Введение к работе
Актуальность проблемы. Современная демографическая ситуация в России характеризуется устойчивой тенденцией - динамичным увеличением доли лиц старше трудоспособного возраста, что соответствует общемировому процессу старения населения. Сегодня 20,7% жителей Российской Федерации (каждый седьмой россиянин) находятся в таком возрасте. В последние годы отмечается ухудшение показателей физического здоровья пожилых людей: заболеваемость у лиц пожилого (60-74 года) в 2 раза, преклонного (75-89 лет) возраста в 6 раз выше, чем у людей молодых возрастных групп. Преимущественным фактором в развитии заболеваний и прогрессирующем постарении населения является недостаточность и несбалансированность питания. По данным отечественных и зарубежных исследований при помощи правильно организованного питания можно снизить количество заболеваний (диабет, артрит - на 50%, болезни сердца - на 25%, органов зрения - на 20% и т.д.) и значительно сократить риск преждевременного старения. По этой причине необходимо создание индустрии пищевой продукции со специально декларируемыми свойствами.
Реализация государственной политики в области здорового питания находится в тесной связи с реализацией демографической политики и национальных проектов «Здоровье» и «Развитие АПК». Сегодня инвестиции в человека, в его здоровье и качество жизни стали ключевой идеей развития страны. Приоритетным направлением является технология функциональных пищевых продуктов, в том числе геродиетического назначения.
Большой вклад в решение фундаментальных вопросов создания технологий функциональных пищевых продуктов вносят исследования Антиповой Л.В., Волгарева М.Н., Григорова Ю.Г., Жаринова А.И., Касьянова Г.П., Липатова Н.Н., Лисицина А.Б., Позняковского В.М., Покровского А.А., Рогова И.А., Самсонова М.А., Скурихина И.М., Токаева Э.С., Тутельяна В.А., Уголева A.M., Устиновой А.В., Храмцова А.Г., Чеботарева Д.Ф., Юдиной СБ. и ряда других исследователей.
Несмотря на многочисленные сведения о химическом составе пищевого сырья, его биотехнологический потенциал в отношении предупреждения преждевременного старения недостаточно изучен. С другой стороны, традиционно применяемые технологические способы переработки пищевого сырья не адаптированы к технологии геродиетических продуктов, так как в результате промышленной обработки многие биологически активные вещества пищевого сырья, обладающие разнообразными видами защитного действия, снижают свою активность.
Новый взгляд на биотехнологический потенциал пищевого сырья, обоснование новых биотехнологических решений в технологии геродиети-ческих продуктов приобретают особое значение.
Диссертационная работа выполнялась в соответствии с научно-исследовательскими программами разного уровня: НТП Минобразования РФ «Научные исследования высшей школы по приоритетным направлениям науки и техники», подпрограммой 204 «Технологии живых систем», НИР «Новые биотехнологии продуктов общего и функционального питания» (№ г.р. 01.200.111390, 2000 г.); фундаментальной НИР «Разработка теории фазового равновесия в системах "жидкость - капиллярнопористое тело", типичных для пищевого возобновляемого сырья» по заданию Минобразования РФ на выполнение научных исследований в рамках тематического плана (№ г.р. 01200103156, 2001-2003 гг.); грантом РФФИ «Изучение процессов биотрансформации вторичных ресурсов мясной отрасли на основе методов регулируемого биокатализа» (№08-08-99088, 2007-2008 гг.).
Тема диссертационной работы соответствует плану госбюджетных НИР кафедры технологии мясных и рыбных продуктов КубГТУ «Биотехнологические, физические, физико-химические и энергоинформационные способы обработки сырья животного и растительного происхождения» (№1.4.06-10, 2005-2009 гг.).
Цель работы - оценка и рациональное использование биотехнологического потенциала пищевого сырья в технологии продуктов геродиетического назначения.
Основные задачи:
разработать методологические подходы к конструированию новых геродиетических продуктов с применением принципов современной нутрициологии, квалиметрии и теоретических постулатов пищевой ком бинаторики;
провести оценку биотехнологического потенциала пищевого сырья по содержанию защитных и геропротекторных компонентов;
обосновать и разработать новые технологические решения по выделению и концентрированию биологически активных веществ из лекарственного и пищевого растительного сырья методом препаративной газожидкостной экстракции;
исследовать влияние электромагнитного поля низкочастотного диапазона на свойства животного сырья и разработать биотехнологические решения по применению нового физического приема обработки в технологии продуктов геродиетического назначения;
разработать рецептуры и частные технологии геродиетических продуктов в условиях многоуровневого моделирования с применением методов нейросетевой аппроксимации, пищевой комбинаторики и концепции барьерной технологии;
сформировать методологию и разработать экспресс-метод контроля качества геродиетических продуктов с применением компьютерного распознавания образов по спектрам;
провести анализ адекватности химического состава, уровня качества и безопасности новых видов продуктов требованиям геродиетики на тест-объектах и в клинических испытаниях;
разработать техническую документацию на ассортиментную линейку продуктов геродиетического назначения, провести промышленную апробацию.
Научная концепция работы заключается в создании целостной системы теоретических основ и практических рекомендаций по реализации технологии биологически безопасных геродиетических продуктов с заданными качественными характеристиками.
Научные положения, выносимые на защиту:
методология реализации принципов пищевой комбинаторики применительно к конструированию продуктов геродиетического назначения;
банк данных биотехнологического потенциала пищевых ресурсов для геродиетического питания;
характеристика и режимы получения экстрактивных нанокомплек-сов из растительного сырья с высокими функциональными свойствами применительно к технологии геродиетических продуктов;
применение низкочастотного электромагнитного поля и газожидкостной обработки для коррекции технологических режимов обработки пищевого сырья в обеспечении барьерного эффекта, стабилизации защитных факторов и интенсификации производственных процессов;
концепция прогнозирования уровня качества геродиетических продуктов с применением компьютерного распознавания образов по спектрам;
новые нанобиотехнологические решения, состав, свойства, адресная направленность продуктов геродиетического назначения.
Научная новизна. Теоретически и экспериментально обоснована гипотеза о принципиальной возможности создания технологии новых видов пищевых продуктов геродиетического назначения биотехнологическими методами.
Разработаны методологические подходы к конструированию геродиетических продуктов на мясной и рыбной основе с применением принципов современной нутрициологии, квалиметрии и теоретических постулатов пищевой комбинаторики.
Проанализированы, количественно оценены и систематизированы новые данные о биотехнологическом потенциале пищевых ресурсов в защитных функциях организма людей пожилого и преклонного возраста на примере 163 видов традиционного и нетрадиционного сырья животного и растительного происхождения.
Изучены и объяснены закономерности, обоснованы условия получения концентрированных форм биологически активных веществ в процессе препаративной газожидкостной ступенчатой экстракции из лекарственного и пищевого растительного сырья жидким (6,5-7 МПа) и сжатым (35-40 МПа) диоксидом углерода с получением индивидуальных форм физиологически функциональных пищевых ингредиентов и их комплексов.
Впервые исследована кинетика биохимических, микроструктурных и микробиологических показателей животного сырья в процессе биомодификации при воздействии низкочастотного электромагнитного поля. Полученные результаты явились обоснованием применения физического метода обработки пищевого сырья в технологии геродиетических продуктов.
В условиях многоуровневого моделирования с применением принципов современной нутрициологии, квалиметрии, пищевой комбинаторики и неиросетевои аппроксимации расчетных и экспериментальных данных обоснованы рецептуры новых продуктов геродиетического назначения с заданными качественными характеристиками на основе природного сырья.
Установлена зависимость спектральных характеристик пищевых систем с показателями их проанализированного химического состава. На основании установленных зависимостей обоснована методология экспрессного получения информации о детализированном биохимическом составе для оценки качества и безопасности геродиетических продуктов.
Клиническими и токсикологическими исследованиями в экспериментах in vivo на микробных тест-объектах и животных организмах доказана высокая эффективность, биологическая безопасность и адресная направленность новых видов пищевых продуктов геродиетического назначения.
Новизна технических решений диссертационной работы подтверждена 44 патентами на рецептуры геродиетических продуктов, 14 патентами на способы производства, 2 свидетельствами на программы для ЭВМ.
Практическая значимость работы. Создан информационный банк данных адекватности биотехнологического потенциала пищевого сырья специфике экзотрофии организма людей пожилого и преклонного возраста.
Разработаны оригинальные рецептуры и сформированы ассортиментные группы биологически безопасных продуктов геродиетического назначения.
Предложены и реализованы корректирующие технологии обработки пищевого сырья в производстве геродиетических продуктов повышенной пищевой и биологической ценности: - рекомендована препаративная газожидкостная ступенчатая экстракция из пряноароматического и лекарственного растительного сырья для получения индивидуальных форм биологически активных веществ и их комплексов; - определены режимные параметры (частота 40,03 Гц, продолжительность обработки 60 мин, магнитная индукция 6 мТл) применения низкочастотного электромагнитного поля для обеспечения стабильности защитных компонентов пищевого сырья при тепловой обработке на этапах сушки и стерилизации, создания барьерного эффекта для сохранения качества и безопасности мясо- и рыбора-стительных продуктов.
Разработан экспресс-метод оценки качества геродиетических продуктов путем косвенного определения непосредственно не измеряемых характеристик качества.
Разработаны, апробированы и утверждены комплекты технической документации на новые виды продуктов геродиетического назначения: ТУ 9217-128-04801346-02 «Консервы мясорастительные для геродиетического питания», ТУ 9194-138-04801346-03 «Пищевые концентраты. Первые обеденные блюда рыборастительные для геродиетического питания»,
ТУ 9216-200-04801346-05 «Паштеты для функционального питания»; ТУ 9217-201-04801346-05 «Консервы мясорастительные паштетные для функционального питания», ТУ 9217-224-04801346-06 «Консервы мясо-растительные. Бутербродные пасты для функционального питания», ТУ 9214-223-04801346-06 «Кулинарные изделия. Бутербродные пасты для функционального питания», ТУ 9271-256-04801346-07 «Консервы рыбора-стительные для функционального питания», ТУ 9266-283-04801346-08 «Кулинарные пастообразные продукты из рыбы функционального назначения».
Результаты теоретических и экспериментальных исследований включены в разделы дисциплин при подготовке дипломированных специалистов по направлению 260300 «Технология сырья и продуктов животного происхождения», материалы дипломного проектирования, курсы по повышению квалификации работников перерабатывающих отраслей АПК.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы докладывались и обсуждались на следующих конференциях: международной научно-технической конференции, посвященной 70-летию основания Калининградского государственного университета (Калининград, 2000); II Всероссийской научно-технической конференции «Современные достижения биотехнологии» (Ставрополь, 2002); международной научно-практической конференции «Актуальные направления развития экологически безопасных технологий производства, хранения и переработки сельскохозяйственной продукции» (Воронеж, 2003); международной научно-практической конференции «Современные технологии переработки животноводческого сырья в обеспечении здорового питания: наука, образование и производство (Воронеж, 2003); международной конференции «Функциональные продукты питания: гигиенические аспекты и безопасность» (Краснодар, 2003); международной научно-практической конференции «Стратегия и тактика социально-экономического развития общества» (Астрахань, 2003, 2004); Всероссийской научно-практической конференции
с международным участием «Пищевая промышленность: интеграция науки, образования и производства» (Краснодар, 2005); международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы качества и безопасности продовольственного сырья и пищевой продукции» (Краснодар, 2005); IX Всероссийской научно-практической конференции «Агропромышленный комплекс и актуальные проблемы экономики регионов» (Майкоп, 2007); V международной научно-практической конференции «Торгово-экономические проблемы регионального бизнес-пространства» (Челябинск, 2007); международной научно-практической конференции «Технологические и микробиологические проблемы консервирования и хранения плодов и овощей» (Видное, 2007); международной научно-практической конференции «Перспективные нано- и биотехнологии в производстве продуктов функционального назначения» (Краснодар, 2007); III международном форуме «Актуальные проблемы современной науки» (Самара, 2007); Всероссийской научно-практической конференции «Здоровое питание - основа жизнедеятельности человека» (Красноярск, 2008); II международном форуме «Аналитика и аналитики» (Воронеж, 2008); международной научно-практической конференции «Пищевая промышленность и агропромышленный комплекс: достижения, проблемы, перспективы» (Пенза, 2008, 2009); международной научно-практической конференции «Олимпиада 2014: технологические и экологические аспекты производства продуктов здорового питания» (Краснодар, 2009).
Результаты научных разработок отмечены дипломами и золотыми медалями VI Всероссийской выставки «НТТМ-2006» (Москва, 2006) и XI Международного Салона промышленной собственности «Архимед-2008» (Москва, 2008).
Под научным руководством соискателя выполнены и защищены кандидатские диссертации Максюты И.В. (2004 г.) и Решетняка А.И. (2004 г.)
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, семи глав, выводов, списка цитированных источников (312 работ отечественных и зарубежных авторов), приложения (копии документов на объекты интеллектуальной собственности, техническая документация, протоколы испытаний образцов продукции, акты опытно-промышленных внедрений, заключения токсикологических и клинических исследований). Работа изложена на 302 страницах машинописного текста, содержит 61 таблицу и 81 рисунок.
