Введение к работе
Актуальность работы. Питание является одним из основных факторов внешней среды, определяющих здоровье человека, (нормальный рост и развитие, физическую и умственную работоспособность), продолжительность жизни, а также формирующих физиологический и иммунный статус биологических макросистем. Последнее связано с ролью компонентов пищи в обеспечении надежности биологических систем, а, следовательно, здоровья человека
Одна из наиболее актуальных в настоящее время проблем питания - дефицит веществ-антиоксидантов, которые защищают клетки организма от воздействия негативных факторов различного происхождения и продлевают его «молодость», работоспособность и устойчивость к заболеваниям. К таким веществам относится селен. В ряде регионов выявлена недостаточная обеспеченность населения селеном. Недостаток и неравномерное распределение селена в окружающей среде обуславливает его низкое содержание в организме, что способствует возникновению ряда заболеваний.
В Российской Федерации крайне низкие уровни Se в почвах отмечаются в Бурятии, Читинской и Иркутской областях, Центрально- чернозёмном и других регионах России и СНГ Ленинградская, Псковская, Новгородская, Калужская, Брянская, Ярославская области, Алтайский край, Северо-запад Украины, Белоруссия, Киргизия и др. В этих районах и областях могут быть выявлены отдельные категории населения (беременные женщины, дети, лица, пострадавшие от радиации в Чернобыле), обеспеченность которых селеном оказывается значительно ниже среднего уровня.
Селен является одним из эссенциальных микроэлементов. Он участвует в работе иммунной, антиоксидантной и детоксикационной систем организма. В составе ферментов пероксидазы и глутатионпероксидазы микроэлемент ингибирует образование перекисей, прерывает цепь сво-боднорадикального окисления и нейтрализует свободные радикалы в момент их возникновения. Также селен является антагонистом ртути, кадмия, свинца, мышьяка, галлия, теллура и ванадия, защищает клетки от токсического действия. Доказаны защитные свойства селена при ионизирующем излучении, токсичном действии нитратов и нитритов, тяжелых металлов. Это - геропротектор, замедляющий старение организма.
В работах И.В. Гмошинского, Н.А. Голубкиной, Е.А. Егоровой, В.К. Мазо, И.Ф. Горлова, В.Н. Храмовой, И.С. Хамагаевой, С,Д. Жамса-рановой, И.Т. Бубеева, А.Ю. Мишанина, A. Alzate, Т. Chen, I Hininger-Favier, др. отечественных и зарубежных ученых обоснованы подходы к
л,
1 \.
обогащению селеном продуктов питания повседневного спроса, включая стимуляцию аккумулирования селена зерновыми и зернобобовыми культурами, использование в качестве источников селена морских водорослей, коррекцию кормовых рационов сельскохозяйственных животных за счет использования селенсодержащих добавок. При этом их реализация связана с комплексной модернизацией системы животноводства и требует времени и материальных затрат, а использование концентрированных источников селена, например, диметилдипиразолилселенида, путйм внесения в колбасные фарши, что не гарантирует его равномерное распределение по объёму продукта.
Специфика аминокослотного состава коллагена, а также наличие значительного количества гидрофильных и гидрофобных участков, идентифицируемых по содержанию полярных и неполярных остатков (Л.В. Антипова, С.А. Сторублевцев, 2009), во многом определяет функциональность избранных сырьевых источников коллагена - отходов жидовки говядины в виде жилок, сухожилий, фасций как объектов с высокой сорбционной способностью (Л.В. Антипова, С.А. Сторублевцев, 2009; Ю.В. Болтыхов, И.А. Глотова, 2009; И.В. Поленов, 2010 и др.). Однако вопросы разработки полифункциональных пищевых добавок для защиты биосистем и коррекции селендефицитных состояний изучены и реализованы в виде технологических решений и рекомендаций отраслям пищевой промышленности крайне недостаточно.
Существующие меры профилактики не решают в полном объеме проблемы, связанные с недостатком селена, поэтому необходима разработка новых технических решений по расширению ассортимента продуктов питания, компенсирующих дефицит этого микроэлемента в пищевых рационах.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом НИР кафедры пищевой биотехнологии и переработки животного и рыбного сырья ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий»: «Теория и практика производства биологически полноценных, комбинированных, аналоговых и функциональных продуктов питания на основе рационального использования сельскохозяйственных ресурсов с привлечением методов биотехнологии»(№ г.р. 012.006.037.63 2008-2011 гг.);
Цель работы - исследование закономерностей сорбции (иммобилизации) селена на коллагеновом носителе в расширении ассортимента полифункциональных источников биопротекторных факторов в питании для дозированного обогащенния селеном продуктов питания широкого потребительского спроса на основе мясного и рыбного сырья.
В рамках поставленной цели решались следующие задачи: -выбор исходных объектов для проектирования селенсодержащих полифункциональных добавок;
-обоснование условий получения полифункциональной добавки для обогащения селеном мясных и рыбных пищевых систем;
- комплексная оценка свойств селенсодержащей коллагеновой добавки;
-изучение влияния селенсодержащей добавки на ФТС мясных и рыбных
пищевых систем с использованием мясного и рыбного сырья
-изучение влияния технологических факторов на стабильность селена;
- проектирование рецептур обогащенных селеном мясных и рыбных
рубленых полуфабрикатов.
оценка показателей их качества, пищевой и биологической ценности;
разработка проектов технической документации на новые виды мясных и рыбных полуфабрикатов с использованием селенсодержащей добавки;
- технико- экономическая оценка результатов исследований, опытно-
промышленная апробация
Научная новизна состоит в обосновании выбора диметилдшшра-золилселенида как источника селена и биомодифицированных коллагеновых белков животных тканей как биополимерной основы для получения полифункциональной пищевой добавки с биопротекторными свойствами.
Установлены условия и закономерности сорбции органического (диметилдипиразолилселенид) и неорганического (селенид натрия) источников селена на биомодифицированных коллагеновых носителях.
Выявлены закономерности влияния иммобилизированного колла-генового препарата селена на ФТС мясных и рыбных фаршей.
Методами SDS-электрофореза идентифицированы структурные особенности продуктов модификации коллагеновых белков и изучен их молекулярно-массовый состав.
Проведена оценка сорбционной способности биополимерной системы продуктов модификации жилок и сухожилий крупного рогатого скота по отношению к диметилдипиразолилселениду.
На основе квантово-механического моделирования разработана гипотетическая модель взаимодействия продуктов модификации коллагеновых белков с диметилдипиразолнлселенидом.
Дня дозированного обогащения селеном продуктов питания широкого потребительского спроса обоснованы режимы получения полифункциональной пищевой добавки и проведена комплексная оценка ее свойств. Обоснованы режимы получения и разработана технологическая схема получения полифункциональной пищевой добавки для обогащения селеном пищевых систем на основе мясного и рыбного сырья.
Практическая значимость. Подтверждена стабильность селена в составе добавки при различных видах и соответствующих им режимах технологической обработки (перемешивание, варка, запекание.)
Предложены модифицированные технологические схемы производства мясных и рыбных рубленых полуфабрикатов, обеспечивающих удовлетворение суточной потребности в селене на 25-50 %
Новые и модифицированные технологии прошли промышленную апробацию на ОАО «Комбинат мясной Россошанский», г. Россошь Воронежской обл. и ООО «Системы качества жизни» (г. Нововоронеж). На новые полуфабрикаты разработаны проекты технической документации («Полуфабрикаты мясные рубленые, обогащенные селеном», «Полуфабрикаты рыбные рубленые, обогащенные селеном»). Подана заявка на патент «Использование селенсодержащей коллагеновой добавки в технологии мясных и рыбных продуктов»
Расчеты доказывают экономическую целесообразность и эффективность технических решений.
Научные положения, выносимые на защиту:
сравнительная оценка антиоксидантной способности, биологической активности и токсических свойств селенита натрия и диметилди-пиразолилселенида как источников селена для получения, иммобилизованных коллагеновых препаратов;
условия получения и свойства селенсодержащей добавки, условия её стабильности в составе мясных и рыбных фаршевых систем;
условия и рекомендации по применению селенсодержащей коллагеновой добавки в технологии мясных и рыбных рубленых полуфабрикатах
Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертационное исследование соответствует п. 1, 4, 5 и 10 паспорта специальности 05.18.07 - «Биотехнология пищевых продуктов и биологических активных веществ».
Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на отчетных научных конференциях Воронежского государственного университета инженерных технологий (2008-2011); международной научно-технической конференции «Инновационные технологии переработки сельскохозяйственного сырья в обеспечении качества жизни: наука, образование и производство» (Воронеж, 2008); VIII научно-практической конференции «Совершенствование техники, технологии и методов управления на предприятиях пищевой и перерабатывающей промышленности» (Воронеж, 2008); Пятом съезде Общества биотехнологов России им. Ю.А. Овчин-
никова (Пущино, 2008); Пятом Московском международном конгрессе «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (Москва, 2009); Московской международной научно-практической конференции «Биотехнология: экология крупных городов» (Москва, 2010); международной научно-практической конференции «Инновационные пути в разработке ресурсосберегающих технологий производства и переработки сельскохозяйственной продукции» (Волгоград, 2010) и др.
Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах, входящих в перечень периодических изданий, рекомендованных ВАК России, 4 тезиса, 11 статей в научно- технических журналах и материалах конференций.
Структура и объем работы. Диссертационная работа включает введение, обзор литературы, характеристику объектов и методов исследований, три главы экспериментальной части, выводы, список использованных источников и приложений. Работа содержит 150 страниц машинописного текста, (112) страниц приложений, 25) таблиц, (51)рисунок. Библиографический список включает 117 наименований, в том числе 42 иностранных.
