Введение к работе
Актуальность работы
Ежегодно объем производства мороженого в России растет и в 2008 году составил 364 тыс. тонн. Важной переменной при установлении цены на мороженое является качество, которое обусловлено, в первую очередь, составом и структурой. В процессе производства и хранения мороженого возможен рост кристаллов льда и развитие порока слабоснежистая структура. Употребление такого продукта сопровождается ощущением холода. При производстве мороженого применяют различные способы предотвращения роста кристаллов льда, такие как увеличение дозы вносимых в смесь стабилизаторов, понижение температуры мороженого на выходе из фризера до минус 12 С. Недостатком первого способа является получение мороженого с рыхлой и тестообразной консистенцией, второго - увеличение затрат на большее охлаждение.
Большой вклад в теоретические и практические вопросы производства мороженого внесли ученые Ю. А. Оленев, А. А. Творогова, А. Г. Кладий, Н. В. Казакова, Л. Н. Соловьева, Н. И. Дунченко, В. Д. Косой, А. В. Егоров, R. Т. Marshall, Н. D. Goff, R. W. Hartel и др.).
Впервые белки, структурирующие лед, были обнаружены в тканях арктических рыб, затем в различных растениях, таких как морковь, брюссельская капуста, а также в насекомых и грибах. Белки-антифризы, полученные из различных источников, различаются по молекулярной массе, которая находится в пределах от 6 до 33 кДа. Главной отличительной способностью белков, структурирующих лед, является ингибирование роста кристаллов льда. Исследованию механизма взаимодействия белков - антифризов с кристаллом льда посвящены фундаментальные и прикладные работы в области биотехнологии (P. F. Scholander, С. A. Knight, A. L. De Vries, W. С. Hon, М. Gryffith, G. L. Fletcher, C. L. Guy, T. Kuroda, M. Smallwood, J.A. Raymond, P. L. Davies, С L. Hew, H. D. Goff и др.).
Изучение состава и свойств отечественного растительного сырья на наличие белков, структурирующих лед, разработка способов их выделения и применение в производстве пищевых продуктов, в частности для ингибирования роста кристаллов льда в мороженом, позволяет считать данное научное направление диссертационной работы актуальным.
Цель работы — разработка способа получения белков, структурирующих лед, из отечественного растительного сырья путем научного обоснования режимов выделения.
Рабочая гипотеза - особенности произрастания и адаптация в условиях низких температур средней полосы России позволили предположить наличие криопротекторных свойств у белков, выделенных из клубней топинамбура и листьев озимой ржи.
Основные задачи:
- обосновать выбор отечественных растительных источников;
- исследовать динамику накопления белков в растительных источниках и
установить рациональные режимы производства сырья;
изучить фракционный состав белков, выделенных из растительного сырья;
научно обосновать режимы и условия выделения белков, структурирующих лед из растительного сырья;
исследовать криопротекторную способность выделенных белков, структурирующих лед;
- разработать способ выделения белков, структурирующих лед, из
растительного сырья;
установить рациональные дозы и способы введения полученных экстрактов белков, структурирующих лед, при производстве мороженого;
разработать технологию производства мороженого с экстрактами белков, структурирующих лед, и провести комплексную оценку качества и безопасности на конец срока годности;
разработать комплект технической документации на технологию производства мороженого.
Научная новизна
Обоснован выбор растительных источников сырья для получения белков, структурирующих лед, с учетом условий произрастания.
Изучена динамика накопления и фракционный состав белков в растительных источниках и установлено, что в экстрактах из листьев озимой ржи, подвергнутых закаливанию при температуре минус 5 С, на 39 сутки отмечена максимальная концентрация белков с молекулярными массами 18; 25; 26; 27; 30; 32; 33; 35; 37; 95 кДа, равная 0,48±0,05 мг/мл. В клубнях топинамбура, подвергнутых низкотемпературной акклиматизации в полевых условиях, концентрация белка с молекулярной массой 15 кДа составила 0,97±0,05 мг/мл при среднемесячной температуре произрастания минус 14,5 С. Подтверждено наличие белков, структурирующих лед, молекулярная масса которых находится в пределах от 6 до 33 кДа.
Научно подтверждена целесообразность использования клубней топинамбура, собранных в период с октября по апрель, а листьев озимой ржи, подвергнутых закаливанию при температуре минус 5 С, начиная с 30 суток.
Научно обоснованы и экспериментально подтверждены режимы и условия экстракции белков, структурирующих лед, из клубней топинамбура: размер измельченных частиц 0,5 мм, гидромодуль 1:16, температура 10 СС, двукратная экстракция 5%-м раствором NaCl в течение 0,5 ч при периодическом перемешивании. Для листьев озимой ржи режимы и условия экстракции белков, структурирующих лед, составили: размер измельченных частиц 1 мм, гидромодуль 1:16, температура 10 С, двукратная экстракция дистиллированной водой в течение 0,5 часа при периодическом перемешивании.
Установлено, что белки, выделенные из клубней топинамбура 5%-м раствором NaCl и белки, выделенные из листьев озимой ржи дистиллированной водой, обладают криопротекторной способностью.
Определены рациональные дозы и стадии внесения экстрактов белков, структурирующих лед, выделенных из клубней топинамбура и листьев озимой ржи, в мороженое, которые составили соответственно 0,07 и 0,09 %.
Практическая значимость диссертации
Разработан способ получения белков, структурирующих лед, из листьев озимой ржи и клубней топинамбура.
Разработана и утверждена техническая документация на мороженое (ТУ 9228-059-02068640-09, ТИ 9228-001-02068640-09).
Экспериментальные препараты белков, структурирующих лед, выделенных из клубней топинамбура и листьев озимой ржи, апробированы в технологии мороженого в условиях ООО «Озерский молочный комбинат».
Рассчитана экономическая эффективность от внедрения результатов исследования в производство. Дополнительная прибыль на 1 т мороженого с экстрактами белков, структурирующих лед, составила 6,25 тыс. руб.
Поданы две заявки на изобретение «Способ получения экстракта белка, структурирующего лед, из клубней топинамбура» и «Композиция для производства молочного мороженого».
Апробация результатов исследования
Основные положения и результаты исследований доложены и представлены на Международном симпозиуме ММФ «Лактоза и ее производные» (Москва, 2007), VI Международной научной конференции «Живые системы и биологическая безопасность населения» (Москва, 2007), Международной научно-практической конференции «Безопасность питания: проблемы, пути и способы решения» (Коломна, 2007), Международной научно-практической конференции «Биотехнология. Вода и пищевые продукты» (Москва, 2008), V Московском международном конгрессе «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (Москва, 2009).
Работа отмечена медалью и дипломом на V Московском международном конгрессе «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (Москва, 2009), удостоена гранта и грамоты в конкурсе 2008 года ассоциации «Университетский комплекс прикладной биотехнологии».
Публикации
По основным материалам исследований опубликовано 11 печатных работ, 1 из которых опубликована в журнале, рекомендованном ВАК РФ, и 2 - в центральных изданиях.
