Методологический подход к проектированию рецептур композитных смесей для хлебобулочных изделий

Современная пирамидальная модель «здорового» питания базируется на продуктах, получаемых из зерна, крупы и муки, особо востребованными из которых являются хлеб и хлебобулочные изделия. Работы в области основ рационального питания, потребностей человека в пищевых нутриентах и энергии, а также исследование биологической ценности данного вида продукции показали, что пшеничные сорта хлеба имеют существенный дефицит алифатической аминокислоты лизина (АС - 45-50%) [1,с.11-14].

Цель исследования заключалась в разработке рецептур полифункциональных композитных смесей повышенной биологической ценности для хлебобулочных изделий с использованием нетрадиционного натурального, в том числе и вторичного, сырья.

Для расчёта рецептуры мучных композитов использовали программное обеспечение на языке «Delphi» под названием «Расчёт рецептуры композитной смеси». Программа предусматривает расчёт рецептуры по следующим показателям: процентное содержание компонента в смеси; содержание функциональных ингредиентов в композитной смеси [2,с.16-18].

Моделирование рецептур сводится к нахождению некоторой области G-многофакторного n-мерного пространства R_n, отвечающей ограничениям, поставленным целью проектирования. В качестве многомерного пространства может выступать линейная форма вида:

где n - количество ингредиентов в рецептуре; m - количество компонентов в i-ом ингредиенте продукта; X_k - k-ый ингредиент в рецептуре; C_i - массовая доля i-го компонента в X_k ингредиенте, %.

Область G определяется системой неравенств, представляющих собой ограничения, накладываемые на содержание b_ii-х компонентов рецептуры, и сводится к отысканию экстремума:

Включение в рецептуру хлеба дополнительных видов сырья с повышенным, относительно муки пшеничной сортовой, содержанием белка и особенно наиболее дефицитной алифатической диаминомонокарбоновой аминокислоте – лизину способствует повышению его биологической ценности [3,с.22-23].

В качестве потенциальных ингредиентов композитных смесей использовали мучнистые продукты и полуфабрикаты из нетрадиционных для хлебопекарного производства зерновых, псевдозерновых, зернобобовых культур и вторичного сырья консервного производства. Биологическую ценность белка ингредиентов определяли по критериям Н.Н. Липатова и И.А. Рогова, основанным на принципе Митчелла-Блока [4,с. 9-15].

Образцами сравнения служили эталонный белок по FAO/WHO и мука пшеничная I – го сорта (табл.1).

Таблица 1.

Биологическая ценность потенциальных ингредиентов композитных смесей по расчётным показателям

Экспертным путём в результате ранжирования основных показателей были выделены продукты-лидеры. По совокупности показателей биологической ценности мучные продукты и порошкообразные полуфабрикаты из рассматриваемых видов сырья можно разместить в такой последовательности (по убывающей): ЗП→ФМ→ГМ и Гр.М→ ПТВ→ОМ и АМ→ПОП→ЯМ→ ПСШ→МП. Отсюда следует, что по биологической ценности мука пшеничная сортовая существенно уступает предлагаемым ингредиентам смесей.

Рассмотрим модель компьютерного эксперимента на примере одной из разработанных нами композитных смесей, включающей муку пшеничную 1-го сорта, гороховую муку, тонкоизмельчённые пшеничные отруби и томатные выжимки. Критерием оптимизации являлась массовая доля лизина. Учитывалось также соотношение лизина (Lys.), треонина (Trn.) и метионина (Met.).

Состав лимитирующих аминокислот основных ингредиентов композитной смеси представлен в табл. 2.

Таблица 2.

Состав лимитирующих аминокислот основных ингредиентов композитной смеси

*Средняя дневная потребность в лизине 4000 мг

Первое условие: Компонентный состав смеси должен соответствовать требованию уравнения:

0,29 х₁+1,55 х₂ +0,60 х₃ +2,64 х₄ ≥ 0,400 (г) (10% лизина)

Второе условие: Z = х₁ + х₂ + х₃ + х₄ = 100; х₁≥ 60%

По этим данным и условиям было составлено одно уравнение с тремя неизвестными. Такое уравнение невозможно решить методами Гаусса, Симплекса, поэтому использовали метод вариантов. Установлено, что первый элемент (х₁) смеси должно быть не менее 60% (условие №2). Исходя из этого сумма остальных элементов составит 40%. Поставив для каждого элемента соответствующий процент так, чтобы сумма остальных трёх элементов (х₂+х₃+х₄) была не менее 40% вычисляли массовую долю лизина в них и проверяли её соответствие первому условию:

1-вариант: х₂=1%, х₃=18% и, соответственно, х₄=11% в сумме 30%;

2-вариант: х₂=1%, х₃=5% и, соответственно, х₄=14% в сумме 20%.

Основным требованием программы является выполнение удовлетворяющих вариантов и по себестоимости (по приоритетам). Для этого отбирали максимальные значения элементов с наименьшей себестоимостью для получения экономического эффекта.

Установлено, что рассматриваемая композитная смесь в 1-ом варианте (70:30) содержит 414 мг, во 2-ом варианте (80:20) – 415 мг лизина на 100 г смеси. Принимаем 2-ой вариант. Смесь для получения 450 г хлеба (выход 133%) будет включать в себя следующие компоненты, в г: мука пшеничная хлебопекарная I–го сорта – 270,3 (80,0%); мука гороховая – 3,4 (1,0%) ; пшеничные отруби – 17,0 (5,0%); томатные выжимки – 47,3 (20,0%). Использование предлагаемой композитной смеси в производстве пшеничных сортов хлеба позволит в среднем в 2,4 раза увеличить содержание в нём самой дефицитной аминокислоты – лизина. При этом в данной композиции соотношение между лизином, треонином и метионином составляло 1,0:1,06:1,11 (по лизину) при оптимальном соотношении данных аминокислот - 1,0:0,52:0,67 (по эталонному белку), то есть в данной смеси нам не удалось выполнить это условие.

Провели серию лабораторных выпечек хлеба с использованием предлагаемой композитной смеси по общепринятой методике. Образцом сравнения (контроль) служили изделия из муки пшеничной 1-го сорта.

В опытных вариантах отмечалось закономерно ожидаемое снижение удельного объёма хлеба в среднем на 5,6 % относительно образца сравнения за счёт того, что в составляющих смеси (помимо муки пшеничной) не содержатся белки, способные образовывать гидратированный белковый студень - клейковину. При этом опытные образцы имели лучшие органолептические показатели (84 балла против 80 баллов в контрольном образце).

Таким образом, представленный нами довольно упрощённый метод проектирования композитных смесей по определённому лимитирующему показателю позволяет создать композицию из нескольких видов сырья для повышения биологической ценности хлеба и хлебобулочных изделий. Следует отметить, что программа имеет простой и в то же время удобный Windows-интерфейс для пользователей и ряд преимуществ, однако имеются и недостатки. Так, для обеспечения нормального функционирования данной программы требуется персональный компьютер с такими параметрами, как 1Ghz 256 MB Ram, 32 Mb 3D Card.