Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Литературный обзор, цели и задачи исследований 8
1.1. Современная концепция здорового питания 8
1.1.1. Роль питания в жизни человека 8
1.1.2. Функциональные напитки 11
1.1 .3. Состав и свойства некоторых групп дефицитных витаминов 16
1.2. Молочная сыворотка - ценнейшее сырье и основа для производства диетических продуктов 19
1.3. Использование микроорганизмов при производстве ферментированных сывороточных напитков 25
1.4 Применение растительного сырья в технологии сывороточных напитков 30
1.5. Характеристика и свойства фитосырья - мелиссы лекарственной 37
1.6. Заключение по обзору литературы, цели и задачи исследований 40
Глава 2. Постановка эксперимента, объекты и методы исследований 43
2.1. Постановка эксперимента. 43
2.2. Объекты исследований 45
2.3. Методы исследований 46
2.4. Математическое планирование эксперимента и обработка экспериментальных данных 48
Глава 3. Результаты исследований и обсуждение экспериментальных данных 50
3.1. Определение химического состава, физико-химических и органолептических свойств пермеата 50
3.2. Расчет лечебно- профилактической дозы мелиссы лекарственной 53
3.3. Исследование процесса экстракции при получении сывороточных напитков с мелиссой 54
3.4. Установление дозы сухого сырья мелиссы лекарственной для приготовления экстракта с высоким гидромодулем экстрактивных веществ 63
3.5. Изучение процесса ферментации экстрактов мелиссы на пермеате 69
3.6. Исследование влияния факторов на формирование свойств ферментированного фитонапитка с использованием пробиотических культур термофильного стрептококка, болгарской и ацидофильной палочек 75
3.6.1. Изучение влияния дозы и состава микрофлоры закваски на изменение кислотности в процессе сквашивания 75
3.6.2. Изучение влияния различных факторов на вкус напитка 79
3.6.2.1. Влияние дозы сахара 79
3.6.2.2. Влияние дозы мелиссы лекарственной 82
3.6.3. Использование наполнителей для ферментированных напитков из пермеата с мелиссой 84
3.7. Исследование различных факторов на формирование фитокваса с использованием молочнокислой закваски и хлебопекарных дрожжей 85
3.7.1. Влияние различных факторов на величину титруемой кислотности напитка 86
3.7.2. Влияние доз мелиссы, дрожжей и сахара на содержание углекислого газа в напитке 88
3.7.3. Влияние доз мелиссы, дрожжей и сахара на содержание спирта в напитке 93
3.7.4. Влияние доз мелиссы, дрожжей и сахара на органолептическуго оценку вкуса фитокваса 97
3.7.5. Возможность использования различных фруктовых соков в качестве наполнителей для фитокваса 102
3.8. Отработка технологии ферментированного фитонапитка типа кваса с использованием дрожжей, сбраживающих лактозу 104
3.8.1. Влияние дозы мелиссы и дозы закваски на физико-химические показатели напитка 104
3.8.2. Возможность использования наполнителя для напитка типа кваса 108
Глава 4. Практическая реализация результатов исследований 110
4.1. Разработка технологии производства ферментированных напитков из пермеата с мелиссой 110
4.2. Изучение состава и пищевой ценности ферментированных напитков из пермеата с мелиссой 115
4.3. Установление сроков хранения фитонапитков "Медовый башмачок", "Осенний лист" и "Айсберг" 120
Выводы 124
Литература
- Современная концепция здорового питания
- Использование микроорганизмов при производстве ферментированных сывороточных напитков
- Определение химического состава, физико-химических и органолептических свойств пермеата
- Разработка технологии производства ферментированных напитков из пермеата с мелиссой
Введение к работе
Питание населения и его образ жизни служат важнейшими факторами, определяющими здоровье нации. Современная наука о питании рассматривает пищу в качестве источника основных пищевых компонентов, включающих витамины, макро- и микроэлементы. Употребление сбалансированной пищи с учетом физиологических потребностей в пищевых веществах и энергии, а также соблюдении правильного режима питания позволяет человеку надолго сохранять свое здоровье.
К сожалению, в последние годы отмечается существенное ухудшение структуры и качества питания населения. Дефицит биологически активных веществ в питании человека приводит к снижению иммунитета, возникновению различных заболеваний, снижению умственной и физической работоспособности. Поэтому в настоящее время большое внимание уделяется разработке и производству комбинированных продуктов питания лечебно-профилактического назначения, имеющих сбалансированный состав, способствующих укреплению защитных функций организма
Структура питания может быть улучшена за счет систематического повседневного потребления продуктов переработки вторичного молочного сырья.
Весьма перспективным и рациональным для этой цели является использование относительно доступной и дешевой сыворотки.
Проблема полного и рационального использования молочной сыворотки существует во всех странах с развитой молочной промышленностью. Это обусловлено значительными объемами молочной сыворотки, получаемой по традиционной технологии при производстве сыров. Мировое производство молочной сыворотки оценивается в 80 миллионов тонн, и только третья часть ее подвергается промышленной переработке получаемой по традиционной технологии при производстве сыров.
Сыворотка является ценным пищевым сырьем, включающим богатый
6 компонентный состав. Наличие в молочной сыворотке легкоусвояемых многими видами микроорганшмов источников углеводного питания, а также различных ростовых факторов выдвигает ее в ряд наиболее ценных питательных сред для получения продуктов микробного синтеза
В то же время современные положения физиологии и биохимии питания требуют разработки и создания продуктов функционального назначения, предусматривающих нивелирование негативных экологических условий и удовлетворяющих требованиям гигиены питания различных возрастных групп населения.
Теоретические основы в области создания новых продуктов питания изложены в трудах А.А. Покровского, И.А. Рогова, Н.Н. Липатова (ст), Н.Н. Липатова (мл), К.С. Петровского, В.Б. Толстогузова, Н.П. Захаровой и др. Разработке молочных продуктов с лечебно-профилактическими свойствами посвящены научные труды таких известных ученых как Л.А. Остроумова, Н.С. Королевой, В.Ф. Семенихиной, А.М. Шалыгиной, Т.П. Шамановой, Г.А. Храмцова.
Создание продуктов направленного действия на основе молочной сыворотки является перспективным и может быть реализовано за счет обогащения сыворотки полезной микрофлорой, витаминами и минеральными веществами, а также за счет комбинирования сыворотки с компонентами растительного происхождения.
Разработка напитков на основе молочной сыворотки - один из вариантов решения проблемы создания качественно новых продуктов питания лечебно-профилактической направленности.
При использовании микроорганизмов или ферментов, в таких напитках удачно сочетаются ценные компоненты самой сыворотки и не менее ценные продукты метаболизма микроорганизмов, представляющие собой вкусовые и ароматические вещества и имеющие определенное значение для питания людей.
Продукты, выработанные с использованием микроорганизмов, обладают
повышенной питательной ценностью, вследствие увеличения массовой доли некоторых водорастворимых витаминов.
Как показывает мировой и отечественный опыт, наиболее эффективный и экономически доступный путь улучшения обеспеченности населения всеми необходимыми полезными веществами - дополнительное обогащение продуктов питания массового потребления до уровня, соответствующего физиологическим потребностям человека.
Такой эффект можно достигнуть различными способами, широкие перспективы при этом имеет использование продуктов переработки местных лекарственных трав, которые также повышают пищевую ценность продукта и содержат биологически активные компоненты, обладающие лечебным эффектом.
Целебные травы рассматриваются как сырье важнейшего источника поступления в организм человека витаминов, макро- и микроэлементов и других биологически активных веществ.
Все виды лекарственно-технического сырья содержат физиологически активные вещества, улучшающие работу сердечно-сосудистой системы, пищеварительного тракта и содержащие полезные для организма ассоциации неорганических и органических соединений.
Натуральное растительное сырье позволяет создать напитки целевого и профилактического направлений: успокаивающего, общеукрепляющего, тонизирующего и т.д. Регулярное потребление таких напитков снижает отрицательные последствия неблагополучных факторов, как внешней, так и внутренней среды организма.
Учитывая вышесказанное, представляет научный и практический интерес изучить проблему создания ферментированных сывороточных напитков с использованием в качестве фитосырья мелиссы лекарственной.
Современная концепция здорового питания
Рациональное питание - важнейшее условие сохранения здоровья, нормального роста и развития организма человека. По последним данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), состояние здоровья человека лишь на 15 % зависит от организации медицинской службы, на столько же - от генетических особенностей, а на 70 % - от образа жизни и питания. Сегодня не вызывает сомнения, что полноценное питание определяется не только энергетической ценностью пищи, сбалансированностью рациона по белкам, жирам и углеводам, но и обеспеченностью витаминами, микроэлементами и минералами. Витами-нодефицитные состояния сегодня рассматриваются Всемирной организацией здравоохранения в том числе как проблема голодания.
Расчеты показывают, что соответствующий средним энергозатратам современного человека рацион питания, даже сбалансированный и разнообразный, дефицитен по большинству витаминов на 20-30 % [27].
Результаты популяционных исследований, проведенных Институтом питания РАМН, свидетельствуют о весьма тревожной ситуации, сложившейся в последіше годы в России. Отмечаются крайне недостаточное потребление и все более нарастающий дефицит витаминов (А, группы В, С, Е) и ряда микроэлементов (железо, цинк, йод) у значительной части населения. Так, дефицит витаминов группы В выявляется у 3040 %, бета-каротина - более чем у 40 %, витамина С - у 70-90 % обследуемых. При этом витаминный дефицит носит соче-танный характер и обнаруживается не только зимой и весной, но и в летне осенний период [27,43].
Дефицит биологически активных веществ в питании человека приводит к снижению иммунитета, возникновеїшю различных заболеваний, снижению физической и умственной работоспособности.
Эти изменения, в первую очередь, связаны с ухудшением экологии в большинстве регионов, особенно с развитой химической, металлургической, угольной промышленностью, таких как Кузбасс.
Так, результаты последних широкомасштабных исследований продемонстрировали, что дефицит йода различной степени тяжести имеют от 32 % до 82 % населения Кемеровской области. Проводимые в настоящее время обследования свидетельствуют, что примерно 95 % населения г. Кемерово имеют дефицит селена различной степени тяжести, причем у женщин эта цифра достигает 100 % [138].
В России, по данным эпидемиологических исследований, дефицит железа в явной или скрытой формах в среднем обнаруживается у 42 % женщин детородного возраста, в Кузбассе в 1999 г эта цифра достигла 63,2 % [78].
К таковым факторам можно отнести дефицит ряда витаминов, независимо от активно принимаемых в последнее время профилактических мероприятий, как на уровне государства, так и на уровне регионов.
Общую ситуацию можно рассматривать как массовый круглогодичный полигиповитаминоз.
Учитывая необходимость не только массовой, но и целенаправленной профилактики витаминной недостаточности у населения, целесообразно выделить следующие группы риска развития витаминодефицитных состояний: дети и подростки в период наиболее интенсивного роста; женщины, применяющие оральную контрацепцию; пожилые люди; курильщики; лица, употребляющие высокие дозы алкоголя; люди с хроническими заболеваниями или с недавно перенесенными острыми бактериальными и вирусными инфекциями; женщины, придерживающиеся жесткой диеты; люди с повышенными физическими нагрузками или перегрузками; люди с повышенными умственными нагрузками; беременные женщины;
Все это свидетельствует о том, что проблема недостатка незаменимых микронутриентов в рационах населения существует и требует незамедлительной коррекции, причем самостоятельно потребитель не в силах справиться с этой проблемой.
Для восполнения дефицита витаминов, макро- и микроэлементов есть несколько способов, одним из наиболее эффективных и доступных для различных слоев населения является разработка и внедрение в промышленное производство продуктов лечебно-профилактической направленности [43].
В то же время современные положения физиологии и биохимии питания требуют разработки и создания продуктов функционального назначения, предусматривающих нивелирование негативных экологических условий и удовлетворяющих требованиям гигиены питания различных возрастных групп населения.
Как показывает мировой и отечественный опыт, наиболее эффективный и экономически доступный путь улучшения обеспеченности населения всеми необходимыми полезными веществами - дополнительное обогащение продуктов питания массового потребления до уровня, соответствующего физиологическим потребностям человека.
В настоящее время в России, как и во всех странах развитого мира, происходит значительное изменение отношения людей, и в особенности социально-активных слоев населения, к собственному здоровью: исчезают старые представления, что "здоровье ничего не стоит", затраты на него не дают никакой отдачи и им можно пренебречь [43].
Использование микроорганизмов при производстве ферментированных сывороточных напитков
При производстве напитков натуральная молочная сыворотка применяется в качестве основы. Последующее обогащение основы необходимыми вкусовыми, ароматическими и другими добавками позволяет получить широкую гамму напитков, пользующихся спросом у различных групп потребителей.
Молочная сыворотка является полноценной средой для культивирования различных комбинаций молочнокислых бактерий, в процессе жизнедеятельности которых она дополнительно обогащается ценными продуктами метаболизма [15].
Пермеат с предварительно гидролизованной лактозой явился идеальной средой для культивирования хлебопекарных дрожжей. После сушки биомассы были получены дрожжи-инстант, соответствующие жестким европейским стандартам, технология которых разработана профессором Туляковой Т.В. [67].
Более интересным с точки зрения биотехнологической переработки молочной сыворотки является производство напитков, при получении которых применяют микроорганизмы, утилизирующие лактозу. В известной степени таким условиям отвечает ацидофильно-дрожжевой напиток, при производстве которого используют чистые культуры ацидофильной палочки и дрожжей, сбраживающих лактозу.
Биологическая обработка повышает питательную ценность напитков вследствие увеличения массовой доли некоторых водорастворимых витаминов и лактатов. Сбраживание лактозы до молочной кислоты и других веществ позволяет улучшить вкус напитка в лучшую сторону.
Во ВНИИМСе разработаны технологии таких напитков на основе молочной сыворотки, как квас окрошечный, тонизирующие квас сывороточный и пиво сывороточное, а также широкая гамма газированных напитков.
Квас окрошечный на молочной основе вырабатывают из подсырной сыворотки путем сквашивания ее бактериальной закваской термофильных молочнокислых палочек с добавлением вкусовых наполнителей [9,15,85,104].
Микроорганизмы, внесенные в сыворотку при температуре обеспечивающей их развитие, изменяют состав и органолептические показатели сыворотки [6].
Еще в начале нашего столетия русский ученый Мечников обратил внимание на пользу, которую приносит употребление кисломолочных продуктов ор ганизму, так как кисломолочные бактерии и продукты их метаболизма подавляют гнилостные процессы в кишечнике человека [92].
Продукты метаболизма бактерий представляют собой вкусовые и ароматические вещества и имеют определенную ценность для питания людей. Этим обусловлены диетические и лечебные свойства кисломолочных напитков [9].
Для обработки сыворотки используют практически все микроорганизмы, применяемые в молочной промышленности. Известно применение молочнокислых бактерий как гомоферментативного так и гетероферментативного брожения. Разнообразие применяемых молочнокислых бактерий отражено в описаниях технологий конкретных ферментированных напитков.
На молочном заводе "Оршанский" разработан способ производства напитка из молочной сыворотки. Творожную сыворотку нагревают до 95-97 С выдерживают 30-40 минут, отделяют коагулированные белки и охлаждают до температуры заквашивания. В сыворотку вносят сахар в количестве 10% от ее веса и закваску представляющую собой смесь молочнокислых стрептококков Str. lactis, Str. cremoris, Str. diacetilactis, Leicon citrovorum и Leicon dextrenicum, молочнокислых палочек Lactobact bulgaricus, Lactobact acidophilus, дрожжей, сбраживающих сахара Torulopsis Candida, Saccharomyces lactis, Saccharomyces fragilis, уксуснокислых дрожжей Acetobacteraceti, а также виноградных дрожжей и изюма. Заквашенную сыворотку выдерживают при 22-24 С в течение 6-10 часов до появления пены и кисло-сладкого вкуса, затем охлаждают до 6-8 С.
При изготовлении напитка "Бодрость" используют сахарозу, а в качестве ароматизаторов - изюм, жженый сахар, различные эссенции. Молочную сыворотку заквашивают кефирной закваской [38].
Определение химического состава, физико-химических и органолептических свойств пермеата
Пермеат был получен при производстве детского творожка методом ультрафильтрации в цехе детского питания на Кемеровском молочном комбинате.
С целью использования пермеата в качестве основы для производства напитков необходимо знать его состав, чтобы пропюзировать свойства получаемого напитка. Поэтому был определен химический состав и физико-химические свойства пермеата, которые представлены в табл. 3.1.
Органолептические показатели пермеата: пермеат представляет собой однородную жидкость с характерным для сыворотки желто-зеленым цветом, равномерным по всей массе. Вкус и запах - чистый, кислый, сывороточный, без посторонних привкусов и запахов.
Сухие вещества пермеата представлены в основном молочным сахаром лактозой, на ее долю приходится до 80 % всех сухих веществ. Лактоза присутствует в растворенном состоянии во всех молочных продуктах, обуславливает их свойства, определяет энергетическую ценность. Лактоза является основным субстратом для молочнокислых бактерий, которые сбраживают этот сахар до молочной кислоты. Сбраживание лактозы под действием ферментов, выделяемых микроорганизмами, придает продуктам специфический кисломолочный вкус и лечебные свойства. Из этого следует, что пермеат является полноценной средой для развития молочнокислых бактерий, а значит, применим для производства ферментированных напитков.
Незначительное содержание белка и отсутствие в пермеате молочного жира положительно влияет на качество напитков, так как жир через непродолжительное время после изготовления продукта плохо влияет на его качество, а содержащийся в напитке белок при низкой величіше рН вызывает помутнение и образование осадка.
Следует отметить высокое поверхностное натяжение пермеата (73,20 10 3 Н/м), (поверхностное натяжение воды 73 10"3 Н/м), по сравнению с поверхностным натяжением цельного (44-Ю 3 Н/м) или обезжиренного (50 10"3Н/м) молока [122]. Более низкое по сравнению с пермеатом значение поверхностного натяжения молока объясняется наличием в нем поверхностно-активных веществ (ПАВ) - фосфолипидов, белков, жирных кислот и т.д.
Аминокислотный состав пермеата представлен как незаменимыми, так и заменимыми аминокислотами, однако содержание аминокислот небольшое, что объясняется низким содержанием белка (0,25 %), а также возможно невысокой активностью закваски при производстве детского творожка методом ультра-фильтрации, что обеспечивает не такой глубокий гидролиз белка как при производстве обычного творога.
Биологическая ценность пермеата дополіиется наличием почти всего комплекса витаминов. Это низкомолекулярные вещества различного химического строения, необходимые (в незначительных количествах) для нормальной жизнедеятельности организма. В пермеат почти полностью переходят водорастворимые и некоторая часть жирорастворимых витаминов. Желто-зеленый цвет пермеата говорит о наличие большого количества витамина В2 (1,44 мг/кг). Небольшое содержание аскорбиновой кислоты (2,00 мг/кг) по сравнению с молоком объясняется ее свойством разрушаться при хранении.
Состав минеральной части пермеата обусловлен катионами калия, натрия и магния. Из микроэлементов пермеата наибольший удельный вес занимают железо и цинк.
Таким образом, можно сделать вывод, что наличие всех компонентов в оптимальном сочетании делает пермеат полноценной основой для производства напитков. Содержащаяся в пермеате лактоза позволяет использовать его для производства ферментированных напитков. Невысокое содержание аскорбиновой кислоты и, возможно, некоторых других биологически-активных веществ можно увеличить за счет использования лечебно-технического сырья (мелиссы лекарственной).
Разработка технологии производства ферментированных напитков из пермеата с мелиссой
По результатам выполненных в данной работе исследований, предложены технологии производства ферментированных фитонапитков на основе пермеата с мелиссой, получивших названия "Медовый башмачок", "Осенний лист" и "Айсберг". В зависимости от используемых наполнителей напитки могут быть нескольких видов: "Медовый башмачок" сладкий и с сиропом шиповника; "Осенний лист" с добавлением (или без) персиково-яблочного сока; "Айсберг" с сиропом облепихи или с сахарозаменителем.
Технология ферментированных напитков из пермеата с мелиссой включает: приемку и подготовку сырья, получение экстракта, фильтрование, охлаждение, внесение закваски, сквашивание, охлаждение, внесение наполнителя, розлив, укупорку и доохлаждение продукта, созревание (для напитка "Айсберг"), хранение.
Пермеат, полученный при производстве детского творожка методом ультрафильтрации, поступает в емкость для хранения В2-ОХР-50. Перед производством напитка пермеат фильтруют при помощи фильтра А1-ОШФ. Затем получают экстракт мелиссы на пермеате. Здесь может быть два варианта: 1 - внесение мелиссы непосредственно во весь объем пермеата; 2 - приготовление необходимого количества экстракта с высоким содержанием экстрактивных веществ и смешивание его с пермеатом.
При приготовлении экстракта по первому варианту профильтрованный пермеат подогревается на пастеризационно-охладительной установке А1-ОКЛ-10 до 90 С и подается в резервуар, снабженный рубашкой для поддержания температуры, куда подается рассчитанное количество мелиссы и выдерживается в течение 30 минут при перемешивании.
Затем производится отделение жома (фильтрация), затем смесь охлаждают до температуры заквашивания, и далее и экстракт поступает в резервуар для заквашивания.
При приготовлении экстракта по второму варианту профильтрованный пермеат пастеризуется при температуре 90 С в течение 15-20 секунд, затем охлаждается до температуры заквашивания; все эти операции происходят на пастеризационно-охладительной установке А1-ОКЛ-10.
Охлажденный до температуры 40-45 С пермеат поступает в резервуар, куца подается рассчитанное количество экстракта с высоким содержанием экстрактивных веществ, все перемешивается. Далее все операции для первого и второго вариантов одинаковые. На следующей стадии происходит сквашивание экстракта. В резервуар с подготовленным к сквашиванию экстрактом вносят рассчитанное количество закваски.
Температура сквашивания для напитка "Медовый башмачок" составляет 40-45 С, для напитков "Осенний лист" и "Айсберг" 25-30 С. Для напитков "Медовый башмачок" и "Осенний лист" используется закваска, приготовленная на чистых культурах термофильного стрептококка, болгарской и ацидофильной палочек, в количестве 5 %, для напитка "Осенний лист" вводятся еще и хлебопекарные дрожжи в количестве 0,3 %, а также сахар-песок в количестве 5 %. Для напитка "Айсберг" используют кумысную закваску, состоящую из чистых культур болгарской и ацидофильной палочек и дрожжей, сбраживающих лактозу; количество закваски 7 %.
Заквашивают в резервуарах для кисломолочных напитков с охлаждаемой рубашкой и снабженными специальными мешалками, обеспечивающими равномерное и тщательное перемешивание.
Сквашивание осуществляют до кислотности 100-120 Т при производстве напитков "Медовый башмачок" и "Айсберг" и до кислотности 90-100 Т при производстве напитка "Осенний лист".
Затем готовую смесь охлаждают до 12-15 С, пуская в межстенное пространство резервуара ледяную воду (или на пластинчатых охладителях), затем вносят наполнители (для напитков их содержащие), перемешивают, разливают в пластмассовые бутылки емкостью 0,5-1,0 литра и направляют в холодильную камеру для доохлаждения до 6 С.
При выработке фитонапитков используется следующее сырье: - сыворотка молочная (пермеат) - по ОСТ 10-02-02-3; - листья мелиссы лекарственной, СанПин 2.3.2.1078; - закваски бактериальные по ТУ 10-02-02-789; - хлебопекарные дрожжи по ТУ 9182-001-48975583-2000; - сахар-песок по ГОСТ 21; - сахарозаменитель "Сурель-Голд" ТУ9122-100-35283601-00;
