Концептуальные основы создания продуктов питания для космонавтов

В этой связи особое значение имеют научно обоснованные подходы к обеспечению заданного уровня питания космонавтов в предполётный, полётный и послеполётный периоды. Так, в предполётный период в полной мере должно быть обеспечено так называемое насыщение организма, претендующего на существование в космических условиях эссенциальными факторами пищи.

Соответственно в условиях полёта должен поддерживаться достигнутый уровень насыщения организма нутриентными средствами, повышающими адаптационные возможности и устойчивость организма к гипоксии, гиподинамии, ионизирующему излучению, повышенной физической нагрузке и другим отрицательным факторам космического полёта.

При этом на третьем реабилитационном этапе должна быть обеспечена коррекция пищевого статуса организма, подвергшегося стрессовым воздействиям со стороны космической среды обитания.

В этой связи существенное значение имеет реализация научно обоснованных подходов на создание продуктов питания, направленных на обеспечение повышения адаптационных возможностей организма. Одним из них является связанный со сбалансированным питанием алиментарный фактор, в соответствии с которым предусматривается поступление в организм требуемого количества незаменимых компонентов пищи (витамины, макро-, микро- и мезоэлементы, органические кислоты, флавоноиды, антоцианы, белки со сбалансированным аминокислотным составом, жиры со сбалансированным жирнокислотным составом, а также углеводы и другие биологически активные вещества с направленными физиолого-биохимическими свойствами).

При данном подходе важная роль принадлежит и тому, в какой физической форме надлежит хранить и принимать тот или иной пищевой продукт. Известно, что большее количество биологически активных веществ, обладающих антиоксидантным эффектом, накапливается в растениях, произрастающих в суровых климатических условиях. Дальневосточный регион России располагает доступной и до сих пор малоиспользуемой сырьевой базой биологически активных ресурсов для получения специализированных и функциональных пищевых продуктов, а также биологически активных добавок [3, 4, 5, 6].

При этом физиологически ценное растительное сырьё Дальневосточной флоры используется в пищевой промышленности, в частности ликёро-водочной, при производстве водок и настоек. Однако в настоящее время оно не используется в достаточной степени при производстве продуктов спецназначения, напитков, пищевых концентратов, соусов-майонезов и соусов-концентратов, а также других инновационных продуктов.

В связи с этим актуальным остаётся вопрос конструирования специализированных и функциональных пищевых систем, обогащённых необходимыми эссенциальными нутриентами, содержащимися в уникальных для Дальневосточного региона сырьевых ресурсах. Более того, актуальность данной проблемы возрастает со строительством в Амурской области космодрома «Восточный» и запуском его в работу в 2015 году.

В результате анализа проблемной ситуации нами выявлено противоречие между стремлением человека иметь в своём рационе питания продукты специализированной и функциональной направленности со свойствами, обусловленными наличием в них совокупности веществ растительного и микробиологического происхождения, обладающих способностью оказывать благоприятный эффект хотя бы на одну физиологическую функцию, а также на процессы обмена веществ в организме при систематическом употреблении в количествах, составляющих не менее нормативной (15-50 %) от физиологической суточной потребности, и уровнем знаний о закономерностях процессов трансформации составов сырья в состав готового продукта, при которых у него формируются свойства с уровнем качества не ниже, чем у традиционных аналогов в форме, доступной для максимально возможного усвоения организмом.

В соответствии с вышесказанным и данными определена научная концепция данной работы, которая заключается в выявлении управляемых факторов и установлении зависимостей, характеризующих процессы формирования состава и свойств готовых продуктов путём рациональных способов трансформации биоактивного сырья с целью получения групп эффективных антиоксидантных комбинаций на основе биологически активных и физиологически ценных ингредиентов, с их суммарной массовой долей в готовых продуктах не ниже нормативной, а также взаимосвязью, которая порождает синергический эффект.

Цель исследований . Разработка концептуальных основ и практических аспектов создания продуктов питания специального и функционального назначения, содержащих в своём составе комплексы биологически активных и физиологически ценных ингредиентов в виде автономных групп антиоксидантных комбинаций, обладающих синергическим эффектом.

Задачи исследований . Аналитически обосновать концептуальные подходы к созданию продуктов специальной и функциональной направленности; изучить технологические и биохимические показатели биоактивного сырья Дальневосточного региона, а также возможность и целесообразность их использования в технологии таких продуктов. Изучить кинетику : процессов получения белковых дисперсных систем на основе бинарных соево-овощных, соево-корнеплодных и соевоцитрусовых композиций; процесса получения коагуляционных структур на основе соевых белков при использовании в качестве коагулянтов комплекса биологически активных веществ ягодного сырья; процессов формирования состава и свойств пищевых систем в виде напитков брожения на основе соевой сыворотки (квас, напитки и т.д.); процессов формирования состава и свойств хлебобулочных пищевых систем с использованием белково-углеводной муки (соево-морковной, соевоимбирной, соево-цитрусовой и т.д.); процессов формирования состава и свойств пищевых систем эмульсионного типа с использованием белковых коагуляционных структур; изучить кинетику процесса формирования состава и свойств пищевых систем сухой формы в виде соусов-концентратов; кинетику процессов формирования состава и свойств кулинарных изделий в виде паст, тортов, рулетов и т.д. Разработать технологию и рецептуры функциональных продуктов на основе трансформированного путём разработанных способов биологически активного сырья Дальневосточного региона; пакет технической документации на новый ассортимент продуктов специальной и функциональной направленности.

Научной гипотезой для решения проблемы создания продуктов специальной и функциональной направленности явилось предположение о том, что такой продукт, как сложную пищевую систему с заданными составом и свойствами, можно сконструировать на основе биологически активного и физиологически ценного сырья, составы которого, сочетаясь в определённой степени по органолептическим показателям, приобретёнными в процессе принятой трансформации сырья, обеспечат получение в составе готового продукта групп эффективных антиоксидантных комбинаций в виде отдельных комплексов биологически активных и физиологически ценных ингредиентов с их суммарной массовой долей не ниже нормативной и взаимосвязями, которые обеспечат проявление синергического эффекта.

Материалы и методы исследований . В качестве математической модели создания продуктов функциональной направленности нами принята следующая модель.

Если к∑Г=1^№ — d С — Л — л „ „ л л u   к∑/=1 У / ajл,-

_РСНП =(0,15-0,5)-∆ при каком-то К =      РСНП ^→Δ ,

100 [Ф РСНП]       ,         ,               р                     100 [Ф РСНП]

то необходимо выполнить условие к [∑        ∑тУ]

РСНП ^] ≥0,15→ ГОСТ Р-54059-2010,

100 [ФРСНП]              ,, при котором:

витамин С – (А – ΙΙ – 1 – БВДЕ)

витамин Р – (Б – Ι – 1 – 2 – 3 АВД)

витамин Е – (Б – Ι – 1 – 2 – 3 –ВЕ)

витамин А – (Б – Ι – 1 – 2 – 3 – Е)

< пищевые волокна – (А – Ι – 3 – 4 –

–

ΙΙ – 1 – ΙΙΙ – 1 – 2 – 3 ВГЕ)

ΙΙ группа ΙΙΙ группа

ɷ -3/ ɷ -6=С18:2/С18:3 – (А – ΙΙ – 1 –      ΙV группа

–

ΙΙ – 2 – ΙΙΙ – 1- 1- В)

N →[ N ] и t_г →[ tг ] ,

Ι группа

где Х i , У j – масса i -го вида продукта и j -го вида биологически активного сырья; k – коэффициент перевода, мг; α – массовая доля ФЦК; n , m – число физиологически ценных ингредиентов (ФЦИ) соответствующего вида, состава и свойств; Δ i – недостаток i -го ФЦИ в сырье; К – показатель фактического присутствия ФЦИ в сырье к требуемому по рекомендуемой суточной норме его потребления (РСНП); Ф i ^РСНП – рекомендуемая норма потребления i -го ФЦИ согласно формуле сбалансированного питания; N – органолептический показатель качества специального или функционального пищевого продукта (ФПП); [N] – допустимое значение показателя качества, соответствующего ФПП; t г – срок годности ФПП; [ t г ] – допустимый срок годности ФПП; η – коэффициент усвояемости.

С учётом разработанной концепции и математической модели определены основные направления и проведены исследования по созданию продуктов специальной и функциональной направленности с использованием биологически активного сырья Дальневосточного региона. Разработка технологии и научно обоснованных рецептур: 1) соево-ягодных (белково-углеводных) пастообразных продуктов; 2) кваса и других напитков брожения на основе белково-витаминной (соевоягодной) сыворотки; 3) хлебобулочных изделий с использованием белково-углеводной (соевоморковной, соево-имбирной и соево-цитрусовой) муки; 4) белково-витаминных (соево-ягодных) соусов-майонезов; 5) белково-витаминных (соево-ягодных) соусов-концентратов; 6) мучных кулинарных изделий в виде тортов, рулетов с белково-витаминной (соево-ягодной) начинкой.

На рис. 1 приведена обобщённая технологическая схема безотходного получения продуктов специальной и функциональной направленности с использованием соевого, корнеплодноовощного, ягодного и другого вспомогательного сырья [7–9].

Сырье, продукты и компоненты

Ягодное

Соевое

Корнеплодное и овощное

Мука

Масло

Вспомогательное

Брусника, клюква, голубика, черника, жимолость, лимонник, калина, рябина, боярышник, виноград амурский

Семена, шрот, мука

Морковь, перец, тыква, свёкла, им-

к

Щ й S Щ о а с

S со к сб

Щ

и

м ч

й

и со S ч

Щ

Соль, перец, сахар, дрожжи, цедра и т.д.

и

ID ID и О О > ИМИ

Получение соков, купажа, пасты, пюре и т.д.

Получение белково-витаминной дисперсной системы на основе соевоовощных и соевокорнеплодных композиций

Ком-пози-зи-ции

Купаж

Комбинации

Пюре на основе ягодной мезги

Соки и купаж

БВДС*

НСОО* НСКО

Термокислотная коагуляция

Формованные

Коагулят

Сыворотка

Сушка

Измельчение

Получение композиций

Разработка рецептур продуктов питания специальной и функциональной направленности путём моделирования состава и свойств

Квасы и др. напитки брожения

Хлебобулочные изделия

Кулинарные изделия

Соусы-майонезы

Соусы-концентраты и т.д.

Пище-концентраты

Рис. 1. Обобщённая технологическая схема получения продуктов питания специальной и функциональной направленности:*БВДС - белково-витаминная дисперсная система;

НСОО - нерастворимый соево-овощной остаток; НСКО - нерастворимый соево-корнеплодный остаток

На рис. 2 приведён алгоритм выбора оптимального варианта при конструировании продуктов специального и функционального назначения. Данная схема не исключает использования мясного и молочного сырья.

Исходные данные

• 1.    Полная характеристика ягодного, соевого, овощного, корнеплодного и другого сырья

  • 1.1.    Органолептическая характеристика (вкус, цвет, структура, консистенция и т.д.)

  • 1.2.    Биохимический состав (соотношение Б: Ж: У)

  • 1.3.    Аминокислотный состав (соотношение ∑НАК:∑ЗАК)

  • 1.4.    Жирнокислотный состав (соотношение ПНЖК : МНЖК, ω-3:ω-6)

  • 1.5.    Содержание витаминов и минеральных веществ

  • 1.6.    Теплофизические характеристики

  • 1.7.    Микробиологические характеристики

  • 1.8.    Показатели безопасности сырья

• 2.    Полная характеристика компонента

  • 2.1.    Вид компонента (мука, масло, вторичное сырьё, крупа и т.д.)

  • 2.2.    Органолептическая характеристика компонента (вкус, цвет, структура, консистенция и т.д.)

  • 2.3.    Химический состав

  • 2.4.    Аминокислотный состав (соотношение ∑НАК:∑ЗАК);

  • 2.5.    Жирнокислотный состав (соотношение ПНЖК:МНЖК,ω-3:ω-6)

  • 2.6.    Содержание витаминов и минеральных веществ

  • 2.7. Теплофизические характеристики

  • 2.8.    Физико-химические характеристики

  • 2.9. Структурно-реологические показатели

• 3.    Микробиологические показатели и показатели безопасности

• 4.    Показатели хранимоспособности

  
  
  
  

  Рис. 2. Блок-схема выбора рационального варианта при конструировании продуктов питания специального и функционального назначения

  Заключение . Проведенные исследования позволили разработать концептуальные основы создания продуктов питания специализированного назначения, включающие совокупность научно обоснованных подходов по использованию основных видов биологически активного сырья Дальне-

  
  

восточного региона, разработке соответствующих методов его трансформации путем изучения кинетики биотехнологических процессов получения композиции пищевых систем, а также математической модели и алгоритма конструирования продуктов питания заданного состава и свойств.