Удосконалення технології переробки бобових та олійних культур

Abstract

Дисертаційну роботу присвячено науковому обґрунтуванню можливостей застосування комбінованих режимів обробки насіння сої, гороху та льону для підвищення якості, безпечності та ефективності виробництва харчових продуктів із високою доданою вартістю. У дисертаційній роботі проведено аналіз сучасного світового досвіду використання продуктів переробки бобових та олійних культур задля оцінки перспектив їх застосування у харчовій промисловості з метою імпортозаміщення закордонних білкових продуктів. Встановлено закономірності впливу параметрів теплової обробки на дезактивацію антипоживних речовин. Показано, що комбіновані режми забезпечують глибоку дезактивацію термолабільних інгібіторів трипсину та хімотрипсину, знижуючи їх активність до безпечного рівня, який становить від 5 до 10 % від початкової активності. Оптимальні умови двоетапного комбінованого гідролізу горохової сировини встановлено при використанні миттєвого ростерного фламбування із подальшим проварюванням. За таких параметрів у насінні формується розвинена капілярно-пориста структура, завдяки чому швидкість дифузії вологи зростає вдвічі, а тривалість варіння скорочується, що забезпечує значне енергозаощадження на підприємстві. Подальше контактне зневоднення суспензій на одновальцевих сушарках за робочої температури барабана знижує вологість готового продукту до 6–8 %, що гарантує його мікробіологічну та оксидативну стабільність. Використання оригінальної вакуум-технології дезодорації шляхом примусового видалення пінистої фракції під час варіння за допомогою вакуум-насоса сприяло інтенсифікації процесу очищення смакового профілю. Цей підхід відкриває можливість усунення специфічного небажаного «рослинного» присмаку та запаху бобових і дозволяє отримати універсальний функціональний інгредієнт із чистим сенсорним профілем. Досліджено реологічні характеристики водно-бобових суспензій. На основі проведеного аналізу шляхом математичного моделювання було обґрунтовано псевдопластичну поведінку систем; при цьому виявлено, що стабільність харчової системи в результаті теплової обробки може помітно знижуватися зі зростанням швидкості зсуву, що, ймовірно, пов'язано з руйнуванням білково-полісахаридного каркаса. Горох, оброблений в екструдері та ростері, підвищує стабільність харчових систем внаслідок денатурації білків та клейстеризації амілозного крохмалю, що дозволяє моделювати структуру продуктів швидкого приготування – супів, пюре та прогнозувати інші пастоподібні продукти. Оцінено можливості застосування короткочасної гідротермічної обробки в автоклаві та низькотемпературного сушіння насіння льону в умовах щільного прилягання оболонки до ядра без стадії обрушення. Додавання такої обробки запобігає надмірній гідратації водорозчинних слизів оболонки, виключає склеювання маси, повністю інактивує оксидативні ферменти, зокрема β-глюкозидазу, та стабілізує ліпідний комплекс лляного борошна проти швидкого прогіркання. На основі аналізу можна припустити існування нерівномірного розподілу нутрієнтів у різних фракціях помелу льону. За попередніми даними, дрібна фракція може концентрувати білок і мінеральні речовини, середня – ліпіди, а велика фракція переважно містить клітковину та α-ліноленову кислоту. Доведено високий пребіотичний, соціальний та лікувально-профілактичний ефект від впровадження створених харчових систем, які коригують дефіцит харчування населення за амінокислотним та жирнокислотним складами, знижують ризики цукрового діабету II типу та виступають повними біологічно безпечними аналогами тваринного білка для осіб із лактазною недостатністю та вегетаріанським типом харчування. Обґрунтованість наукових положень ґрунтується на використанні передового аналітичного обладнання та стандартних методів дослідження. Достовірність даних підкріплена статистичною обробкою, зокрема моделюванням процесів. Висока відтворюваність експериментальних даних у різних лабораторних умовах, зокрема в Національному університеті харчових технологій та суміжних установах, гарантує стабільність і точність отриманих показників.The thesis is devoted to the scientific substantiation of the possibilities of applying combined treatment modes for soybean, pea, and flax seeds to improve the quality, safety, and efficiency of the production of high-value-added food products. In the thesis, an analysis of modern global experience in utilizing the processing products of legumes and oilseeds was conducted to evaluate the prospects of their application in the food industry, aiming at 100% import substitution of foreign protein products. The regularities of the influence of heat treatment parameters on the deactivation of antinutritional factors have been established. It is shown that combined modes provide deep deactivation of thermolabile trypsin and chymotrypsin inhibitors, reducing their activity to a safe level that ranges from 5 to 10% of the initial activity. The optimal conditions for the two-stage combined hydrolysis of pea raw material were established using instant roaster flambéing followed by boiling. Under these parameters, a developed capillary-porous structure is formed in the seeds, whereby the moisture diffusion rate doubles, and the cooking time is shortened, providing significant energy savings at the enterprise. Subsequent contact dehydration of suspensions on single-drum dryers at the operating drum temperature reduces the moisture content of the finished product to 6–8%, which guarantees its microbiological and oxidative stability. The use of an original vacuum deodorization technology through the forced removal of the foam fraction during cooking via a vacuum pump contributed to the intensification of the flavor profile purification process due to the complete removal of the lipoxygenase enzyme, saponins, and volatile lipid oxidation products from the system. This approach ensures the elimination of the specific undesirable "beany" off-flavor and odor of legumes, allowing for the obtaining of a versatile functional ingredient with a clean sensory profile. The rheological characteristics of water-legume suspensions were investigated. Based on the conducted analysis through mathematical modeling, the pseudoplastic behavior of the systems was proven, and it was established that their viscosity rapidly decreases with an increase in the shear rate due to the disruption of the protein-polysaccharide framework. Peas processed in an extruder and a roaster increase viscosity as a result of protein denaturation and gelatinization of amylose starch, which allows for modeling the structure of instant products – soups, purées, and predicting other paste-like products. The possibilities of applying short-term hydrothermal treatment in an autoclave and low-temperature drying of flaxseeds under conditions of tight adhesion of the hull to the kernel without the dehulling stage were evaluated. The addition of such treatment prevents excessive hydration of water-soluble hull mucilages, eliminates sticking of the mass, completely inactivates oxidative enzymes, in particular, β-glucosidase, and stabilizes the lipid complex of non-defatted flaxseed flour against rapid rancidity. When the moisture content is reduced to 4–6%, high brittleness of the raw material is ensured for obtaining dispersed products. An uneven distribution of nutrients across flax milling fractions was revealed: the fine fraction accumulates protein and minerals, the medium fraction accumulates lipids, and the coarse fraction accumulates fiber and α-linolenic acid. The high prebiotic, social, and therapeutic-prophylactic effect of implementing the developed food systems has been proven. These systems correct the nutritional deficiency of the population regarding amino acid and fatty acid compositions, reduce the risks of type II diabetes, and act as complete biologically safe analogues of animal protein for individuals with lactase deficiency and a vegetarian diet. The validity of the scientific propositions is based on the use of advanced analytical equipment and standard research methods. The reliability of the data is supported by statistical processing, including process modeling. The high reproducibility of experimental data across various laboratory environments, particularly at the National University of Food Technologies and related institutions, guarantees the stability and accuracy of the obtained indicators.