Оптимизация состава пластифицированной массы для функционального питания
ОПТИМИЗАЦИЯ
СОСТАВА ПЛАСТИФИЦИРОВАННОЙ МАССЫ ДЛЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ПИТАНИЯ
Л.С. Зеленина, С.С. Мирошниченко,
О.В. Зюзина, Н.М. Страшнов
Разработка продуктов для здорового питания, среди которых ведущее место
занимают продукты функционального назначения, является одним из активно
развивающихся направлений современной пищевой индустрии. Основная задача при
создании функциональных пищевых систем заключается в изменении содержания
физиологически активных нутриентов в традиционных или вновь создаваемых
продуктах для широких слоев населения. Желаемый результат может быть достигнут
при систематическом включении их в рацион питания и при условии содержания
ценных компонентов в количестве от 10 до 30 % от рекомендуемой ВОЗ суточной
нормы. Значительную долю в сегменте рынка функциональных продуктов занимают
комбинированные пищевые системы на молочной основе [1]. В связи с этим, а также
с целью расширения ассортимента Тамбовского завода плавленых сыров ОАО «Орбита»
сотрудниками кафедры «Технологическое оборудование и пищевые технологии» был
реализован проект по разработке пластифицированной массы для функционального
питания.
Практическая реализация проекта была осуществлена при выполнении трех
основных этапов:
анализ нормативно-технической документации на предмет
номенклатуры и допустимых значений показателей, определяющих качество нового
продукта, выбор прототипа продукта;
изготовление опытных образцов согласно разработанным рецептурам
и технологии;
оптимизация рецептуры опытных образцов с целью достижения
высокого уровня их потребительских качеств.
Анализ технической документации по плавленым сырам позволил установить
целевые значения их органолептических показателей и определить коэффициенты
значимости, исходя из пятибалльной шкалы оценки [2]. Приняв за прототип
пастообразный сыр «Кубаночка», была выбрана панель дескрипторов для описания
нового продукта (таблице 1).
Таблица 1 - Внешний вид и органолептические показатели сырного продукта с
растительным наполнителем
|
Показатели
|
Требования
|
Максимальная оценка, балл
|
Коэффициент значимости
|
|
Внешний вид
|
Поверхность сыра чистая, ровная, неподсохшая, неплесневелая
|
2
|
0,4
|
|
Вкус и запах
|
Чистый, молочный, сладкий с выраженным привкусом и ароматом
тыквы
|
15
|
3
|
|
Консистенция
|
Нежная, пластичная, однородная по всей массе сыра
|
9
|
1,8
|
|
Цвет
|
Кремовато-желтый, обусловленный внесенным наполнителем
|
2
|
0,4
|
«Идеальному образу» по внешним признакам должен соответствовать продукт,
набравший не менее 28 - 30 баллов.
По результатам анализа научно-технической литературы в качестве сырьевой
базы комбинированной молочной системы функционального назначения был выбран
продукт переработки плодов тыквы - тыквенное пюре. Критериями выбора стали
хорошая сочетаемость растительного компонента с молочным сырьем, высокое
содержание физиологически активных веществ, связанных с его мякотью, например,
каротиноидов, содержащихся в тыкве в количествах, соизмеримых с суточной
потребностью (таблице 2) [3].
Таблица 2 - Химический состав мякоти плодов тыквы
|
Наименование компонента
|
Содержание
|
|
г/100 г
|
% от сухих веществ
|
|
Сухие вещества, в том числе:
|
14
|
100
|
|
крахмал
|
4
|
29
|
|
жир
|
0,12
|
0,8
|
|
сахара
|
8
|
57
|
|
пектин
|
0,7
|
5
|
|
клетчатка
|
0,96
|
7
|
|
β-каротин
|
1,35·10-3
|
0,01
|
В составе рецептуры пластифицированной массы жировой основой с учетом
современных тенденций развития сыроделия предложено растительное масло, имеющее
по сравнению с молочным жиром повышенное содержание полиненасыщенных жирных
кислот, пониженное содержание холестерина и трансизомеров жирных кислот.
Дополнили растительную составляющую продукта структурообразователи
(картофельный и кукурузный крахмалы) и регулятор вкуса (сахарный песок).
Так как разрабатываемый продукт относится к группе плавленых сырных
продуктов, то его молочную основу составили белоксодержащие компоненты -
брынза, СОМ, сыворотка, являющиеся носителями полноценных белков, незаменимых
аминокислот, минеральных веществ, лактозы.
С целью обеспечения пастообразного состояния продукта в рецептурную смесь
вместо солей-плавителей для ионообмена и образования водорастворимых казеинатов
было предложено использовать экологически чистый структурообразователь
органической природы, не содержащий фосфаты (ТУ 9187-094-00334735-03),
разработанный сотрудниками ВНИИМиС.
Путем анализа специализированной литературы было установлено, что в
процессе получения и регулировании свойств новой пластифицированной массы
важными факторами будут являться содержание растительного наполнителя и
величина отношения влаги к сухому обезжиренному веществу (В/СОВ) сырной смеси.
Определение оптимального содержания тыквенного пюре и состава сырной
смеси для обеспечения высокого уровня потребительских достоинств было
осуществлено с использованием метода планирования полного факторного
эксперимента. Входные факторы варьировались в следующих диапазонах: содержание
наполнителя - x1 − от 20 до 30 % (нулевой уровень 25 %); В/СОВ -
x2 - от 1,21 до 2,0 (нулевой уровень 1,64).
Целевые функции, подлежащие измерению и оптимизации, были выбраны из
наиболее значимых для потребителя свойств пластифицированной массы:
консистенция (y1), определяемая методами
дегустационного анализа группой специалистов по пятибальной шкале с учетом
коэффициента значимости (таблица 1);
стоимость сырьевого набора (y2),
определяемая исходя из стоимости каждого рецептурного компонента с учетом его
содержания в сырной смеси, руб/г;
содержание биологически активных каротиноидов (y3), определяемое расчетным путем с учетом доли растительного
наполнителя в составе продукта, мг/100г.
В качестве плана (табл. 3) была использована матрица двухфакторного
эксперимента вида ПФЭ32 . Изготовление опытных образцов
осуществлялось по традиционной для плавленых сыров технологии (рисунок 1).
Рисунок 1 - Схема изготовления пластифицированной массы
Число повторов независимых опытов равно трем.
пластифицированный масса качество питание
Таблица 3 - План эксперимента в безразмерном масштабе и средние значения
результатов опытов
x1
|
x2
|
x1x2
|
|
|
|
|
1
|
-1
|
-1
|
1
|
3,7
|
48,7
|
0,14
|
|
2
|
-1
|
0
|
0
|
4
|
50,2
|
0,14
|
|
3
|
-1
|
1
|
-1
|
4,3
|
51,8
|
0,14
|
|
4
|
0
|
-1
|
0
|
5,7
|
43,8
|
0,175
|
|
5
|
0
|
0
|
0
|
6,3
|
45,4
|
0,175
|
|
6
|
0
|
1
|
0
|
7,7
|
47
|
0,175
|
|
7
|
1
|
-1
|
-1
|
5,3
|
44,3
|
0,21
|
|
8
|
1
|
0
|
0
|
4,7
|
45,9
|
0,21
|
|
9
|
1
|
1
|
1
|
4,3
|
47,5
|
0,21
|
Результаты эксперимента были подвергнуты статистическому анализу на
предмет случайных ошибок и грубых промахов. По результатам эксперимента были
посчитаны коэффициенты уравнения регрессии. Значимость коэффициентов была проверена
по критерию Стьюдента, а адекватность уравнения регрессии эксперименту - по
критерию Фишера.
;
; (1)
Анализ уравнений регрессии (1) показывает противоречивый характер влияния
факторов на критерий оптимизации: например, с увеличением содержания
растительного наполнителя консистенция до определенного момента улучшается, наряду
с функциональностью пластифицированной массы, при этом стоимость сырьевого
набора увеличивается.
Для определения условий, обеспечивающих высокий уровень потребительских
достоинств проектируемого продукта, была использована функция желательности
Харрингтона [4]. В этой задаче имели место двусторонние ограничения на критерии
оптимизации вида 
, поэтому для преобразования критериев y в частные желательности d была применена экспоненциальная
зависимость вида:
, (2)
где 
,
n -
положительное число, определяемое по формуле
, (3)
если задать значению измеренному значению критерия оптимизации
соответствующее значение желательности, предпочтительно в диапазоне 
. Для построения функции
желательности D в обобщенном виде измеренные
значения y (таблице 3) были преобразованы в
безразмерную шкалу желательности d,
представленную в таблице 4.
Построенная шкала позволяет интерпретировать любой отклик (значение
измеренного критерия) в терминах полезности для любого специфического
применения.
Таблица 4 - Базовые отметки шкалы желательности по критериям оптимизации
|
Желательность значения критерия y
|
Количественная отметка на шкале желательности d
|
Критерии оптимизации
|
|
|
y1
|
y2
|
y3
|
|
очень хорошо
|
1-0,8
|
9
|
43
|
0,21
|
|
хорошо
|
0,8-0,63
|
7
|
46
|
0,19
|
|
удовлетворительно
|
0,63-0,37
|
6
|
48
|
0,175
|
|
плохо
|
0,37-0,2
|
4
|
50
|
0,16
|
|
очень плохо
|
0,2-0
|
3
|
52
|
0,14
|
Результаты опытов, приведенные в таблице 3, по формулам (2) - (3) были
пересчитаны в частные функции желательности (таблица 5).
В последнем столбце таблицы 4 приведена обобщенная средняя геометрическая
функция желательности DG для свёртки критериев с равными весовыми коэффициентами, определенная по
формуле:
.
Таблица 5 - Функции желательности
|
№ опыта
|
d1
|
d2
|
d3
|
DG
|
|
1
|
0,145
|
0,324
|
0,213
|
0,215
|
|
2
|
0,163
|
0,258
|
0,213
|
0,208
|
|
3
|
0,184
|
0,211
|
0,213
|
0,202
|
|
4
|
0,316
|
0,436
|
0,370
|
|
5
|
0,433
|
0,808
|
0,368
|
0,505
|
|
6
|
0,808
|
0,457
|
0,368
|
0,514
|
|
7
|
0,274
|
0,495
|
0,368
|
0,368
|
|
8
|
0,209
|
0,660
|
0,368
|
0,3705
|
|
9
|
0,184
|
0,407
|
0,368
|
0,3022
|
Полученные данные были использованы для определения оптимального состава
сырной смеси. Так, наибольшее значение обобщенной функции желательности DG = 0,514 в области исследования
обеспечивают 
. Эти условия совпадают с 6-м опытом в матрице планирования
эксперимента (таблице 3), поэтому экспериментального подтверждения не требуют.
По результатам исследования были установлены оптимальные значения входных
факторов для получения пластифицированной массы желательного качества: массовая
доля пюре - 25 %, В/СОВ = 2 (что соответствует содержанию сухих веществ в
продукте 50 % и его относительной жирности 50 %). На основании полученных
данных была разработана рецептура пластифицированной массы для функционального
питания и рассчитано содержание нутриентов функционального значения (таблице
6).
Таблица 6 - Некоторые физиологически ценные вещества нового продукта
|
Нутриенты
|
Содержание
|
Норма потребления, г(мг)/сут
|
Удовлетворение суточной потребности, %
|
|
Пищевые волокна, г/100 г
|
4,3
|
20
|
22
|
|
Холестерин, мг/100 г
|
11,3
|
150
|
7,5
|
|
ПНЖК, г/100 г
|
3,6
|
12
|
30,0
|
|
Каротиноиды, мг/100 г
|
0,37
|
1,5
|
25,0
|
|
Витамин С, мг/100 г
|
2,0
|
75
|
3,0
|
По результатам практической апробации результатов исследования была
подготовлена техническая документация на производство продукта.
Литература
1. Основные
проблемы и направления научных исследований в молочной промышленности. Е.И.
Сизенко, С.А. Гудков, Т.Г. Серебрякова. Пищевая промышленность, № 3, 2008. С.
14 - 17.
. Баркан
С.М., Кулешова М.Ф. Плавленые сыры. - М.: Изд-во «Пищевая промышленность»,
1967. - 284 с.
. Лебедева
А.Т. Секреты тыквенных культур. - М.: Изд-во «Фотон», 2000. - 224 с.
. Использование
функции желательности Харрингтона при решении оптимизационных задач химической
технологии: учебно-метод. пособие / Сост.: С.Л. Ахназарова, Л.С. Гордеев; РХТУ
им. Д. И. Менделеева. - М., 2003. - 76 с.