ЗЕРНОВОЙ ПРОДУКТ ПОВЫШЕННОЙ ПИТАТЕЛЬНОЙ ЦЕННОСТИ С ВЫСОКИМ СОДЕРЖАНИЕМ БЕТА-ГЛЮКАНОВ Российский патент 2024 года по МПК A23L7/10 

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к производству функциональных смесей круп повышенной питательной ценности с высоким содержанием бета-глюканов.

В настоящее время актуальна проблема, связанная с позитивным питанием, созданием комбинированных продуктов, богатых жизненно необходимыми компонентами (пищевыми волокнами, в том числе бета-глюканами, полноценными белками, микронутриентами) и обеспечивающих потребность организма человека в энергии. Питание должно быть рациональным, соответствовать основным положениям науки о питании, требования которой должны учитываться при разработке стратегий пищевой промышленности. Одна из целей изобретения – возрождение традиций питания для здоровья будущих поколений, формирование культуры потребления молодого поколения через новые функциональные продукты, увеличение количества людей, заботящихся о своем здоровье.

Из уровня техники известен способ производства обогащенного белком продукта и получаемый продукт (патент на изобретение RU 2704288, опубликовано 25.10.2019). Данный способ производства обогащенного белком продукта включает просеивание исходных продуктов, увлажнение, выдерживание в бункере, экструдирование. В качестве исходных продуктов используют смесь следующих ингредиентов: цельное зерно пшеницы, цельное зерно ржи, крупу рисовую, крупу гречневую, зернобобовые и хлопья овсяные пророщенные при следующем соотношении исходных ингредиентов, г/кг готового продукта: цельное зерно пшеницы 530,0-745,0, крупа рисовая 55,0-92,0, крупа гречневая 46,8-80,0, цельное зерно ржи 25,5-34,5, зернобобовые 85,0-300,0, хлопья овсяные пророщенные 4,3-5,8, остальные компоненты 26,0-35,0, в качестве которых используют соль, приправы, специи 26,0-35,0. Зернобобовые могут быть выбраны из чечевицы, гороха, нута или фасоли. Изобретение позволяет получить обогащенный белком до содержания уровня белка 125-170 г/кг продукт с улучшенным вкусом (исключение привкуса бобовых и горечи, придание хрустящих свойств) и внешним видом (создание развитой пористости, сохранение светлого цвета, хрупкости продукта).

Известен готовый к употреблению продукт и способ его производства (патент на изобретение RU 2616379, опубликовано 14.04.2017). Указанный продукт представляет собой совокупность хлопьев, содержащих зерно в количестве от 18 до 66 вес.%, бобовые в количестве от 10 до 50 вес.%, гороховый белковый изолят в количестве от 6 до 13 вес.% и технологические добавки в количестве от 3 до 9 вес.% от общего веса указанных хлопьев. Изобретение позволяет получить зерновые хлопья, содержащие зерно, белковый изолят и бобовые, имеющие приятный вкус и структурную целостность, аналогичные вкусу и структурной целостности традиционных готовых к употреблению зерновых хлопьев.

Известные решения обеспечивают возможность получения обогащенных белком зерновых продуктов, обладающих приятным вкусом (исключение привкуса бобовых и горечи), структурной целостностью, однако полученные продукты не содержат таких важных компонентов как бета-глюканы.

Бета-глюканы – это полисахариды, которые являются одним из основных растворимых компонентов пищевых волокон зерновых культур, содержатся в клеточных стенках в основном овса, ячменя, в меньшем количестве пшеницы, ржи, кукурузы, риса, сорго.

Бета-глюканы являются природными иммуномодуляторами, они активизируют иммунные реакции, повышая скорость созревания иммунных клеток, изменяя их активность и существенно повышая срок их жизни.

Известно, что микробиота кишечника играет ключевую роль в поддержании здоровья человека. Микробиота кишечника – совокупность микроорганизмов, находящихся в тесной функциональной связи с организмом. Чтобы не допустить ухудшения функции кишечного барьера, необходимо поддерживать микробиом и включать в меню продукты, богатые пищевыми волокнами (в том числе бета-глюканами). Бета-глюканы являются растворимыми пищевыми волокнами, обладают высокой ферментативностью, благодаря чему, попадая в кишечник человека, используются как энергетический субстрат желудочно-кишечной микробиотой, в результате возрастает доля полезной микрофлоры кишечника. Посредством такой реакции количество, активность и продукция метаболитов микробиоты кишечника будут регулироваться и, таким образом, могут предотвращать возникновение различных заболеваний человека, таких как нарушения метаболизма гликолипидов, кишечные аномалии, старение, нейродегенерация, рак и депрессия.

Установлено, что бета-глюканы оказывают воздействие на снижение уровня холестерина в сыворотке крови за счет повышение вязкости перевариваемой пищи в тонком кишечнике, что снижает реабсорбцию желчных кислот, увеличивает синтез желчных кислот из холестерина, и, соответственно, уменьшает концентрацию общего холестерина, холестерина ЛНП и холестерина ЛОНП в сыворотке крови.

В первом исследовании влияния бета-глюканов на уровень холестерина (1981 год) за точку отсчета принимались 3 грамма вещества, при котором достигается положительный эффект.

Также известно, что бета-глюканы могут способствовать снижению гипергликемии и секреции инсулина, замедляя процесс всасывания пищевых веществ, в первую очередь углеводов, тем самым оказывая положительное воздействие на состояние здоровья больных сахарным диабетом, улучшая состояние сердечно сосудистой системы и стимулируя иммунитет.

Несмотря на доказанное эффективное воздействие на несколько физиологических функций организма, лишь небольшая часть рациона обычного человека включает бета-глюканы, а пищевые продукты, обогащенные данным полисахаридом, встречаются на российском рынке достаточно редко.

Задача, на решение которой направлено изобретение, состоит в создании зернового продукта повышенной питательной ценности с высоким содержанием бета-глюканов.

Технический результат: повышение содержания в зерновом продукте бета-глюканов, белков, пищевых волокон с одновременным обеспечением оптимального времени варки и высоких органолептических свойств.

Для достижения поставленной задачи зерновая крупяная смесь изготовливается из 30 мас.% нутовой крупы, обогащенной бета-глюканами, 35 мас.% ячменной крупы и 35 мас. % крупы, выбранной из ржаной, гречневой, рисовой крупы или пшена.

Содержание бета-глюканов в обогащенной нутовой крупе составляет 4,0-10,0 мас.%.

Крупа из нута, обогащенная бета-глюканами, представляет собой крупу, сформированную из нутовой муки, например, способом, включающим помол нута, обогащение полученной муки бета-глюканами, смешивание с водой в примерном соотношении 1:3 до получения однородной массы, удаление избытка воздушной смеси путем вакуумирования, пропускание полученного теста через формовочную матрицу с линейными размерами, соответствующими размерам крупы, при давлении 60-70 бар, сушку и охлаждение полученной нутовой крупы.

Важно отметить, что функциональные крупяные смеси с нутом, обогащенные бета-глюканами, имеют особое значение в питании ввиду высокого содержания пищевых волокон от 6,2 до 12,9% (20-41% от средней суточной потребности человека в пищевых волокнах), бета-глюканов 1,3-4,5% (43-150% от средней суточной потребности человека в бета-глюканах). Наряду с пищевыми волокнами и бета-глюканами в представленных функциональных крупяных смесях с нутом также важное значение имеет сбалансированность белка по аминокислотному составу, то есть его биологическая ценность (см. Таблицы 3–6).

Дефицит пищевых волокон в рационе питания – один из важных факторов риска развития таких заболеваний, как желчнокаменная болезнь, хронический холецистит с застоем желчи, ожирение, грыжи пищеводного отверстия диафрагмы, гипомоторная дискинезия толстой кишки с запором, сахарный диабет 2 типа, метаболический синдром, атеросклероз коронарных артерий и связанных с ним заболеваний, рак толстой и прямой кишки и др.

Функциональные свойства пищевых волокон связаны в основном с работой желудочно-кишечного тракта. Пищевые волокна оказывают положительное воздействие на процессы пищеварения, а именно: играют важную роль в нормализации моторно-эвакуаторной функции желудочно-кишечного тракта, способны сохранять воду, обеспечивая ускорение кишечного транзита и перистальтики толстой кишки и, следовательно, уменьшает риск возникновения заболеваний, связанных с этими процессами.

Растворимые и нерастворимые волокна увеличивают ощущение сытости, так как пища, обогащенная волокнами, требует более длительного времени для пережевывания и переваривания, тем самым вызывая большое выделение слюны и желудочного сока. Удовлетворение чувства голода предотвращает избыточное потребление пищи, связанное с ожирением.

Увеличение в рационе пищевых волокон при их взаимодействии с кишечной флорой усиливает внутрикишечный синтез витаминов В1, В2, В3, РР и фолиевой кислоты, а также под их влиянием возрастает доля полезных лактобацилл и стрептококков, которые подавляют рост колиформ.

Наряду с пищевыми волокнами белки также имеют важное значение для жизнедеятельности организма. Они являются структурной основой всех клеток тела, обеспечивают их деятельность. В организме человека белки расщепляются до аминокислот, часть из них (заменимые, например, аланин, аспарагиновая кислота, глицин, глютаминовая кислота, пролин, серин, тирозин, цистин, цистеин) являются строительным материалом для создания новых аминокислот. Однако имеется восемь аминокислот (незаменимых, эссенциальных), которые не образуются в организме человека, они должны поступать с пищей (валин, лейцин, изолейцин, треонин, метионин, лизин, фенилаланин, триптофан). Если количество этих аминокислот в пище будет недостаточным, нормальное развитие и функционирование организма человека нарушается.

Так, лизин связан с процессом кроветворения, лейцин и изолейцин необходимы для нормальной работы щитовидной железы, фенилаланин – щитовидной железы и надпочечников, метионин оказывает влияние на обмен липидов, обеспечивает антитоксичную функцию печени и играет большую роль в деятельности нервной системы.

Пищевая ценность белков определяется качественным и количественным соотношением отдельных аминокислот, образующих белок.

Биологическая ценность белков определяется сбалансированностью аминокислотного состава и атакуемостью белков ферментами пищеварительного тракта, другими словами, усвояемостью. Биологическая ценность белка по аминокислотному составу может быть оценена при сравнении его с аминокислотным составом эталонного белка, аминокислотный состав которого сбалансирован и идеально соответствует потребностям человеческого организма в каждой незаменимой аминокислоте (НАК). Для взрослого человека в качестве «эталонного» белка применяют аминокислотную шкалу Комитета ВПО/ВОЗ (таблица 1).

В 1973 г. решением Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ или WFO) и Всемирной продовольственной организации (ВПО или FAO) введен показатель биологической ценности пищевых белков — аминокислотный скор (АКС).

Расчет аминокислотного скора для установления биологической ценности проводят следующим образом.

Аминокислотный скор каждой незаменимой аминокислоты в идеальном белке принимают за 100%, а в природном белке определяют процент соответствия:

где АК – аминокислота.

Аминокислота, АКС которой имеет самое низкое значение (менее 100%), называется первой лимитирующей кислотой. Эта аминокислота будет определять степень использования данного белка.

В основу аналитического расчета биологической ценности белка положена гипотеза о доминирующем влиянии первой лимитирующей аминокислоты. Следует отметить, что белки могут иметь несколько лимитирующих аминокислот.

Сбалансированность незаменимых аминокислот по отношению к физиологически необходимой норме (эталону) характеризуется коэффициентом рациональности аминокислотного состава (Rс, доли ед.). В случае Cmin < 1 коэффициент рациональности рассчитывается по формуле:

где Ai – содержание незаменимой i-й аминокислоты в 1 г исследуемого белка, мг/г;

ki – коэффициент утилитарности i-и НАК к лимитирующей аминокислоте, доли ед. Коэффициент утилитарности (утилизации) является численной характеристикой, отражающей сбалансированность НАК по отношению к эталону. Расчет ведут по формуле:

где Cmin – минимальный скор НАК оцениваемого белка по отношению к эталонному белку, доли ед.;

Сi - скор для i-й НАК оцениваемого белка по отношению к эталонному, доли ед.

Общее количество незаменимых аминокислот в белке оцениваемого продукта, которое из-за взаимонесбалансированности по отношению к эталону не может быть утилизировано организмом, служит для оценки сбалансированности состава незаменимых аминокислот по показателю «сопоставимой избыточности». Данный показатель характеризует суммарную массу незаменимых аминокислот, не используемых на анаболические нужды, в таком количестве оцениваемого продукта, которое эквивалентно по их потенциально утилизируемому содержанию 1 г белка эталона. Расчет показателя сопоставимой избыточности содержания НАК (σ, мг/г белка эталона) ведут по формуле:

где Cmin – минимальный скор НАК оцениваемого белка по отношению к эталонному белку, доли ед.;

Аi – содержание незаменимой i-й аминокислоты в 1 г исследуемого белка, мг/г;

Ai,э – содержание незаменимой i-й аминокислоты в 1 г «эталонного» белка, мг/г.

Существенную часть рациона составляют традиционные крупы, отличающиеся крупностью (номерные крупы), сортом (экстра, высший, первый), произведенные из одного вида злака, при этом их белковая составляющая не только недостаточна для полноценного питания, но и имеет низкое качество. Расчет аминокислотного скора, коэффициента рациональности аминокислотного состава, показателя сопоставимой избыточности содержания НАК, пищевой и энергетической ценности традиционных круп представлены в Таблице 2.

Таблица 2. Расчет аминокислотного скора, коэффициента рациональности аминокислотного состава, показателя сопоставимой избыточности содержания НАК, пищевой и энергетической ценности традиционных круп.

Из таблицы 2 видно, что в нуте высокое содержание белка, но коэффициент рациональности аминокислотного состава (R) составляет всего 0,54 доли ед. и очень высокий показатель сопоставимой избыточности незаменимых аминокислот (302,1 мг/ г), что свидетельствует о неполном усвоении белка из-за низкого содержания в лимитирующей незаменимой аминокислоты метионин+цистин. В других крупах, представленных в таблице 2, содержание белка не высокое от 7,0 до 12,6%, коэффициент рациональности аминокислотного состава (R) колеблется от 0,31 до 0,82 доли ед., остается высоким показатель сопоставимой избыточности незаменимых аминокислот от 81 до 813,4 мг/г, что также свидетельствует о несбалансированности белка зерновых и бобовых по незаменимым аминокислотам. Крупяные продукты имеют неполноценный белок, однако лимитирующие аминокислоты у зерновых и бобовых различны. Лимитирующими аминокислотами у нута являются метионин+цистин, у зерновых – лизин и треонин. Создавая крупяные смеси из различных зерновых культур и нута, можно не только менять содержание белка, но и существенно управлять его качеством.

В таблице 3 и 5 приведены примеры многокомпонентных смесей круп, обогащенных бета-глюканами, чистота которых 87,9%, в таблице 4 – примеры многокомпонентных смесей круп, обогащенных бета-глюканами, чистота которых 32%, в таблице 6 – примеры многокомпонентных смесей круп, обогащенных бета-глюканами, чистота которых 70%.

Таблица 3. Примеры многокомпонентных смесей круп, обогащенных бета-глюканами (чистота бета-глюканов 87,9%).

Таблица 4 Примеры многокомпонентных смесей круп, обогащенных бета-глюканами (чистота бета-глюканов 32%).

Таблица 5. Примеры многокомпонентных смесей круп, обогащенных бета-глюканами (чистота бета-глюканов 87,9%).

Таблица 6. Примеры многокомпонентных смесей круп, обогащенных бета-глюканами (чистота бета-глюканов 70%).

Анализируя данные, представленные в таблицах 3-6 видно, что при комбинировании разных видов круп с нутом в предложенных заявителем соотношениях (см. примеры 1-16), значительно увеличивается коэффициент рациональности аминокислотного состава (k), снижается показатель сопоставимой избыточности содержания НАК (σ), также повышается содержание белка на 14%-66% и более (составляет 15-19% от средней суточной потребности человека в белках). Это говорит о том, что, комбинируя традиционные крупы с нутом в предлагаемых соотношениях, получается достичь не только повышения общего содержания белка смеси, но и существенно увеличить долю конвертируемого белка, повысив его качество за счет повышения доли "идеального" белка в общем белке смеси при снижении избыточного. Для каждого примера установлена доля нута, добавление которой в смесь приводит к получению суммарного белка наилучшего качества. В свою очередь нут содержит высокое количество пищевых волокон, но при этом в его составе отсутствуют бета-глюканы. Поэтому способ обогащения нута бета-глюканами, описанный ниже, добавляет нуту дополнительные функциональные свойства.

Составляя смеси нута, обогащенного бета-глюканами, с крупами из зерновых культур (примеры 1-8), можно получить функциональные зерновые продукты:

- с высоким содержанием бета-глюканов (более 2 г на 100 г продукта),

- с высоким содержанием пищевых волокон (8,0-11,8 г на 100 г продукта),

- с повышенным количеством и качеством белка.

Составляя смеси нута, обогащенного бета-глюканами, с крупами зерновых культур (примеры 9-16), можно получить функциональные зерновые продукты:

- с содержанием суточной потребности бета-глюканов (более 3 г на 100 г продукта),

- с высоким содержанием пищевых волокон (8,7-12,8 г на 100 г продукта),

- с повышенным количеством и качеством белка.

Для производства функциональных смесей круп повышенной питательной ценности с высоким содержанием бета-глюканов используются смеси нута и зерновых круп. При этом первый зерновой компонент представляет собой ячменную крупу, а второй зерновой компонент может быть выбран из ржаной, гречневой, рисовой крупы или пшена. Ячмень отличается от других круп большим количеством клетчатки, содержит витамины А, Е, В, РР, железо, йод, калий и фосфор. Также в ячмене высокое содержание пищевых волокон бета-глюканов, которые очищают организм от вредных веществ и снижают уровень сахара в крови.

Крупа из нута, обогащенная бета-глюканами, представляет собой крупу, сформированную из нутовой муки при помощи формовочного пресса. Крупа ячменная представляет собой ядро, частично освобожденное от цветочных пленок, нешлифованное. Крупа ржаная представляет собой ядро, частично освобожденное от плодовых и семенных оболочек. Крупа гречневая представляет собой ядро, освобожденное от плодовых оболочек. Крупа рисовая представляет собой ядро с шероховатой поверхностью, освобожденное от цветковых пленок, плодовых и семенных оболочек, частично от алейронового слоя и зародыша. Пшено представляет собой ядро проса, освобожденное от плодовой и семенной оболочек, цветковых пленок, зародыша и частично алейронового слоя.

Технология производства крупы из нута, обогащенной бета-глюканами, заключается в следующем.

Крупа из нута представляет собой ядро, освобожденное от семенной оболочки, шлифованное. Далее крупа из нута подается на технологическую линию производства муки из нута, которая включает в себя четыре дранных и две размольные системы. Крупа из нута измельчается до требуемой крупности помола и просеивается через сита, при этом в готовой нутовой муке содержание частиц более 450 мкм не должно превышать 2%.

Полученная мука из нута подается в бункер склада бестарного хранения. Далее мука из нута передается по нагнетающему аэрозольтранспорту в бункер временного хранения. Из бункера хранения, пройдя магнитную очистку, мука из нута поступает на смеситель периодического действия, куда дозируется из демпфирующего бункера бета-глюкан от 5 мас.% до 15 мас.% в зависимости от исходной чистоты бета-глюканов. Ввод бета-глюканов с чистотой 87,9%, либо с чистотой 32% должен обеспечивать содержание чистых бета-глюканов в готовой крупе из нута 4,0-10,0 мас.%. Смесь муки из нута с бета-глюканами поступает в оперативный бункер формовочного пресса.

Основным достоинством данного метода является механические изменения в перерабатываемом материале при его медленном передвижении под воздействием давления и формованием изделия. В двухвальном пресс-шнеке формовочного пресса происходит плавное смешивание материала с водой в примерном соотношении 1:3, до получения однородной массы, так же в момент смешивания в пресс-шнеке происходит удаление избытка воздушной смеси путем вакуумирования для лучшего уплотнения и прессования теста, для дальнейшего получения требуемой правильной формы готового изделия и для исключения ухудшения цвета и целостности готового продукта. Тесто уплотняется и проходит через формовочную матрицу при давлении 60-70 бар, при этом температура подаваемой воды и температура теста не превышают 40-45° С. Температура головки, где установлена матрица, также имеет температуру 40-45°С для уменьшения внутреннего температурного напряжения. Матрица, через которую происходит прессование материала, пропускает порядка 10-20% нагнетаемой к ней пресс-шнеком теста, вследствие чего тесто уплотняется, превращаясь в связанную плотную тестовую массу.

После процесса прессования, материал, отформованный при помощи матрицы формовочного пресса в форму зерновки с линейными размерами, соответствующими размерам традиционной крупы, например, овсяной, подается в сушилку, где происходит процесс сушки. Первичная сушка позволяет закрепить внешний каркас сырого материала, закрепить форму изделий и не позволить им в процессе сушки потерять свой внешний вид. Зона основной сушки (температура воздуха 63-67°С относительная влажность воздуха (ОВВ) 70%) позволяет произвести быстрый отбор влаги с потерей доли воды в материале до 16-18%. Конечная зона сушки (температура воздуха 43-47°С относительная влажность воздуха (ОВВ) 50-55%) приводит в действие механизм щадящей потери влаги с менее интенсивной степенью сушки по температуре и влажности для равномерного просушивания готового продукта до 12-12,5% влажности. Последним этапом производства является охлаждение готового продукта до температуры хранения 28-29°С. На выходе получаем крупу из нута, обогащенную бета-глюканом. Содержание бета-глюканов не менее 4,0 мас%.

Применяемая технология производства крупы из нута обеспечивает возможность получения продукта с высокими потребительскими свойствами, а именно с высоким содержанием бета-глюканов, белков, пищевых волокон, а также возможность применения полученной нутовой крупы в качестве обогащающего компонента при составлении функциональных смесей круп из злаковых культур (см. таблицы 3–6).

Полученный продукт характеризуется снижением времени варки получаемой крупяной смеси до 10-20 мин (в сравнении с крупой из дробленого нута), высокими органолептическим свойствами, отсутствием бобового привкуса.

Изобретение относится к пищевой промышленности, в частности к производству функциональных смесей круп повышенной питательной ценности с высоким содержанием бета-глюканов. Предложенный зерновой продукт готовят из 30 мас.% нутовой крупы, обогащенной бета-глюканами, 35 мас.% ячменной крупы и 35 мас.% крупы, выбранной из ржаной, гречневой, рисовой крупы или пшена. Причем содержание бета-глюканов в обогащенной нутовой крупе составляет 4,0-10,0 мас.%. Причем указанная нутовая крупа представляет собой крупу, сформированную из нутовой муки при помощи формовочного пресса. Предпочтительно крупу из нута формируют из нутовой муки путем помола нута, обогащения полученной муки бета-глюканами, смешивания с водой в соотношении 1:3 до получения однородной массы, удаления избытка воздушной смеси путем вакуумирования, пропускания полученного теста через формовочную матрицу с линейными размерами, соответствующими размерам традиционной крупы, сушки и охлаждения полученной нутовой крупы. Изобретение обеспечивает повышение содержания в зерновом продукте бета-глюканов, белков, пищевых волокон с одновременным обеспечением оптимального времени варки и высоких органолептических свойств. 1 з.п. ф-лы, 6 табл., 16 пр.

1. Зерновой продукт, изготовленный из 30 мас.% нутовой крупы, обогащенной бета-глюканами, 35 мас.% ячменной крупы и 35 мас.% крупы, выбранной из ржаной, гречневой, рисовой крупы или пшена, где содержание бета-глюканов в обогащенной нутовой крупе составляет 4,0-10,0 мас.%, причем указанная нутовая крупа представляет собой крупу, сформированную из нутовой муки при помощи формовочного пресса.

2. Зерновой продукт по п.1, отличающийся тем, что крупа из нута сформирована из нутовой муки способом, включающим помол нута, обогащение полученной муки бета-глюканами, смешивание с водой в соотношении 1:3 до получения однородной массы, удаление избытка воздушной смеси путем вакуумирования, пропускание полученного теста через формовочную матрицу с линейными размерами, соответствующими размерам традиционной крупы, сушку и охлаждение полученной нутовой крупы.