Введение к работе
Актуальность работы. Одним из приоритетных направлений государственной политики в области здорового питания населения России является создание пищевых продуктов функционального назначения, способных нормализовать пищевой статус организма человека в физиологически активных ингредиентах. Сложившаяся в нашей стране структура питания не всегда отвечает требованиям науки о рациональном питании. Особое внимание заслуживают вопросы производства сбалансированной продукции по важнейшим функциональным компонентам. Решение поставленной задачи возможно только при создании в стране промышленной структуры производства пищевых добавок полифункционального действия, которыми можно обогатить и сбалансировать состав пищевых продуктов, сохранить и улучшить их структуру, вкус и внешний вид, повысить выход и сроки годности.
Положительное влияние на человеческий организм веществ, содержащихся в продуктах питания, всё чаще становится предметом многочисленных исследований. Успехи, достигнутые в физиологии питания, позволяют легче находить связь между биохимическими структурами, которые естественным образом встречаются в пищевых продуктах, и их влиянием на здоровье.
Продукты функционального питания должны не только обеспечивать потребности организма в энергии и основных питательных веществах, но и состоять из компонентов, доступных для усвоения пищеварительным трактом. Среди всех пищевых веществ белок играет наиболее важную, уникальную роль в жизнедеятельности человека и рассматривается на первом месте при формировании химического состава рационов питания. Рациональное сочетание в пище белка поможет снизить его дефицит и позволит создавать продукты, сбалансированные по аминокислотному составу.
В процессе гидролиза казеина происходит разрыв пептидных связей белковой молекулы с образованием ди- и трипептидов, а также свободных аминокислот, что увеличивает усвоение белковых веществ в организме. Недостаточное употребление легкоусвояемых форм белка приводит к нарушению процессов роста, развития иммунной устойчивости организма человека.
Вклад в исследование белковой системы молока внесли К.К. Горбатова, Г.Б. Гаврилов, З.Х. Диланян, П.Ф. Дьяченко, И.А. Евдокимов, П.Ф. Крашени-нин, В.И. Круглик, Г.Н. Крусь, Н.Н. Липатов, Н.Н. Липатов (мл.), А.А. Майоров, Л.А. Остроумов, Г.Ю. Сажинов, В.Д. Харитонов, А.Г. Храмцов, A.M. Ша-лыгина и другие отечественные и зарубежные ученые.
Ввиду актуальности вопроса создания полифункциональных добавок на основе гидролизатов казеина в последние годы отмечается значительное усиление интереса исследователей к процессам их получения. Полифункциональные добавки на основе гидролизатов казеина позволят существенно повысить биологическую ценность, а также улучшить реологические характеристики и орга-нолептические показатели продуктов, в состав которых они будут входить.
В связи с этим, направление по созданию продуктов питания повседневного потребления полезных для здоровья, благодаря наличию в их составе фи-
зиологически функциональных ингредиентов на основе гидролизатов казеина, является актуальным направлением развития пищевой промышленности, позволяющим решить важные социальные проблемы, а также расширить знания в области производства продуктов функционального назначения, что указывает на актуальность исследований.
Работа выполнена в рамках федеральных целевых программ «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы (государственные контракты № П1499, № ГТ2609, № 02.740.11.5133, № 16.740.11.0058) и «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы» (государственный контрактно 16.512.11.2027).
Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является теоретическое обоснование и исследование биотехнологических и физико-химических закономерностей получения гидролизатов казеина различными способами, разработка технологий полифункциональных добавок на их основе и обоснование направлений их использования в производстве пищевых продуктов.
Для достижения поставленной цели определены задачи исследований:
исследовать закономерности гидролиза казеина химическими агентами, в т.ч. в присутствии катализатора селена;
оптимизировать параметры деминерализации гидролизатов казеина, полученных химическим способом;
изучить влияние технологических факторов на состав и свойства гидролизатов казеина, полученных ферментативным способом;
исследовать технологические параметры сублимационной сушки гидролизатов казеина;
- разработать научно обоснованную технологию производства поли
функциональных добавок на основе гидролизатов казеина;
- обосновать направления использования гидролизатов казеина в качестве полифункциональных добавок;
разработать рецептуры и технологии продуктов функционального назначения с использованием полифункциональных добавок на основе гидролизатов казеина;
дать экономическую оценку применения полифункциональных добавок в производстве продуктов питания;
использовать полученные результаты для разработки технической документации и освоения промышленного производства полифункциональных добавок на основе гидролизатов казеина, а также продуктов с их использованием.
Научная новизна работы. Предложена научная концепция, которая предусматривает систематизацию теоретических и экспериментальных исследований для комплексного подхода к разработке технологии полифункциональных добавок на основе гидролизатов казеина на базе оптимальных условий проведения гидролиза кислотным, щелочным и ферментативным способами с последующей их очисткой и деминерализацией, используя закономерности сублима-
ционной сушки, физико-химического изменения состава и состояния воды при получении сухих гидролизатов казеина и гидролизатов казеина с промежуточной влажностью.
Изучена биотехнологическая и физико-химическая сущность получения гидролизатов казеина химическим способом, в т.ч. в присутствии катализатора - селена. Подобраны энзиматические системы для проведения ферментативного гидролиза казеина, позволяющие получить максимальное расщепление белковых молекул, т.е. высокую степень гидролиза. Получены зависимости, описывающие динамику накопления свободных аминокислот, молекулярно-массовое распределение белков и пептидов в результате химического и ферментативного гидролиза.
Теоретически обоснованы и экспериментально подтверждены рекомендуемые параметры деминерализации кислотных и щелочных гидролизатов казеина. Получены зависимости, характеризующие взаимосвязь основных технологических факторов и процесса деминерализации с качественными характеристиками очищенных гидролизатов.
Установлены режимы сублимационной сушки гидролизатов казеина, а также наличие корреляции между режимами сушки, количеством вымороженной влаги и структурой готового продукта с промежуточной влажностью. Определены параметры сушки гидролизатов казеина, позволяющие получить продукт с максимальной степенью растворимости и длительным сроком хранения при определенных параметрах.
Проведена сравнительная оценка по качеству и технико-экономическим показателям полученных полифункциональных добавок на основе гидролизатов казеина с обоснованием направлений их использования в производстве мясных паштетов, аэрированных напитков и диетических майонезных соусов. Установлены технологические параметры производства и предложены рецептуры вышеперечисленных продуктов. Определено влияние дозы полифункциональных добавок на органолептические, физико-химические показатели и реологические характеристики получаемых функциональных продуктов.
Практическая значимость и реализация результатов работы в промышленности. Созданы оригинальные технологии, новизна технических решений которых подтверждена патентами и положительными решениями на выдачу патентов №№2415943, 2010133020, 2010133019, 20111133, 2010146871.
Предложена принципиальная технологическая схема и разработаны технологии гидролизатов казеина с использованием различных реагентов и ферментативных систем. Обоснована технология полифункциональных добавок на основе гидролизатов казеина для пищевых продуктов. Указанные разработки внедрены в производство (ТУ 935730-001-26647331-08, ТУ 989699-002-26647331-10, ТУ 935725-003-26647331-09, ТУ 263913-004-26647331-10, ТУ 938565-005-26647331-10, ТУ 918967-007-26647331-11, СТО 26647331-1-2011, СТО 26647331-2-2011, СТО 26647331-3-2011).
Экспериментальные исследования по оценке гидролизатов казеина, полученных разными способами, с целью использования их в качестве полифункциональных добавок для продуктов, внедрены в учебный процесс при чтении
лекционных курсов, в виде методических указаний к практическим занятиям, а также при выполнении выпускных квалификационных работ научно-исследовательского характера для студентов 4-5 курсов ФГБОУ ВПО «Кемеровский ГСХИ».
Получено положительное заключение о внедрении в производство результатов научно-исследовательской работы от Департамента сельского хозяйства и перерабатывающей промышленности Кемеровской области.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и получили одобрение на симпозиумах, конгрессах, конференциях, семинарах и совещаниях различного уровня в 2003-2012 годах (гг. Барнаул, Кемерово, Новосибирск, Омск, Пенза, Ставрополь, Тамбов, Тобольск, Ульяновск, Челябинск).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано более шестидесяти печатных работ, в том числе монография, статьи в журналах, рекомендованных ВАК для публикации основных материалов диссертаций («Молочная промышленность», «Вестник КрасГАУ», «Достижения науки и техники АПК», «Вестник Российской академии сельскохозяйственных наук», «Вестник БГСХА», «Вестник АГАУ», «Техника и технология пищевых производств»), а также в научных трудах институтов, материалах молочного конгресса Сибири, симпозиумов, конференций, в описаниях патентов и заявок на выдачу патентов РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из восьми глав, в том числе введения, литературного обзора, методической части, результатов исследований, выводов, списка источников литературы и приложений. Основной текст работы изложен на 323 страницах, включает 77 рисунков и 82 таблицы. Список литературы насчитывает 452 наименования, в том числе - 175 иностранных источников.
