Способ производства специализированного пищевого продукта
Владельцы патента RU 2770868:
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего образования "Кубанский государственный технологический университет" (RU)
Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к производству специализированных пищевых продуктов пониженной калорийности и низким гликемическим индексом, и предназначенных для питания людей, страдающих или имеющих предрасположенность к сахарному диабету, ожирению или избыточному весу. Предложен способ производства специализированного экструдированного пищевого продукта, включающий подготовку бобовых культур путем очищения их от примесей, последующего дробления и увлажнения, перемешивания с последующей выдержкой, и экструдирование, при этом дробление бобовых культур производят до размера частиц 1-2 мм, увлажнение дробленных бобовых культур проводят в два этапа, на первом этапе осуществляют увлажнение дробленных бобовых культур жидким белковым компонентом до влажности 20-30% с выдержкой в течение 8-10 мин при температуре 80±5°С, на втором этапе осуществляют увлажнение полученной смеси растительно-белковым жидким компонентом до влажности 30-60%, путем соединения при непрерывном перемешивании до получения однородной массы, после чего выдержку проводят в течение 20-30 мин при температуре 45±5°С с последующим экструдированием с помощью холодной экструзии при температуре от 50-60°С и давлении от 6 до 10 МПа, при этом исходные компоненты берут в следующем соотношении, мас.%: бобовые культуры 40,0-70,0; жидкий белковый компонент 20,0-30,0; растительно-белковый жидкий компонент 10,0-30,0, причем в качестве жидкого белкового компонента используют мацони 1,5% жирности с кислотностью 140°Т, а в качестве растительно-белкового жидкого компонента используют смесь, полученную путем соединения предварительно подготовленных и измельченных до размера частиц 0,7-0,8 мм сырых клубней топинамбура с жидким белковым компонентом, взятых в соотношении 2:1 соответственно, с последующим перемешиванием до однородной массы и выдерживанием в течение 5-10 мин при температуре 70±5°С. В качестве бобовых культур используют фасоль и/или чечевицу. Изобретением обеспечивается способ производства специализированного экструдированного пищевого продукта, обладающего пониженной калорийности и низким гликемическим индексом, позволяющий расширить ассортимент продукции для лиц с предрасположенностью или страдающих заболеваниями: сахарным диабетом, ожирением и избыточным весом. 1 з.п. ф-лы, 2 табл., 3 пр.
Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к производству специализированных пищевых продуктов пониженной калорийности и низким гликемическим индексом, и предназначенных для питания людей, страдающих или имеющих предрасположенность к сахарному диабету, ожирению или избыточному весу.
Известен способ производства обогащенного белком продукта и получаемый продукт [Патент № 2704288 от 25.10.2019 г], включающий просеивание исходных продуктов, увлажнение до 13,5-19,5%, выдерживание в бункере, экструдирование с одновременным формированием брикета на зернопроцессорах при температуре 210-280°С в течение 5-10 секунд, при следующем соотношении исходных ингредиентов, г/кг готового продукта:
| цельное зерно пшеницы | 530,0-745,0 |
| цельное зерно ржи | 25,5-34,5 |
| крупа рисовая | 55,0-92,0 |
| крупа гречневая | 46,8-80,0 |
| зернобобовые (чечевица или горох, или нут, или фасоль) | 85,0-300,0 |
| хлопья овсяные пророщенные | 4,3-5,8 |
| соль | 26,0-35,0 |
| приправы | |
| специи |
Недостатком данного способа является использование в качестве исходных продуктов компонентов с высоким содержанием углеводов, а также использованием в качестве технологических приемов увлажнения смеси с последующим экструдированием при высокой температуре 210-280°С. Совокупность указанных технологических приемов приводит к физико-химическим превращениям углеводов, что способствует образованию легко усваиваемых моно- и дисахаридов, что в свою очередь повышает калорийность и гликемический индекс готового продукта.
Наиболее близким к заявляемому является способ производства протеиновых цельнозерновых чипсов [Патент № 2732917 от 24.09.2020 г.], предусматривающий использование следующего состава: цельная рисовая крупа или смесь цельной рисовой и кукурузной круп, зерно бобовых культур (горох или фасоль, или чечевица, или соя, или их смесь), дополнительное внесение киноа, или семена амаранта, или чиа, или льна, или их смеси, розмарин, базилик, Прованских трав, Итальянских трав, натуральных ароматизаторов, натуральных красителей, витаминно-минеральную смесь; и включающий подготовку крупы и бобовых путем очищения их от примесей, последующего дробления до размера частиц 3-11 мм и увлажнения водой до 14,5-19,0% в вертикальных смесителях путем подачи туда воды, перемешивания с целью равномерного распределения воды с последующей выдержкой в течение 2-4 часов, добавление морской соли, экструдирование увлажненной зернобобовой смеси под давлением 120-160 бар с одновременной выпечкой и брикетированием с двойным прессованием между нагретыми пресс-формами до температуры 220-240°С, при этом исходные компоненты берут в следующем соотношении, мас. %:
| крупа рисовая или смесь крупы рисовой и кукурузной | 50,0-80,0 |
| бобовые культуры | 20,0- 60,0 |
| соль морская | 0,1-3,0 |
| вода | остальное |
Недостатком данного способа является применение состава для производства цельнозерновых чипсов, включающего компоненты с высоким содержанием углеводов, а также использованием в качестве технологических приемов увлажнения состава для производства цельнозерновых чипсов водой и выдержкой в течение 2-4 часов с последующим экструдированием при высокой температуре 220-240°С. Совокупность указанных технологических приемов приводит к физико-химическим превращениям углеводов, что способствует образованию легко усваиваемых моно- и дисахаридов, что в свою очередь повышает калорийность и гликемический индекс готового продукта.
Задачей, решаемой изобретением, является усовершенствование способа производства специализированного пищевого продукта, позволяющего расширить ассортимент продукции для лиц с предрасположенностью или страдающих заболеваниями сахарным диабетом, ожирением и избыточным весом.
Техническим результатом изобретения является снижение калорийности и гликемического индекса специализированных пищевых продуктов.
Технический результат достигается тем, что способ производства специализированного экструдированного пищевого продукта, включающий подготовку бобовых культур, путем очищения их от примесей, последующего дробления и увлажнения, перемешивание с последующей выдержкой, и экструдирование, отличающийся тем, что дробление бобовых культур производят до размера частиц 1-2 мм, увлажнение дробленных бобовых культур проводят в два этапа, на первом этапе осуществляют увлажнение дробленных бобовых культур жидким белковым компонентом до влажности 20-30% с выдержкой в течение 8-10 мин при температуре 80±5°С, на втором этапе осуществляют увлажнение полученной смеси растительно-белковым жидким компонентом до влажности 30-60%, путем соединения при непрерывном перемешивании до получения однородной массы, после чего выдержку проводят в течение 20-30 мин при температуре 45±5°С с последующим экструдированием с помощью холодной экструзии при температуре от 50-60°С и давлении от 6 до 10 МПа, при этом исходные компоненты берут в следующем соотношении, мас. %:
| Бобовые культуры | 40,0-70,0 |
| Жидкий белковый компонент | 20,0-30,0 |
| Растительно-белковый жидкий компонент | 10,0-30,0 |
причем в качестве жидкого белкового компонента используют мацони 1,5% жирности с кислотностью 140°Т, а в качестве растительно-белкового жидкого компонента используют смесь, полученную путем соединения предварительно подготовленных и измельченных до размера частиц 0,7-0,8 мм сырых клубней топинамбура с жидким белковым компонентом, взятых в соотношении 2:1 соответственно, с последующим перемешиванием до однородной массы и выдерживанием в течение 5-10 мин при температуре 70±5°С.
В качестве бобовых культур использовали фасоль и/или чечевицу.
Используемые бобовые культуры, жидкий белковый компонент (мацони 1,5% жирности с кислотностью 140°Т) и растительно-белковый жидкий компонент, полученный из смеси измельченных сырых клубней топинамбура и жидкого белкового компонента, характеризуются пониженным гликемическим индексом и пониженной калорийностью ввиду особенностей химического состава.
Применяемый в качестве жидкого белкового компонента мацони 1,5% жирности с кислотностью 140°Т характеризуются высоким содержанием молочной кислоты. При увлажнении измельченных бобовых культур на первом этапе жидким белковым компонентом до 20-30% и выдержкой в течение 8-10 мин при температуре 80±5°С происходит кислотный гидролиз углеводов бобовых культур с образованием моносахаридов.
Образовавшиеся моносахариды дробленных бобовых культур частично с белками жидкого белкового компонента образуют белково-углеводные комплексы, которые при попадании в организм человека подвергаются более медленному расщеплению на моносахариды под действием ферментов желудочно-кишечного тракта, что не вызывает резкого повышения сахара в крови. Жиры, входящие в состав жидкого белкового компонента, также способствуют замедлению усваиваемости углеводов организмом человека. Таким образом, снижается гликемический индекс готового продукта, что позволяет использовать предлагаемый специализированный пищевой продукт в питании людей, страдающих или имеющих предрасположенность к сахарному диабету, ожирению или избыточному весу.
Экспериментально доказано, что предварительное дробление бобовых культур до размера частиц 1-2 мм и увлажнение жидким белковым компонентом на первом этапе до 20-30% и выдержкой в течение 8-10 мин при температуре 80±5°С способствует интенсификации процесса гидролиза углеводов и образования белково-углеводных комплексов. Дробление бобовых культур до размера частиц 1-2 мм позволяет увеличить площадь взаимодействия поверхности дробленых частиц с жидким белковым компонентом.
Установлено, что дробление частиц до размера более 2 мм приводит к повышению продолжительности выдерживания смеси дробленных бобовых культур с жидким белковым компонентом, а также необходимости увлажнения дробленых культур более чем на 30%, что в дальнейшем приводит к ухудшению органолептических показателей готового продукта. При внесении более 30% жидкого белкового компонента на первом этапе увлажнения готовый продукт приобретает неприятный кислый вкус и запах.
Дробление бобовых культур до размера частиц менее 1 мм не целесообразно, а при увлажнении дробленых бобовых культур менее чем 20% степень интенсификации процесса гидролиза углеводов и образования белково-углеводных комплексов снижается в несколько раз.
Выдержка дробленных бобовых культур с жидким белковым компонентом менее 8 мин способствует частичному гидролизу углеводов, поскольку молочная кислота является слабой органической одноосновной кислотой, а выдержка более 10 мин - не целесообразна.
При соединении измельченных сырых клубней топинамбура с жидким белковым компонентом в экспериментально установленном соотношении (2:1) и выдерживании в течение 5-10 мин при температуре 70±5°С. под действием молочной кислоты происходит частичный кислотный гидролиз инулина. Это связано с тем, что молочная кислота является слабой одноосновной органической кислотой и при соотношении измельченных сырых клубней топинамбура с жидким белковым компонентом как 2:1 количества молочной кислоты не достаточно для протекания полного кислотного гидролиза инулина. При кислотном гидролизе инулин расщепляется на фруктозу, которая усваивается организмом человека без выделения инсулина. При этом, фруктоза не вызывает резкого повышения сахара в крови и характеризуется пониженным гликемическим индексом.
Экспериментально доказано что предварительное измельчение сырых клубней топинамбура до размера частиц 0,7-0,8 мм и перемешивание до однородной консистенции и выдерживанием в течение 5-10 мин при температуре 70±5°С с жидким белковым компонентом с кислотностью 140°Т способствует интенсификации кислотного гидролиза инулина. Кроме того, под действием молочной кислоты происходит инактивация ферментов, входящих в состав сырых клубней топинамбура-полифенолоксидазы и пероксидазы. Это способствует предотвращению нежелательных процессов окисления, вызывающих потемнение клубней топинамбура и ухудшающих внешний вид готовых изделий.
Установлено, что выдерживание измельченных сырых клубней топинамбура с жидким белковым компонентом с кислотностью 140°Т менее 5 мин не приводит к гидролизу инулина, а увеличение продолжительности выдерживания более 10 мин не целесообразно.
При увлажнении на втором этапе смеси из дробленных бобовых культур и жидкого белкового компонента до 30-60%, путем соединения смеси с растительно-белковым жидким компонентом инулин, входящий в состав растительно-белкового жидкого компонента и не подвергшийся кислотному гидролизу, вступает во взаимодействие с образовавшимися на первом этапе увлажнения моносахаридами, не вступивших во взаимодействие с белками жидкого белкового компонента, с образованием не усваиваемых организмом человека и безопасных для него комплексов, что снижает гликемический индекс специализированного пищевого продукта. Это позволяет использовать специализированный пищевой продукт в питании людей, страдающих или имеющих предрасположенность к сахарному диабету, ожирению или избыточному весу.
Экспериментально доказано, что при непрерывном перемешивании смеси из дробленных бобовых культур и жидкого белкового компонента с растительно-белковым жидким компонентом до получения однородной массы с последующей выдержкой в течение 20-30 мин при температуре 45±5°С способствует интенсификации процесса взаимодействия инулина с моносахаридами. Выдержка смеси из дробленных бобовых культур и жидкого белкового компонента с растительно-белковым жидким компонентом менее 20 мин приводит к частичному связыванию моносахаридов инулином, а выдержка более 30 мин - не целесообразна.
Установлено, что увлажнение смеси дробленых бобовых культур с жидким белковым компонентом более чем на 60% растительно-белковым жидким компонентом приводит к повышению текучести смеси. Повышение текучести смеси отрицательно влияет на процесс экструдирования и приводит к ухудшению внешнего вида пищевых продуктов, полученных после холодной экструзии. Увлажнение смеси дробленых бобовых культур с жидким белковым компонентом менее чем 30% растительно-белковым жидким компонентом также не целесообразно, поскольку не соответствует технологическим параметрам экструдирования с помощью холодной экструзии.
Применение холодной экструзии при температуре от 50-60°С и давлении от 6 до 10 МПа не оказывает значительного влияния на химические превращения пищевых веществ, входящих в состав смеси, полученной из дробленных бобовых культур и растительно-белкового жидкого компонента. При холодной экструзии протекают механические изменения в смеси с получением продукта заданной формы, не оказывая влияния на изменение гликемического индекса и калорийности специализированного пищевого продукта, что позволяет использовать специализированный пищевой продукт в питании людей, страдающих или имеющих предрасположенность к сахарному диабету, ожирению или избыточному весу.
Таким образом, совокупность заявленных в изобретении технологических приемов позволяет достичь поставленный технологический результат.
Способ производства специализированного пищевого продукта реализуется следующим образом.
Бобовые культуры, а именно нут и/или фасоль, подготавливают путем очищения их от примесей и дробления до размера частиц от 1-2 мм.
Сырые клубни топинамбура предварительно сортируют, моют, очищают от кожуры, ополаскивают и измельчают до размера частиц от 0,7-0,8 мм.
Жидкий белковый компонент, а именно мацони 1,5 % жирности с кислотностью 140°Т, процеживают.
Предварительно подготавливают растительно-белковый жидкий компонент путем соединения измельченных сырых клубней топинамбура и жидкого белкового компонента, взятых в соотношении 2:1, с последующим перемешиванием до однородной массы и выдерживанием в течение 5-10 мин при температуре 70±5°С.
Дробленные фасоль и/или нут увлажняют на первом этапе до 15-25% путем соединения с жидким белковым компонентом и последующей выдержкой до 20-30% и выдержкой в течение 8-10 мин при температуре 80±5°С.
На втором этапе увлажнение осуществляют до 30-60% путем соединения полученной смеси с растительно-белковым жидким компонентом при непрерывном перемешивании до получения однородной массы и выдерживают в течение 20-30 мин при температуре 45±5°С.
Смесь после выдержки экструдируют с помощью холодной экструзии при температуре от 50-60°С и давлении от 6 до 10 МПа, при этом исходные компоненты берут в следующем соотношении, мас. %:
| Бобовые культуры | 40,0-70,0 |
| Жидкий белковый компонент | 20,0-30,0 |
| Растительно-белковый жидкий компонент | 10,0-30,0 |
Предложенный способ получения специализированного пищевого продукта поясняется конкретными примерами.
Пример 1
Бобовые культуры, а именно фасоль, подготавливают путем очищения их от примесей и дробления до размера частиц 1 мм.
Сырые клубни топинамбура предварительно сортируют, моют, очищают от кожуры, ополаскивают и измельчают до размера частиц 0,8 мм.
Жидкий белковый компонент, а именно мацони 1,5% жирности с кислотностью 140°Т, процеживают.
Предварительно подготавливают растительно-белковый жидкий компонент путем соединения измельченных сырых клубней топинамбура и жидкого белкового компонента, взятых в соотношении 2:1, с последующим перемешиванием до однородной массы и выдерживанием в течение 5 мин при температуре 70±5°С.
Дробленную фасоль увлажняют на первом этапе до 20% путем соединения с жидким белковым компонентом и последующей выдержкой в течение 10 мин при температуре 80±5°С.
На втором этапе увлажнение осуществляют до 30% путем соединения полученной смеси с растительно-белковым жидким компонентом при непрерывном перемешивании до получения однородной массы и выдерживают в течение 30 мин при температуре 45±5°С.
Смесь после выдержки экструдируют с помощью холодной экструзии при температуре от 50°С и давлении 10 МПа, при этом исходные компоненты берут в следующем соотношении, мас. %:
| Фасоль | 70,0 |
| Жидкий белковый компонент | 20,0 |
| Растительно-белковый жидкий компонент | 10,0 |
Пример 2
Бобовые культуры, а именно чечевица, подготавливают путем очищения их от примесей и дробления до размера частиц 1,5 мм.
Сырые клубни топинамбура предварительно сортируют, моют, очищают от кожуры, ополаскивают и измельчают до размера частиц 0,75 мм.
Жидкий белковый компонент, а именно мацони 1,5% жирности с кислотностью 140°Т, процеживают.
Предварительно подготавливают растительно-белковый жидкий компонент путем соединения измельченных сырых клубней топинамбура и жидкого белкового компонента, взятых в соотношении 2:1, с последующим перемешиванием до однородной массы и выдерживанием в течение 8 мин при температуре 70±5°С.
Дробленную чечевицу увлажняют на первом этапе до 25% путем соединения с жидким белковым компонентом и последующей выдержкой в течение 9 мин при температуре 80±5°С.
На втором этапе увлажнение осуществляют до 45% путем соединения полученной смеси с растительно-белковым жидким компонентом при непрерывном перемешивании до получения однородной массы и выдерживают в течение 25 мин при температуре 45±5°С.
Смесь после выдержки экструдируют с помощью холодной экструзии при температуре 55°С и давлении 8 МПа, при этом исходные компоненты берут в следующем соотношении, мас. %:
| Чечевица | 55,0 |
| Жидкий белковый компонент | 25,0 |
| Растительно-белковый жидкий компонент | 20,0 |
Пример 3
Бобовые культуры, а именно фасоль и чечевицу, подготавливают путем очищения их от примесей и дробления до размера частиц 2 мм.
Сырые клубни топинамбура предварительно сортируют, моют, очищают от кожуры, ополаскивают и измельчают до размера частиц 0,7 мм.
Жидкий белковый компонент, а именно мацони 1,5% жирности с кислотностью 140°Т, процеживают.
Предварительно подготавливают растительно-белковый жидкий компонент путем соединения измельченных сырых клубней топинамбура и жидкого белкового компонента, взятых в соотношении 2:1, с последующим перемешиванием до однородной массы и выдерживанием в течение 10 мин при температуре 70±5°С.
Дробленные фасоль и чечевицу увлажняют на первом этапе до 30,0% путем соединения с жидким белковым компонентом и последующей выдержкой в течение 8 мин при температуре 80±5°С.
На втором этапе увлажнение осуществляют до 60% путем соединения полученной смеси с растительно-белковым жидким компонентом при непрерывном перемешивании до получения однородной массы и выдерживают в течение 20 мин при температуре 45±5°С.
Смесь после выдержки экструдируют с помощью холодной экструзии при температуре 60°С и давлении 6 МПа, при этом исходные компоненты берут в следующем соотношении, мас. %:
| Фасоль | 20,0 |
| Чечевица | 20,0 |
| Жидкий белковый компонент | 25,0 |
| Растительно-белковый жидкий компонент | 35,0 |
Гликемический индекс продуктов, полученных по известному и заявляемому способам, приведен в таблице 1.
Известно, что лицам с предрасположенностью или страдающих заболеваниями сахарным диабетом, ожирением и избыточным весом, рекомендуется включение в рацион продуктов, имеющих гликемический индекс менее 55 ед. Из таблицы 1 видно, что средний гликемический индекс специализированного пищевого продукта, полученного по заявляемому способу, ниже в сравнении со средним гликемическим индексом протеиновых цельнозерновых чипсов, полученных по известному способу.
Специализированный пищевой продукт, полученный по заявляемому способу, имеют средний гликемический индекс ниже 55 ед., что позволяет их отнести к продуктам с низким гликемическим индексом и рекомендовать их к включению в рацион лиц с предрасположенностью или страдающих заболеваниями сахарным диабетом, ожирением и избыточным весом.
В таблице 2 приведена энергетическая ценность продуктов, полученных по предложенному и заявляемому способам.
Из таблицы 2 видно, что энергетическая ценность специализированного пищевого продукта, полученного по заявляемому способу ниже энергетической ценности протеиновых цельнозерновых чипсов, полученных по известному способу, что позволяет рекомендовать специализированный пищевой продукт к включению в рацион лиц с предрасположенностью или страдающих заболеваниями сахарным диабетом, ожирением и избыточным весом.
Таким образом, разработан способ производства специализированного пищевого продукта пониженной калорийности и низким гликемическим индексом, позволяющий расширить ассортимент продукции с для лиц с предрасположенностью или страдающих заболеваниями сахарным диабетом, ожирением и избыточным весом.
Исследования выполнялись с использованием оборудования ЦКП «Исследовательский центр пищевых и химических технологий» КубГТУ (CKP_3111), развитие которого поддерживается Минобрнауки РФ (Соглашение № 075-15-2021-679).
1. Способ производства специализированного экструдированного пищевого продукта, включающий подготовку бобовых культур путем очищения их от примесей, последующего дробления и увлажнения, перемешивания с последующей выдержкой, и экструдирование, отличающийся тем, что дробление бобовых культур производят до размера частиц 1-2 мм, увлажнение дробленных бобовых культур проводят в два этапа, на первом этапе осуществляют увлажнение дробленных бобовых культур жидким белковым компонентом до влажности 20-30% с выдержкой в течение 8-10 мин при температуре 80±5°С, на втором этапе осуществляют увлажнение полученной смеси растительно-белковым жидким компонентом до влажности 30-60%, путем соединения при непрерывном перемешивании до получения однородной массы, после чего выдержку проводят в течение 20-30 мин при температуре 45±5°С с последующим экструдированием с помощью холодной экструзии при температуре от 50-60°С и давлении от 6 до 10 МПа, при этом исходные компоненты берут в следующем соотношении, мас.%:
| Бобовые культуры | 40,0-70,0 |
| Жидкий белковый компонент | 20,0-30,0 |
| Растительно-белковый жидкий компонент | 10,0-30,0 |
причем в качестве жидкого белкового компонента используют мацони 1,5% жирности с кислотностью 140°Т, а в качестве растительно-белкового жидкого компонента используют смесь, полученную путем соединения предварительно подготовленных и измельченных до размера частиц 0,7-0,8 мм сырых клубней топинамбура с жидким белковым компонентом, взятых в соотношении 2:1 соответственно, с последующим перемешиванием до однородной массы и выдерживанием в течение 5-10 мин при температуре 70±5°С.
2. Способ производства специализированного экструдированного пищевого продукта по п. 1, отличающийся тем, что в качестве бобовых культур используют фасоль и/или чечевицу.
