Разработка технологии белково-углеводных батончиков из растительного сырья Байкальской природной территории

Рост глобального спроса на функциональные продукты питания обусловлен необходимостью профилактики заболеваний, связанных с алиментарными факторами, а также потребностью в оптимизации рациона при повышенных физических и психоэмоциональных нагруз- ках. Современные тенденции и рынок также диктуют определенные требования к таким продуктам. Они должны сочетать в себе высокую пищевую ценность, безопасность и удобство применения. В этом контексте особое значение приобретают готовые к употреблению формы, такие как белково-углеводные батончики, обеспечивающие сбалансированное поступление нутриентов в организм [1-3]. Природно-ресурсный потенциал БПТ, характеризующийся значительным биоразнообразием дикорастущей флоры, представляет собой уникальную основу для разработки специализированных продуктов, относящихся к функциональному питанию и предназначенных для коррекции иммунитета и повышения адаптации организма к физическим и умственным нагрузкам, стрессу и другим неблагоприятным факторам [4-5]. Перспективность использования дикоросов для создания таких продуктов подтверждается богатым составом биологически активных веществ, белков и углеводов [6-8].

Как следует из вышесказанного, цель настоящего исследования заключается в создании технологии белково-углеводных батончиков на основе уникального сырья БПТ.

Для достижения цели были поставлены следующие задачи:

• –    провести анализ растительного сырья, произрастающего на БПТ;

• –    провести исследования по оптимизации рецептуры батончиков;

• –    определить технологические параметры процесса производства батончиков;

• –    разработать технологическую схему производства батончиков;

• –    получить опытно-промышленные образцы и определить показатели качества и безопасности батончиков.

Материалы и методы исследования

В качестве объектов исследования выступили опытно-промышленные образцы бел-ково-углеводных батончиков «Кедр-облепиха» и «Кедр-брусника», полученные на производственной площадке ООО «МИП «БайкалЭкоПродукт» (индустриальный партнер). Технологический процесс реализован с использованием серийно выпускаемого пищевого и специального технологического оборудования.

Ингредиенты для белково-углеводных батончиков были получены из растительного сырья с использованием запатентованных технологий [9 - 11]: кедровый жмых, обезвоженные ягоды (облепихи, брусники) и порошки из них, экстракты из листьев черной смородины (Hippophae) , листьев облепихи ( Ribes nigrum) , надземной части и корневища чабреца (Thymus serpyllum) и надземной части иван-чая ( Chamaenerion) , ягодные сиропы (облепихи, брусники). Для получения ингредиентов белково-углеводных батончиков были применены СВЧ-технологии.

Исследование опытных образцов проводили с применением стандартных методик. Органолептическую оценку осуществляли, используя установленные описательные термины. Количественное определение показателей выполняли в соответствии с требованиями: белки – ГОСТ 26889-86, влага – ГОСТ 15113.4-2021 (Метод А), зола – ГОСТ 15113.8-77, углеводы – ГОСТ 5903-89, пищевые волокна – Р 4.1.1672-03. Показатели безопасности определяли в соответствии с требованиями ТР ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции». Анализ показателей безопасности (микробиологические, микотоксины, токсичные элементы) проведен в аккредитованной лаборатории ФБУ «Бурятский ЦСМ» по стандартным методикам. Экспериментальные исследования проведены в 5-кратной повторности. Статистическую обработку результатов выполняли средствами программного обеспечения Statistica и Microsoft Excel.

Результаты исследования и их обсуждение

При разработке белково-углеводных батончиков основным требованием явилось использование в рецептуре функционально-эффективного регионального растительного сырья. В связи с этим был осуществлен подбор растительного сырья с учетом оказываемого на организм человека эффекта, обусловленного функциональными ингредиентами, входящими в его состав (табл. 1).

Таблица 1

Наименование растительного сырья	Наименование функционального ингредиента	Оказываемый эффект*
Кедровый орех	белки, углеводы, омега-3/6, витамины B, E, K, минералы (Mg, Fe, Zn)	метаболизм субстратов, антиоксидантный, поддержание деятельности сердечно-сосудистой системы, поддержание зубной и костной ткани, поддержание желудочно-кишечного тракта, поддержание иммунной системы
Ягоды облепихи	витамины C, E, флавоноиды, омега-7	антиоксидантный, поддержание иммунной системы, метаболизм субстратов
Ягоды брусники	витамины C, A, арбутин, органические кислоты	антиоксидантный, поддержание иммунной системы, поддержание зубной и костной ткани
Листья облепихи	витамины: С, Р, группы В. Дубильные вещества, флавоноиды, серотонин, тритерпеновые кислоты	поддержание сердечно-сосудистой системы, антиоксидантный, поддержание иммунной системы, поддержание зубной и костной ткани
Листья смородины	витамины: С, Р, группы В. Флавоноиды, эфирные масла, фитонциды, органические кислоты	антиоксидантный, поддержание иммунной системы, поддержание зубной и костной ткани, поддержание сердечно-сосудистой системы
Иван-чай	флавоноиды, дубильные вещества, пектины, витамины С и группы В, минералы (железо, марганец)	антиоксидантный, поддержание иммунной системы, поддержание сердечно-сосудистой системы
Чабрец	тимол, карвакрол, флавоноиды, дубильные вещества, органические кислоты, витамины С и группы В	антиоксидантный, поддержание иммунной системы, поддержание сердечно-сосудистой системы

* ГОСТ Р 55577-2013 «Продукты пищевые функциональные. Информация об отличительных признаках и эффективности».

Оказываемый функциональный эффект растительного сырья

Проведенный анализ состава регионального растительного сырья, в значительных количествах произрастающего на территории Республики Бурятия, выявил его функциональный потенциал в качестве источника биологически активных компонентов, обладающих комплексным воздействием на организм. Основу биологически активных компонентов составили витамины (C, E, группа B), минералы (Mg, Fe, Zn), флавоноиды, ω-жирные кислоты и дубильные вещества, обеспечивающие универсальное антиоксидантное действие и поддержку иммунной системы.

Наибольший интерес представляют компоненты с узко специфической активностью, такие как ω-7 - в ягодах облепихи, серотонин - в экстракте листьев облепихи и тимол - в чабреце, которые могут быть использованы для направленной коррекции метаболических, нейропротекторных и антимикробных процессов в организме. Анализ оказываемых эффектов функциональных ингредиентов подтверждает целесообразность применения данного сырья в разработке функциональных продуктов питания [4 - 8].

Экспериментальным путем было подобрано оптимальное соотношение компонентов (табл. 2) белково-углеводных батончиков. Соотношение компонентов подбирали с учетом технологических и органолептических свойств.

Таблица 2 Содержание компонентов в белково-углеводных батончиках

Наименование компонента / № опыта	Содержание компонентов, масс. %
	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Кедровый жмых	43	46	49	52	55	58	61	64	67	70
Обезвоженные ягоды	24	22	20	18	16	14	12	10	8	6
Ягодный порошок	2	2	4	6	8	10	12	14	16	18
Экстракты лекарственных растений	2,3	2,1	1,9	1,7	1,5	1,3	1,1	0,9	0,7	0,5
Ягодный сироп	28,7	27,9	25,1	22,3	19,5	16,7	13,9	11,1	8,3	5,5

Варианты соотношения компонентов в опытах 4 - 6 обеспечивали требуемую стабильность формы, равномерность окраски, благоприятные органолептические характеристики (вкус, цвет, запах) и сбалансированное содержание белков и углеводов.

Следующий этап в разработке технологии включал анализ технологических приемов и технических средств, используемых при производстве функциональных продуктов питания. Наибольшую эффективность в плане сохранения естественных свойств сырья и промышленной реализуемости продемонстрировали технологии микроволновой (СВЧ) обработки [12– 13]. На основе этих данных была разработана технологическая схема производства белково-углеводных батончиков (рис. 1), ключевым элементом которой стало применение СВЧ-оборудования.

Применение СВЧ в разработанной технологии является основой для достижения главной цели исследования: создания функционального продукта с максимально сохраненным природным нутриентным и биоактивным потенциалом уникального сырья БПТ. Оно обеспечивает щадящую, быструю и контролируемую обработку на ключевых этапах, что напрямую влияет на высокое качество, безопасность, функциональность и потребительские свойства конечных белково-углеводных батончиков, делает разработанную технологию инновационной и промышленно перспективной.

Рисунок 1 – Технологическая схема производства белково-углеводных батончиков

Предложенная технологическая схема обеспечивает как минимизацию потерь питательных веществ в ходе технологических операций, так и рост эффективности производственного процесса, удовлетворяя требованиям современной пищевой индустрии. Результаты экспериментальных исследований по установлению оптимальных режимных параметров технологических процессов отражены в таблице 3.

Таблица 3 Анализ основных технологических параметров

Наименование операции/продолжительность	№ опыта
	1	2	3	4	5
Перемешивание сухих компонентов (смесь № 1) Продолжительность, мин	1	2	3	4	5
Перемешивание смеси № 1 с сиропом - продолжительность, мин	4	6	8	10	12
- СВЧ-мощность, Вт/кг	700	600	500	400	300
- температура, °С	60	55	50	45	40
Формование Продолжительность, мин	2	4	6	8	10

В результате экспериментальных исследований было установлено, что оптимальное время перемешивания сухих компонентов (жмых, обезвоженные ягоды, ягодные порошки, экстракты) составило 3–4 мин: меньшее время нарушает однородность, большее – неэффективно [14]. При смешивании с сиропом (8–10 мин, 45 - 50 °C, СВЧ 400 - 500 Вт/кг) достигались равномерное набухание и пропитка, исключая перегрев (свыше 55 °C) или рыхлость (ниже 45 °C). Формование массы длилось 6–8 мин – сокращение времени ведет к деформации, увеличение – к избыточным затратам без улучшения качества. Общая длительность ключевых этапов (смешивание, формование) составила 17–22 мин, полный цикл (подготовка и приемка сырье, упаковка, маркировка) – 55–60 мин [14].

Согласно разработанной технологической схеме, были получены опытные образцы белково-углеводных батончиков (рис. 2) на производственной площадке индустриального партнера ООО «МИП “БайкалЭкоПродукт”».

Рисунок 2 – Опытные образцы белково-углеводных батончиков

Для комплексной оценки качества полученных опытных образцов белково-углеводных батончиков были проведены органолептический анализ, оценка безопасности в соответствии с действующими стандартами, а также исследования химического состава, пищевой и энергетической ценности.

Таблица 4

Химический состав, пищевая и энергетическая ценность белково-углеводных батончиков

Наименование показателя	Содержание в 100 г
	«Кедр-облепиха»	«Кедр-брусника»
Содержание белков, г	22,3	21,9
Содержание углеводов, г	21,9	20,0
Содержание жира, г	9,5	8,7
Содержание золы, %	3,32	2,85
Содержание влаги, %	6,5	5,5
Содержание пищевых волокон: -    нерастворимые, г -    растворимые, г	10,7 7,0	10,0 6,5
Пищевая ценность, ккал	262,3	245,9

Из таблицы 4 следует, что оба образца характеризуются высоким содержанием углеводов и белков, удовлетворяющих 18–24 % от суточной нормы для взрослого населения России (114 г/сут - для мужчин, 90 г/сут - для женщин), что обеспечивает поддержку метаболических процессов и мышечной активности. Полученные белково-углеводные батончики можно отнести к высокобелковым продуктам, так как содержание белка составляет 35 % от энергетиче- ской ценности продукта. Преобладание белка в батончиках позволяет их также назвать бел-ково-углеводными (согласно ГОСТ 34006-2016 «Продукция пищевая специализированная. Продукция пищевая для питания спортсменов. Термины и определения»). Содержание в бел-ково-углеводных батончиках пищевых волокон (как растворимых, так и нерастворимых) на 80 % способно удовлетворить суточную потребность в них взрослого населения. Растворимые пищевые волокна оказывают влияние на уровень глюкозы и инсулина в организме, а также – пребиотическое действие, связывают и выводят тяжелые металлы. Нерастворимые волокна выполняют функции энтеросорбента. Все это свидетельствует о функциональном потенциале разработанных белково-углеводных батончиков. Низкое содержание влаги в образцах дополнительно подчеркивает технологическую стабильность и потребительскую пригодность продукта.

Для оценки потребительских характеристик разработанных белково-углеводных батончиков «Кедр-облепиха» и «Кедр-брусника» был проведен органолептический анализ. Критериями оценки служили внешний вид, цвет, запах и вкус готовых образцов. Результаты анализа представлены в таблице 5.

Таблица 5 Органолептические показатели белково-углеводных батончиков

Наименование батончика	Внешний вид	Цвет	Запах и вкус
Кедр-облепиха	батончик прямоугольной формы размером 20 x 70 x 15, поверхность ровная, слегка волнистая, отчетливо видны лепестки цельного жмыха и ягоды, с вкраплением ягодного порошка, без посторонних примесей	кремово-желтый с оранжевым оттенком, свойственный используемым компонентам	ярко выраженный запах кедрового ореха и облепихи, выраженный вкус кедрового ореха с привкусом облепихи, кисло-сладкий вкус, без постороннего привкуса и запаха
Кедр-брусника		кремово-розовый с бордовым оттенком, свойственный исполь зуемым компонентам	ярко выраженный запах кедрового ореха и брусники, выраженный вкус кедрового ореха с привкусом брусники, кисло-сладкий вкус, без постороннего привкуса и запаха

Из таблицы 5 и рисунка 2 видно, что разработанные белково-углеводные батончики обладали однородной структурой, ярко выраженными вкусоароматическими характеристиками, соответствующими используемому сырью, а также эстетически привлекательным внешним видом.

Таблица 6 Показатели безопасности белково-углеводных батончиков

Наименование показателя		Допустимый уровень по ТР ТС 021/2011	Результаты испытаний
			«Кедр-облепиха»	«Кедр-брусника»
Микробиологические показатели
КМАФАнМ, КОЕ/г, не более		5 x 103	1,2 x 103	1,1 x 103
Плесени, КОЕ/г, не более		50	не обнаружены
Дрожжи, КОЕ/г, не более		50	не обнаружены
масса продукта (г), в которой не допускается	БГКП (колиформы)	1,0	не обнаружены в 1,0 г
	патогенные микроорганизмы в том числе сальмонеллы	25	не обнаружены в 25 г
Токсичные элементы
Свинец, мг/кг, не более		1,0	менее 0,03	менее 0,02
Мышьяк, мг/кг, не более		1,0	менее 0,02	менее 0,01
Кадмий, мг/кг, не более		0,1	менее 0,01	менее 0,01
Ртуть, мг/кг, не более		0,01	менее 0,003	менее 0,003
Микотоксины
Афлатоксин В1		0,005	менее 0,003	менее 0,003

Исследования показали, что белково-углеводные батончики «Кедр- облепиха» и «Кедр-брусника» соответствуют требованиям ТР ТС 021/11 «О безопасности пищевой продукции».

Результаты проведенных исследований учитывались при разработке проекта технических условий и технологической инструкции по производству батончиков в соответствии с требованиями ТР ТС 021/2011. В дальнейшем планируется исследовать функциональные свойства полученного продукта.

Проведенные исследования подтвердили возможность получения белково-углеводных батончиков из растительного сырья Байкальской природной территории.

На разработанную технологию получен патент на изобретение RU №2830303С1 «Способ получения белково-углеводных батончиков» [14].

Заключение

Проведен подбор перспективного растительного сырья, произрастающего на Байкальской природной территории, для разработки продуктов здорового питания (батончиков). В состав белково-углеводных батончиков включили кедровый жмых, обезвоженные ягоды (облепихи, брусники) и порошки из них, экстракты из листьев черной смородины ( Hippophae) , листьев облепихи ( Ribes nigrum) , надземной части и корневища чабреца (Thymus serpyllum) и надземной части иван-чая ( Chamaenerion) , ягодные сиропы (облепихи, брусники). Анализ химического состава данного растительного сырья выявил его функциональный потенциал в качестве источника биологически активных компонентов, обладающих комплексным воздействием на организм.

Установлены технологические параметры процесса производства белково-углеводных батончиков: время перемешивания сухих компонентов составило 3 - 4 мин, смешивания с сиропом - 8 - 10 мин (при 45 - 50 °C, СВЧ 400 - 500 Вт/кг), формования массы - в течение 6 - 8 мин. Общая продолжительность основных этапов (смешивание, формование) составила 17 - 22 мин, полный цикл (подготовка и приемка сырья, упаковка, маркировка) – 55 - 60 мин.

Разработана технология, в соответствии с которой получены опытные образцы бел-ково-углеводных батончиков «Кедр-облепиха» и «Кедр-брусника» и определены показатели их качества: химический состав, пищевая и энергетическая ценность, свидетельствующие о соответствии требованиям ТР ТС 021/11 «О безопасности пищевой продукции».

Внедрение данной технологии обеспечит высокоэффективное использование дикоросов Республики Бурятия за счет выпуска уникальной продукции, произведенной с применением инновационных методов, а также поддержит местных производителей и переработчиков дикорастущего сырья.

Исследование проведено при поддержке Фонда содействия инновациям в рамках реализации проекта «Разработка и исследование рецептуры инновационных орехово-ягодных батончиков с адап-тогенным, иммуномодулирующим, детоксикационным действием, получаемых из растительного сырья Байкальской природной территории» (Старт-Взлет (II очередь) и Государственной программы поддержки университетов «Приоритет 2030» в рамках реализации стратегического технологического проекта «Функциональные ингредиенты из регионального растительного сырья и продукты функционального назначения с их использованием» (Бурятия - территория здорового питания).