Исследование пищевой ценности многокомпонентной добавки из злаковых культур

Введение. Пищевые вещества обладают лечебным и оздоровительным действием, это было отмечено еще в древние века. Лекарственные средства ранее имели натуральный состав. Интеграция прошлых и современных знаний нашла свой отклик в современных технологиях, сейчас новые лечебно-профилактические средства называются биологически активными добавками.

Область науки, которая изучает пищевые добавки, называется фармаконутрициологией [1].

Современный подход науки о питании предъявляет повышенные требования к пищевой продукции, учитывая не только ее энергетическую ценность, но и наличие необходимых для здоровья человека компонентов (комплекса биологи- чески активных веществ, пищевых волокон, пектиновых веществ, органических кислот, минеральных веществ и т.д.), обладающих иммуностимулирующими, радиозащитными, профилактическими и целебными свойствами [2].

Одним из важных компонентов являются витамины. Витамины содержатся в злаковых, фруктовых, овощных, ореховых культурах. Ежедневное поступление витаминов позволяет повысить иммунитет и предотвратить заболевания [2].

Восполнить недостаток витаминов возможно с помощью злаковых культур, таких как гречиха, кукуруза, рис, овес.

Гречневая крупа – одна из наиболее используемых в лечебно-профилактическом питании, в частности для лечения заболеваний желудочно- кишечного тракта. Гречиха – богатый источник протеинов и незаменимых аминокислот. В состав гречихи входят различные аминокислоты, что позволяет сравнивать ее по питательной ценности с мясом. Польза гречихи обусловлена и ее богатым витаминным и минеральным составом [3].

Рисовая крупа считается низкокалорийным продуктом и является безглютеновым продуктом. Тяжелые углеводы, содержащиеся в рисе, поступают в организм человека с пищей, накапливаются в его мышцах и высвобождают энергию по мере необходимости. Рис содержит магний, железо, витамины группы В. Богатый белком рис обеспечивает организм необходимыми аминокислотами [4].

В зерне овса содержатся витамины группы В, различные минеральные вещества. Овес в своем составе содержит 18 аминокислот, имеются и незаменимые аминокислоты [5].

Кукуруза считается питательным продуктом, который содержит белки, что важно для вегетарианцев и людей, которые отказываются от употребления мяса. Белки злаковых культур усваиваются и перевариваются быстрее по сравнению с белками мяса [4–6].

В зернах кукурузы содержатся витамины С, К, РР, D, группы В, а также клетчатка, крахмал, калий, магний, фосфор, медь, никель, токоферол, пиридоксин, биотин, пантотеновая и линолевая кислоты. Кукуруза благотворно влияет на функции желудочно-кишечного тракта, выводит из организма шлаки и целый ряд вредных веществ, активизирует все метаболические процессы [4–6].

Таким образом, злаковые культуры – это богатый источник углеводов, белков, витаминов, минеральных веществ, клетчатки [7].

Цель исследования – разработка многокомпонентной добавки, в состав которой входят злаковые культуры. Выбор был обусловлен сбалансированным составом и высокой питательной ценностью злаковых культур.

Задачи: подобрать ингредиенты для многокомпонентной зерновой добавки; разработать рецептуру многокомпонентной зерновой добавки; технологию многокомпонентной зерновой добавки; провести анализ ее пищевой и биологической ценности.

Объекты и методы. При разработке рецептуры многокомпонентной добавки внимание уделялось ее пищевой и биологической ценности. Определение количества ингредиентов, входящих в состав нового продукта, осуществлялось с помощью математических расчетов, при этом учитывалось соответствие доли незаменимых аминокислот в их составе (в расчете на 100 г продукта).

Результаты математической обработки показали, что оптимальное соотношение злаковых культур: рис – 35 %, гречка – 20, овес – 20, кукуруза – 25 %.

Химический состав каждого образца анализировали в трехкратной повторности по стандартным методикам. Исследование химического состава осуществлялось согласно методам: ГОСТ 29033-91 «Зерно и продукты его переработки. Метод определения жира»; ГОСТ 316832012 «Методы определения массовой доли сбраживаемых углеводов»; ГОСТ 10846-91 «Зерно и продукты его переработки. Метод определения белка»; ГОСТ 10847-74 «Зерно. Методы определения зольности».

Аминокислотный состав многокомпонентной добавки был определен согласно МВИ МН 13632000. Метод предназначен для определения концентрации 18 аминокислот в продуктах питания с помощью высокоэффективной жидкостной хроматографии с применением компьютерной системы регистрации, обработки и хранения информации. Аминокислотный состав был определен на приборе «Shimadzu LC-20 Prominence» с использованием флуориметри-ческого и спектрофотометрического детектора (Shimadzu, Япония).

Для определения витаминного состава был использован метод высокоэффективной жидкостной хроматографии.

Определение минерального состава осуществляли с использованием низковакуумного растрового электронного микроскопа JEOL 6390 LV (JSM-6390LV, 2003 г) с системой энергодисперсионного анализа INCA ENERGY 250, («JEOL» Япония).

Результаты и их обсуждение. Процесс производства многокомпонентной добавки культур делился на два этапа: предварительный (подготовка культуры к обработке) и основной (получение добавки). Технология производства продукта осуществлялась согласно установленным технологическим процессам.

Очистка зерновых культур от посторонних примесей. Примеси, содержащиеся в массе культуры, могут оказать существенное влияние на снижение качества готовой продукции. Поэтому сначала зерновые культуры очищали от органических и минеральных примесей, дефектных зерен. Примеси отделялись от основного зерна по размеру, форме, плотности. Для зерен, отличающихся по размеру от основной культуры (крупные и мелкие примеси), применяли сито – воздушный поток (сепарирование). Триерные машины использовались для коротких и длинных смесей. Минеральные примеси очищались на камнеотборочных машинах по принципу саморазбора. Металломагнитные примеси очищали в магнитных или электромагнитных сепараторах.

Сортировка культур. Сортировка культур по размерам проводилась для увеличения выхода цельного зерна.

Гидротермическая обработка зерновых культур. Для получения высококачественных культур применяли гидротермическую обработку (ГТО). В результате разрушались клееподобные вещества в оболочках и шелухе культур, происходил процесс склеивания крахмала в периферическом слое эндосперма. Жесткость злаковых культур устранялась. ГТО способствовала не только улучшению процесса обработки культур, но и улучшению их вида, цвета, повышению потребительских свойств. В процессе получения многокомпонентной добавки, в зависимости от биологических особенностей каждой культуры, температура технологического процесса составляла 60–70 °С. Время гидротермической обработки, соотношение зерновой культур и воды следующее: для риса – 40 минут, соотношение риса к воде 1:2; для гречихи –30 минут, соотношение гречихи к воде 1:1; для овса – 90 минут, соотношение овса к воде 1:3; для кукурузы – 60 минут, соотношение кукурузы к воде 1:3.

При обработке ГТО в овсе облегчается отшелушивание, повышается активность ферментов; в гречихе – увеличивается выход крупы, изменяется цвет; в кукурузе – увеличивается выход крупы; в рисе – получается крупа с высоким содержанием витаминов и минеральных веществ.

Отшелушивание – отделение оболочек. В результате количество непереваренных веществ и пентозанов уменьшается. В зависимости от анатомического строения зерен и прочной связи зерен и кожуры применяются различные способы отшелушивания. Отшелушивание может быть осуществлено путем его сжатия: зерно сжимается и в результате оболочка раскрывается. Такой подход применяется к зерновым культурам, оболочки которых связаны припоем непрочно (рис, гречка, овес). Зерновые культуры, подвергнутые отшелушиванию, направляются на дальнейшую шлифовку.

Шлифовка – это отделение остатков оболочечных частиц от шелушенного зерна. После приведенных выше технологических процессов осуществлялся процесс сушки.

Сушка. Температура сушки зерен риса составляла 35 °С, кукурузы – 50 °С , овса, гречихи – 40 °С . Влажность культур после сушке 10–13 %.

Охлаждение. Культуры, прошедшие сушку, направляются на дальнейшее охлаждение. Охлаждение проводят при температуре 18–20 °С в течение 90–120 минут.

Измельчение. Зерновые культуры измельчались на мельнице. Размер частиц 400–325 мкм.

Смешивание. Многокомпонентная добавка была получена путем смешивания измельченных зерновых культур в следующем соотношении: рис – 35 %, гречиха – 20, овес – 20, кукуруза – 25 %.

Хранение готовой продукции. Срок хранения многокомпонентной зерновой добавки составляет 4–5 месяцев, температура хранения – 18–20 °С, относительная влажность воздуха – γ = 60 %.

Многокомпонентную добавку и составляющие ингредиенты исследовали на пищевую и биологическую ценность. Исследования были проведены в лаборатории национального центра экспертизы города Семей в аккредитованной испытательной региональной лаборатории инженерного профиля «Научный центр радиоэкологических исследовании» Университета имени Шакарима города Семей.

Химический состав и пищевая ценность зерновых культур после обработки приведены в таблице 1.

Таблица 1

Показатель	Рис	Кукуруза	Гречиха	Овес
Вода, г	14,0	14,0	14,0	12,0
Белки,г	7,0	8,3	12,6	11,0
Жиры, г	1,0	1,2	3,3	6,1
Моно- и дисахариды, г	0,7	1,2	1,4	0,9
Крахмал, г	70,7	70,4	60,7	48,8
Клетчатка, г	0,4	0,8	1,1	2,8
Зола, г	0,7	0,7	1,7	2,1
Минеральные вещества, мг/%:
Na	12,0	4,0	3,0	35,0
K	100	147	320	362
Ca	8	20	20	64
Mg	50	36	150	116
P	150	109	253	349
Fe	1,0	2,7	4,9	3,9
Витамины, мг/%:
бета-каротин	0	0,20	0	Сл.
В 1	0,08	0,13	0,42	0,49
В 2	0,04	0,07	0,17	0,11
РР	1,60	1,10	3,76	1,10
Энергетическая ценность, ккал	330	337	329	303

Химический состав зерновых культур после обработки

Анализ таблицы 1 показывает, что крупы имеют сбалансированный состав, наибольшее количество белка содержится в гречневой крупе 12,6 %, менее в овсяной крупе – 11 %. Овсяная крупа богата минеральными веществами, в ней содержится больше всего калия (362 мг/%), натрия (35 мг/%), кальция (64 мг/%), фосфора (349 мг/%).

Рис прежде всего богат углеводами (70,7 %), белками (7,0 %). Кроме того, рис содержит раз- нообразный и насыщенный витаминноминеральный комплекс. В совокупности своих свойств рис оказывает благотворное воздействие на пищеварительный процесс, укрепляет работу внутренних органов и налаживает функцию систем организма [5].

В таблицах 2, 3 приведен минеральнй и витаминный состав белково-растительной добавки.

Таблица 2

Минеральный состав многокомпонентной добавки, мг/%

Проба	Минеральные вещества	Содержание минеральных веществ
Белковорастительная добавка	Na	31,60
	Cr	12,05
	S	24,75
	K	43,50
	Ca	37,95
	Fe	3,20
	Cu	0,60
	Zn	13,50
	P	220,80
	Mg	79,18

Для обеспечения нормальной жизнедеятельности организма человеку необходимы биологические значимые элементы. В составе многокомпонентной добавки содержатся Na, Mg, Cr, Fe, P, S, Ca, Cu, K, Zn. Макро- и микроэлементы обеспечивают нормальную работу главных систем организма (мышечной – участвуют в процессе сокращения мышц, пищеварительной и сердечно-сосудистой).

В таблице 3 приведен витаминный состав многокомпонентной добавки. Анализ витаминного состава показывает, что многокомпонентная добавка содержит витамины группы В, витамины А, Е. В таблице 4 приведен общий химический состав многокомпонентной добавки. В таблице 5 приведен аминокислотный состав многокомпонентной добавки.

Таблица 3

Проба	В 1	В 6	В 12	А	Е
Белково-растительная добавка	0,285	0,256	0,457	0,228	2,831

Таблица 4

Показатель	Числовое значение показателя
Массовая доля влаги	10,07
Массовая доля белка	14,43
Массовая доля жира	4,48
Массовая доля золы	1,50
Массовая доля углеводов	69,52

Таблица 5

Аминокислота	ФАО/ВОЗ – показатели идеального белка, г	Белково-растительная добавка, г	Аминокислотный скор, %
Валин	5,00	0,74	14,80
Изолейцин	4,00	0,66	16,50
Лейцин	7,00	1,26	18,00
Лизин	5,50	0,71	12,9
Метионин	3,50	0,33	8,57
Треонин	4,00	0,55	13,75
Триптофан	1,00	0,19	19,00
Фенилаланин	6,00	0,68	11,33

Витаминный состав многокомпонентной добавки, мг/%

Общий химический состав многокомпонентной добавки, г

Аминокислотный состав многокомпонентной добавки

На рисунке представлено содержание неза-  ми культурами после обработки, которые входят менимых аминокислот в сравнении со злаковы- в состав многокомпонентной добавки.

Незаменимые аминокислоты

■ Гречневая ядрица

■ Рис

■ Кукуруза

■ Овес

■ Многокомпонент ная добавка

Содержание незаменимых аминокислот в многокомпонентной добавке, злаковых культурах после обработки

Анализ диаграммы показывает, что содержание незаменимых аминокислот в добавке превосходит по всем незаменимым аминокислотам, которые содержатся в рисе, овсе, кукурузе, гречке после обработки. Данные результаты свидетельствуют, что при измельчении обработанных зерновых культур в них происходит структурная перестройка, которая способствует образованию новых белково-крахмально-липидных комплексов, происходят фазовые переходы, которые в свою очередь способствуют дополнительному вытеснению и высвобождению молекул аминокислот и распределению их в зерновой добавке. Повышение содержания аминокислот находится в прямой зависимости от степени помола зерновых культур. Результаты исследований показывают, что в составе содержатся все 8 незаменимых аминокислот. Оптимальное соотношение зерновых культур позволяет улучшить аминокислотный состав добавки.

Заключение. Проведен теоретический анализ, обзор научно-теоретической информации по производству пищевых добавок на основе зерновых культур. На основании теоретических и экспериментальных исследований разработана технология и рецептура многокомпонентной добавки, сбалансированной по химическому и аминокислотному составу, содержащей комплекс минеральных и витаминных веществ.

Многокомпонентную добавку из злаков рекомендуется использовать в качестве универсального обогатителя, который можно применять в различных областях пищевой промышленности: мясная, хлебобулочная, производство завтраков быстрого приготовления. Рекомендации по использованию многокомпонентной добавки следующие: количество добавки может варьировать от 0,5 до 30 % от массы сырья, увеличение может отразиться на вкусовых и реологических свойствах изделий. В хлебобулочном производстве и производстве завтраков быстрого приготовления добавку можно вносить в сухом виде, предварительно просеяв, далее она смешивается с другими сухими компонентами. В мясном производстве многокомпонентная добавка может применяться при производ- стве вареных колбас при приготовлении колбасного фарша, в производстве паштетов при приготовлении паштетной массы. В данных продуктах добавка может использоваться вместо картофельного крахмала, который выступает в роли структурообразователя пищевых масс. Применение данной добавки позволит улушить пищевую ценность новых продуктов питания, обогатить их минеральными веществами, витаминами, незаменимыми аминокислотами, улучшить физико-химические, реологические, органолептические свойства.