Введение к работе
Актуальность работы. Промышленное производство продовольствия базируется на достижениях диетологии и технологии. Современная диетология рассматривает пищу не только как источник питательных веществ, но и как фактор, который может целенаправленно оказывать положительное воздействие на здоровье человека.
Новая пищевая технология характеризуется двумя основными чертами. Одна из них - широкомасштабный переход производства продуктов питания на промышленную основу, что предполагает их выработку с заданными пищевой ценностью и органолептическими показателями. Вторая - развивающаяся тенденция к глубокому фракционированию сельскохозяйственного сырья с целью наиболее полного извлечения пищевых веществ и получения однородных по составу и структуре стандартизированных фракций.
Широкие возможности современной пищевой технологии позволяют перерабатывать стандартизированные фракции в пищевые продукты с заданным химическим составом и свойствами, а также расширять сырьевую базу за счет использования нетрадиционных источников, что имеет существенное экономическое, технологическое и техническое значение.
Все это привело к тому, что за последние 10 лет структура рынка пищевых ингредиентов претерпела существенные изменения: появились сотни новых наименований, что дает возможность разрабатывать рецептуры и совершенствовать технологии самых разнообразных продуктов питания. Особенностью современных продуктов питания является многокомпонентность их рецептур, ключевую роль, в большинстве которых играют белки.
Белок в пищевых продуктах выполняет две функции: пищевую и структурную. Последняя обеспечивает комплекс реологических характеристик продукта и его структуру, что собственно обусловливает его потребительские свойства и, тем самым, обеспечивает реализацию пищевой ценности продукта, в состав которого он входит.
Изучение функциональных свойств белка является важным при разработке рецептур многокомпонентных пищевых систем, выборе процессов и технологических режимов. В этой области знаний достигнуты значительные успехи, которые, прежде всего, связаны с плодотворным взаимодействием исследователей, работавших в академической науке (Толстогузов В.Б., Браудо Е.Е., Гринберг В.Я. и др.) и прикладной науке (Рогов И.А., Токаев Э.С., Липатов Н.Н., Жаринов А.И., Харитонов В.Д. и др.). Основным достижением этого сотрудничества является прогресс в развитии методов оценки и регулировании функциональных свойств белка в относительно простых модельных системах.
Распространение этих методов на реальные пищевые системы требует дальнейшего развития знаний по физической химии пищевых систем, физико-химическим свойствам и структурным функциям белка, влиянию его взаимодействия с другими компонентами на конечные свойства продуктов. Это важно, поскольку эмпирические приемы по-прежнему занимают значительные позиции в пищевой технологии, что сущестеОДШІИ58рМіііі|(Авфаничивает
БИБЛИОТЕКА С. Петербург
использование колоссальной возможности рынка пищевых ингредиентов и достижений диетологии.
Поскольку требования к функциональным свойствам белка зависят от вида продукта и его технологии, особая роль в работе отведена белоксодержащим эмульсионным напиткам для СП. Выбор обусловлен тем, что они являются продуктами массового потребления и в этой группе продуктов можно успешно реализовать достижения диетологии.
Изучение поведения белка в жидких эмульсионных системах является неотъемлемой частью некоторых прикладных аспектов биотехнологии. Например, исследование строения и свойств межфазных адсорбционных слоев, образованных веществами биологического происхождения (белками, полисахаридами, липидами и их смесями), важно в связи с моделированием структуры биомембран и изучением механизма биогетерогенных, в частности ферментативных реакций. Кроме того, результаты исследований в этой области важны для разработки процессов микрокапсулирования БАД и клеток, а также выделения белков, в том числе и биологически активных, или разделения их смесей.
Таким образом, развитие физико-химических принципов технологий белоксодержащих эмульсионных напитков для СП представляется актуальным.
Цель и задачи исследований. Целью работы является теоретическое обоснование и экспериментальное подтверждение физико-химических принципов разработки технологий жидких белоксодержащих эмульсионных продуктов для СП на основе изучения влияния взаимодействия белка с другими компонентами на физическую устойчивость пищевой системы. В соответствии с поставленной целью в работе решались следующие основные задачи.
-
Разработать методы исследования функциональных свойств биополимеров.
-
Изучить поведение препаратов белков в многокомпонентных системах, моделирующих состав продуктов в условиях, соответствующих технологическому процессу их получения.
-
Разработать соответствующие методические подходы и изучить биодоступность белков и липидов в модельных системах.
4. Предложить способы устранения отрицательного влияния
взаимодействия белков с другими компонентами эмульсий на их физическую
устойчивость.
5. Разработать общий алгоритм создания эмульсионных напитков,
стабилизированных белками. Сформировать базу данных по функциональным
свойствам белков, предназначенных для использования в этом виде продуктов.
6. Разработать и апробировать частные технологии жидких
белоксодержащих эмульсионных продуктов для СП.
Аналитические и экспериментальные исследования проводили в соответствие со схемой, представленной на рисунке 1.
ПТИМИИГТО'' " гигмимг
Развитие физико-химического подхода к разработке технологии белоксодержащих
эмульсионных напитков
Аналитические исследования
Представления о пищевой
системе и процессах ее
получения с позиций
физической-химии
Анализ роли
белка в пищевой
системе
Анализ возможных
взаимодействий
компонентов пищевой
системы
Выбор ключевых функциональных свойств
белка, определяющих физическую
устойчивость и реологические свойства
пищевой системы.
Разработка методов исследования функциональных свойств белков
К—и
Разработка методов исследования биодоступности компонентов эмульсионных напитков
Изучение функциональных свойств белков в зависимости от различных факторов
Изучение биодоступности компонентов эмульсионных напитков
"ХГ
хг
Формирование базы данных по функциональным свойствам белков и определение критериев выбора препаратов белков для использования в составе эмульсионных напитков.
~и
Разработка частных технологий белоксодержащих эмульсионных напитков для специализированного питания.
Рисунок 1 - Схема проведения аналитических и экспериментальных исследований.
Научная новизна. Исследование взаимодействия компонентов пищевых жидких гетерогенных систем позволило сформулировать и реализовать на практике физико-химические принципы получения продуктов СП с заданным химическим составом и реологическими свойствами, а также предложить новые подходы к обеспечению их устойчивости.
Установлены следующие факторы и явления, оказывающие влияние на устойчивость эмульсий СП.
Взаимодействие водорастворимых НМПАВ с белками может приводить к потере растворимости последних и тем самым к потере эмульсионных свойств.
Белки, образующие растворы высокой вязкости, способны обеспечивать седиментационную устойчивость эмульсий, однако непригодны для использования в рецептурах продуктов для зондового питания. Снижение вязкости водной фазы эмульсии может быть достигнуто при использовании протеинатов кальция, гидролизатов белков, а также добавлением восстановителей дисульфидных связей в случае использования соевых белков.
В присутствии свободных ионов двухвалентных металлов растворимость белков при термической обработке уменьшается. Использование специализированных протеинатов кальция, образующих седиментационно устойчивые дисперсии, позволяет снижать концентрацию свободных ионов.
Условия водной фазы эмульсий СП обусловливают термодинамическую несовместимость белков и полисахаридов, которая отрицательно влияет на седиментационную устойчивость эмульсий. Наиболее эффективными стабилизаторами эмульсий СП являются полисахариды, обладающие высокой вязкостью растворов при концентрациях, где наблюдается их совместимость с белками. Одним из возможных способов введения ДВ в количествах, обеспечивающих терапевтический эффект, является использование нерастворимых или частично растворимых ДВ, что позволяет избежать отрицательного влияния термодинамической несовместимости на устойчивость эмульсий.
Полисахариды понижают скорость гидролиза белка в составе ИСБ под действием панкреатина. Степень влияния полисахаридов зависит от их химической природы.
В отсутствие протеолитических ферментов скорость липолиза в эмульсиях, стабилизированных белками в несколько раз меньше, чем при стабилизации лецитином. Термообработка еще более снижает скорость липолиза, если эмульсии стабилизированы белками, образующими термотропные гели.
Предварительный протеолиз термообработанных эмульсий протеазами ЖКТ, во всех случаях приводит к увеличению в несколько раз скорости липолиза при стабилизации эмульсий Каз№, но только к незначительному увеличению при стабилизации эмульсий ИСБ.
При использовании в качестве эмульгаторов смеси белка с НМПАВ на поверхности раздела фаз образуется комбинированный МАС, структура
которого зависит от природы НМПАВ. В одних случаях, это может приводить к улучшению перевариваемости липидов, как при добавлении лецитина; в других случаях, гидролиз комбинированных МАС протеолитическими ферментами может затрудняться, и это снижает эффективность действия липаз.
Сформулированы требования к препаратам белков и полисахаридов, используемых в качестве стабилизаторов и ДВ, а также определен компонентный состав и режимы испытания пищевой системы, наиболее точно моделирующей эмульсии СП.
Практическая значимость и реализация результатов работы. Методические подходы, разработанные в работе, и результаты исследования внедрены в учебный процесс на кафедре «Химия пищи и биотехнология» в виде методических указаний к лабораторным работам в курсе «Химия пищи» для студентов специальностей 070100, 072000, 270900, 271100, 271500 по теме «Функциональные свойства гидроколлоидов. Каррагинаны», а также в методических указаниях 2.3.2. 970-00 Федерального центра госянэпилемнадэора «Медико-биологическая оценка пищевой продукции, полученной из генетически модифицированных источников».
Определены способы устранения отрицательного влияния взаимодействия белков с другими компонентами эмульсий на их физическую устойчивость. Это послужило основой для разработки технологий продуктов для энтерального питания ТЭН, ДиабеТЭН, Нутризон-Истра, а также продукта для диетического питания, пастеризованного молочно-растительного эмульсионного напитка.
Разработана и утверждена нормативная документация на жидкие эмульсионные стерилизованные продукты ТЭН и ДиабеТЭН (ТУ 91970017-02068640-96).
Разработан и утвержден регламент выработки опытной партии сухого эмульсионного продукта Нутризон-Истра, выработано 3 тонны продукта в условиях завода ОАО ДП «Истра-Нутриция».
Разработан проект нормативной документации на комбинированное пастеризованное молоко. Технология апробирована в производственных условиях ООО «Сухаревский молочный комбинат».
Оригинальность предложенных в работе технических решений подтверждена патентами «Способ получения жидкого эмульсионного продукта для энтерального питания, содержащего диетические волокна» и «Способ получения жидкого эмульсионного продукта для энтерального питания».
Апробация результатов работы. Основные результаты работы
доложены на Европейской школе EUCHEM Workshop on adsorption of
surfactants and macromolecules from solution (Finland, 1989); 9th International
Symposium on Surfactant in Solution (Bulgaria, 1992); Международной
конференции «Экоресурсосберегающие технологии переработки
сельскохозяйственного сырья» (Астрахань, 1993); 3-ем Международный семинаре «Экология человека проблемы и состояние лечебно-профилактического питания» (Москва, 1994 г.); Международной конференции «Прикладная биотехнология на пороге 21 века» (Москва, 1995 г); 1-ой, 2-ой, 3-
ей, 4-ой Международных конференциях «Пища, экология человек» (1995, 1997, 1999, 2001 гг.); 5-ом Международном симпозиуме «Экология человека, пищевые технологии и продукты на пороге XXI века» (Пятигорск, 1997 г); Symp. Lipid and Surfactant Dispersed Systems (Moscow, 1999); Международной научно-технической конференции «Пищевой белок и экология» (Москва, 2000); 1-st Moscow Int. Conf "Starch and Starch Containing Origins - Structure, Properties and New Technologies" (Moscow, 2001); Международной научно-практической конференции «Пищевые продукты XXI века» (Москва, 2001 г.).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 64 работы, в том числе 2 патента.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех разделов, выводов, списка цитируемой литературы (295 источников), приложений. Работа изложена на 341 странице машинописного текста, содержит 56 рисунков и 19 таблиц.
