Удосконалення технологій полі компонентних альбумінних продуктів

Abstract

Дисертаційну роботу присвячено удосконаленню технологій полікомпонентних альбумінних продуктів із рослинними інгредієнтами для підвищення харчової цінності, забезпечення сталих якісних показників та подовження термінів зберігання. Науково обгрунтовано вибір регіональної рослинної сировини різного способу оброблення, а саме борошна черемхи та макової клітковини для формування відповідного комплексу показників якості альбумінних продуктів. Доведено технологічну доцільність застосування вище вказаних рослинних інгредієнтів у складі альбумінних паст нормалізованих по жиру. Представлені дослідження функціонально-технологічних властивостей - розчинності, волого- та жироутримувальної здатностей, емульгуючої здатності та стабільності емульсії. Крім того визначено кінетику набухання борошна черемхи та макової клітковини при поєднанні з різними дисперсійними середовищами - молочною сироваткою і вершками. Раціональні кількості рослинних інгредієнтів - борошна черемхи або макової клітковини у складі альбумінних сумішей підтверджені органолептичними, фізико-хімічними показниками, мікроструктирними і колірними характеристиками. Встановлено, що оптимальна кількість внесення борошна черемхи до альбумінної маси становить 3,0-5,0 %, а макової клітковини - 2,5±0,5 %. Альбумінні суміші характеризувалися оригінальними органолептичними та стабільними якісними показниками, і підвищеним вмістом біологічно активних компонентів. Інструментальним колориметричним методом у системі СІЕ Lab було визначено вплив різної кількості внесення борошна черемхи на кольоровість полікомпонентних альбумінних сумішей. При внесенні 2,0 % борошна черемхи спостерігається зниження показника світлоти до L* 45,26, що свідчить про потемніння продукту в порівнянні з контролем. Найбільша загальна колірна відмінність зафіксована для зразка з додаванням 6,0 % борошна черемхи (ЛЕ*ab 10,55), що відповідає суттєвій зміні зорового сприйняття кольору та спричиняє надмірну інтенсивність, нетипову для молочно-білкових продуктів. Наслідком може бути зниження споживчої привабливості виробів. Методом термогравіметрії та диференціального термічного аналізу визначено кількість вільної та зв'язаної вологи в альбумінно-рослинній суміші з борошна черемхи, що підтверджує здатність рослинного інгредієнта підвищувати вміст гідрофільних центрів. Отримані значення питомої теплоти дегідратації, які перевищують середню питому теплоту випаровування води з вільної поверхні у відповідних температурних інтервалах, свідчать про високий ступінь зв'язування вологи та значну гідратацію сухих речовин у досліджуваній альбумінно- рослинній системі. Методами експериментально-статистичного моделювання розроблено математичні моделі складу вершково-рослинної суміші для нормалізації альбуміних паст з трьома змінними параметрами - кількість вершків, температура перемішування і кількість макової клітковини, які впливають на динамічну вязкість та встановлені відповідні аналітичні залежності у вигляді адекватних рівнянь регресії. Вершково-рослинну суміш з маковою клітковиною можна класифікувати як системи з в'язкою консистенцією та контрольованою динамічною в'язкістю, у якій концентрація клітковини та температура визначають структурну стабільність та регулюють реологічну поведінку системи. Встановлено, що термічна обробка (термізація) альбумінних паст із борошном черемхи або маковою клітковиною спричиняє конформаційні зміни білкових компонентів, характер і ступінь яких залежать від хімічного складу системи. Досліджено вплив функціональної добавки Макгель МТ 100 на білкову складову полікомпонентних альбумінних паст під час термічної обробки за температури 75±2°С з витримкою протягом 5±1 хв. Доведено, що внесення Макгелю в кількості 0,05 % є раціональним і достатнім для забезпечення відповідної консистенції готового продукту після термічної обробки. Інструментальним методом було визначено активність води в альбумінній пасті на рівні 0,982±0,001. Таке значення свідчить про високу доступність вільної вологи. Для полікомпонентних альбумінних паст з 4,0 % борошна черемхи та з 2,5 % макової клітковини цей показник склав 0,970±0,001 та 0,976±0,001 відповідно. Такі зміни пов'язані з функціональними властивостями та хімічним складом обраних рослинними інгредієтів. Додавання волокон в харчові системи змінює водну динаміку і зв'язування, що впливає на рухливість води всередині структури полікомпонентного продукту. Активність води виступає ключовим технологічним маркером якості полікомпонентних альбумінних продуктів, здатним не лише передбачати потенціал мікробіологічного псування, але й визначати оптимальні умови зберігання. Включення рослинних компонентів (борошна черемхи та макової клітковини) у рецептури таких продуктів впливає на показник aw через зміну вологозв'язувальних властивостей білкової матриці, що робить цей параметр ще важливішим для альбумінно-рослинних систем. Досліжено терміни зберігання полікомпонентних альбумінних паст. Аналіз механізмів псування показав, що поєднання рослинних інгредієнтів (борошна черемхи або макової клітковини) з антиоксидантиними властивостями і технолгічного інгредієнту такого направлення, а саме дегідрокверцетину, може суттєво впливати на безпеку та якість полікомпонентних альбумінних паст, подовжуючи їх термін придатності. Поліфенольні сполуки рослинного походження, такі як флавоноїди та конденсовані таніни, ефективно зв'язують активні форми кисню та знижують інтенсивність пероксидації ліпідів у харчових системах під час зберігання, що сприяє підвищенню стабільності жирової фази продуктів. Макова клітковина містить пектинові речовини, поліфеноли та флавоноїдні похідні, які проявляють антиоксидантні властивості та здатнізнижувати інтенсивність окиснювальних процесів у полікомпонентних альбумінних продуктах нормалізованих по жиру. Наявність харчових волокон, сприяє стабілізації антиоксидантів у альбумінній матриці та опосередковано впливає на уповільнення ліпідного окиснення. Обгрунтовано удосконалення технології виробництва термізованих полікомпонентних альбумінних паст з борошном черемхи або маковою клітковиною. Визначено фізико-хімічні, органолептичні та мікробіологічні показники продуктів. Розроблено параметричну та апаратурно-технологічну схеми виробництва, з врахуванням умов внесення макової клітковини або борошна черемхи. Промислова апробація у виробничих умовах ТОВ «ФУДРЕФОРМ» Чернігівської області підтвердила ефективність розроблених режимів. Визначено методом іонообмінної хроматографії амінокислотний склад та здійснено розрахунок біологічної цінності альбумінних паст з борошном черемхи або маковою клітковиною. Сироватковий білок характеризується високою біологічною цінністю та збалансованим амінокислотним складом, що забезпечує його ефективну засвоюваність і постачання незамінних амінокислот, які легко абсорбуються та метаболізуються організмом. Коефіцієнт раціональності амінокислотного складу залишається на високому рівні у всіх досліджуваних зразках і становить 0,7308 - для полікомпонентної альбуміної пасти з борошном черемхи та 0,7312 - для зразка з маковою клітковиною. Введення борошна черемхи або макової клітковини дещо знижує біологічну цінність полікомпонентних альбумінних продуктів, однак водночас підвищує харчову цінність за рахунок збагачення фенольними сполуками, вітамінами, макро- і мікроелементами, харчовими волокнами іншими біологічно активними складовими. Підтверджено очікуваний соціальний ефект від можливого впровадження технологій альбумінни паст з борошном черемхи або маковою клітковиною, що полягає у збереженні молочної сировини за рахунок впровадження ресурсоощадних технологій перероблення молочної сироватки на альбумінну масу; розширенні сучасного асортиментну полікомпонентних альбумінних паст з підвищеною харовою цінність та подовженим терміном зберігання; застосуванні в рецептурах полікомпонентних продуктів регіональних рослинних інгредієнтів з різними функціонально-технологічними властивостями та сумісних з альбумінною основою; підвищенні якості харчування споживачів за рахунок виключения барвників, ароматизаторів штучного походження та збагачення альбумінних паст поліфенольними сполуками й вітамінами тощо. Згідно оцінки економічної ефективності технологій полікомпонентних альбумінних продуктів із борошном черемхи або маковою клітковиною, повні витрати на виробництво 1 т готового продукту помірно збільшуються порівнянно з контролем. При цьому відбувається підвищення харчової цінності продуктів, а їх виробництво може бути реалізоване на існуючому обладнанні підприємств без додаткових витрат, що забезпечує економічну доцільність і практичну застосовність запропонованої технології. Достовірність отриманих даних забезпечена сучасними методиками досліджень, використанням відповідного обладнання та математично- статистичних засобів для опрацювання одержаних результатів. Наукові положення та рекомендації підтверджені еспериментальними дослідженнями та виробничим випробуванням. Новизну технологічних рішень підтверджено рішеннями Державного департаменту інтелектуальної власності про видачутрьох патентів України на корисну модель. The dissertation work is devoted to the improvement of technologies of multicomponent albumin products with plant ingredients in order to increase nutritional value, ensure stable quality indicators, and extend shelf life. The selection of regional plant raw materials of different processing methods, namely bird cherry flour and poppy fiber, for the formation of an appropriate set of quality indicators of albumin products is scientifically substantiated. The technological feasibility of using the above-mentioned plant ingredients in the composition of fat-normalized albumin pastes has been proven. Studies of functional and technological properties - solubility, moisture- and fat-holding capacities, emulsifying ability, and emulsion stability - are presented. In addition, the kinetics of swelling of bird cherry flour and poppy fiber when combined with different dispersion media - whey and cream - has been determined. Rational amounts of plant ingredients - bird cherry flour or poppy fiber - in the composition of albumin mixtures have been confirmed by organoleptic, physicochemical indicators, microstructural and color characteristics. It has been established that the optimal amount of bird cherry flour addition to the albumin massis 3.0-5.0 %, and poppy fiber is 2.5±0.5 %. Albumin mixtures were characterized by original organoleptic and stable quality indicators, and an increased content of biologically active components. Using an instrumental colorimetric method in the СIЕ Lab* system, the effect of different amounts of bird cherry flour addition on the color of multicomponent albumin mixtures was determined. When 2.0 % of bird cherry flour is added, a decrease in lightness to L* = 45.26 is observed, indicating darkening of the product compared to the control. The greatest total color difference was recorded for the sample with the addition of 6.0 % bird cherry flour (ЛЕ*ab = 10.55), which corresponds to a significant change in visual color perception and causes excessive intensity atypical for milk-protein products. The consequence may be a decrease in consumer attractiveness of the products. Вy thermogravimetry and differential thermal analysis, the amount of free and bound moisture in the albumin-plant mixture with bird cherry flour was determined, which confirms the ability of the plant ingredient to increase the content of hydrophilic centers. The obtained values of the specific heat of dehydration, which exceed the average specific heat of water evaporation from a free surface in the corresponding temperature intervals, indicate a high degree of moisture binding and significant hydration of dry substances in the studied albumin-plant system. Using methods of experimental-statistical modeling, mathematical models of the composition of a cream-plant mixture for normalization of albumin pastes with three variable parameters - the amount of cream, mixing temperature, and amount of poppy fiber - were developed, which affect dynamic viscosity, and corresponding analytical dependencies in the form of adequate regression equations were established. The cream-plant mixture with poppy fiber can be classified as systems with a viscous consistency and controlled dynamic viscosity, in which fiber concentration and temperature determine structural stability and regulate the rheological behavior of the system. It has been established that thermal treatment (thermization) of albumin pastes with bird cherry flour or poppy fiber causes conformational changes in protein components, the nature and degree of which depend on the chemical composition of the system. The effect of the functional additive Macgel MT 100 on the protein component of multicomponent albumin pastes during thermal treatment at a temperature of 75±2 °С with holding for 5±1 min was investigated. It has been proven that the addition of Macgel in the amount of 0.05 % is rational and sufficient to ensure the appropriate consistency of the finished product after thermal treatment. Вy an instrumental method, the water activity in the albumin paste was determined at the level of 0.982±0.001. This value indicates a high availability of free moisture. For multicomponent albumin pastes with 4.0 % bird cherry flour and with2.5 % poppy fiber, this indicator was 0.970±0.001 and 0.976±0.001, respectively. Such changes are associated with the functional properties and chemical composition of the selected plant ingredients. The addition of fibers to food systems changes water dynamics and binding, which affects the mobility of water within the structure of the multicomponent product. Water activity acts as a key technological marker of the quality of multicomponent albumin products, capable not only of predicting the potential for microbiological spoilage but also of determining optimal storage conditions. The inclusion of plant components (bird cherry flour and poppy fiber) in the formulations of such products affects the aw indicator by changing the moisture- binding properties of the protein matrix, which makes this parameter even more important for albumin-plant systems. The shelf life of multicomponent albumin pastes has been studied. The analysis of spoilage mechanisms showed that the combination of plant ingredients (bird cherry flour or poppy fiber) with antioxidant properties and a technological ingredient of this direction, namely dihydroquercetin, can significantly affect the safety and quality of multicomponent albumin pastes, extending their shelf life. Polyphenolic compounds of plant origin, such as flavonoids and condensed tannins, effectively bind reactive oxygen species and reduce the intensity of lipid peroxidation in food systems during storage, which contributes to increasing the stability of the fat phase of products. Poppy fiber contains pectin substances, polyphenols, and flavonoid derivatives that exhibit antioxidant properties and are capable of reducing the intensity of oxidative processes in multicomponent albumin products normalized by fat. The presence of dietary fibers contributes to the stabilization of antioxidants in the albumin matrix and indirectly affects the slowing down of lipid oxidation. The improvement of the technology for the production of thermized multicomponent albumin pastes with bird cherry flour or poppy fiber has been substantiated. Physicochemical, organoleptic, and microbiological indicators of the products have been determined. Parametric and schemes of production have been developed, taking into account the conditions of introducing poppy fiber or bird cherry flour. Industrial approbation under production conditions of LLС "FOODRЕFORM" of Сhernihiv region confirmed the effectiveness of the developed regimes. The amino acid composition was determined by ion-exchange chromatography and the biological value of albumin pastes with bird cherry flour or poppy fiber was calculated. Whey protein is characterized by high biological value and a balanced amino acid composition, which ensures its efficient digestibility and supply of essential amino acids that are easily absorbed and metabolized by the body. The coefficient of amino acid composition rationality remains at a high level in all studied samples and is 0.7308 for multicomponent albumin paste with bird cherry flour and 0.7312 for the sample with poppy fiber. The addition of bird cherry flour or poppy fiber slightly reduces the biological value of multicomponent albumin products, but at the same time increases nutritional value due to enrichment with phenolic compounds, vitamins, macro- and microelements, dietary fibers, and other biologically active components. The expected social effect from the possible implementation of technologies of albumin pastes with bird cherry flour or poppy fiber has been confirmed, which consists in saving dairy raw materials through the introduction of resource-saving technologies for processing whey into albumin mass; expanding the modern assortment of multicomponent albumin pastes with increased nutritional value and extended shelf life; using regional plant ingredients with various functional and technological properties compatible with the albumin base in product formulations; improving the quality of consumer nutrition by eliminating artificial colorants and flavorings and enriching albumin pastes with polyphenolic compounds and vitamins, etc. According to the assessment of the economic efficiency of technologies of multicomponent albumin products with bird cherry flour or poppy fiber, the total costs for the production of 1 ton of finished product moderately increase compared to the control. At the same time, the nutritional value of the products increases, and their production can be implemented on existing equipment of enterprises without additional costs, which ensures the economic feasibility and practical applicability of the proposed technology. The reliability of the obtained data is ensured by modern research methods, the use of appropriate equipment, and mathematical-statistical tools for processing the obtained results. Scientific provisions and recommendations are confirmed by experimental studies and production testing. The novelty of technological solutions is confirmed by decisions of the State Department of Intellectual Property on theissuance of three patents of Ukraine for utility models.