Оптимизация состава молочно-растительных творожных батончиков для детей

Питание является одним из важных факторов, обеспечивающих адекватный рост и развитие детей, их устойчивость к действию неблагоприятных факторов и высокую эффективность обучения. Питание оказывает влияние на здоровье ребенка, его физическое и интеллектуальное развитие [1].

В различные возрастные периоды жизни, отличающиеся физиологическими особенностями и потребностями организма в основных питательных веществах, при определенных состояниях здоровья и физического развития, с учетом индивидуальных особенностей, как, например, непереносимость определенных пищевых компонентов, должно быть обеспечено полноценное питание, позволяющее детскому организму гармонично развиваться [2]. С этой точки зрения молоко и молочные про- дукты занимают важное место в ежедневном рационе детей [3–5].

В последние годы в производстве молочных продуктов широкое распространение получило направление, связанное с разработкой комбинированных продуктов функционального и специализированного назначения [6–9]. Это вызвано необходимостью организации рационального сбалансированного питания, а также для того, чтобы повысить объем производства, так как применение различных растительных добавок способно влиять на технологические показатели молочного сырья [10]. Разработка молочных продуктов с добавлением растительного сырья имеет большие перспективы.

При разработке комбинированных продуктов на молочной основе необходим обоснованный выбор компонентов, с помощью которых можно регулировать содержание незаменимых аминокислот, полиненасыщенных жирных кислот, пищевых волокон, витаминов, жизненно важных макро- и микроэлементов и других необходимых для организма человека веществ.

На сегодняшний день на молочной основе с использованием широкого спектра разных пищевых компонентов растительного и животного происхождения вырабатываются кисломолочные напитки, плавленые и мягкие сыры, творожные изделия и много других продуктов [11-14].

Растительное сырье оказывает благотворное воздействие на отдельные системы организма человека, изменяет структуру и химические свойства продукта, а также обогащает необычной вкусовой гаммой и оригинальным внешним видом [15]. Растительные добавки в виде муки, пищевых волокон, круп можно добавлять не только как обогатитель продукта, но и как загуститель и стабилизатор. Например, рисовая мука обладает влагосвязывающей способностью, поэтому Блинова (2017) предлагает применять данный вид муки как натуральный стабилизатор для производства сыров, йогуртов и мороженого [16]. Для разработки нового молочнорастительного продукта рекомендуют использовать ржаную крупу. В её составе содержатся большое количество пищевых волокон, макро- и микроэлементов и витаминов группы B и E. Результаты исследований показали, что содержание белка, жира и углеводов в опытном образце выше, чем в контрольном, также новый продукт обладает хорошими структурно-механическими показателями [17]. Известно использование отрубей в составе молочно-растительных творожных изделий [18].

Мука из семян тыквы также может выступать в качестве растительной добавки для обогащения молочных продуктов. Её рекомендуют употреблять людям, которые занимаются умственным трудом, так как семена тыквы улучшают память, повышают работоспособность, снижают уровень стресса в организме. Она является источником полноценного белка, содержание которого составляет около 40 %, также в муке содержатся незаменимые и заменимые аминокислоты. Результаты исследований показали, что при добавлении растительной добавки в виде тыквенной муки содержание кальция увеличилось на

9,53 %, а массовая доля лактозы на 0,36 % [11, 19].

Овсяная мука является источником незаменимых аминокислот, благодаря которым ее белки близки по своему составу к мышечному белку. Данная мука содержит такие витамины, как B1, B2, E и PP, а также кальций, магний, фосфор и железо. Кроме того, она содержит большое количество пищевых волокон и растительных жиров.

Целью работы является оптимизация рецептуры молочно-растительных творожных изделий с помощью методов математического моделирования.

Материалы и методы

Объектом исследования являются молочно-растительные творожные изделия, покрытые пектиновой оболочкой, в состав которых входят следующие компоненты: мягкий сыр, сливки 33 %, яблочный сок и различные виды муки мука.

Для получения основы молочнорастительных изделий с заданными характеристиками проведена оптимизация рецептуры для определения оптимального содержания различных компонентов в рецептуре.

Для расчета введены обозначения: j - индекс различного наименования компонента (j = 1, 2..., n); i - индекс питательного вещества (i = 1, 2..., m); X j - искомая часть содержания j-го компонента в составе единицы продукта, Ь ; - требуемое количество i-го питательного вещества в рецептуре; a j - содержание i-го питательного вещества в единице j-го вида компонента.

Обозначим через х 1 - содержание в рецептуре мягкого сыра, х₂ - содержание тыквенной муки, X 3 - содержание сливок, X 4 - содержание овсяной муки, x_1-4 - искомый удельный вес включения в состав продукта каждого вида сырья.

С учетом принятых обозначений математическая модель оптимизации искомой рецептуры выглядит следующим образом.

Для каждого питательного вещества было рассчитано его количество в рецептуре молочно-растительных изделий по формуле:

^b = Z ;= iXjd j ⁽¹⁾ при условиях:

• 1)    наличия в рецептуре требуемых ингредиентов:

• а)    по максимальной границе

^= ixjaj <  b i ;

• б)    по минимальной границе

• ∑    ^xjatj ≥ b i ;

• 2)    формирования единицы смеси

∑7=1 Xj = 1;

• 3)    неотрицательности переменных

X] ≥0, j =1,2,…, n ․

• 4)    получение единицы продукта: x₁ + x₂ + x₃ + x₄ +x₅= 1;

• 5)    получение неотрицательных переменных, так как данная математическая модель была дополнена условиями по обязательному включению всех видов компонентов в данный продукт в заданном количестве:

x 1 , x 2 , x 3 , x 4 , x 5 ≥ 0;

• 6)    функцией цели выбрана себестоимость, которая стремится к минимальному значению.

При формировании балансовых уравнений ориентировались на требования нормативной документации ГОСТ 32263-2013 «Сыры мягкие. Технические условия».

Результаты исследований и обсуждение

При формировании исходной матрицы использовали данные о сырье, представленные в табл. 1–3.

В соответствии с ГОСТ 32263-2013 «Сыры мягкие. Технические условия» разрабатываемый молочно-растительный продукт должен содержать не менее 45 % жира и не более 60 % влаги. Также при оптимизации учитывали содержание витаминов и минеральных веществ. Их содержание в продукте определяли с учетом суточных норм потребления для детей от 7 до 11 лет (табл. 4).

В соответствии с ГОСТ Р 52349-2005 «Продукты пищевые. Продукты пищевые

Таблица 1

Содержание питательных веществ в используемом сырье

Наименование компонента	Массовая доля, %
	белка	жира	пищевых волокон	влаги
Мягкий сыр	16,5	18	–	62
Сливки 33 %	2,3	33	–	59
Мука тыквенная	40	10	6	5
Мука овсяная	13	6,8	4,5	9

Таблица 2

Содержание витаминов в используемом сырье

Наименование компонента	Наименование витаминов, мг
	A	B 2	B 9	H	PP
Мягкий сыр	0,11	0,3	0,035	0,0051	3,8
Сливки 33 %	0,27	0,11	–	–	0,5
Мука тыквенная	0,001	0,153	0,058	–	4,987
Мука овсяная	0	0,1	–	–	4,3

Таблица 3

Содержание минеральных веществ в используемом сырье

Наименование компонента	Наименование минеральных веществ, мг
	Кальций	Магний	Фосфор	Марганец	Медь	Молибден
Мягкий сыр	150	23	220	0,008	0,074	0,0077
Сливки 33 %	18	16	86	0,57	0,1	0,0125
Мука тыквенная	86	7	58	–	–	–
Мука овсяная	56	110	350	–	–	–

Таблица 4

Суточная норма потребления витаминов и минеральных веществ для детей

Минеральные вещества Суточная норма потребления, мг/сут Витамины Суточная норма потребления, мг/сут Кальций 1100 A 0,7 Магний 250 B2 1,2 Фосфор 1100 B9 0,2 Медь 0,7 H 0,02 Молибден 0,05 PP 13 Марганец 2 функциональные. Термины и определения» содержание данных нутриентов в продукте должно составлять от 10 до 50 % от суточной нормы.

Для проведения оптимизации были сформированы следующие балансовые уравнения:

• 1.    Наличие в вырабатываемом продукте жира в пересчете на сухое вещество не менее 45 %, д.ед.

• 2.    Наличие в вырабатываемом продукте не более 60 % влаги, д.ед.

• 3.    Наличие в вырабатываемом продукте суточной нормы потребления следующих витаминов, д.ед.:

(0,18x 1 + 0,1x 2 + 0,33x 3 + 0,068x 4 ) * 100 / (100 – – (0,62x 1 + 0,05x 2 + 0,59x 3 +

+ 0,09x 4 )) ≥ 0,45.

0,62x 1 + 0,05x 2 + 0,59x 3 + 0,09x 4 ≤ 0,6.

• а)    витамина A

0,11x 1 + 0,01x 2 + 0,27x 3 ≥ 0,07,

0,11x 1 + 0,01x 2 + 0,27x 3 ≤ 0,35,

• б)    витамина B₂

0,3x 1 + 0,153x 2 + 0,11x 3 + 0,1x 4 ≥ 0,12,

0,3x 1 + 0,153x 2 + 0,11x 3 + 0,1x 4 ≤ 0,6,

• в)    витамина B₉

0,035x 1 + 0,058x 2 ≥ 0,02,

0,035x 1 + 0,058x 2 ≤ 0,1,

• г)    витамина H

0,051x 1 ≥ 0,002,

0,051x 1 ≤ 0,01,

• д)    витамина PP

• 4.    Наличие в вырабатываемом продукте суточной нормы потребления следующих минеральных веществ, д.ед.:

3,8x 1 + 4,987x 2 + 0,5x 3 + 4,3x 4 ≥ 1,3,

3,8x 1 + 4,987x 2 + 0,5x 3 + 4,3x 4 ≤ 6,5,

• а)    кальция

150x 1 + 46x 2 + 86x 3 + 56x 4 ≥ 110,

150x 1 + 46x 2 + 86x 3 + 56x 4 ≤ 550,

• б)    магния

23x 1 + 592x 2 + 7x 3 + 110x 4 ≥ 25,

23x 1 + 592x 2 + 7x 3 + 110x 4 ≤ 125,

• в)    фосфора

  220x 1 + 1233x 2 + 58x 3 + 350x 4 ≥ 110,

  220x 1 + 1233x 2 + 58x 3 + 350x 4 ≤ 550,

• г)    меди

0,074x 1 + 1,343x 2 ≥ 0,07,

0,074x 1 + 1,343x 2 ≤ 0,35,

• д)    молибдена

  0,0077x 1 ≥ 0,005,

  0,0077x 1 ≤ 0,025.

• 5.    Функцией цели выбрана себестоимость, для которой введено условие получения минимального значения. Себестоимость рассчитывали следующим образом:

350x 1 + 195x 2 +198x 3 + 59x 4 → min.5

С учетом всех условий и данных был проведен поиск решений в приложении программы Excel, в результате которого получена рецептура, представленная в табл. 5.

Таблица 5

Соотношение компонентов в рецептуре

Наименование компонента	Количество, %
Мягкий сыр	84
Сливки 33 %	10
Мука тыквенная	3
Мука овсяная	3
Всего	100

Ниже представлены результаты расчета питательных веществ (табл. 6), витаминов (табл. 7) и минеральных веществ (табл. 8).

Таблица 6

Содержание питательных веществ в продукте

Наименование показателей	Массовая доля, %
	по ГОСТ 32263–2013	результаты расчета
Содержание белка	Не нормируется	15,7
Содержание жира в пересчете на сухое вещество	Не менее 45	45,5
Содержание влаги	Не более 60	58,4

Таблица 7

Результаты расчета содержания витаминов

Наименование витамина	Норма суточного потребления для детей, мг/сут	Результаты расчета, мг	Полученный % от суточной нормы
A	0,7	0,12	18
B 2	1,2	0,27	23
B 9	0,2	0,03	15
H	0,02	0,004	20
PP	13	3,52	27

Таблица 8

Результаты расчета содержания минеральных веществ

Наименование минерального вещества	Норма суточного потребления для детей, мг/сут	Результаты расчета, мг	Полученный % от суточной нормы
Кальций	1100	137,7	12
Магний	250	41,1	20
Фосфор	1100	238,1	23

По результатам расчета получена рецептура творожной основы молочно-растительных изделий с добавлением тыквенной и овсяной муки. В соответствии с ГОСТ 322632013 «Сыры мягкие. Технические условия» содержание в рецептуре жира в пересчете на сухое вещество составляет не менее 45 %, а содержание влаги не превышает 60 %. При употреблении 100 г молочно-растительных изделий в сутки потребность в указанных витаминах и минеральных веществах покроется на 12–27 %.

Таким образом, результаты оптимизации рецептуры молочно-растительного продукта показали, что добавление овсяной и тыквенной муки способствует обогащению молочного продукта витаминами и минеральными веществами. Исследования йогуртов, проведенные Канарейкиной и другими (2015) также показали, что введение в молочный продукт муки из семян тыквы увеличивает содержание витамина С и массовой доли кальция в продукте [20]. Результаты исследований йогуртов с введением овсяной муки подтвердили положительное влияние данного растительного компонента на качественные показатели и пищевую ценность молочных продуктов [21].

Выводы

Таким образом, результаты проведенных исследований свидетельствуют о целесообразности применения математического моделирования при оптимизации рецептур молочно-растительных продуктов с заданными свойствами. Сочетание в рецептуре сырной массы и таких растительных компонентов как овсяная и тыквенная мука, позволяет получить комбинированный продукт с высокой пищевой ценностью.

Статья выполнена при поддержке Правительства РФ (Постановление № 211 от 16.03.2013 г.), соглашение № 02.A03.21.0011.