Системный анализ пищевой и биологической ценности аналога мясного полуфабриката из продуктов переработки сои

В современной пищевой промышленности происходят быстрые преобразования: важными трендами стали локальность и качество продуктов, что в совокупности оказывает непосредственное влияние на рынок. Наблюдается рост фермерских и натуральных продуктов, появляются продукты с «чистой этикеткой» (Clean Label), без генно-модифицированных организмов (ГМО) и искусственных добавок, также производители пищевой про- дукции стали сосредотачиваться на создании растительных альтернатив [1–4].

В процессе создания продуктов на растительной основе целесообразно применять принцип пищевой комбинаторики, подразумевающий проектирование новых рецептур путем тщательного отбора сырья и ингредиентов для обеспечения необходимых сенсорных и физико-химических свойств, а также пищевой и биологической ценности [5–7]. Важными факторами для получения аналогов мясных продуктов заданного качества являются вкус, аромат и консистенция. Наряду с этим, важно предлагать потребителям разнообразные продукты растительного происхождения с высокой питательной ценностью, что обеспечит более широкий выбор продуктов питания, доступных на рынке [8, 9].

В исследованиях по вопросам моделирования продуктов питания отмечается, что достижение уровня сбалансированности состава пищевых продуктов может быть достигнуто только за счет их многокомпонентности, что продиктовано возможностью регулирования химического состава продуктов в соответствии с современными требованиями науки о питании [10, 11]. При этом моделируемые продукты должны характеризоваться максимально приближенным к эталону нутриент-ным составом, сбалансированным по всем основным веществам (белкам, жирам, углеводам, минеральным веществам и витаминам), употребление которых обеспечит необходимую суточную калорийность и будет способствовать профилактике алиментарных заболеваний [12–14].

В последние годы индустрия аналогов мяса успешно сформировала растущий мировой рынок. Однако перед производителями и исследователями стоят задачи, включающие поиск новых технологий и ингредиентов для получения наилучшего соотношения между составом, текстурой и сенсорными свойствами [15]. Поэтому при разработке растительных продуктов, имитирующих продукты животного происхождения, необходимо обеспечить не только вкусовые характеристики, но и большое количество белка с полноценным и легкоусвояемым содержанием незаменимых аминокислот [16].

Цель исследования – критериальная оценка и системный анализ сбалансированности рецептурного состава модельных образцов аналога мясного полуфабриката из продуктов переработки сои, спроектированных матричным методом рецептурных расчетов.

Объекты и методы исследований

Контрольным образцом выступал мясорастительный полуфабрикат охлажденный из мяса птицы рубленый формованный с заменой хлеба пшеничного на овсяные хлопья [17]. Объектами исследования являлись модельные образцы аналога мясного полуфабриката из продуктов переработки сои с овсяными хлопьями и пюре из тыквы в дозировке

5; 10 и 15 % от массы продукта, спроектированные с использованием табличного процессора Microsoft Excel (Microsoft, США), с надстройкой «Поиск решения» [18]. Замена и подбор компонентов осуществлялись так, чтобы обеспечить имитацию «мяса» и максимальное приближение массовых долей нутриентов к контролю: белка – 17,0 %, жира – не более 2,0 %, углеводов – не менее 6,5 %, сухих веществ – не менее 27,0 %. В результате вычислений получили следующие рецептуры модельных образцов аналога мясного полуфабриката из продуктов переработки сои (табл. 1).

Системный анализ – универсальный научный метод, подразумевающий разделение общей единой математической модели на блоки, взаимодействующие между собой [19];

для анализа применялись критерии для оценки аминокислотного состава и его сбаланси- рованность в проектируемом полуфабрикате, предложенные академиком Н.Н. Липатовым и И.А. Роговым.

Коэффициент утилитарности j-й незаменимой аминокислоты (КУНА, αj, доли ед.) рассчитывается по формуле a j =

С min

Cj  ^,

где C _min – минимальный скор незаменимых аминокислот оцениваемого белка по отношению к физиологически необходимой норме (эталону), % или доли ед.; C j – скор j -й незаменимой аминокислоты по отношению к физиологически необходимой норме (эталону), % или доли ед.

Коэффициент утилитарности аминокислотного состава (КУАС, U , доли ед.), численно характеризующий сбалансированность незаменимых аминокислот А j по отношению к физиологически необходимой норме (эталону) А э j , рассчитывается по формуле

n

У Aj

¹ - х ^=1----- min     n

У А, i=1

.

Показатель сопоставимой избыточности

(ПСИ, о) - содержание незаменимых амино- кислот, характеризующее суммарную массу незаменимых аминокислот, не используемых на анаболические цели, в таком количестве белка оцениваемого продукта, которое эквивалентно по их потенциально утилизируемо-

Таблица 1

Рецептуры контрольного образца и модельных образцов аналога мясного полуфабриката из продуктов переработки сои

Ингредиенты Контроль Варианты рецептур образцов, расход ингредиентов, кг на 100 кг (без учета потерь) образец 1 образец 2 образец 3 Мука соевая текстурированная (в сухом виде) – 19,70 19,70 19,70 Филе без кожи охлажденное из мяса цыплят-бройлеров 66,00 — Хлопья овсяные «Геркулес» 5,00 5,00 10,00 15,00 Изолят соевого белка – 6,10 5,40 4,80 Яйцо куриное пищевое 1,50 — — Пюре из тыквы – 15,00 10,00 5,00 Вода питьевая 16,50 42,70 43,40 44,00 Лук репчатый свежий 6,00 5,00 5,00 5,00 Сухари панировочные 3,00 – – – Отруби овсяные хрустящие – 4,00 4,00 4,00 Соль поваренная пищевая 1,00 1,00 1,00 1,00 Перец черный молотый 0,50 0,50 0,50 0,50 Чеснок сушеный молотый 0,50 0,50 0,50 0,50 Паприка копченая молотая – 0,50 0,50 0,50 Масса, кг 100,00 100,00 100,00 100,00 му содержанию 100 г белка-эталона, рассчитывается по формуле

n

£ ( A j - С min X А э j )

о = -----_F^.        (3)

С min

Идеальные значения показателей, приближенных к эталонному значению, должны быть равны: a , = 1, U = 1, о = 0.

Коэффициент различия аминокислотных скоров (КРАС, %) показывает среднюю величину избытка аминокислотного скора незаменимых аминокислот по сравнению с наименьшим уровнем скора какой-либо незаменимой аминокислоты и рассчитывается по формуле

n

£ a pac i

KPAC = -i^------ x 100 %,       (4)

n где n – количество незаменимых аминокислот (n = 8); ∆РАСi – разность между значением аминокислотного скора i-й незаменимой аминокислоты и аминокислотным скором первой лимитирующей аминокислоты, рассчитываемая по формуле

A PAC i = A AKC i + AKC min ,      (5)

где ∆ AKC_i – избыток скора i -й аминокислоты, %, рассчитываемый по формуле

A AKC i + AKC i - 100,           (6)

где АКС _i – аминокислотный скор для i -й незаменимой кислоты); АКС_min – скор лимитирующей кислоты, %.

Биологическую ценность белка (БЦ, %) определяют по формуле

БЦ = 100 - KPAC.         (7)

Для оценки уровня сбалансированности подструктурных элементов продукта использовались следующие безразмерные индексы [20]: сбалансированности рецептурного состава (ИСРС, U р ), витаминного состава (ИСВС, U в ), минерального состава (ИСМС, U м ), аминокислотного состава (ИСАС, U а ) и энергетической ценности (ИСЭЦ, U э ).

Частные индексы сбалансированности рассчитываются как среднее геометрическое значение. Например, формула для расчета ИСРС запишется в виде

U p = n

n n     Pj ,

V 1    '’■

где P j – массовая доля j -го рецептурного элемента (жира, белка, углевода) в продукте, мг/%; P э j – массовая доля j -го рецептурного элемента (жира, белка, углевода), соответствующая физиологически необходимой норме (эталону), мг/%; n – количество исследуемых рецептурных элементов в продукте ( n = 3).

Частный индекс сбалансированности энергетической ценности определяется по формуле

U = —, ^э

^Ээ j

где Э j – энергетическая ценность продукта, кДж; Э э j – энергетическая ценность продукта, соответствующая физиологически необходимой норме (эталону), кДж.

Обобщенная функция сбалансированности – критерий Харрингтона ( D i ) – определяется как среднее геометрическое значение от частных индексов сбалансированности и рассчитыва ется п о формуле n

D i = n П U i = ^ U р • U в • U м • U ж • U а • U э . (10) V i = 1

Идеальная сбалансированность продукта будет достигнута тогда, когда частные критерии желательности будут равны единице. Идеальная сбалансированность продукта оценивается при безразмерном критерии Харрингтона, равном D i = 1.

Результаты исследования и их обсуждение

При разработке рецептуры аналога мясного полуфабриката из продуктов переработки сои была проведена комплексная оценка сбалансированности продукта по рецептурному, витаминному, минеральному и аминокислотному составу, энергетической ценности и стоимости смоделированной фаршевой системы. Количественное содержание основных питательных веществ было определено по справочным данным о химическом составе сырья. Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах определяли на основании МР 2.3.1.0253-21. Принимали следующие усредненные значения для взрослого человека физиологических потребностей в энергии – 3000 ккал/сут, белках – 80 г/сут, жирах – 80 г/сут, углеводах – 400 г/сут.

Интегральная оценка индекса сбалансированности рецептурного состава опытных образцов проектируемого полуфабриката в сравнении с контролем приведена в табл. 2.

После оптимизации рецептуры аналога мясного полуфабриката из продуктов переработки сои получаем продукты с массовой долей белка 17 %, идентичной контрольному образцу. С увеличением дозы овсяных хлопьев увеличиваются энергетическая ценность и массовая доля углеводов, что обусловлено высоким содержанием углеводов в овсе (61,8 % от массы продукта).

В модельных образцах проектируемого полуфабриката из продуктов переработки сои наблюдается пониженное содержание жира – от 1,1 до 1,7 % в сравнении с контролем, однако с более высоким содержанием полинена-сыщенных жирных кислот (табл. 3).

Образцы 2 и 3 обладают наиболее высокими индексами ИСРС ( U р ) и ИСЭЦ ( U э ). Стоимость самой дорогой из предложенных рецептур аналога мясной продукции в 1,8 раза меньше стоимости полуфабрикатов из мяса птицы (контрольного образца).

Интегральная оценка частных индексов сбалансированности витаминного, минерального и аминокислотного состава опытных образцов разрабатываемого полуфабриката из продуктов переработки сои в сравнении с контролем приведена в табл. 4 и 5.

Проведенный анализ витаминного и минерального состава модельных образцов проектируемого полуфабриката позволил установить повышение содержания макро- и микроэлементов и увеличение индекса сбалансированности минерального состава ( U м ) в два раза в сравнении с контролем на примере образца 1. Увеличилось содержание витаминов А, В₁, В₉, К, однако уменьшилось содержание витаминов В 4 , В 5 , В 6 , которые в большом количестве содержались в продуктах животного происхождения (яйца, мясо птицы), предусмотренных рецептурой контрольного образца.

На основании проведенных исследований сбалансированности пищевой и биологической ценности проектируемого продукта определена оптимальная рецептура аналога мясного полуфабриката из продуктов переработки сои с содержанием овсяных хлопьев и пюре из тыквы в равном количестве по 10 % от массы продукта (образец 2).

Таблица 2

Сравнительная оценка сбалансированности рецептурного состава в контроле и модельных образцах проектируемого полуфабриката

Показатель	Контроль	Образец 1	Образец 2	Образец 3
Массовая доля, %:
– жира	2,0	1,1	1,4	1,7
– белка	17,0	17,0	17,0	17,0
– углеводов	6,5	10,0	12,9	15,8
– сухих веществ	27,0	29,8	33,1	36,3
Соотношение Ж:Б:У	1:8,5:3,25	1:17:29,8	1:12,1:9,2	1:10:9,3
Стандарт соотношения Ж:Б:У	1:1:4
ИСРС ( U р )	0,044	0,042	0,049	0,056
Энергетическая ценность, ккал/кДж	111,98/468,08	118,0/493,3	131,9/551,6	146,21/596,5
ИСЭЦ ( U э )	0,037	0,039	0,044	0,049
Стоимость рецептурной смеси, р./100 кг	21 233,25	11 981,65	11 412,00	10 892,30

Таблица 3

Сравнительная оценка содержания липидов в контроле и модельных образцах проектируемого полуфабриката

Липидный состав	Содержание липидов, мг/г
	контроль	образец 1	образец 2	образец 3
Массовая доля жира, %	2,0	1,1	1,4	1,7
МНЖК	0,7	0,3	0,4	0,5
ПНЖК	0,4	0,5	0,6	0,7
НЖК	0,5	0,2	0,3	0,3
Соотношение МНЖК:ПНЖК:НЖК	1:0,6:0,7	1:1,6:0,7	1:1,5:0,7	1:1,4:0,7

Таблица 4

Сравнительная оценка содержания витаминов, макро- и микроэлементов и частных индексов сбалансированности в контроле и модельных образцах проектируемого полуфабриката

Витамины	Контроль	Образец 1	Образец 2	Образец 3
Содержание витаминов в рецептурах, мг/%
Ретинол (А)	0,011	0,029	0,019	0,010
Токоферол (Е)	0,480	0,211	0,274	0,338
Тиамин (В1)	0,104	0,216	0,236	0,257
Рибофлавин (В 2 )	0,079	0,073	0,075	0,078
Холин (В 4 )	61,205	7,045	8,721	10,396
Пантотеновая кислота (В5)	1,107	0,574	0,613	0,653
Пиридоксин (В 6 )	0,575	0,158	0,165	0,172
Фолиевая кислота (В9)	0,018	0,070	0,071	0,072
Филлохинон (К)	0,001	0,009	0,010	0,010
ИСВС ( U в )	0,051	0,050	0,052	0,052

Окончание табл. 4

Витамины	Контроль	Образец 1	Образец 2	Образец 3
Содержание минералов в рецептурах, мг/%
Калий (К)	247,1	551,0	559,0	567,1
Кальций (Са)	22,2	64,6	65,9	67,2
Натрий (Na)	258,9	393,2	394,0	394,8
Магний (Mg)	67,5	76,7	82,6	88,4
Фосфор (P)	143,8	186,4	201,8	217,3
Железо (Fe)	1,5	2,4	2,6	2,7
Медь (Cu)	0,1	0,9	0,9	0,9
Цинк (Zn)	1,2	0,9	1,0	1,1
Марганец (Mn)	0,3	1,1	1,3	1,5
ИСМС ( U м )	0,128	0,252	0,267	0,281

Таблица 5

Сравнительная оценка биологической ценности частных индексов и обобщенных критериев сбалансированности контрольного и модельных образцов проектируемого полуфабриката

Незаменимые аминокислоты	Содержание незаменимых аминокислот и аминокислотный скор, мг/г белка
	контроль		образец 1		образец 2		образец 3
Валин	42,67	85,3	15,97	31,9	18,53	37,1	21,09	42,2
Изолейцин	37,36	93,4	14,49	36,2	16,32	40,8	18,15	45,4
Лейцин	64,62	92,3	24,31	34,7	27,19	38,8	30,08	43,0
Лизин	80,53	146,4	19,09	34,7	21,00	38,2	22,92	41,7
Метионин+цистин	26,70	76,3	10,82	30,9	12,69	36,3	14,56	41,6
Треонин	36,37	90,9	12,96	32,4	14,71	36,8	16,46	41,1
Триптофан	13,02	130,2	5,22	52,2	6,11	62,1	7,01	70,1
Фенилаланин+тирозин	61,59	102,7	28,87	48,1	33,34	55,6	37,81	63,0
ИСАС	1,0		0,37		0,42		0,47
КУАС	0,757		0,845		0,871		0,881
ПСИ, %	6,51		5,92		5,04		4,78
Критерий Харрингтона	0,101		0,095		0,105		0,114
Биологическая ценность, %	21,5		17,2		19,4		21,5

Ниже более подробно описана и графически проиллюстрирована сбалансированность пищевой и биологической ценности модельного образца 2 аналога мясного полуфабриката из продуктов переработки сои. На рис. 1 представлены значения уровня сбалансированности витаминного состава исследуемого образца полуфабриката при употреблении в пищу продукта взрослым населением, а на рис. 2 – смоделированные данные уровня соответствия минерального состава физиологической норме.

Употребление в пищу взрослым населением разрабатываемой продукции в количестве 100 г на 17,8 % покроет суточную норму в витамине В 9 , на 15,8 % – в витамине В 1 , на

Е (15 мг ток. экв./сут) 20,0

17,0

Рис. 1. Уровень сбалансированности витаминного состава аналога мясного полуфабриката из продуктов переработки сои, % (образец 2)

Рис. 2. Уровень сбалансированности минерального состава аналога мясного полуфабриката из продуктов переработки сои, % (образец 2)

12,3 % – в витамине В5. Аналог мясного полуфабриката из продуктов переработки сои (образец 2) содержит большое количество меди и марганца, и 100 г продукта позволит обеспечить для взрослого человека их ежедневную норму на 89,2 % и 64,3 % соответственно.

В табл. 6 представлен расчет показателей сбалансированности и биологической ценности аналога мясного полуфабриката из продуктов переработки сои с овсяными хлопьями и пюре из тыквы (образец 2): показатель утилитарности аминокислотного состава (КУАС = = 0,871), показателя сопоставимой недостаточности (ПСИ = 5,04 %), индекса сбалансирован- ности аминокислотного состава (ИСАС = 0,42) и биологической ценности (БЦ = 19,4 %).

Выводы

Проведена интегральная оценка уровня сбалансированности подструктурных элементов и биологической ценности модельных образцов аналога мясного полуфабриката из продуктов переработки сои. На основе представленных данных можно наблюдать уменьшение содержания незаменимых аминокислот и ИСАС в сравнении с контролем. Хоть соевый фарш и обладает высоким содержанием белка, но по аминокислотному составу проигрывает мясному сырью (мясу птицы и яйцу). Однако обобщенный критерий Харрингтона и биологическая ценность образца 2 проектируемого

Таблица 6

Оценка сбалансированности и биологической ценности аналога мясного полуфабриката из продуктов переработки сои (образец 2)

Показатель	в В Ч св m	в В )В о Ч О со S	В В я )В о |=:	В я о со В |=:	+ | g О о	В В о	К о S	+ В s в м е
Содержание незаменимых аминокислот A j , мг/г белка	18,53	16,32	27,19	21,00	12,69	14,71	6,11	33,34
Содержание в продукте A j , г/100 г белка	1,85	1,63	2,72	2,10	1,27	1,47	0,61	3,33
Взрослые A э j , мг/г белка	50,0	40,0	70,0	55,0	35,0	40,0	10,0	60,0
Взрослые A э j , г/100 г белка	5,0	4,0	7,0	5,5	3,5	4,0	1,0	6,0
Минимум в продукте, мг/г белка	6,11
Аминограмма (взрослые) A j /A э j	0,37	0,41	0,39	0,38	0,36	0,37	0,61	0,56
Аминограмма (взрослые) АКС, %	37,1	40,8	38,8	38,2	36,3	36,8	61,1	55,6
Сумма незаменимых аминокислот взрослые A э j	36,0
Сумма незаменимых аминокислот расчетная A j	15,0
КУАС	0,871
с ■ min	0,36
Отношение A i /Aэ j	0,37	0,41	0,39	0,38	0,36	0,37	0,61	0,56
КУНА	0,98	0,89	0,93	0,95	1,00	0,99	0,59	0,65
ИСАС	0,42
C min × A э j	1,81	1,45	2,54	1,99	1,27	1,45	0,36	2,18
A j – C min × Aэ i	0,04	0,18	0,18	2,10	0,00	0,02	0,25	1,16
Сумма (A j – C min × A э i )	3,93
ПСИ, %	5,04
Критерий Харрингтона D i	0,105
Различие аминокислотного скора (РАС)	99,207	95,984	122,300	117,3 77	63,731	63,22 3	38,85 1	44,432
Сумма РАС	645,104
КРАС, %	80,64
БЦ, %	19,4