Инновационные технологии в производстве продуктов рационального питания

1. Клиентно-ориентированное конструирование продуктов здорового питания. Нанотехнологии и рациональное питание

Успех пищевого предприятия при выпуске новых продуктов на рынок зависит от многих факторов, в первую очередь, – от степени соответствия характеристик продукции потребительским нуждам. Конструирование продуктов питания (КПП) – основная форма адаптации пищевого предприятия к быстро изменяющейся конкурентной среде с целью упрочнения и развития позиции на рынке.

Существуют два основных принципа формирования здорового пищевого продукта:

  1. конструирование заданного состава продуктов функционального питания с использованием принципов обогащения (продукты, дополнительно обогащенные функциональными ингредиентами с целью предотвращения или корректировки их дефицита) и элиминации (продукты, в которых технологически понижено содержание вредных для здоровья компонентов);
  2. прижизненное формирование сельскохозяйственного сырья с заданными функционально-технологическими свойствами, т. е. получение сырья определенного состава.

При формировании проблемы КПП необходимо определить:

  • причины конструирования продукта;
  • тип продукта, который подлежит разработке;
  • риск, связанный с КПП;
  • факторы, влияющие на процесс разработки;
  • объем и источники получения необходимой информации;
  • целевого потребителя (предварительно);
  • цели, задачи и результат, который даст решение поставленной проблемы.

Современные тенденции, наблюдающиеся в пищевой промышленности, показывают, что процесс КПП требует инвестиций, участия профессиональных кадров разных направлений: маркетологов, сенсорных аналитиков, менеджеров по качеству, технологовпроизводственников, – для того, чтобы уменьшить время вывода продукта на рынок и достичь успеха.

Формирование проблемы – лишь начальный этап основополагающего процесса конструирования продуктов питания, и связан он с потребителями, особенно с целевыми, от лояльности которых зависит объем продаж и продвижение продукции.

В зависимости от стратегии пищевого предприятия можно разделить на 3 группы причины, вызывающие необходимость КПП:

  1. уменьшение доли рынка предприятия;
  2. предложения структур предприятия;
  3. долгосрочная стратегия развития.

Исходя из причин, определяющих необходимость КПП, выбирается тип продукта, подлежащего разработке.

Классификация различных схем разработки продуктов питания приведена на рис. 1.

Классификация схем разработки продуктов питания

Рис. 1. Классификация схем разработки продуктов питания

Наиболее часто встречается малозатратный процесс расширения линейки производимой предприятием пищевой продукции. Этот процесс используется в случае, когда нужно изменить массу продукции, дизайн, осуществить небольшие изменения формы и оформления упаковки.

Расширение линейки требует небольших изменений маркетинговой стратегии, технологического процесса, а также переналадки оборудования.

На процесс конструирования пищевых продуктов влияет ряд факторов, основные из которых:

  • высокий уровень риска для получения коммерческого успеха при выходе на рынок продукта питания;
  • большие ресурсные затраты на разработку и освоение новой продукции;
  • относительно высокий уровень инвестиций при разработке инновационных и креативных продуктов;
  • возможность резкого уменьшения спроса на сегмент разрабатываемого продукта при ухудшении экономической ситуации;
  • сходство базовых технологий конкурирующих предприятий по отраслям.

В настоящее время проблема конструирования продуктов питания относится к важнейшей задаче, стоящей перед пищевой промышленностью. Эпоха дефицита прошла, продовольственный рынок насыщен, а вступление Беларуси во Всемирную Торговую организацию увеличит и без того растущую конкуренцию. В этих условиях применение научных методов проектирования продуктов питания позволит отечественным производителям значительно усилить свои позиции в условиях рыночной конкуренции.

2. Нанотехнологии и рациональное питание

Нанотехнология – инновационный инструмент, который предлагает инновационные подходы для создания новых изделий практически во всех отраслях промышленности. Термин «нанотехнология» имеет широкое толкование, но в общем случае предполагает технологические манипуляции с исходными материалами на атомарном, молекулярном или макромолекулярном уровнях.

Наноструктурные материалы могут быть использованы при создании пищевых продуктов функционального назначения, упаковки для пишевых продуктов.

Биологические материалы сельскохозяйственного производства можно классифицировать как наночастицы: у микроорганизмов размер около 10 нм, у белков, аминокислот, антиоксидантов, витаминов размер молекулы может составлять 1–50 нм.

В процессе переработки сельскохозяйственного пищевого сырья на продукты питания оперируют не отдельными молекулами, а комплексами химического состава сырья и полуфабрикатов. Однако на уровне разработки ассортимента и технологии производства новой продукции невозможно обойтись без использования самых современных методов анализа реологических, физико-химических свойств наночастиц и нанокомпозиций, участвующих в образовании тех или иных структур. Именно характер структурирования является определяющим для структурно-механических свойств готового пищевого продукта.

3. Нанонутриенты

Важным направлением использования нанотехнологий в питании являются нанонутриенты – пищевые вещества, которые представлены в форме частиц нанометрового размера. Как показывают результаты исследований, наночастицы некоторых микроэлементов можно использовать в пищевых технологиях.

В частности, предполагается использование наночастиц оксида железа, оксида цинка, нуль-валентного селена, серебра в питании животных (как правило, первоначально подобные эксперименты проводятся на крысах, мышах).

Железо (Fe) является эссенциальным микроэлементом, ответственным за реализацию множества физиологических функций, таких как транспорт кислорода, передача электронов по дыхательной цепи, активность многочисленных ферментов. Потребность в железе составляет для взрослых мужчин 10 мг/сут, для женщин – 18 мг/сут.

Недостаток в рационе железа, вызывающий развитие железодефицитной анемии, широко распространен в мире. Это позволяет отнести недостаток железа в питании человека к числу «глобальных алиментарных дефицитов». В качестве дополнительных пищевых источников усвояемого в организме железа в последнее время рассматриваются такие его нетрадиционные формы, как биомасса микроводорослей и наночастицы неорганических веществ – солей, оксидов Fe (II) и Fe (III) и элементарного Fe.

Основное назначение наноматериалов в производстве упаковки для пищевых продуктов – увеличение сроков их годности. В мире уже зарегистрировано более 400 наноматериалов, а согласно прогнозам их доля в общем объеме упаковок составит не менее 25 %.

Использование нанотехнологий позволяет повысить барьерные функции упаковочного материала, что увеличивает сроки годности пищевых продуктов. При этом снижается микробная контаминация за счет уменьшения размеров пор упаковки.

4. Основные превращения компонентов пищевого сырья при технологической обработке в процессе производства продуктов питания

Для качества пищевых продуктов большое значение имеют биохимические превращения, происходящие в сырье, полуфабрикатах и готовой продукции в процессе переработки и хранения. Знание этих биохимических изменений, происходящих под влиянием ферментов, необходимо для построения рационального технологического процесса консервирования пищевых продуктов. Многие пищевые продукты потребляются в свежем виде. Однако они, как правило, не могут долго храниться, а производство их локализовано территориально. Для более равномерного распределения пищевых продуктов между различными районами сырье подвергают обработке и консервированию.

Цель технологической обработки в консервном производстве – превратить нестойкое сырье в стойкие пищевые продукты.

Основной причиной невозможности хранения свежих пищевых продуктов в течение длительного времени является присутствие в растительных и животных тканях микроорганизмов, которые, если их не инактивировать, активно действуют на компоненты сырья. Дополнительное влияние оказывают также воздух, температура, свет и т. п. В зависимости от характера сырья, причин его порчи и продукта, который необходимо получить, используются соответствующие технологические процессы, а также принципы и методы консервирования.

Любой способ консервирования включает в себя ряд отдельных технологических процессов, вид и параметры которых зависят от вида и качества сырья, состава консервов, степени их готовности к потреблению и т. п. Многие из этих процессов влияют в одном или другом направлении на пищевую ценность сырья и, соответственно, консервов. Снижение пищевой ценности может быть обусловлено экстракцией пищевых веществ во время мойки, бланширования, варки, охлаждения, транспортировки водными путями и т. п. Кроме того, после резки или измельчения сырья создаются условия для протекания ферментативных и неферментативных реакций, ведущих к окислению некоторых компонентов, химическому взаимодействию между некоторыми из них и другим нежелательным изменениям.

Обработка при использовании высоких температур вызывает термическую деградацию ряда компонентов, накопление токсичных продуктов и т. п. В то же время термическая обработка может улучшить пищевую ценность продукта путем повышения степени усвоения продуктов в пищеварительном тракте человека; улучшения качества белков путем разрушения токсинов и ингибиторов, содержащихся в продукте; производства продуктов питания со специальным назначением в диетическом аспекте; повышения пищевой ценности продуктов за счет сбалансированного соотношения количества макро- и микропищевых компонентов.

5. Изменение химического состава, биологических и физико-механических свойств сырья в процессе производства

В процессе производства консервов и концентратов растительное сырье, мясо и другие продукты подвергаются различной обработке, связанной с выполнением ряда технологических операций. При механической обработке сырье подвергается чистке, резке, дроблению, протиранию, прессованию и т. п. При дроблении сырье измельчается на частицы довольно крупного размера различной формы. Целью резки является измельчение сырья на частицы примерно одинаковых размера и формы. Измельчение путем протирания (кроме значительного уменьшения частиц мякоти) освобождает сырье от несъедобных твердых и грубых частей, что повышает пищевую ценность продукта. Наиболее тонкое измельчение сырья достигается при гомогенизации.

Термическая обработка необходима при нагревании, бланшировании, варке (разваривании), сушке, стерилизации. Физическое воздействие на сырье оказывает обработка электротоком, ультразвуком и т. п. Химические способы применяются при удалении винного камня (кислый виннокислый калий), очистке плодов от кожицы и на некоторых других операциях. Применяются и другие виды обработки.

Каждый вид обработки может вызывать протекание различных ферментативных и неферментативных реакций, приводящих к изменению структуры, пищевой ценности и органолептических показателей (цвет, вкус, аромат) сырья.

Степени происходящих биохимических и химических изменений способствуют сложный химический состав растительного сырья и наличие в нем многих неустойчивых соединений, легко вступающих в реакцию с кислородом воздуха и другими химическими веществами сырья.

В растительном сырье при консервировании происходят следующие основные биохимические и химические изменения:

  • окислительные и другие превращения комплекса полифенольных соединений;
  • полимеризация продуктов окисления полифенолов, образование комплексов с металлами;
  • деструкция белков, высокомолекулярных полисахаридов;
  • сахароаминные (меланоидиновые) реакции между сахарами со свободными карбонильными группами и аминокислотными соединениями (свободными аминокислотами, белками);
  • карамелизация сахаров, интенсивно происходящая при температурах их плавления и связанная с реакциями дегидратации;
  • распад аскорбиновой, лимонной, яблочной, винной и некоторых других органических кислот;
  • окисление соединений железа и образование цветных комплексов:
  • образование окрашенных сульфидов металлов – железа, меди, олова и др.

В зависимости от вида сырья, его химического состава и применяемых способов обработки происходят те или иные химические и биохимические изменения при консервировании.

Кроме изменений, вызываемых ферментативными и неферментатнвными реакциями, между химическими веществами сырья на различных стадиях технологического процесса происходят и другие изменения, оказывающие влияние на пищевую ценность и органолептические показатели продукта. Так, из плодов и овощей в той или иной степени удаляется вода, возможны выщелачивание сухих растворимых и биологически активных веществ, коагуляция белков и другие изменения, характер и интенсивность которых зависят от вида сырья и способа обработки.

Структурные изменения белков и углеводов. Гидратация белков имеет большое практическое значение при производстве полуфабрикатов, когда к измельченным животным или растительным продуктам добавляют воду, поваренную соль и другие вещества. Так, при перемешивании измельченных компонентов процесс гидратации белков состоит из происходящих одновременно двух процессов: растворения белков и набухания их с образованием студней. Сухие белки муки, круп, бобовых, содержащиеся в продуктах в виде частиц высохшей цитоплазмы и алейроновых зерен, при контакте с водой набухают, образуя сплошной более или менее обводненный студень.

От степени гидратации белков в значительной мере зависит такой важнейший показатель качества готовой продукции, как сочность, а также связанные с ней другие критерии органолептической оценки. При оценке роли гидратационных процессов необходимо иметь в виду, что в пищевых продуктах наряду с адсорбционной водой, прочно связанной белками, содержится большее или меньшее количество осмотически и капиллярно связанной воды, которая также оказывает влияние на качество продукции.

Потеря белками связанной воды происходит под влиянием внешних воздействий. Различают обратимую дегидратацию, являющуюся составной частью целенаправленного технологического процесса – сублимационной сушки продуктов, и необратимую дегидратацию при денатурации белков.

Необратимая дегидратация белков может происходить при замораживании, хранении в замороженном состоянии и размораживании пищевых продуктов.

В результате нагревания, действия кислот, щелочей, высоких концентраций солей и других физических, химических и биологических

факторов изменяются природные (нативные) свойства белков: уменьшается растворимость белков, их водоудерживающая способность, ухудшается перевариваемость под действием ферментов, утрачиваются биологические свойства ферментов, гормонов, антител и т. п. (например ферменты теряют способность катализировать реакции). В основе этих явлений лежат структурные изменения белковой молекулы.

Нарушение нативной структуры белка, сопровождаемое потерей характерных для него свойств, называется денатурацией. В результате разрыва некоторых внутримолекулярных связей, прежде всего, водородных, при денатурации нарушается упорядоченное расположение полипептидных цепей во вторичной, третичной и четвертичной структурах белка.

При технологической переработке сырья необходимо, в одних случаях, предотвратить или уменьшить денатурацию белков, в других – создать условия, способствующие этому процессу. Затормозить денатурацию можно и путем добавления некоторых соединений: простых сахаров в насыщенных растворах, многоатомных спиртов и др. Процесс денатурации при определенных условиях обратим, т. е. денатурированный белок может перейти обратно в нативную, наиболее стабильную конформацию за счет самопроизвольного повторного свертывания цепи. Денатурация многих белков кажется необратимой потому, что возвращение к нативному состоянию происходит во многих случаях очень медленно.

Гидрофильные белки при определенных условиях, задерживая большое количество воды, набухают и образуют коллоидные системы – гели. В гелях растворитель и белок образуют одну внешне гомогенную систему, подобную студню. В геле вода окружает частицы коллоидов и, будучи прочно связанной, находится в капиллярных пространствах между ними.

Высушенный гель, помещенный в воду, хорошо ее впитывает и набухает. Набухание геля зависит от концентрации водородных ионов и присутствия в растворе солей. Наименьшее набухание наблюдается при изоэлектрической точке данного белка. Отделение воды от геля, т. е. явление, обратное набуханию, называется синерезисом.

Набухание белков происходит при производстве многих продуктов. Так, приготовление теста в хлебопечении и макаронном производстве связано с набуханием белков. При изготовлении солода зерно набухает и прорастает. При длительном хранении продуктов способность к набуханию у белков снижается вследствие их старения. Примером этого могут служить крупа из бобовых или их семена, набухаемость которых после длительного хранения ухудшается.

Деструкция белков. Происходит при длительном температурном воздействии или нагревании до значений выше 100 °C и характеризуется разрывом пептидных связей и деполимеризацией полипептидных цепей, образованием растворимых и летучих соединений, обусловливающих вкус и запах продуктов.

При хранении пищевых продуктов белки подвергаются изменениям, особенно те из них, которые находятся в продуктах с высоким содержанием воды, хранящихся при повышенной температуре и других неблагоприятных условиях. Под действием гнилостных бактерий и других микроорганизмов белки могут расщепляться с выделением пептидов и аминокислот, которые разрушаются с образованием более простых соединений – аминов, жирных кислот, спиртов, фенолов, индола, скатола, меркаптанов, сероводорода и других соединений. Эти соединения придают продуктам неприятный запах, изменяют их консистенцию, цвет и пищевые свойства.

Изменения углеводов связаны с гидролизом. Поскольку углеводы как сырье используются во многих производствах, необходимо учитывать их исключительную способность к кислотному или ферментативному гидролизу.

Глубокий распад сахаров определяет брожение, карамелизацию. Продукты карамелизации сахарозы являются смесью веществ различной степени полимеризации, поэтому деление их на карамелан, карамелен и карамелин условное – все эти вещества можно получить одновременно.

В сиропах сахароза менее устойчива, поэтому хранить их в нагретом состоянии (особенно подкисленные) не следует, т. к. в результате карамелизации они меняют окраску.

Продукты карамелизации сахарозы могут образовывать соли и темноокрашенные комплексные соединения с железом и некоторыми другими металлами. Подобно сахарам, они могут реагировать с аминокислотами, образуя темноокрашенные соединения – меланоидины. Изменения крахмала – это кислотный или ферментативный гидролиз, набухание и клейстеризация.

При остывании и хранении клейстеров происходит их старение. Совокупность изменений, которые при этом происходят, обозначают термином «ретроградация». При ретроградации происходит переход крахмальных полисахаридов из растворимого в нерастворимое состояние вследствие агрегации молекул, обусловленной появлением вновь образующихся водородных связей.

Процессы ретроградации крахмала наблюдаются при остывании и хранении прошедшего тепловую обработку картофеля, круп, бобовых; черствение хлеба также связано с ретроградацией.

Полисахариды (целлюлоза, гемицеллюлозы, протопектин) – это структурные составляющие клеточных оболочек паренхимной ткани продуктов растительного происхождения. Протопектин входит также в состав срединных пластинок, скрепляющих растительные клетки между собой.

При тепловой обработке целлюлоза набухает вследствие своей гидрофильности.

Некоторые сопутствующие целлюлозе гемицеллюлозы в процессе тепловой обработки подвергаются гидролитическому распаду, продукты которого хорошо растворяются в воде. Вследствие этого происходит разрыхление (но не разрушение) клеточных оболочек. Упругие свойства клеточных оболочек прогретых растительных продуктов позволяют подвергать последние механической обработке, например, прессованию при производстве соков и протиранию при производстве плодово-ягодных пюре, без разрушения клеточной структуры. Изменение этих полисахаридов в процессе технологической, в основном термической обработки обусловливает размягчение тканей плодов и овощей.

Гидромеханическая обработка продуктов (мойка, очистка, сортировка, измельчение) не оказывает действия на протопектин, т. к. он нерастворим в воде. При тепловой обработке протопектин переходит в растворимое состояние, и его содержание уменьшается в растительных продуктах на 25–60 %. Образующийся растворимый пектин вымывается из клеточных стенок и срединных пластинок, что приводит к разрыхлению клеточных стенок и ослаблению связи между клетками. Считают, что снижение механической прочности плодов и овощей при термической обработке обусловлено изменениями углеводов клеточной стенки, в основном протопектина.

6. Изменения растительного сырья при измельчении

В процессе производства консервов растительное сырье подвергают различным видам измельчения. При изготовлении консервов для питания детей старшего возраста сырье режут на кусочки или кубики, для пюреобразных консервов продукт протирают до частиц размером 200–800 мкм, для гомогенизированных – до 100 мкм и менее.

Измельчение проводят в зависимости от вида продукта до или после тепловой обработки, что оказывает существенное влияние на характер происходящих при этом изменений. Наибольшим изменениям подвергается сырье, измельченное до тепловой обработки, когда окислительные и другие ферменты сохраняют свою активность. При измельчении нарушается целостность клеточных стенок, и ферменты входят в соприкосновение с содержимым клетки при участии кислорода воздуха, в результате чего ускоряются окислительные процессы, часто с образованием темноокрашенных соединений. Изменение цвета, наблюдаемое, например, в мезге яблок, является результатом химических изменений, которые оказывают влияние не только на цвет, но и на запах, вкус и другие показатели продукта. Особенно значительные изменения химических веществ происходят в плодах и овощах с относительно высоким содержанием полифенолов.

При производстве соков с мякотью и фруктовых пюре, если измельчаются свежие плоды, в которых не инактивированы окислительные и пектолитические ферменты, могут происходить окисление аскорбиновой кислоты и разрушение других компонентов плодов.

В измельченных плодах с активными дегидрогеназами под действием кислорода очень быстро протекает первая фаза двухступенчатого окисления аскорбиновой кислоты:

С6Н6О4 (ОН)2 + О2 → С6Н6О4О2 + Н2О2;

С6Н6О4 (ОН)2 + Н2О2 → С6Н6О4·О2 + 2Н2О.

Возникающая при этом перекись водорода, как и некоторые другие образующиеся аналогично органические перекиси, при последующих переработке и хранении продукта может разрушить витамин С, красящие и другие неустойчивые к окислению органические вещества, несмотря на инактивирование ферментов.

Неинактивированные пектолитические ферменты (пектинэстеразы) разрушают пектиновые вещества, что ухудшает консистенцию соков с мякотью и приводит к выпаданию мякоти в осадок.

7. Изменения сырья при технологической обработке

Тепловая обработка, применяемая в производстве консервов, имеет большое значение для качества и усвояемости готового продукта.

Основными видами тепловой обработки, применяемой в производстве консервов, являются бланширование – кратковременное воздействие на продукт тепла, подаваемого с горячей водой, паром или другими источниками энергии, и разваривание (варка) – более длительное тепловое воздействие с целью размягчения и доведения продукта до кулинарной готовности.

В процессе тепловой обработки с веществами, входящими в состав сырья, происходят сложные химические изменения: белки денатурируют, крахмал переходит в клейстеризованное состояние, или декстрины, протопектин гидролизуется, сахара карамелизуются и вступают в реакцию со свободными карбонильными группами и аминокислотными соединениями, продукт приобретает определенные вкус, запах и цвет. При тепловой обработке многие продукты уменьшаются в объеме (мясо, овощи), другие (крупы, макаронные изделия) увеличиваются в объеме и массе, что обусловлено в основном потерей или поглощением воды. Одновременно с потерей воды возможны и потери растворимых экстрактивных веществ, в том числе и биологически активных.

Особенно значительным изменениям подвергаются пектиновые вещества. Установлено, что при обработке в пароочистительных установках протопектин поверхностного слоя гидролизуется, переходя в растворимый пектин, при этом срединные пластинки частично разрушаются, и связь между клетками паренхимной ткани ослабляется, кожица отслаивается. Причем в аппаратах периодического действия тепло распространяется на более глубокие слои картофеля: 4,0–6,0 мм вместо 1,5 мм в аппарате непрерывного действия, соответственно увеличиваются количество гидролизованного пектина (с 7 до 9 %) и количество отходов.

Однако изменение пектиновых веществ не сводится только к гидролизу протопектина. При тепловой обработке картофеля наряду с гидролизом протопектина происходят деметоксилирование растворимого пектина и накопление метанола в ткани картофеля. При бланшировании моркови также установлено повышение содержания метанола. Этот факт предположительно объясняется тем, что в процессе бланширования при значениях температуры, равной 75–80 °С, повышается активность пектинметилэстеразы овощей, действие которой на пектиновые вещества вызывает их деэтерификацию.

Изменения при бланшировании. Плоды и овощи подвергаются бланшированию при изготовлении ряда консервов. Цель бланширования – увеличить эластичность плодовой ткани, инактивировать ферменты, повысить проницаемость наружных слоев плода, удалить воздух из тканей и пр.

Бланширование может проводиться распространенными в промышленности способами: в воде или паром, а также новыми способами, нашедшими пока ограниченное применение: горячими газами и микроволновым излучением. Каждый из этих методов имеет свои преимущества и недостатки.

Бланширование в воде – самый простой и экономичный способ, но он приводит к значительным потерям сухих растворимых веществ и образованию большого количества сточных вод, которые не могут быть вторично использованы ввиду значительного загрязнения выщелоченными из овощей веществами. Бланширование паром не имеет этих недостатков, но требует большего расхода тепла. Бланширование газами и микроволновый способ могут оказать отрицательное влияние на вкус продукта.

Сохранность витаминов группы В примерно одинакова при всех способах бланширования, витамин А лучше сохраняется при бланшировании овощей горячими газами и микроволнами. Потери минеральных солей при бланшировании различными методами зависят не только от способа бланширования, но и от вида овощей. В зеленом горошке и стручковой фасоли лучшая сохраняемость минеральных солей при бланшировании горячими газами, тогда как в шпинате лучше сохраняются минеральные соли при бланшировании микроволнами.

Изменения при варке. Одной из основных целей тепловой обработки является размягчение тканей плодов и овощей. Размягчение тканей в значительной степени обусловлено изменением полисахаридов, входящих в состав клеточных стенок и определяющих структурно-механическне свойства растительной ткани. Основными полисахаридами клеточных стенок являются пектиновые вещества, гемицеллюлозы и целлюлоза. При нагревании они претерпевают определенные изменения, глубина и характер которых зависят от вида плодов и способа тепловой обработки. Минеральные вещества находятся в плодах и овощах в заметных количествах и в определенной степени определяют их пищевую ценность. В процессе тепловой обработки водой или паром часть минеральных веществ выщелачивается и переходит в воду или конденсат.

Мясо при тепловой обработке теряет влагу и часть экстрактивных веществ. Под влиянием нагревания происходят коагуляция и денатурация фибриллярных белков с одновременным удалением экстрактивных веществ, в том числе пуриновых оснований и минеральных веществ. Часть соединительной ткани (коллагена) гидролизуется с образованием водорастворимого глютена. Потери мяса говядины при тепловой обработке составляют 36–38 %, из них потери влаги – 34–36 %. В пересчете к первоначальному содержанию в сыром мясе потери составляют (в %): белок – 4,0; жир – свыше 4,0; минеральные вещества – 23,1; витамин В – 37,9.

Крупы, используемые в производстве консервов и концентратов, в процессе производства подвергаются различным видам тепловой обработки (бланширование, гидротермическая обработка, стерилизация) и претерпевают при этом различные изменения. Основным изменением круп является их увлажнение или набухание. Степень увлажнения круп зависит от коллоидно-физических свойств крахмала, содержащегося в данном виде крупы.

8. Превращения липидов в технологическом потоке

При получении продуктов питания в ходе технологического потока липиды исходного сырья (зерно и крупа, мясо и молоко, жиры и масла, плоды и овощи) претерпевают разнообразные превращения. Значительные изменения происходят и в липидном комплексе хранящихся продуктов. Главные направления этих превращений – гидролиз липидов, окислительное и биохимическое прогоркание.

Но в пищевом сырье, полуфабрикатах и готовых продуктах они могут протекать одновременно, в виде идущих параллельно, связанных между собой превращений. При свободном доступе воздуха происходит окисление жиров, которое ускоряется с повышением температуры. При хранении (значение температуры от 2 до 25 °С) в жирах происходит автоокисление (самоокисление), при обжаривании (от 140 до 200 °С) – термическое окисление. При производстве консервированной овощной продукции распространенным способом тепловой обработки является обжаривание сырья.

Обжаривание приводит к снижению пищевой ценности жира в результате уменьшения содержания в нем жирорастворимых витаминов, ненасыщенных жирных кислот, фосфатидов и других биологически активных веществ, а также за счет образования в нем неусвояемых компонентов и токсических веществ. При длительном нагревании в жирах образуются высокополимерные вещества, неусваиваемые организмом. Токсичность нагретых жиров связана с образованием в них циклических мономеров и димеров, которые образуются из полиненасыщенных жирных кислот при значениях температуры свыше 200 °С.

Продукты окисления жира, раздражая кишечник, ухудшают усвояемость не только самого жира, но и употребляемых вместе ним продуктов.

9. Изменение витаминов при переработке растительного сырья

Хранение сырья до момента обработки, методы обработки, условия хранения готового продукта в значительной степени влияют на изменение витаминного состава растительного сырья.

Основными факторами, влияющими на степень и скорость изменения витаминов, являются: действие света, кислорода воздуха, температура хранения и обработки, реакция среды, взаимодействие с ионами металлов и др.

Содержание витамина А и β-каротина при тепловой обработке изменяется, скорость их разрушения зависит от температуры, наличия воздуха, света и следов тяжелых металлов (особенно меди). Хорошая стабильность витамина зафиксирована в картофельных

чипсах. β-каротин достаточно стоек в консервированных соках. При варке овощей в воде в течение 30 мин разрушается 16 % витамина А, при обжаривании потери возрастают.

Содержание витамина А изменяется при сушке, а также стерилизации консервов из плодов и овощей. Вследствие протекающей изомеризации часть витамина А превращается в менее активные формы, что приводит к снижению А-витаминной активности. Такие же изменения зафиксированы и для β-каротина.

Бланширование и замораживание практически не влияют на Авитаминную активность, не установлена разница в потерях при стерилизации и приготовлении при избыточном или атмосферном давлении.

Сушка овощей на воздухе вызывает значительные потери βкаротина, особенно при сушке горячим воздухом (морковь при этом теряет 40–50 % β-каротина). При хранении сушеной моркови каротиноиды разрушаются, и вследствие этого аромат изменяется в худшую сторону.

Тиамин (витамин B1) нестоек в нейтральных и щелочных растворах, на него влияют ионы металлов, особенно меди. Потери происходят и при экстракции водой. Добавление белковых веществ, агара, желатина и декстринов оказывает стабилизирующее действие на тиамин. Диоксид серы его полностью разрушает, причем скорость разрушения зависит от рН сырья: быстрее всего тиамин разрушается при рН = 6. Воздух также способствует разрушению витамина в сырье. В сушеных продуктах его влияние заметно слабее. Тиаминаза и полифенолоксидаза разрушают тиамин. Замороженная морковь теряет 50 % тиамина через 50 дней, а у свежего шпината почти все количество витамина разрушается уже через 36 ч.

Основные потери тиамина наблюдаются при экстракции. Нарезанные и тонко измельченные овощи и плоды теряют 20–70 % тиамина. У овощей потери тиамина при бланшировании больше, чем при сушке и замораживании. У нарезанных моркови и картофеля они составляют 20–30 %. При бланшировании и сушке капусты потери доходят до 25 %. Если добавить в среду сернистый ангидрид, потери увеличатся до 85 %.

Рибофлавин 2) легко экстрагируется при мойке и бланшировании, но стоек к окислению и действию кислой среды, не разрушается даже при 130 °С. Не действует на него диоксид серы, но он легко

разрушается в щелочной среде. Рибофлавин чувствителен к свету. Даже небольшие потери рибофлавина (около 5 %) могут привести к очень значительным потерям витамина С (до 50 %).

Витамин РР (никотиновая кислота) является очень стойким.

Витамин В9 (фолиевая кислота) относительно стоек при нагревании в слабокислой среде, но при рН ниже 5 устойчивость его снижается. Аскорбиновая кислота предохраняет его от разрушения. Витамин В9 чувствителен к действию света. Его потери в томатном соке при хранении в светлой бутылке составляют 30 %, в темной – всего 7 %. При технологической переработке плодов и овощей потери витамина В9 составляют (в %): при бланшировании – 10, тепловой обработке под давлением, без доступа воздуха – 20, тепловой обработке в открытых аппаратах – 25–50. При хранении в замороженном состоянии потерь нет, а при размораживании они составляют 30 %.

Витамин В6 (пиридоксин) устойчив к нагреванию. При технологической обработке в кислых и щелочных средах и наличии окислителей пиридоксин стабилен. Основные его потери происходят за счет растворения в воде. При замораживании овощей содержание его уменьшается на 40–60 %, при консервировании – на 50–80 %.

Витамин С (аскорбиновая кислота) легко экстрагируется, в тканях разрушается путем окисления ферментом аскорбиноксидазой в отсутствие кислорода. Окисляется кислородом воздуха при каталитическом действии ионов железа и меди, относительно стоек при действии ионизирующих облучений. Сульфиты предохраняют его от окисления. Так, сушеная капуста, подвергнутая обработке диоксидом серы, содержит в 2 раза больше витамина С, чем необработанная капуста.

Витамин С легко окисляется кислородом воздуха, поэтому высушенные на солнце плоды и овощи практически не содержат витамина С.

Потери витамина С при бланшировании зависят от степени измельчения сырья и от количества добавляемой воды.

Если в продукте содержатся антоцианы, то потери витамина С увеличиваются. В процессе консервирования и хранения земляника теряет до 40–60 % витамина С, в малине он более стабилен. В апельсиновом соке теряется от 3 до 30 % витамина С при хранении в течение 16 дней при 5 °С, а в яблочном соке – 5 % через 4–8 дней и 95 % – через 16 дней.

Будучи очень лабильным, витамин С служит индикатором термических повреждений других витаминов. Если его потери малы, то и для других витаминов они незначительны или отсутствуют. Однако если витамин С разрушен, это не значит, что и другие витамины претерпели значительные изменения. Пантотеновая кислота (В3) наиболее стабильна при рН = 6–7, снижение рН среды до 3 может повлиять на ее стойкость. При бланшировании картофеля, моркови, других овощей потерь пантотеновой кислоты практически не происходит, но при сушке они могут достигать 10 %.

Витамин Н (биотин), на стабильность которого не оказывают влияния температура, рН среды, не подвергается ферментативному окислению пероксидазой. Он хорошо сохраняется в процессе консервирования и стерилизации, а также при сушке.

Витамины группы Е (токоферолы) достаточно устойчивы к различным воздействиям, потери при обработке незначительны.

10. Влияние технологической обработки на минеральный состав пищевых продуктов

При переработке пищевого сырья, как правило, происходит снижение содержания минеральных веществ (кроме добавления поваренной соли). В растительных продуктах они теряются с отходами. Так, содержание ряда макро- и микроэлементов при получении крупы и муки после обработки зерна снижается, т. к. в удаляемых оболочках и зародышах этих компонентов находится больше, чем в целом зерне. Например, в зерне пшеницы и ржи зольных элементов в среднем содержится 1,7 %, в муке, в зависимости от сорта, от 0,5 % (высший сорт) до 1,5 % (обойная). При очистке овощей и картофеля теряется от 10 до 30 % минеральных веществ. Если их подвергают тепловой обработке, то в зависимости от технологии (варка, обжаривание, тушение) теряется еще от 5 до 30 %.

Мясные, рыбные продукты и птица теряют макроэлементы (кальций и фосфор) при отделении мякоти от костей. При тепловой кулинарной обработке мясо теряет от 5 до 50 % минеральных веществ. Если обработку вести в присутствии костей, содержащих много кальция, то возможно увеличение его содержания в кулинарно обработанных мясных продуктах на 20 %.

При бланшировании, консервировании и варке зеленого горошка содержание в нем магния, калия, фосфора уменьшается, а содержание кальция увеличивается (последнее связывают с поглощением его из воды). При замачивании бобовых потери минеральных веществ составляют 10–15 %. Сведений, касающихся качественных изменений микроэлементов в связи с технологической обработкой продуктов, недостаточно, чтобы сделать определенные выводы.

В технологическом процессе за счет недостаточно качественного оборудования может переходить в конечный продукт некоторое количество микроэлементов. Так, при приготовлении теста в хлебопечении в результате контакта теста с оборудованием содержание железа может увеличиться на 30 %. Этот процесс нежелательный, поскольку вместе с железом в продукт могут переходить и токсичные элементы, содержащиеся в виде примесей в металле.

При хранении консервов в жестяных банках с некачественно выполненным припоем или при нарушении защитного лакового слоя в продукт могут переходить такие высокотоксичные элементы, как свинец, кадмий, а также олово.

Следует учитывать, что такие металлы, как железо и медь могут вызвать нежелательное окисление продуктов. Их каталитические окислительные способности особенно проявляются в отношении жиров и жировых продуктов. Так, при концентрации железа выше 1,5 мг/кг и меди 0,4 мг/кг при длительном хранении сливочного масла и маргарина эти металлы вызывают прогоркание продуктов. При хранении напитков в присутствии железа выше 5 мг/л и меди 1 мг/л при определенных условиях может наблюдаться помутнение напитков.

Денатурация может быть вызвана действием тепла, радиации и других физических агентов, а также кислот, оснований, алкилсульфатов (т. е. некоторых детергентов), спиртов, некоторых гидрофильных ионов и т. п. Обезвоживание в молекулярном масштабе обычно вызывает денатурацию.

Тепло – основной, вызывающий денатурацию белков фактор, воздействуюший на консистенцию пищевых продуктов.

 

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *