Лекция № 4

Создание качественно новых продуктов с заданными свойствами Технический прогресс в пищевой промышленности связан с достижениями науки, особенно науки о питании. Одним из немаловажных факторов развития является ухудшение экологической обстановки и жесткая конкуренция на продовольственном рынке. Все это приводит не только к совершенствованию технологии получения традиционных продуктов, но и к созданию продуктов нового поколения: низкокалорийных, полезных для здоровья, со сбалансированным составом и функциональными свойствами, возможностью быстрого приготовления и длительного хранения. Их создание немыслимо без современных пищевых ингредиентов. К пищевым ингредиентам относятся вещества животного, растительного, микробиологического или минерального происхождения, а также природные или синтезированные пищевые добавки, используемые при подготовке или производстве. Сегодня большое внимание уделяется внедрению в производство пищевых добавок высокого качества, которые позволяют увеличить объем, расширить ассортимент и повысить качество выпускаемой продукции. В условиях кризиса, когда особенно важно сохранить достигнутый в последние годы уровень потребления продуктов питания, роль пищевых ингредиентов возрастает, с их помощью можно добиться более глубокой переработки и бережного использования сельхозсырья, усовершенствовать технологический процесс, снизить издержки производства, оптимизировать стоимость продукции. Специалисты пищевой и перерабатывающей промышленности надеются с помощью пищевых микроингредиентов обеспечить потребности населения в энергетически полноценных, физиологически функциональных, сбалансированных, оптимальных по цене продуктах питания. Научной основой современной стратегии производства пищи является изыскание новых ресурсов незаменимых компонентов пищи, использование нетрадиционных видов сырья, создание новых прогрессивных технологий, позволяющих повысить пищевую и биологическую ценность продукта, придать ему заданные свойства, увеличить срок хранения. С развитием современных теоретических представлений и методологической базы проектирования многокомпонентных продуктов была сформулирована концепция, в основу которой положен принцип аналитической комбинаторики. Его сущность состоит в алгоритме (совокупности операций), направленном на физико-химические, коллоидные, технологические и иные изменения состава и структуры продукта с целью получения заданных показателей. Настоящая методология позволяет исключить эмпирический подход при поиске сырьевой базы и определения различных аспектов целесообразности комбинирования путем расчета критериев участия отдельных компонентов рецептуры в формировании качества новых продуктов. В мировой практике одним из распространенных способов корректировки состава продуктов стало комбинирование сырья с компонентами растительного и животного происхождения. Особый интерес в этом отношении представляют зерновые, зернобобовые культуры и молочные белки. Конструирование функциональных продуктов с заданными характеристиками (состав, структурные формы, сенсорные показатели) ведется в соответствии с принципами пищевой комбинаторики. При сложившейся экологической обстановке, особенно в крупных мегаполисах, введение в ежедневный рацион продуктов, созданных с применениями принципов пищевой комбинаторики, является необходимым. Это научно-технологический процесс создания новых форм пищевых продуктов, в основе которого лежат три принципа. Первый – элиминация, исключение из состава продукта какого-либо компонента, например лактозы из продуктов, предназначенных для людей с непереносимостью молочного сахара. Второй принцип – обогащение. Если не хватает какого-то пищевого вещества, продукт можно им обогатить. Третий – замена, при которой вместо одного изъятого компонента вводится другой аналогичный, обладающий полезными свойствами. Источником оздоровления населения России является целесообразность использования растительного сырья, произрастающего на территории страны, ее регионов и этнических групп, потребляющих данную пищу. Диета – не ограничение в рационе и тем более не включение в него непродовольственной экзотики, а стратегия питания, учитывающая особенности конкретного организма. Современные продукты питания должны наилучшим образом соответствовать естественным процессам усвоения пищевых веществ человеком, выработавшимся в ходе эволюции. Практическое питание человека в естественных условиях обусловлено оптимальными нормами и реальными возможностями. Закономерно, что в мировой практике все большее распространение получают работы по созданию комбинированных продуктов, в том числе мясных и молочных. В продуктах со сложным сырьевым составом мясное, молочное и растительное сырье используется в различных сочетаниях, что позволяет придавать этим продуктам требуемые функциональные свойства, учитывать привычки и традиции в культуре питания населения разных регионов. Национальная кухня является частью народной культуры, отображает особенности уклада жизни населения. В настоящее время предприятия-изготовители понимают необходимость производства вкусной и высококачественной продукции, причем не только деликатесов, но и всех ассортиментных групп. Однако переполненность рынка многочисленными и разнообразными пищевыми добавками, а также чрезмерная наполненность рецептур различными ингредиентами искусственного происхождения чрезвычайно затрудняют выбор специалистом-технологом нужных заменителей. Ориентиром могут служить традиционные вкусовые предпочтения потребителей. В настоящее время большое внимание уделяется разработке функциональных продуктов для здорового питания. Основная задача функциональной пищи – оказание положительного физического эффекта на организм человека и тем самым укрепление его здоровья. Существуют следующие критерии, согласно которым пищевой продукт может быть отнесен к функциональной пище: он должен быть натуральным (не порошок, не капсула и не таблетка); быть компонентом ежедневного питания; оказывать положительный эффект на обмен веществ и биологические процессы в организме; предупреждать возникновение специфических заболеваний; способствовать быстрому восстановлению организма после болезни; замедлять процессы старения и регулировать соматические ритмы. Принято считать, что биологическая ценность характеризуется наличием в продуктах биологически активных веществ: незаменимых аминокислот, витаминов, макро- и микроэлементов, незаменимой полиненасыщенной линолевой жирной кислоты. Эти компоненты пищи имеют химические структуры, которые не синтезируются ферментными системами организма, и поэтому не могут быть заменены другими пищевыми веществами. Они называются эссенциальными (незаменимыми) факторами питания и должны поступать в организм с пищей. Современное учение о потребности человека в пище получило выражение в концепции сбалансированного питания, основанного на определенной пропорции отдельных веществ в рационе питания, отражающего всю сумму обменных реакций, которые характеризуют химические процессы, лежащие в основе жизнедеятельности организма. Разработана формула сбалансированного питания, в которой указаны нормы дневной потребности организма взрослого человека в отдельных пищевых веществах. Вкусы и предпочтения населения России сформировались с помощью многолетнего отбора и поддержания нормального здоровья человека в единстве с природой и растительными ресурсами.Создание комбинированных продуктов питания предусматривает сочетание органолептических показателей комбинированного продукта с привычками людей, традициями и национальными особенностями в питании отдельных групп населения. В ходе длительной эволюции живой природы вырабатывались типы обмена веществ, которые определяют незаменимость отдельных компонентов пищи и соответствующую ферментную организацию клеток и тканей организма. При разработке молочно-белковой основы пищевой композиции необходимо учитывать два основных требования: высокую биологическую ценность и заданную пастообразную консистенцию. Основу технологии всех вырабатываемых молочных продуктов с комбинированной жировой фазой составляет получение однородной молочно-жировой эмульсии. Эмульсия является дисперсной системой и представляет собой две взаимно нерастворимые жидкости. Для получения эмульсий в пищевой промышленности используют как вещества химической природы, так и натуральные вещества растительного, животного или микробного происхождения. Многие применяемые в качестве эмульгаторов и стабилизаторов вещества являются пищевыми компонентами или получены из растений, употребляемых в пищу, в связи с чем они относительно безвредны для человека. Животные белки биологически наиболее ценны, однако их производство высокозатратно. Учеными ведутся поиски путей частичной замены животных белков растительными и способов их эффективного совместного применения, а также продуктов их переработки. Это направление весьма эффективно, так как позволяет использовать широкий круг сырьевых ресурсов, доступных в Кузбассе, является актуальной научной задачей, представляющей большой практический интерес для пищевых и сельскохозяйственных отраслей. В связи с этим нами были заложены основы разработки и использования смесей зерновых в виде муки наиболее полно и дифференцированно соответствующим функциональным предпочтениям при использовании в производстве пищевых продуктов.Применение зерновых культур и белковых компонентов в технологиях производства обогащенных продуктов для здорового питания массового потребления, актуальный вопрос для регионов с развитой химической и угольной промышленностью.Зачастую в комбинированных продуктах в качестве злаковых компонентов используют широко известные традиционные продукты переработки зерна и различные крупы. В пищевых технологиях зерновые культуры нашли применение в основном в текстурированном виде или в виде хлопьев. Как показывает обширный мировой и отечественный опыт, наиболее эффективным и экономически доступным путем улучшения обеспеченности населения микронутриентами в общегосударственном масштабе является дополнительное обогащение ими продуктов питания массового потребления до уровня, соответствующего физиологическим потребностям человека. В условиях современного рынка производство качественной, рентабельной, конкурентноспособной продукции просто невозможно без использования передовых технологий и инновационных решений в области обеспечения людей продуктами питания. Инновации в сфере пищевых технологий подчинены поиску способов и средств, обеспечивающих экономичное получение и гарантирующих максимальные безопасность и качество пищевых продуктов, включая пищевую ценность, органолептические свойства, а также свойства, определяющие пользу для здоровья, совокупность которых непосредственно зависит от ингредиентного состава пищевого продукта. Приоритетными инновационными направлениями в сфере пищевых производств являются разработка перспективных способов производства, хранения, транспортировки и переработки продукции; формирование механизмов по рациональному использованию сырья; разработка новых видов высококачественных пищевых продуктов; совершенствование способов продвижения продукции до потребителя. Исследования показали, что потребители хотят многого: продукцию высшей категории, с натуральными вкусом и текстурой, приготовленную «по-домашнему» и из натуральных ингредиентов. За последнее столетие образ жизни людей существенно изменился. На ежедневное приготовление вкусной домашней пищи нет желания или времени. Потребителю нужна простая в приготовлении пища, которая содержит хорошо знакомые, привычные ингредиенты, а по своим текстурным характеристикам подобна той, которую подают в ресторанах или готовят дома. Население предпочитает пищу, которую теоретически можно было бы полностью приготовить дома и исключительно из натуральных ингредиентов. Наверное, самое удивительное то, что потребительские вкусы вернулись на «круги своя». Переработанная пища с множеством добавок вызывает теперь у потребителей негативную реакцию – растет спрос на традиционную, здоровую пищу, а в последнее время – еще и на продукты высшей категории. Перед производителями стоит задача разработки продукции, похожей на качественные домашние блюда, которую можно быстро и просто приготовить. Решения, в основе которых лежит использование природных компонентов, обеспечивают развитие процесса инноваций. Характерной особенностью современных пищевых продуктов является сложность их рецептурных составов, то есть наличие в составе продукта большого количества пищевых ингредиентов различной химической природы, проявление свойств и взаимодействий которых в ходе технологического процесса и обеспечивает получение пищевого продукта определенной пищевой ценности с заданной совокупностью потребительских характеристик. Создание изделий массового потребления повышенной пищевой и биологической ценности, а также продуктов профилактического и диетического назначения требует расширения и совершенствования сырьевой базы отечественной промышленности. Получение требуемой органолептической характеристики пищевого растительного композита на основе зерновых, оптимально реализующего полезный комплекс технологических и питательных свойств.Продукт проекта – качественно новые функциональные продукты питания, соответствующие потребностям человека в условиях изменившихся труда и экологии, сохранении традиций в питании. Одним из таких направлений может стать производство нового поколения порошкообразных пищевых полупродуктов (композитов) повышенной биологической ценности. Проводимые во многих странах мира работы по обогащению пищевых продуктов эссенциальными веществами в целях улучшения их качества предусматривают сбалансированность аминокислотного состава белков, жирнокислотного состава липидов, а также того и другого вместе. Однако все эти работы включают, как правило, использование сырья животного происхождения – мяса, мясопродуктов, казеина, сывороточных белков и т. п. В течение ряда последних лет нами проводятся исследования по разработке научных и практических основ создания растительных пищевых композитов, характеризующихся оптимальным с точки рения науки о питании соотношением белковых и липидных компонентов. Композиты предназначаются для использования в качестве обогатителей, заменителей или улучшителей в производстве новых или традиционных пищевых изделий. При этом становится задача создать белково-липидные полупродукты, сбалансированные по основным питательным компонентам, которые удобно хранить и легко перерабатывать в пищевые продукты. Реализация указанных выше требований не может базироваться только на известных технологических решениях, поэтому необходим поиск новых теоретических практических подходов, направленных на разработку композитов полифункционального назначения для применения их в целях расширения относительно узкого отечественного сырьевого рынка и ассортимента биологически ценных пищевых продуктов. Композиты в качестве липидных компонентов предусматривают использование жировых смесей регулируемого состава, приготовленных на основе растительных масел разного химического состава. Смеси характеризуются сбалансированным соотношением насыщенных, моно- и полинасыщенных жирных кислот, сниженным до природного уровня содержанием трансизомеризованных кислот и наличием витаминов А и Е. Анализ результатов исследований показывает, что белки комплексной смеси имеют высокие значения жироэмульгирующей, водо- и жироудерживающей способностей, благодаря чему растительные композиты возможно использовать в производстве различных паст и эмульсий. Проведенные исследования показали целесообразность использования растительных композитов в составе разнообразных пищевых продуктов с целью регулирования их функциональных свойств, то есть повышения или изменения свойств белка для обеспечения стабильности технологического процесса и качества получаемых продуктов, а также для расширения методов, применимых для переработки, и ассортимента получаемых продуктов. Применение композитов позволит предприятиям пищевой отрасли унифицировать технологию производства и расширить ассортимент выпускаемой продукции. Использование региональных сырьевых ресурсов для производства продукции позволит стабильно осуществлять входной контроль качества сырья, не зависеть от колебаний цен пищевых ингредиентов на мировом рынке, решать вопрос переработки и транспортировки с региональными сельхозпроизводителями, проводить глубокую переработку зерновых в современную продукцию, востребованную на рынке. Получение технологической документации на пищевой композит для использования в качестве замены основного сырья или индивидуального применения в виде полуфабриката при производстве продуктов питания в молочной, кондитерской, масложировой, мясной и птицеперерабатывающей промышленностях. Анализ публикаций, касающихся комплекса проблем увеличения объемов производства продовольствия и повышения его качества, показывает, что мировой прогресс в этом направлении затрагивает широкий круг вопросов, связанных с организацией рационального природопользования, освоением нетрадиционных источников сырья, выпуском новых форм пищевых продуктов, повышением социально-экономической эффективности их производства, рационализацией структуры питания населения и др. Вместе с тем из опыта зарубежных стран с высоко развитой индустрией производства продовольственного сырья и пищевых продуктов, полностью насытивших свой внутренний рынок и экспортирующих их в страны Европы, Азии, Африки и Латинской Америки, видно, что не только в условиях недостатка продуктов питания, но и при абсолютном удовлетворении в них поддержание адекватного гомеостаза является главным условием, обеспечивающим трудоспособность и нормальное состояние здоровья всех групп населения. В частности, для развитых стран нерациональное потребление белка и других эссенциальных пищевых веществ привело к широкому распространению так называемых болезней цивилизации: сердечно-сосудистой, онкологической, алиментарной анемии, гипертонии, сахарного диабета, ожирения. Все это обусловило прогрессирующее старение наций при незначительном увеличении продолжительности жизни. В странах с ограниченными объемами производства продовольственного сырья и продуктов проблема создания технологий, способствующих рациональному использованию эссенциальных пищевых веществ, и прежде всего белка, для поддержания адекватного гомеостаза стоит еще острее, так как экономически выгодное увеличение объемов производства только за счет повышения выходов продуктов неспособно полностью обеспечить нормальное развитие и функционирование человеческого организма. Решение проблем, связанных не только с созданием отечественной индустрии пищевого белка и новых форм пищи на его основе, но и с различными аспектами совершенствования агротехнологий продовольственных культур, повышения продуктивности мясного и молочного животноводства, птицеводства и т. д., не может быть признано успешным без разрешения задач, касающихся принципов и методов проектирования состава сбалансированных продуктов. Рациональное использование сырьевых ресурсов, в частности мясного и молочного сырья, неразрывно связано с использованием белково-жировых эмульсий, белковых обогатителей растительного происхождения, других растительных добавок, модификаций существующих технологий. Это дает не только экономию животного сырья, но и позволяет получить продукты с целевыми диетическими и профилактическими свойствами. Одним из основных направлений корректировки состава молочных и мясных продуктов является комбинирование их с сырьем растительного происхождения, в частности с зерновыми культурами. Введение в их состав различных добавок и биологически активных компонентов в виде паст, эмульсий способствует повышению качества, улучшению вкусовых характеристик, а также расширению ассортимента с учетом национальных особенностей населения страны.

Концепция формирования инновационной деятельности при производстве функциональных продуктов питания

Функциональные продукты питания, обеспечивающие профилактику многих заболеваний и оказывающие благоприятное влияние на здоровье, являются объектами инновационной деятельности. По сравнению с традиционными функциональные продукты можно отнести к новому товарному классу.

Концептуальное рассмотрение инновационной деятельности применительно к пищевой промышленности осуществляли на базе анализа опубликованных научных данных.

Впервые концепцией национальных инновационных систем (НИС) стали заниматься в 80-х г. прошлого века ученые Швеции, Великобритании, США, которые придерживались общих методических принципов о конкуренции на основе инноваций и эффективности научных разработок.

В последние годы концепция НИС широко используется аналитическими центрами развитых стран и международными организациями для изучения проблем науки и технического прогресса. Она представляет собой совокупность взаимосвязанных организаций, занятых производством и коммерческой реализацией научных знаний и технологий, а также комплекс институтов правового, финансового и социального характера, обеспечивающих инновационные процессы. В России в настоящее время на первый план выдвигаются услуги инновационного менеджмента для развития промышленных, в том числе предприятий пищевой и перерабатывающей промышленности России.

Нами предлагается концепция формирования инновационной деятельности по разработке и внедрению на потребительский рынок функциональных продуктов питания.

Она предусматривает три составляющие (см. рисунок).

Формулирование концепции. Предложено множество концептуальных подходов к развитию инновационной деятельности в отдельных сферах. Концепция представляет собой систему взглядов на понимание определенных процессов. В развитых капиталистических странах научные исследования ведутся в целях коммерческого использования новых технологических возможностей. Имея сильные научно-технические подразделения, компании могут выявлять конкурентов в превращении результатов научных исследований в нововведения и создавать основы долгосрочной конкурентоспособности. Они используют пакеты и лицензии для защиты прав интеллектуальной собственности, увязывают сочетания двух потенциалов - технического и рыночного.

Поскольку функциональные продукты представляют собой специализированные группы продовольственных товаров, необходимо четкое понимание инновационной деятельности в этом направлении. На наш взгляд, концепция формирования данного направления заключается в комплексном подходе, включающем изучение и анализ предпосылок к созданию функциональных продуктов с учетом социально-экономических, демографических, экологических факторов в отдельных регионах и разработку стратегии и тактики обеспечения функциональными продуктами отдельных категорий населения.

В формировании концепции первостепенная роль принадлежит государству, которая заключается в содействии развитию фундаментальных знаний (в НИИ и университетах), в создании инфраструктуры и благоприятных условий для инновационной деятельности частных предприятий пищевой и перерабатывающей промышленность.

Трансформация российских инновационных систем через реализацию приоритетных проектов и законов. В рамках трансформации национальных инновационных систем, касающихся пищевой и перерабатывающей промышленности, призванной обеспечивать население различными продуктами питания в объемах и ассортименте, достаточных для формирования правильного, сбалансированного рациона питания, а также с учетом специфических особенностей состояния здоровья отдельных категорий граждан, обеспечение их функциональными продуктами питания в России приняты приоритетные национальные проекты, основными из которых являются «Развитие АПК» и «Здоровье». В этой связи важную роль играют также финансируемые научно-технические программы Минобразования РФ. Так, например, в рамках программы «Развитие научного потенциала высшей школы» и подпрограммы «Технологии живых систем» в Орловском государственном техническом университете на кафедре «Технология и товароведение продуктов питания» проводились исследования по темам: «Исследование формирования активности радионуклидов и токсичных элементов в объектах животного происхождения и моделирование их безопасности» и «Разработка научных основ повышения качества и безопасности продуктов питания». Приоритетным проектом стала научно-техническая программа Минобразования «Научное, научно-методическое и информационное обеспечение системы образования», в рамках которой был реализован проект «Комплексная оценка состояния питания школьников разных половозрастных групп и разработка системы организации школьного питания с учетом социально-экономических факторов для зон радиоактивного загрязнения» [2].

Разработка инновационных технологий функциональных продуктов включает несколько этапов.

Разработка маркетинговых подходов при оценке отношения потребителей к инновациям в профилактическом питании направлена на поиск, сбор, обработку данных о маркетинговой среде и подготовку информации для принятия оперативных и стратегических решений в системе предпринимательства. При этом основными принципами, обеспечивающими обоснованные продуманные решения, должны быть системность, комплексность, объективность, экономичность, регулярность, оперативность, точность и тщательность.

Финансирование инновационного процесса - необходимое условие инновационной деятельности при разработке функциональных продуктов питания. В России пищевая и перерабатывающая промышленность обладают целым рядом специфических особенностей, в числе которых и жесткая конкуренция с зарубежными поставщиками. Рынок пищевой продукции обладает высокой емкостью и характеризуется стабильным спросом, что делает отрасль привлекательным объектом для инвестиций.

Материально-техническая база предприятий пищевой и перерабатывающей промышленности, в частности машинно-аппаратное обеспечение технологических процессов при внедрении в производство функциональных продуктов, - неотъемлемое условие инновационных технологий. К сожалению, материально-техническая база пищевых отраслей требует инвестиций. Адаптация инновационной системы России к новым условиям хозяйствования проявляется в переходе от модели технологического толчка к модели выявления спроса на новую продукцию. В этой связи важна поддержка инновационных структур в предприятиях агропромышленного комплекса.

Инновационный процесс создания новой пищевой продукции начинается с появления идеи и заканчивается ее коммерческой реализацией, спросом потребителей, поэтому необходимо научное обоснование использования основного сырья и функциональных ингредиентов с учетом профилактической направленности функционального продукта. Кроме того, необходимо учитывать показатели конкурентоспособности, с тем чтобы продукция пользовалась спросом. От этого зависит скорость продвижения функциональных продуктов на потребительский рынок. Перспективность инноваций зависит не только от стадий, но и от того, в какой форме они находятся (научная идея, ноу-хау, прикладная, или внедренная разработка и т.д.). Для России всегда была характерна малая скорость инновационного цикла в основном из-за отсутствия соответствующего организационно-правового и экономического механизма инновационного процесса.

В связи с развивающимися неблагоприятными факторами внешней среды возникает спрос на инновационные продукты питания, модификации существующих продуктов питания, направленные на повышение пищевой ценности и снижение безопасности, что требует новых видов сырья, функциональных ингредиентов и способов переработки.

Наиболее эффективно внедрение инновационных технологий на малых предприятиях, где меньше уровень издержек, транспортных расходов, меньше риск устаревания оборудования до окупаемости. Малое предприятие наносит меньший ущерб природной среде и обладает преимуществами в своей инвестиционной и инновационной деятельности.

Функциональные продукты - это особая группа пищевых продуктов, которая должна отвечать определенным требованиям, в частности, содержать от 10 до 50 % от суточной нормы потребления физиологически функциональных ингредиентов. Научное обоснование и подбор основного сырья и функциональных ингредиентов имеют первостепенное значение при разработке функциональных продуктов. При этом необходимо учитывать функциональную направленность продукта. Например, в регионах с повышенным фоном радиоактивного загрязнения важную роль в питании населения играют пищевые продукты, обогащенные йодсодержащими добавками. На потребительском рынке таких регионов должны преобладать пищевые продукты каждодневного спроса, обогащенные этим микроэлементом.

В последние годы при разработке рецептур используют различные методы компьютерного проектирования, позволяющие получить функциональные продукты с заданным химическим составом профилактической направленности, предназначенные для определенных категорий потребителей. Необходимое условие на этом этапе - разработка математических моделей, алгоритмов и текстов программ оптимизации состава основного сырья и физиологически функциональных ингредиентов.

+ обогащение продуктов витаминами и минеральными веществами.