Математическое моделирование рецептур новых поликомпонентных продуктов из малоценных видов рыб

УДК 664.952.001.573

С. В. Золотокопова, О. М. Проталинский, И. С. Лучшева, Е. Ю. Лебедева

МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ РЕЦЕПТУР НОВЫХ ПОЛИКОМПОНЕНТНЫХ ПРОДУКТОВ ИЗ МАЛОЦЕННЫХ ВИДОВ РЫБ

Введение

Ведущие ученые-гигиенисты установили, что содержание в рационах только животного или только растительного белка снижает их биологическую ценность по сравнению с биологической ценностью их смеси в оптимальном соотношении.

В связи с этим производство поликомпонентных продуктов питания возможно лишь при условии наиболее полной сбалансированности ингредиентов по химическому составу (содержанию аминокислот, жирных кислот, витаминов, минеральных веществ), совместимости продуктов и сочетания их функционально-технологических свойств.

Известно, что большинство растительных белков и часть животных являются неполноценными, поэтому получение готового продукта с заданными качественными характеристиками возможно путем математического моделирования его рецептурного состава. Особое внимание уделяется подбору растительных ингредиентов, их соотношению и совместимости с рыбным сырьем. Кроме того, в улучшении органолептических свойств продуктов важную роль играют пряно-коптильные экстракты.

В этом отношении очень перспективны рыбоовощные фаршевые продукты, изготовленные из малоценного или нетрадиционного сырья. Использование растительного сырья в производстве рыбоовощных продуктов питания улучшает их вкусовые и ароматические свойства, повышает влагоудерживающую способность, подготавливает оптимальные условия для гидротермического расщепления коллагена, что способствует увеличению выхода готовой продукции, а также повышает их оксистабильность.

Поликомпонентные продукты представляют собой измельченные или гомогенизированные системы с преимущественным содержанием рыбного сырья. Нежная консистенция достигается специальными способами обработки сырья и подбором ингредиентов рецептуры. Паштеты, расфасованные в оптимально удобную упаковку, пользуются большим спросом у населения и считаются деликатесным продуктом.

В связи с вышеизложенным целью работы являлось изучение возможности получения новых поликомпонентных продуктов из малоценного рыбного сырья.

Разработка рецептуры включает в себя:

— определение оптимального соотношения мяса рыбы и овощей путем математического моделирования;

— подбор оптимального количества вкусовых добавок и определение их влияния на вкус и аромат продукта;

— разработка методами математического моделирования рецептур новых видов пищевых продуктов, ароматизированных коптильными и пряно-коптильными СО2-экстрактами.

Материалы и методы исследования

В качестве сырья для разработки рецептур и технологий новых видов фаршевых рыборастительных продуктов использовали: растительные ингредиенты, рыбный фарш из частиковых пород рыб, коптильный и пряно-коптильный СО2-экстракты и др. Основные показатели качества исходных продуктов и готовых изделий определяли общепринятыми и стандартными методами [1].

При проведении аналитических исследований для определения качества и безопасности полученных пряно-коптильных препаратов и новых видов продуктов использовали современные методы физико-химического анализа; методы высокоэффективной газожидкостной и тонкослойной хроматографии.

Результаты исследования и их обсуждение

Для приготовления рыбоовощных фаршевых изделий могут быть использованы многие промысловые виды рыб, при обработке которых традиционными способами не вырабатывается продукция, пользующаяся достаточным спросом. Это производство позволяет получать продукцию высокой пищевой ценности, богатую белком, жиром и минеральными веществами за счет использования различных пищевых и вкусовых добавок [2].

Производство продуктов питания, отвечающих заданным требованиям, предполагает сбалансированность химического состава всех ингредиентов и соответствие органолептическим характеристикам продукта. Рецептурный состав композиций готовых продуктов с заданными качественными характеристиками определяли путем математического моделирования.

В экспериментальных работах при поиске оптимальных условий проведения технологических процессов, подборе рецептур и т. д. можно использовать метод последовательного симплекс-планирования [3].

Этот метод предусматривает экономный многошаговый процесс движения к экстремальному значению целевой функции с одновременным, если это необходимо, описанием целевой функции в соответствующей области многофакторной зависимости типа

у = ао + а1 Х1 + а2 Х2 + аз Х3 + ... + ак хк,

где к - число факторов, влияние которых на целевую функцию изучается.

Симплексом в к-мерном пространстве называют выпуклый многогранник, имеющий к + 1 вершину, каждая из которых определяется пересечением к гиперплоскостей данного пространства. Симплексом в двухмерном пространстве служит треугольник.

При планировании экспериментов обычно используют регулярные симплексы. Симплекс называют регулярным, если расстояния между всеми его вершинами в принятой системе координат равны, т. е. треугольник является равносторонним.

Для того чтобы сделать симплекс регулярным, используют линейное преобразование

7 — 7

X, =-*-^, i = 1, 2,..., к,

, ^ > > > > > где 7,о - ,-я координата центра плана; 7, - интервал варьирования для ,-го фактора.

Метод последовательного симплекс-планирования состоит в следующем: исходную серию опытов планируют так, чтобы точки, соответствующие условиям проведения этих опытов, образовывали регулярный симплекс в факторном пространстве. После проведения опытов выявляется вершина симплекса, отвечающая условиям, при которых получают наихудшие результаты. Далее строится новый симплекс, для чего наихудшая точка исходного симплекса заменяется новой, расположенной симметрично относительно центра грани симплекса, находящейся против наихудшей точки. Новая точка вместе с оставшимися снова образует регулярный симплекс, смещенный в факторном пространстве в направлении повышения качества процесса. Шаговое восхождение с последовательным отбрасыванием наихудших точек повторяется до экстремальной (оптимальной) области.

На рис. 1 показана схема достижения экстремума методом симплекс-планирования при отыскании наибольшего значения целевой функции двух факторов - Х1 и Х2.

%2.\

Рис. 1. Оптимизация процесса с помощью симплекс-планирования при влиянии на процесс двух факторов

В исходном симплексе (точки 1-3) худшей оказалась точка 3. Точка 4 является зеркальным отражением худшей точки относительно С - центра грани 1-2. В новом симплексе 1, 2, 4 худшей оказалась точка 2. Вместо неё строится новая точка 5 и получается новый симплекс 1, 4, 5. Далее движение осуществляется аналогичным способом до достижения области экстремума.

Достоинством симплекс-метода является то, что если в результате исследования вводится новый фактор, влияющий на процесс, то это можно сделать, проведя дополнительно всего 1 опыт. Симплекс-метод позволяет найти оптимальное значение для исследуемых факторов.

При разработке технологии приготовления рыборастительного продукта в качестве основного сырья использовали фарш из частиковых рыб. Переменным фактором в начальной стадии исследования являлось количество моркови и рисовой крупы.

Основной уровень и интервалы варьирования факторов, принятые при моделировании, указаны в табл. 1.

Таблица 1

Основной уровень и интервалы варьирования факторов

Фактор Массовая доля моркови к массе фарша, % Массовая доля рисовой крупы к массе продукта, %

7і0 7і° = 117

Л7і Л7і = 10 лг2 = 2

Целью исследования являлось получение рыборастительного продукта с максимально возможными вкусовыми достоинствами, которые оценивались органолептически с учетом следующих показателей: внешний вид, консистенция, запах и вкус. Так как в исследовании не ставилась задача получить математическую зависимость качества рыбоовощного продукта от переменных факторов, для перечисленных показателей качества количественная (балльная) оценка не проводилась, а осуществлялось простое ранжирование.

Условия проведения первых трех опытов симплексного планирования для к = 2 определяли, выделив из матрицы подматрицу, содержащую два столбца и три строки, преобразовав формулу кодирования следующим образом:

7 _ 70 1 7

где 71 = 7° + Х1  Л71.

План эксперимента (начального симплекса) со значениями факторов в фиктивной и натуральной размерности представлен в табл. 2.

Таблица 2

Начальный симплекс со значениями факторов в фиктивной и натуральной размерности

Номер опыта I фактор II фактор

1 0,5 12,2 0,289 10,578

2 -0,5 10,7 0,289 10,578

3 0 11,7 -0,578 8,844

По результатам исследования был сделан вывод, что к фаршу рыбы можно добавлять до 18 % моркови (массовая доля к массе фарша) и до 10 % рисовой крупы.

Нами создано несколько блоков электронных баз данных по технологии, химическому составу пищевых ингредиентов, входящих в рецептурный состав новых видов фаршевых рыбоовощных продуктов. Экспертная система позволила сбалансировать новые виды продуктов по основным пищевым компонентам и отобрать лучшие рецептурные композиции.

При моделировании рецептур фаршевых рыбоовощных продуктов мы использовали базу данных, состоящую более чем из 100 компонентов, из которых выбирали наиболее соответствующие требованиям моделирования. В результате были получены 3 рецептуры, наиболее полно отвечающие заданным требованиям. Состав рецептурных композиций приведен в табл. 3.

Таблица 3

Рецептуры рыбоовощных паштетов

Ингредиент Массовая доля, % в рецептуре

№ 1 № 2 № 3

Фарш рыбный 30,0-32,3 50,0 45,0

Шпик боковой - - 15,0

Лук репчатый 10,0-10,5 12,4 9,0

Морковь 18,0-17,6 14,3 9,0

Картофель - - 6,0

Капуста 26,0-24,3 - -

Свекла - 10,2 -

Томат-паста 5,0—5,1 5,1 -

Рис 9,0-8,2 - 8,0

Крупа манная - - 4,0

Соевая мука - 6,0 -

СО2-экстракт пряно-коптильный 0,08 0,1 0,3

Чеснок свежий - - 0,15

Соль пищевая поваренная 1,8-1,82 1,8-1,82 2,5

Сахар-песок - - 0,15

Каррагинан - - 0,5

Ферментированный рис - - 0,05

Аминокислотный состав белка смоделированных и рыборастительных рецептур представлен в табл. 4.

Таблица 4

Содержание незаменимых аминокислот в новых видах продуктов

Аминокислота Рецептурные композиции рыбоовощного паштета

№ 1 № 2 № 3

Валин 4,23 5,45 5,70

Изолейцин 3,78 4,39 5,25

Лейцин 6,73 7,87 9,18

Лизин 7,35 7,92 8,66

Метионин + цистин 3,12 3,56 3,80

Треонин 3,87 4,30 4,65

Триптофан 0,63 1,13 1,06

Фенилаланин + тирозин 6,54 7,95 8,24

Анализ жирнокислотного состава рыбоовощного паштета выявил несоответствие содержания жирных кислот существующим требованиям. Для получения продуктов, сбалансированных по жирнокислотному составу, мы ввели в состав рыбоовощных паштетов дополнительные жиросодержащие компоненты растительного происхождения, такие как оливковое и кукурузное масло. В результате корректировки были получены требуемые величины насыщенных жирных кислот (НЖК), мононенасыщенных жирных кислот (МНЖК) и полиненасыщенных жирных кислот (ПНЖК), а также оптимальные соотношения между ними (табл. 5).

Таблица 5

Жирнокислотный состав рыбоовощного паштета

Жирная кислота Рецептурные композиции рыбоовощного паштета

№ 1 № 2 № 3

НЖК 23,51 29,13 30,54

МНЖК 39,42 48,89 46,93

ПНЖК 12,34 10,30 10,72

Определение природы возникновения в рыбоовощных паштетах особых аромата и вкуса при добавлении коптильных экстрактов является сложным, т. к. трудно установить, что в большей степени определяет аромат и вкус: взаимодействие коптильных компонентов с продуктом или степень влияния каждого из коптильных компонентов на аромат [4].

Мы устанавливали математическую зависимость между органолептической оценкой (у) и содержанием коптильных экстрактов в продукте (х) в виде линейного уравнения регрессии у = а + вх, в котором а и в представляют собой коэффициенты регрессии, определяемые

несложными вычислениями. Пользуясь полученным уравнением, адекватно отражающим взаимосвязь между органолептическими оценками и содержанием коптильных экстрактов, определяют необходимое количество этих экстрактов в продукте в соответствии с требуемой степенью проявления вкусовых свойств продукта. Результаты исследований представлены на рис. 2.

у, г/100 кг

Рис. 2. Зависимость закладки коптильных экстрактов от органолептической оценки вкуса и аромата рыбоовощного паштета.

Коптильные экстракты: 1 - из рогоза, улавливающего дым из коптильной камеры;

2 - из рогоза, улавливающего дым из пиролитической камеры; 3 - из пиролизной древесины;

4 - из шкурок и плавников; 5 - из смеси пиролизной древесины и шрота пряностей;

6 - купаж из смеси пиролизной древесины и шрота пряностей и экстракта перца черного

Таким образом, специфические аромат и вкус копчения, возникающие в результате обработки рыбоовощного паштета коптильными экстрактами, являются результатом воздействия многих факторов. К их числу следует отнести аромат и вкус самих компонентов экстрактов -фенолов, карбонильных соединений, кислот (главные факторы), а также веществ, образующихся при взаимодействии компонентов коптильного экстракта и компонентов продукта.

Заключение

В результате математического моделирования рецептур определено оптимальное соотношение количества мяса рыбы, овощей и коптильных экстрактов в поликомпонентных продуктах, а также их влияние на вкус и аромат рыбоовощных паштетов, изготовленных из малоценного рыбного сырья.

При математическом моделировании новых рецептур поликомпонентных продуктов целесообразно использовать методы симплекс-планирования и экспертные системы для оптимизации органолептических свойств и пищевой ценности.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. ГОСТ 7636-85. Рыба. Морские млекопитающие, морские беспозвоночные, водоросли и продукты их переработки. Методы анализа. - Введ. 1985-01-01. - М.: Изд-во стандартов, 1985.

2. Безуглова А. В., Касьянов Г. И., Палагина И. А. Технология производства паштетов и фаршей. - Ростов н/Д: Изд. центр «МарТ», 2004. - 210 с.

3. Савин В. Н. Методы математического моделирования. - Краснодар: КНИИХП, 2002. - 36 с.

4. Андреенков В. А., Алехина Л. В., Мишарина Т. А. Оценка качества вкусоароматообразующих добавок // Мясная индустрия. - 1997. - № 1. - С. 16-17.

Статья поступила в редакцию 1.03.2011

MATHEMATICAL MODELING OF FORMULATIONS OF NEW MULTICOMPONENT PRODUCTS FROM NOT VALUABLE KINDS OF FISH

S. V. Zolotokopova, O. M. Protalinskiy, I. S. Luchsheva, E. Yu. Lebedeva

The optimal correlation of fish, vegetables and smoking extracts in multicomponent products is determined as a result of the mathematical modeling of formulations, and their influence on the taste and fragrance of fish-vegetable paste, made from not valuable kinds of fish, is also estimated.

Key words: simplex-method, fish-vegetable paste, smoking extracts.