Введение к работе
Актуальность работы Доктрина продовольственной безопасности РФ предусматривает развитие фундаментальных и прикладных научных исследований по внедрению инновационных технологий, включающих био- и нанотехнологии, производства функциональных пищевых продуктов.
Современные достижения биотехнологии позволили выявить новые пищевые компоненты – пребиотики, которые применяются в функциональном питании, обеспечивающем поддержание и реабилитацию пищевого статуса здоровых и больных людей. К одному из источников для их производства относится подсырная сыворотка – ценное белково-углеводное сырье, ежегодные объемы которого в РФ непрерывно увеличиваются.
Переработке молочной сыворотки и получению функциональных продуктов и ингредиентов на ее основе посвящены работы А.Г. Храмцова, И.А. Евдокимова, П.Г. Нестеренко, А.Ю. Просекова, Н.И. Дунченко, К.К. Полянского, Е.И. Мельниковой, Э.Ф. Кравченко, С.А. Рябцевой, Г.Б. Гаврилова, А.В. Серова, В.Д. Харитонова, Л.А. Забодаловой, T. Mizota, Y. Tamura, S. Adashi, G.R. Andrews, F. Petuely и других ученых.
Одно из перспективных направлений реализации биотехнологического потенциала подсырной сыворотки предусматривает глубокое фракционирование с применением нано-, био-, мембранных технологий на уровне кластеров молочного сырья с последующей трансформацией лактозы в функциональные производные (тагатоза, фукоза, лактосахароза, галактоолигосахариды и др.).
Из перспективных производных лактозы - пребиотических сахарозаменителей следует отметить D-тагатозу, которую можно включать в состав функциональных продуктов, предназначенных для коррекции микробиоценоза кишечника, а также обладающих иммуностимулирующим действием.
Реализация данного направления открывает дополнительные возможности в решении проблемы комплексной, экономически целесообразной и экологически безопасной переработки вторичного молочного сырья, обеспечивающей замкнутый цикл производства.
Исследования по теме диссертационной работы выполнялись в соответствии с тематикой НИР кафедры технологии молока и молочных продуктов «Развитие физико-химических и биотехнологических основ производства молочных продуктов различного функционального назначения» (№ г. р. 01.2.00605297, 2006 – 2010 гг.), по федеральной целевой программе «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007 – 2013 гг.» (гос. контракт № 12.527.11.0008 от 4 июня 2012 г).
Автор выражает благодарность д.х.н., профессору Нифталиеву С. И.
за консультации при выполнении работы.
Цель работы – оптимизация условий биохимической трансформации лактозы для получения тагатозосодержащего концентрата и синбиотического напитка на его основе.
Для достижения поставленной цели были определены следующие задачи:
обосновать применение методов молекулярно-ситовой фильтрации и биохимической трансформации лактозосодержащего сырья для получения тагатозы;
подобрать ферментный препарат для биотрансформации лактозы, исследовать его свойства, биокатализ и оптимизировать условия действия;
создать искусственную нейронную сеть для управления процессом изомеризации D-галактозы в D-тагатозу;
разработать экспресс-способ идентификации углеводов, в том числе тагатозы;
изучить химический состав и функционально-технологические свойства, показатели, гарантирующие качество и безопасность тагатозосодержащего концентрата и разработать технологию его получения;
разработать новое технологическое решение по производству синбиотического напитка на основе тагатозосодержащего концентрата обосновать его экономическую эффективность, провести промышленную апробацию на предприятиях отрасли.
Научные положения, выносимые на защиту.
Оптимальные условия получения тагатозосодержащего концентрата из подсырной сыворотки, включающие предварительную обработку сырья методами молекулярно-ситовой фильтрации и биохимическую трансформацию лактозы.
Химический состав, функционально-технологические свойства, в т. ч. бифидогенные, показатели качества и безопасности тагатозосодержащего концентрата.
Новое технологическое решение, состав и свойства, показатели безопасности синбиотического продукта на основе тагатозосодержащего концентрата.
Научная новизна.
Представлены новые данные о тагатозосодержащем концентрате, а также способ его получения из подсырной сыворотки с применением методов молекулярно-ситовой фильтрации и биохимической трансформации лактозы.
С применением многофакторного статистического анализа и искусственной нейронной сети оптимизированы условия биохимической трансформации лактозы в тагатозосодержащий концентрат.
Создана искусственная нейронная сеть с использованием прикладных программ Statistica v. 8.0, позволяющая управлять процессом изомеризации D-галактозы в D-тагатозу.
Разработаны рецептура синбиотического напитка на основе тагатозосодержащего концентрата и технологическое решение для ее реализации.
Практическая значимость. Предложенный и запатентованный способ бионанотрансформации лактозы позволяет получить новую пищевую композицию с высоким коэффициентом сладости и пребиотическими свойствами.
Запатентован способ идентификации углеводов, в т. ч. тагатозы, позволяющий осуществить экспресс-анализ.
Разработано ресурсосберегающее технологическое решение производства синбиотического продукта с применением тагатозосодержащего концентрата.
Экономическая и технологическая целесообразность, социальная значимость предложенных технологий подтверждена промышленной апробацией на предприятиях отрасли (ООО ГМЗ «Лискинский», г. Лиски Воронежской области и ЗАО Молочный комбинат «Воронежский», г. Воронеж).
Новизна практических разработок подтверждена материалами Роспатента.
Основные положения диссертационного исследования используются в учебном процессе для методического обеспечения дисциплин «Химия пищи» и «Химия и физика молока» специальности 260303 «Технология молока и молочных продуктов».
Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертационное исследование соответствует п. 2, 6, 7 паспорта специальности 03.01.06 – Биотехнология (в т. ч. бионанотехнологии), п. 2, 3, 7 паспорта специальности 05.18.04 – «Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-практических международных и всероссийских конференциях: II Международного Форума «Аналитика и аналитики» (Воронеж, 2008); Российской научной конференции «Проблемы теоретической и экспериментальной химии» (Екатеринбург, 2008); LXXIV, LXXV, LXXVI Научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов (Киев, 2008 – 2010); VIII Украинской конференции по аналитической химии с международным участием (Одесса, 2008); X Международной конференции молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии» (Казань, 2009 – 2010); III Всероссийской конференции с международным участием (Краснодар, 2009); Всероссийской конференции с международным участием «Инновационные технологии в пищевой промышленности» (Самара, 2009); XII научной конференции «Львовские химические чтения – 2009» (Львов, 2009); Всероссийской молодежной научно-практическая конференция «Биотехнология растительного сырья, качество и безопасность продуктов питания» (Иркутск, 2009); III Международной научно-технической конференции «Инновационные технологии и оборудование для пищевой промышленности (Воронеж, 2009); Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (Воронеж, 2009); I Международной телеконференции «Фундаментальные медико-биологические науки и практическое здравоохранение» (Томск, 2010); III Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Современное состояние и перспективы развития пищевой промышленности и общественного питания» (Челябинск, 2010); Международной научной конференции студентов, аспирантов, и молодых ученых «Научный потенциал студенчества в XXI веке» (Ставрополь, 2010);Международного научно-практического семинара «Современные технологии продуктов питания: теория и практика производства» (Омск, 2010); Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии и оборудование в молочной промышленности» (Воронеж, 2010); II Международной научно-технической конференции «Новое в технологии и технике пищевых производств» (Воронеж, 2010); Всероссийской конференции «Аналитическая химия и капиллярный электрофорез» (Краснодар, 2010); I Международной научно-практической конференции «Современная наука: теория и практика» (Ставрополь, 2010); отчетных научных конференциях ВГТА (Воронеж, 2008 – 2011); «Современные наукоемкие технологии», (Египет, Хургада, 2012).
Результаты работы представлены на конкурсах и выставках, награждены дипломами и сертификатами участника. За разработку нанобиотехнологии новой вкусоформирующей добавки – подсластителя на основе молочной сыворотки автор имеет благодарность губернатора Воронежской области А. В. Гордеева.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 27 работы, в том числе 8 в журналах, рекомендованных ВАК, 5 статей в научно-технических журналах, 11 тезисов докладов и 3 патента РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка использованных источников и приложений. Работа изложена на 169 страницах машинописного текста, содержит 36 таблиц и 60 рисунков. Список литературы включает 125 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.
![Разработка биотехнологии вакцины чумной живой сухой со сниженным количеством человеко-доз в производственной упаковке (ампуле) [Электронный ресурс]](/i/i/4612/199276.png "Разработка биотехнологии вакцины чумной живой сухой со сниженным количеством человеко-доз в производственной упаковке (ампуле) [Электронный ресурс] Ефременко Анна Александровна")
