Н.Т. Повышение здоровьесберегающей функции школьного питания: [Текст] / Н.Т. Шамкова, Т.В. Яковлева // Тезисы докладов VIII Всероссийской конференции молодых ученых с международным участием «Пищевые технологии» / Казань: Издательство «Отечество», 2007. – С.280.
- Шамкова, Н.Т. Влияние добавок овощных пюре на адгезию крупяных масс: [Текст] / Н.Т. Шамкова, О.Б. Денбурова, Т.В Яковлева //Тезисы докладов VIII Всероссийской конференции молодых ученых с международным участием «Пищевые технологии» / Казань: Издательство «Отечество», 2007. – С.57.
- Резник, Ю.А. Исследование состояния влаги в модельных пищевых системах на основе крупяных хлопьев методом ЯМР: [Текст] / Ю.А. Резник, Т.В. Яковлева, Н.Т. Шамкова // Материалы I Всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» / Краснодар, 2007. – С. 207-209.
- Шамкова, Н.Т. Структурно-механические свойства пищевых систем на основе крупяных хлопьев, овощного пюре и творога: [Текст] / Н.Т. Шамкова, Т.В. Яковлева, А.О. Комыжика, Ю.А. Резник // Материалы Десятой международной научно-практической крнференции «Современные проблемы техники и технологии пищевых производств» / Барнаул: Изд-во АлтГТУ, 2007. – С.111-112.
- Яковлева, Т.В. Кинетика набухания зерновых хлопьев: [Текст] / Т.В. Яковлева, Н.Т. Шамкова, Ю.А. Резник // Известия вузов. Пищевая технология / Краснодар, 2008.- № 2-3.- С. 40 - 42.
- Яковлева, Т.В. Термогравиметрический анализ пищевых систем на основе овощных пюре и крупяных хлопьев: [Текст] / Т.В. Яковлева, Н.Т. Шамкова, Г.М. Зайко // Известия вузов. Пищевая технология / Краснодар, 2008.- № 2-3.- С.100-103.
- Шамкова, Н.Т. Термодинамические свойства комбинированных пищевых систем на основе овощных пюре, крупяных хлопьев и творога: [Текст] / Н.Т. Шамкова, Т.В. Яковлева, Г.М. Зайко, Л.В Боровская // Известия вузов. Пищевая технология / Краснодар, 2008. - № 2-3.- С. 64 – 66.
- Шамкова, Н.Т. Экономическая эффективность производства специализированных продуктов питания для детей школьного возраста: [Текст] / Н.Т. Шамкова, Т.В. Яковлева, Ю.А. Резник, А.О. Комыжика //Сборник статей международной научно-практической конференции «Государственная программа развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2008-2012 годы» / Пенза, 2008. - С.50-52.
- Яковлева, Т.В. Термический анализ модельных пищевых систем на основе растительного сырья: [Текст] / Т.В. Яковлева, Н.Т. Шамкова, Ю.А. Резник, А.О. Комыжика // Сборник статей Всероссийской научно-практической конференции « Здоровое питание – основа жизнедеятельности человека» / Красноярск,
2008. – С. 90 – 94. - Яковлева, Т.В. Реологические характеристики модельных пищевых систем на основе морковного пюре: [Текст] / Т.В. Яковлева, Н.Т. Шамкова, А.О. Комыжика, Ю.А. Резник // Сборник статей Всероссийской научно-практической конференции « Здоровое питание – основа жизнедеятельности человека» / Красноярск,
2008. – С. 403 – 409. - Яковлева, Т.В. Исследование функционально-технологических свойств комбинированных пищевых систем на основе овощных пюре и крупяных хлопьев: [Текст] / Т.В. Яковлева, Н.Т. Шамкова, Ю.А. Резник, А.О. Комыжика // Сборник трудов III научно-практической конференции «Качество продукции, технологий и образований» / Магнитогорск, 2008. – С. 42–45.
- Пат. 72820 Российская Федерация. Технологическая линия производства продуктов питания на основе пюреобразных масс из растительного сырья [Текст] / Яковлева Т.В., Шамкова Н.Т., Зайко Г.М., Резник Ю.А., Комыжика А.О.; заявитель и патентообладатель ГОУВПО «КубГТУ». – № 2008100339; заявл. 09.01.08; опубл. 10.05.08, Бюл. №13. – 2 с.
- Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2008611276 от 14.03.2008 г. Программа расчета химического состава блюд и кулинарных изделий / Шамкова Н.Т., Яковлева Т.В., Резник Ю.А., Комыжика А.О.
- Свидетельство о государственной регистрации программы для ЭВМ № 2008611277 от 14.03.2008 г. Электронный ресурс для оптимизации рецептур продуктов питания по пищевой и биологической ценности / Яковлева Т.В.,
Шамкова Н.Т., Резник Ю.А., Комыжика А.О.
