Введение к работе
Актуальность работы. В настоящее время в связи с загрязнением окружающей среды и другими техногенными факторами люди получают из атмосферного воздуха гораздо меньше кислорода, что приводит к развитию его хронического недостатка в организме - гипоксии, которая отрицательно сказывается на всех органах и системах организма. Метод энтеральной оксигенотерапии в форме употребления кислородных коктейлей, открытый академиком Н.Н. Сиротининым, успешно применяется согласно данных Новикова Ю.И., Мартынишина М.Я. и др. как для профилактики гипоксии, так и для лечения широкого спектра заболеваний. Синергетический эффект влияния биологически активных компонентов, входящих в рецептуры кислородных коктейлей, в результате сочетанного действия с кислородом, активизирующим обменные процессы на клеточном уровне, подтвержден данными Даниэляна К.Д. Рябцева К.М. Ясюк О.В. и других ученых.
Однако, широкое использование энтеральной оксигенации осложняется факторами неустойчивости кислородной пены, в результате ее быстрого разрушения требуемый объем кислорода не доходит до потребителя. Таким образом, разработка рецептур пенообразующих композиций и технологических параметров, обеспечивающих формирование устойчивых гетерогенных кислородсодержащих пищевых систем, дополнительно содержащих биологически активные компоненты, а также расширение ассортимента кислородных продуктов на их основе является актуальной проблемой.
Цель работы. Научное обоснование выбора ингредиентов и режимов формирования устойчивых гетерогенных пищевых систем для совершенствования технологии и расширения ассортимента кислородсодержащих продуктов обогащенного состава на основе исследования физико-химических свойств пен и процессов пенообразования.
Для достижения поставленной цели были определены и решались следующие задачи:
обосновать выбор ингредиентов пенообразующих рецептурных композиций на основе комбинирования пенообразователей из животного и биологически активного растительного сырья;
исследовать пенообразующие свойства сухого белкового полуфабриката и смеси «Альбуфикс», определить параметры и режимы формирования пен додекаедрической структуры с содержанием кислорода не ниже 70-80 %;
исследовать влияние биологически активных растительных компонентов на свойства гетерогенных кислородсодержащих систем в различных технологических средах;
исследовать влияние технологических режимов (рН, скорости подачи кислорода, температуры, гидродинамических условий) на процесс формирования и показатели кислородсодержащих гетерогенных пищевых систем;
исследовать влияние низкотемпературной обработки и гидродинамических режимов на кристаллизацию жидкой фазы и свойства гетерогенных кислородсодержащих пищевых систем зернистой структуры различного состава;
разработать рецептуры пенообразующих композиций и технологию производства кислородных продуктов - коктейлей, кремов, сорбетов на основе пенообразователей животного происхождения и биологически активного растительного сырья в том числе с лечебно- профилактическими свойствами.
Научная новизна работы. Обоснован выбор компонентов животного и растительного происхождения, комплементарность состава, водосорбционных и пенообразующих свойств которых обеспечивает высокое содержание кислорода (75-85 %) и устойчивость структуры (период полураспада более 60 мин) в пищевых пенах с возможностью достижения высоких показателей их биологической ценности. Доказано, что влагосвязывающие свойства растительного сырья (15-24 г/г) способствуют стабилизации свойств пен додекаэдрической структуры, синерезис которых не превышает 40% жидкой основы, разрушение суммарной межфазной поверхности не более 10%. Установлены, закономерности влияния рецептурных соотношений истинных пенообразователей, различного растительного сырья и жидких фитооснов, а также технологических режимов рН, температуры, скорости подачи кислорода, гидродинамических условий на параметры кислородных пен — кратность, период полураспада, кинетику осушения, установлены диапазоны значений, при которых обеспечиваются требуемые показатели качества продуктов — содержание кислорода в пене при осушении не ниже 70%, устойчивость исходной структуры не менее 30 мин. Установлена возможность кристаллизации жидкой фазы поверхностного слоя в процессе пенообразования в условиях одновременной турбулизации системы, введения кислорода и жидкого азота в диапазонах подачи газов 0,02-0,08 см3-/мин и 0,002-0,004 см3/мин соответственно, обеспечивающие получение зернистой структуры пенного продукта с размером зерна 1,5-2,5 мм. На основе исследований процессов пенообразования в растительных эмульсиях с массовой долей жира до 26 % установлен предельно достижимый уровень насыщения кремообразных структур кислородом (45-60%) в зависимости от вида и количества вводимого в рецептуру растительного сырья. Амперометрическим методом установлено сохранение антиоксидантной активности компонентов рецептур кислородсодержащих продуктов в течение получения, реализации и потребления продукта (не менее 60 мин).
Практическая значимость. Разработаны рецептуры пенообразующих композиций на основе истинных пенообразователей белковой природы сухого полуфабриката белкового и «Альбуфикса» в комбинации с растительными биологически активными, в том числе лекарственными компонентами, обеспечивающих заданные параметры пен: высокое содержание кислорода (70-85%), устойчивость исходной структуры более 30 мин, а также функциональность кислородных продуктов. Установлены режимы получения пен с заданными параметрами: рН 4,6 -5,0, скорость подачи кислорода 16,6 — 83,3 см3/с, скорость вращения рабочего органа перемешивающего устройства 2,5 об/с, температура 10-14о С. Определены параметры процесса формирования зернистой структуры
кислородсодержащего сорбета с содержанием кислорода не менее 65% при одновременном пенообразовании (скорость подачи кислорода 0,06-0,07 см3/с, вращения рабочего органа 2,0 об/с) и кристаллизации жидкой фазы путем введения жидкого азота в количестве не более 60 см3 на 50 см3 жидкой фитоосновы. Разработана технология производства десертных
кислородсодержащих кремов с содержанием кислорода не менее 50% на основе растительных сливок «Дейли Крем» с массовой долей жира 26% с введением в рецептуры растительных биологически активных компонентов (смесей с мукой из семян тыквы или косточек винограда) в количествах до 5%. Технология производства ассортимента кислородсодержащих продуктов на основе композиций СПБ, «Альбуфикса» и растительных компонентов (муки из семян тыквы, расторопши, плодов шиповника, косточек винограда, экстрактов валерианы, женьшеня, эхинацеи) апробирована в условиях НИЛ кафедры сервисных технологий, научно-учебно-производственном центре питания ВГУИТ, ООО «Фабрика кухня», ООО «Белая лилия», ООО «Диет-сервис» разработаны пакеты технической документации по производству пенообразующих сухих смесей, ТТК на «Кислородный коктейль», «Кислородный сорбет», «Кислородный крем», новизна технических решений подтверждена патентами РФ № 2429728 «Способ производства кислородных коктейлей», № 2422051 «Сухая белково-растительная смесь для производства кислородного коктейля». Расчетная экономическая эффективность внедрения разработанных кислородсодержащих продуктов составляет 2.4 тыс руб на 1 тыс порций.
Положения, выносимые на защиту.
свойства комбинированных пенообразующих систем, содержащих в своем составе истинные пенообразователи белковой природы и биологически активные компоненты растительного происхождения;
условия и режимы, обеспечивающие формирование и требуемые показатели качества кислородсодержащих пищевых гетерогенных систем различной структуры — жидких и твердых пен, газосодержащих эмульсий;
комплексная оценка качества новых пенообразующих композиций, содержащих нетрадиционное растительное сырье и кислородсодержащих продуктов на их основе: коктейлей, десертов, сорбетов.
Соответствие темы диссертации паспорту научной специальности. Диссертационное исследование соответствует п 1, 3, 5, 10 паспорта специальности 05.18.07 Биотехнология пищевых продуктов и биологических активных веществ
Апробация работы. Основные результаты работы доложены на Международных (Воронеж - 2008, 2011 гг., Тюмень - 2009 гг., Екатеринбург - 2009 г., Владивосток - 2010 г., Москва - 2010, 2011гг., София - 2012 г.), конференциях, конгрессах и симпозиумах. Результаты работы демонстрировались на Международной постоянно действующей выставке «Воронежский агропромышленный форум» в 2009 г. и были отмечены дипломом, получена золотая медаль на выставке «Воронежагро-2009», «V Воронежский промышленный форум».
Публикации. По материалам исследований опубликовано 16 работ, в том числе 6 статей в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ, так же получены 2 патента РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов и результатов, списка литературы из 170 наименований и приложений.
