Введение к работе
Актуальность темы. Современное состояние промышленности и окружающей среды требует создания эффективных технологий продуктов функционального назначения, направленных на укрепление защитных функций организма человека и животных. Роль активных ингредиентов в них могут играть клетки дрожжей и лактобактерий. Дрожжевые клетки обладают лакто- и бифидогенными, а также сорбционными свойствами и при попадании в кишечник стимулируют рост собственной микрофлоры организма, выводя оттуда патогенные бактерии и их токсичные метаболиты. Кроме того, в процессе ферментации пищевых субстратов, дрожжи обогащают их различными физиологически активными веществами.
Таким образом, производство дрожжевых пребиотических препаратов и продуктов, удовлетворяющих ежедневные потребности организма в необходимых компонентах и обладающих свойством регулировать и нормализовать микробиоценозы желудочно-кишечного тракта, является перспективным и актуальным направлением.
Продукты питания, содержащие дрожжи и их метаболиты, на современном российском рынке представлены в основном кисломолочными напитками смешанного бактериально-дрожжевого брожения типа кефира, тана, катыка. Содержание дрожжевых клеток в таких продуктах не превышает уровня 10-10 кл/г. Технология подобных напитков предусматривает прямое внесение бактериальных и дрожжевых культур без использования микробных консорциумов или полимикробных посевных материалов. Другие известные напитки дрожжевого брожения (квас, пиво) представляют собой, как правило, фильтрованные продукты. В то же время значимые клинические эффекты, связанные с лечебно-профилактическим действием дрожжевых клеток, показаны только для биологически активных добавок с концентрацией - 10у кл/г.
Не менее актуальной проблемой является защита окружающей среды от отходов агропромышленных предприятий (далее АПК) (спиртзаводов, молзаводов, мукомольных предприятий и т.п.). В пищевых отраслях России образуется до 45 млн. т вторичных ресурсов и отходов в год, из которых значительная часть используется неэффективно, тем самым нанося огромный вред окружающей среде.
В связи с вышеизложенным, разработка технологии активных полимикробных посевных материалов, в том числе заквасок, на базе отходов агропромышленных предприятий для производства ферментированных напитков и других продуктов общественного питания, доступных для потребления широким слоям населения, актуальна и экономически привлекательна.
Цель и задачи исследования.
Целью диссертационной работы стала разработка технологии активных посевных материалов для производства функциональных продуктов на основе жизнеспособных
клеток дрожжей и лактобактерий. В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи:
- выявить наиболее перспективные штаммы дрожжей для получения активных
полимикробных посевных материалов и провести подбор растительных субстратов для
накопления ими биомассы;
- выбрать способ культивирования дрожжей, подобрать жидкие и твердые
питательные среды для роста и накопления биомассы выделенными дрожжами на
основе отходов АПК;
- получить микробные консорциумы на основе выбранных дрожжевых культур и
промышленного штамма L. acidophilus La 5 и изучить процесс взаимного влияния
культур;
получить активные полимикробные посевные материалы в сухом,
замороженном виде и исследовать выживаемость клеток дрожжей и лактобактерий в
процессе их получения, определить физико-химические и биохимические
характеристики, установить сроки и условия их хранения;
получить жидкие полуфабрикаты на основе активных полимикробных посевных материалов и определить их характеристики и сроки хранения;
установить возможность использования полученных натуральных, высушенных, замороженных активных посевных материалов и жидких полуфабрикатов для глубинной ферментации жидких субстратов с целью получения питьевых ферментированных продуктов питания;
- разработать рецептуры новых ферментированных продуктов на основе
полученных активных полимикробных посевных материалов. Дать физико-химическую
и микробиологическую характеристику новых продуктов, оценить их пищевую и
биологическую ценность.
Научная новизна.
Впервые установлена возможность производства активных посевных материалов из дрожжей вида Pichia anomala на растительном сырье. Показано, что в качестве сырья для производства дрожжевых посевных материалов могут быть использованы различные виды твердого растительного сырья, как первичного, так и вторичного. Универсальным субстратом для этих целей являются зерновые отруби. Для доведения влажности этих субстратов до оптимального уровня могут быть использованы как вода, так и различные жидкие вторичные продукты.
Наиболее рациональным признано получать активные посевные материалы методом твердофазного культивирования отселекционированных дрожжевых культур.
На различных твердых растительных субстратах констатирована способность дрожжей и лактобактерий к симбиозу без выраженного взаимного ингибирования.
Установлена возможность получения хранимых активных полимикробных посевных материалов путем высушивания и замораживания комплексных микробных культур.
Получены хранимые посевные материалы в виде жидких полуфабрикатов, установлена зависимость их физико-химических и микробиологических показателей от длительности хранения.
Результаты анализа выявленных зависимостей послужили обоснованием предложенных в работе технологий производства новых ферментированных продуктов, обогащенных биомассой дрожжей и лактобактерий, и подтверждением их функциональных свойств.
Практическая значимость результатов работы.
Из коллекции дрожжевых культур МГУПП, отобраны штаммы дрожжей, наиболее активно накапливающие биомассу при росте на первичных и вторичных сырьевых ресурсах АПК. Выявлено несколько перспективных штаммов дрожжей относящихся к роду Pichia, из них максимальную продуктивность по биомассе показал штамм Pichia anomala PI. В результате проведенных исследований установлено, что данный штамм обладает некоторой антагонистической активностью по отношению к условно-патогенным микроорганизмам.
Показано, что в условиях твердофазного культивирования наблюдается большее накопление биомассы выбранными штаммами дрожжей, чем при глубинной ферментации.
Впервые получены активные полимикробные посевные материалы на основе дрожжей Pichia anomala Рій лактобактерий Lactobacillus acidophilus La 5 в натуральном, высушенном, замороженном состояниях, а также в виде жидких полуфабрикатов. Показана возможность сушки при 40С. Разработаны технологический регламент и технические условия на сухие активные полимикробные посевные материалы. Подана заявка на патент РФ «Способ получения активного полимикробного сухого посевного материала для производства продуктов функционального питания» per. №2012110630 от 21.03.2012г. Разработана технология получения активных посевных материалов. Проведен расчет экономической эффективности разработанной технологии, который показал, что оптовая цена полученного посевного материала составляет 60 руб за 1 кг.
Определены физико-химические и биохимические характеристики полученных активных полимикробных посевных материалов. Установлены сроки и условия их хранения: 40 сут - для жидких полуфабрикатов и 100 сут - для других видов посевных материалов.
Получены новые ферментированные напитки на базе активных полимикробных посевных материалов. Дана физико-химическая и микробиологическая характеристика
новых продуктов, оценена их пищевая ценность, доказано их соответствие требованиям безопасности, предъявляемым к продуктам питания. Наработаны опытные партии новых ферментированных напитков на стендовой установке ГНУ ВНИИПБТ РАСХН. Результаты проведенной работы подтверждены актами. Проведена органолептическая оценка образцов на кафедре «Технология общественного питания» МГУПП. Полученные результаты также подтверждены актами.
Апробация работы.
Основные положения работы докладывались на российских и международных конференциях и симпозиумах: Первой научно-практической конференции с международным участием "Безопасность и экология предприятий пищевой промышленности. Инновационные решения использования отходов пищевых производств" (Москва 2009); VII международная научно - практическая конференция "Технологии и продукты здорового питания. Функциональные пищевые продукты" (Москва 2009); Первой международной научно-практической конференции "Идентификация фальсифицированных пищевых продуктов. Контроль содержания и безопасность наночастиц в продукции сельского хозяйства и пищевых продуктах" (Москва 2009); EurasiaBio 2n International Congress-Partnering & Exhibition on Biotchnology and Bioenergy, Moscow 2010; III межведомственной научно-практической конференции "Товароведение, экспертиза и технология продовольственных товаров", (Москва 2010); IX Международной научной конференции «Живые системы и биологическая безопасность населения» (Москва 2011).
Публикации. По материалам диссертационного исследования опубликовано 9 печатных работ, в том числе 3 статьи в научных журналах, рекомендованных ВАК, 1 заявка на патент РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, библиографического списка, включающего 228 источников (в том числе 68- на иностранных языках) и 8 приложений. Работа изложена на 174 страницах, содержит 30 рисунков, 25 таблиц.
