Содержание к диссертации
Введение
Глава 1 Обзор литературы 6
1.1 Состояние и перспективы развития производства функциональных продуктов питания 6
1.2 Физиологически функциональные ингредиенты: пробиотики и пребиотики. Применение в производстве молочных продуктов 13
1.3 Роль пробиотической микрофлоры в организме человека 22
1.4 Биотехнологии продуктов, обогащенных пробиотическими и пребиотическими веществами 31
1.5 Заключение по главе 1. Цель и задачи исследования 34
Глава 2 Методика выполнения исследования 37
2.1 Схема проведения исследований 37
2.2 Объекты и методы исследований 39
Глава 3 Результаты исследований и их анализ 44
3.1 Подбор заквасочных культур для производства функциональных кисломолочных продуктов 44
3.2 Исследование влияния отдельных факторов на формирование кисломолочных продуктов 1..49
3.2.1 Исследование влияния дозы пребиотических веществ на качество кисломолочных продуктов 49
3.2.2 Исследование влияния дозы концентрата сывороточных белков на формирование кисломолочных продуктов 58
3.2.3 Влияние температуры пастеризации на формирование кисломолочных продуктов 64
3.3 Выбор рациональных технологических параметров при производстве кисломолочных продуктов 68
3.3.1 Влияние дозы пребиотика, дозы концентрата сывороточных белков и температуры сквашивания на количество клеток бифидобактерий в готовом продукте 69
3.3.2 Влияние дозы пребиотика, дозы концентрата сывороточных белков и температуры сквашивания на эффективную вязкость готовых продуктов 73
3.3.3 Влияние дозы пребиотика, дозы концентрата сывороточных белков и температуры сквашивания на синеретические свойства готовых продуктов 77
3.3.4 Влияние дозы пребиотика, дозы концентрата сывороточных белков и температуры сквашивания на органолептические показатели готовых продуктов 81
Глава 4 Практическая реализация результатов исследований 85
4.1 Пищевая ценность функциональных кисломолочных продуктов «Биоритм» и «Ацидок» 85
4.2 Разработка технологии новых видов функциональных кисломолочных продуктов 91
4.3 Установление гарантированных сроков годности кисломолочных продуктов «Биоритм» и «Ацидок» 97
4.4 Расчет стоимости сырья и основных материалов для производства кисломолочных продуктов «Биоритм» и «Ацидок» 102
Выводы 104
Список использованной литературы 106
Приложения 117
- Физиологически функциональные ингредиенты: пробиотики и пребиотики. Применение в производстве молочных продуктов
- Подбор заквасочных культур для производства функциональных кисломолочных продуктов
- Влияние дозы пребиотика, дозы концентрата сывороточных белков и температуры сквашивания на синеретические свойства готовых продуктов
- Установление гарантированных сроков годности кисломолочных продуктов «Биоритм» и «Ацидок»
Введение к работе
Актуальность работы. Здоровье является основной ценностью человека, зависящей от многих факторов, но в первую очередь от питания. Анализ состояния здоровья населения, проводимый в последние несколько десятилетий ведущими специалистами в области здравоохранения, убедительно свидетельствует о неуклонном росте числа лиц, страдающих или склонных к различным заболеваниям. Многочисленные исследования и наблюдения показали, что продукты питания обладают не только пищевой ценностью, но и регулируют многочисленные функции и биохимические реакции организма. Функциональные продукты питания являются наиболее важным и эффективным фактором, обеспечивающим сохранение жизни и здоровья человека.
Теоретические и практические основы в области создания функциональных продуктов питания заложены в трудах А.Н. Покровского, A.M. Уголева, Н.Н. Липатова, И.А. Рогова, A.M. Бражникова и получили свое развитие в молочной отрасли благодаря работам Н.С. Королевой, П.Ф. Крашенинина, В.Д. Харитонова, А.Г. Храмцова, И.А. Евдокимова, A.M. Шалыгиной, Л.А. Остроумова, Н.П. Захаровой, В.Ф. Семенихиной, Н.И. Дунченко, Н.А. Тихомировой, В.И. Ганиной, М.Б. Данилова, Н.Б. Гавриловой и др.
В настоящее время наиболее перспективными являются продукты, содержащие стимуляторы роста микробного, животного или растительного происхождения (пребиотики), оказывающие благотворное влияние на рост желательной (бифидо- и лактобактерии) и способствующие угнетению нежелательной условно-патогенной микрофлоры кишечника.
Молоко и молочные продукты являются наиболее ценными в пищевом отношении. Кисломолочные продукты широко применяют для профилактики и лечения многих заболеваний, особенно желудочно-кишечного тракта. В результате биохимических процессов, протекающих при сквашивании молока, кисломолочные продукты приобретают функциональные свойства. По сравнению с зарубежными странами, где рынок функциональных продуктов представлен достаточно широким ассортиментом, в нашей стране есть ниши для развития данного направления и внедрения новых технологий в производство.
Учитывая актуальность проблемы, в Кемеровском технологическом институте пищевой промышленности разработана технология функциональных кисломолочных напитков, обогащенных пробиотическими микроорганизмами и пребиотиками - галактоолигосахаридами (ГОС). Результаты исследований обобщены и представлены в настоящей диссертационной работе.
Цель работы и задачи исследований. Целью работы явилось исследование и разработка технологии функциональных кисломолочных продуктов.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи исследования:
- определить штаммовый состав и соотношение культур заквасочной микрофлоры функциональных кисломолочных продуктов, установить режим сквашивания молочной смеси;
изучить влияние пребиотических веществ на развитие пробиотических микроорганизмов;
исследовать влияние частичной замены сухого обезжиренного молока концентратом сывороточных белков (КСБ) и режима тепловой обработки молочной смеси на формирование функциональных кисломолочных продуктов;
- определить рациональные технологические параметры производства
функциональных кисломолочных продуктов;
изучить пищевую ценность разработанных продуктов;
установить гарантированные сроки годности;
- разработать и утвердить техническую документацию на новые виды
функциональных кисломолочных продуктов.
Научная новизна работы. Определен штаммовый состав и соотношение культур заквасочной микрофлоры функциональных кисломолочных продуктов: Streptococcus thermophilus, Lactobacillus acidophilus и Bifidobacterium bifidum с соотношением 4:1:1 (вариант 1) и Streptococcus thermophilus, Lactobacterium ca-sei subsp. casei и Bifidobacterium bifidum с соотношением 4:1:1 (вариант 2). Изучено влияние пребиотических веществ на развитие пробиотических микроорганизмов, установлена доза галактоолигосахаридов (0,8 %), обеспечивающая необходимый стимулирующий эффект для пробиотических микроорганизмов (8-107КОЕ/см3).
Исследовано влияние концентрата сывороточных белков и режима тепловой обработки молочной смеси на формирование функциональных кисломолочных продуктов. Установлены рациональная доза концентрата сывороточных белков (2,5±0,5) % и режим тепловой обработки молочной смеси (90±2) С.
Определены рациональные технологические параметры производства функциональных кисломолочных продуктов (доза галактоолигосахаридов (0,8±0,1) %, доза концентрата сывороточных белков (2,5±0,5) % и температура сквашивания (36±2) С). Получены модели, описывающие зависимость комплекса показателей качества функциональных кисломолочных продуктов.
Изучена пищевая ценность разработанных продуктов и их органолепти-ческие, физико-химические и микробиологические показатели. Исследована хранимоспособность функциональных кисломолочных продуктов и определен срок годности - 7 суток.
Практическая значимость работы. В результате теоретических и экспериментальных исследований разработана технология новых видов кисломолочных продуктов, утверждена техническая документация на кисломолочный продукт «Биоритм» (ТУ 9224-002-02068315-09, ТИ 9224-002-02068315-09) и кисломолочный продукт «Ацидок» (ТУ 9224-003-02068315-09, ТИ 9224-003-02068315-09). Проведена апробация разработанной технологии в промышленных условиях на предприятии ООО «ЗапСибСыр» р.п. Маслянино Новосибирской области.
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на научных конференциях: «Реализация Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирование рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия: инновации, проблемы, перспективы» (Омск, 2009),
«Пищевые продукты и здоровье человека» (Кемерово, 2009, 2010), «Современные проблемы устойчивого развития агропромышленного комплекса России» (Ростов-на-Дону, 2009), «Технология и продукты здорового питания» (Саратов, 2009), «Пищевая промышленность: состояние, проблемы, перспективы» (Оренбург, 2009).
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ, в том числе две в рекомендованном ВАК РФ журнале «Молочная промышленность».
Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, методологии исследований, результатов исследований и их анализа, выводов, списка литературы и приложений. Содержание работы изложено на 105 страницах, содержит 32 рисунка и 20 таблиц. Список литературы включает 145 наименований.
Физиологически функциональные ингредиенты: пробиотики и пребиотики. Применение в производстве молочных продуктов
В связи с тем, что концепция функционального питания становится более направленной на специальные продукты, которые могут положительно влиять на состав кишечной микрофлоры, проблема функционального питания часто обсуждается в контексте развития проблемы использования про-, пре- и синбиотиков [93, 109, 115].
Одними из функциональных ингредиентов являются пробиотики и пробиотические продукты. По определению большинства авторов. [5, 47, 50, 70, 77, 118]. Пробиотики - это живые микроорганизмы или ферментированные ими, продукты, которые оказывают благотворный эффект на здоровье человека и животных, в большей степени реализующиеся в желудочно-кишечном тракте.
Хотя первое определение пробиотиков дано только в 1974 г., использование живых микроорганизмов в качестве пищевых добавок известно давно. Впервые ферментированное- молоко (йогурт) появилось на Балканах. Детальные научные исследования выполнены И.ИІ Мечниковым- (1903) в Институте Пастера в Париже. В1 своей теории долголетия; он утверждал, что йогурт, содержащий В. bulgaricus, нормализует флору лактобацилл в кишечнике, ингибирует рост гнилостных бактерий и предотвращает аутоинтоксикацию. И.И. Мечников утверждал, что кишечная флора вырабатывает «токсины», оказывая повреждающее действие на хозяина. Им было показано, что- вредное влияние гнилостных бактерий может быть минимальным или вообще может быть предотвращено при использовании лактобацильной флоры в кишечнике. Это способствовало формированию-значительного интереса к болгарскому кислому молоку и к другим культивируемым молочным продуктам и к выводу, что такие продукты могут помочь в профилактике и лечении различных заболеваний желудочно-кишечного тракта. В 1907г. И.И. Мечников нашел также, что использование некоторых видов лактобацилл, таких как ацидофильные, эффективно при лечении диареи. Практическим воплощением этих идей тало применение ацидофильных лактобацилл с терапевтическими целями, начатое в Америке в 1920-1922 гг., отечественные исследователи приступили к изучению этого вопроса в 1950-х гг. [101, 103].
Наибольший интерес к пробиотикам возник в 1960-1970-х годах, когда чрезмерно широкое применение антибиотиков, ухудшение экологической ситуации повлекли за собой 1 нарушения микробиоценозов человека и животных, а также явления устойчивости к антибиотикам.
Благоприятное влияние пробиотиков на здоровье людей проявляется разноплановыми1 положительными эффектами, которые в целом характеризуются как пробиотическое воздействие. Основными из них являются следующие [120, 123, 129]:
колонизация желудочно-кишечного тракта пробиотическими микроорганизмами, проявляющими антагонизм в отношении условно-патогенных и патогенных бактерий, вирусов, грибов «и дрожжей;
- улучшение нарушенного баланса микроорганизмов в кишечнике и устранение дисбактериозов и дисбиозов в целом;
- полезная и адекватная метаболическая активность - продукция витаминов К, биотина; ниацина, пиридоксина и фолиевой кислоты; гидролиз желчных солей и холестерина и регуляция его уровня;
- оптимизация пищеварения и нормализация моторной функции кишечника путем выработки субстанций, оказывающих морфокинетическое действие;
- детоксицирующая и защитная роль - предотвращение негативного влияния ионизирующего излучения, химических загрязнителей пищи, канцерогенных факторов, токсичных эндогенных субстратов, непривычной и экзотической пищи, загрязненной воды за счет стимулирования иммунного ответа и повышения неспецифической иммунорезистентности - потенцирования продукции интерферона, интерлейкинов, увеличения фагоцитарной способности макрофагов и др. [121].
Эти функции пробиотиков вызывают все возрастающий-интерес, активно изучаются, в частности, ведется поиск штаммов с наиболее выраженными иммуногенными свойствами.
В настоящее время пробиотики применяются очень широко и источники поступления их в организм человека разнообразны. В первую очередь, это фармацевтические формы медицинских биологических препаратов и биологически активные добавки (БАД) к пище. Во-вторых, натуральные пищевые продукты на молочной и растительной основе, выработанные биотехнологическим способом- с использованием различных микроорганизмов, в том числе классических пробиотиков-в качестве заквасочных или стартерных культур, либо обогащенных пробиотиками. Особое место среди них для обеспечения пробиотического эффекта занимают кисломолочные продукты [40]:
Установлено, что максимальный положительный эффект на организм человека дают продукты, содержащие живые бифидобактерии в количестве 108 КОЕ/см3 [12; 101].
Многообразные позитивные эффекты, обнаруживаемые у человека при постоянном употреблении кисломолочных продуктов, содержащих бифидобактерии, явились основанием создания и других вариантов продуктов-функционального питания с включением в них в качестве активного действующего начала бифидобактерии (соки, мороженое, кондитерские изделия, сыры, сметана, кефир, масло и др.). Все возрастающая-популярность и разнообразие продуктов питания, содержащих бифидобактерии; во всех странах объясняется тем, что их регулярное использование в течение длительного времени значительно способствует поддержанию физического и духовного здоровья, продлевает срок активной жизни, смягчает воздействие неблагоприятных факторов внешней среды, стрессовых ситуаций и др. Анализ многочисленных публикаций по длительному применению лечебно-диетического питания на основе бифидо бактерий десятками миллионов людей свидетельствует об отсутствии»каких-либо заметных побочных явлений [50, 52; 59,140].
Поскольку жизнеспособность живых бактерий в пищевых продуктах и в течение их транзита по желудочно-кишечному тракту может быть непостоянной, то концепция пребиотиков развивается в последнее время весьма активно [121].
Пребиотики - нежизнеспособные пищевые компоненты, которые перемещаются к толстой кишке и обладают избирательной ферментацией. Благоприятное1 влияние на макроорганизм связано- с избирательной стимуляцией роста, и активности одного или. ограниченного видов бактерий толстой кишки. Ингредиенты пищи классифицируются как пребиотики; если они не гидролизуются или не абсорбируются в тонкой кишке; необходимы как субстрат для одного или ограниченного количества видов бактерий толстой кишки, положительно изменяют микрофлору толстой; кишки и, индуцируют системный эффект, который является благоприятным для здоровья; хозяина [121, 133, 144].
Согласно определению, предложенному в 1995 году F. Гибсоном- и М. Роберфруа, уже5 ставшему классическим, «пребиотик - это неперевариваемыш пищевой ингредиент, благотворно влияющий на организм за- счет избирательной стимуляции роста и/или активности одного или нескольких видов бактерий толстого кишечника и таким образом улучшающий здоровье организма» [145].
Хотя- слово «пребиотик» вошло в медицинскую терминологию только 13 лет назад, по существу, это важное направление научных исследований насчитывает 50 лет, и у истоков его стоит австрийский педиатр Ф. Петуэли. Именно он впервые в 1957 году описал свойства лактулозы как пребиотика, то есть вещества с ярко выраженным бифидогенным эффектом [140].
В рационе человека с древних времен содержалось большое количестве пребиотиков. Американский ученый Джефф- Лич, исследующий образ питания. древнего человека, отмечал, что «генетически мы являемся собирателями и охотниками, и нашему генотипу соответствует рацион, основанный на растительной пище, богатой пищевыми волокнами и пребиотиками». Данные археологических раскопок в разных частях мира показывают, что пребиотики употреблялись в пищу человеком более 40 тыс. лет назад. Исследования хорошо сохранившихся» древних стоянок в местах с засушливым климатом и медленной эрозией почв позволили выдвинуть гипотезу о том, что ежедневный рацион древнего человека содержал около 200 г различных пищевых волокон, в том числе до» 50т инулина, встречающегося во множестве корнеплодов [115, 118,141].
Подбор заквасочных культур для производства функциональных кисломолочных продуктов
В основе производства кисломолочных продуктов лежат биотехнологические процессы. Для каждого вида кисломолочных продуктов используется определенная закваска, которая обеспечивает специфические для данного вида продукта органолептические, реологические и биологические свойства. Основным компонентом заквасочной микрофлоры для всех ферментированных молочных продуктов г являются молочнокислые бактерии.
Они играют главную роль в производстве кисломолочных продуктов, где выполняют следующие функции:
- трансформируют лактозу, белки, соли- и др. компоненты молока в ароматические и вкусовые соединения, обуславливая специфические органолептические показатели;
- подавляют развитие технически вредной и патогенной микрофлоры в результате образования молочной кислоты и снижения рН среды ,а также за счет продуцирования антибактериальных веществ.
С целью повышения пищевой и биологической ценности продуктов, а также придания им лечебно-профилактических свойств в состав заквасочной микрофлоры включают отдельные виды пробиотических бактерий. Основными критериями при подборе пробиотических микроорганизмов являются: непатогенный характер жизнедеятельности; соответствие требуемым технологическим и органолептическим характеристикам; устойчивость к желудочному соку и желчи; биологическая эффективность по отношению к человеку, в том числе способность закрепляться на стенках кишечника; способность к «колонизации» кишечника; стимуляция иммунной системы.
Также известно, что комбинированные закваски обладают более высокой активностью и устойчивостью к неблагоприятным факторам среды по сравнению с заквасками, приготовленными на отдельных культурах.
Руководствуясь вышеуказанными требованиями при. подборе заквасочных культур, проведены исследования по определению штаммового состава заквасок и их влияния на прирост биомассы микроорганизмов, нарастание кислотности, органолептические показатели кисломолочных сгустков.
Для проведения эксперимента использовалось два варианта заквасок. Первый вариант состоял из штаммов Streptococcus thermophilus, Lactobacillus acidophilus и Bifidobacterium bifidum, второй вариант - Streptococcus thermophilus, Lactobacterium casei subsp. casei и Bifidobacterium bifidum. При проведении исследований были изучены: прирост биомассы микроорганизмов, нарастание кислотности и органолептические показатели полученных сгустков. Результаты исследований двух вариантов заквасок с различными соотношениями культур представлены в табл. 3.1.
Как видно из таблицы, при соотношении микроорганизмов 3:1:1 и 4:1:1 заквасок обоих вариантов наблюдается более интенсивный процесс сквашивания в связи с тем, что основной компонент комбинированной закваски Streptococcus thermophilus обладает наиболее высокой биохимической активностью. При соотношении, культура в закваске первого варианта 4:1:1 отмечалось наиболее равномерное развитие всех микроорганизмов, входящих в ее состав.
При соотношении культур в закваске второго варианта 1:1:1 продолжительность сквашивания увеличивалась в среднем до 9,0 часов, что может быть связано с присутствием в ее составе Lactobacterium. casei subsp. casei, обладающей невысокой биохимической активностью:
Не менее важное значение при производстве ферментированных молочных продуктов1 имеет степень выраженности вкуса и аромата, а также качество получаемого сгустка. В связи с этим провели органолептическую оценку сгустков, вырабатываемых с использованием различных вариантов заквасок. Результаты исследований приведены в табл. 3.2.
При температуре сквашивания (36±2)С в обоих вариантах закваски наблюдался умеренный рост кислотности и наиболее высокие органолептические показатели сгустка. При использовании режима (30±2) С кислотность в сгустке нарастала медленно, а вкус и запах продукта был недостаточно выраженным. При температуре сквашивания- (42±2) С кислотность нарастала несколько быстрее, чем при режимах (30±2) С и (36±2) С, однако вкус продукта был излишне кислым. На основании проведенных исследований установлен режим сквашивания (36±2) С.
Влияние дозы пребиотика, дозы концентрата сывороточных белков и температуры сквашивания на синеретические свойства готовых продуктов
Зависимость синеретических свойств готовых продуктов (У3) от дозы ГОС (Xi), дозы КСБ (Х2) и температуры сквашивания (Х3) выражается следующим уравнением регрессии: 73= 47,46-15,015Х2+1,949Х22 (3)
Из уравнения (3) следует, что на синеретические свойства готовых продуктов влияет только доза КСБ. По данному уравнению были построены поверхности отклика. На рис. 3.21-3.23 изображены сечения поверхностей отклика линиями на уровнях, соответствующих определенным значениям результирующего критерия.
На рис. 3.21 представлена зависимость синеретических свойств готовых продуктов от дозы ГОС, дозы КСБ при фиксированных значениях температуры сквашивания. Из рис. 3.21 следует, что степень синерезиса была наибольшей при температуре сквашивания (30±2) С.
На рис. 3.22 приведена зависимость синеретических свойств готовых продуктов от дозы ГОС и температуры сквашивания при фиксированных значениях дозы КСБ. Анализ рис. 3.22 показал, что степень синерезиса была наименьшей при дозе КСБ (7,5±0,5) %, что объясняется высокой влагоудерживающей способностью сывороточных белков.
На рис. 3.23 представлена зависимость синеретических свойств готовых продуктов от дозы КСБ и температуры сквашивания при фиксированных значениях дозы ГОС. Из рис. 3.23 видно, что при дозе ГОС (2,0±0,1) % степень синерезиса была наименьшей, что связано с влагоудерживающей способностью ГОС.
Установление гарантированных сроков годности кисломолочных продуктов «Биоритм» и «Ацидок»
Кисломолочные продукты относятся к скоропортящимся продуктам и требуют определенных условий хранения, обеспечивающих максимальное сохранение качества готового продукта и безопасности для потребителя.
Температурные режимы хранения кисломолочных продуктов выбирали с учетом рекомендаций, предусмотренных методическими указаниями (МУК 4.2.1847 - 04) для скоропортящихся продуктов. Исследования проводили параллельно при температуре (4±2) и (9±1) С. Данный принцип аггравированных температур позволяет учесть возможное нарушение в холодной цепи на пути доставки продукции потребителю [89].
Для проведения исследований были выработаны образцы кисломолочных продуктов «Биоритм» и «Ацидок» по технологии, описанной в п.п. 4.2. Продукт исследовали в течение 13 суток. Шаг проведения исследований - 4 дня.
Изменение микробиологических показателей в процессе хранения кисломолочных продуктов «Биоритм» и «Ацидок» представлено в табл. 4.10.
Патогенные микроорганизмы, в том числе сальмонеллы, в 25 г, S.aureus в 0,1 г и БГКП в 0,01 г не были обнаружены в образцах в течение всего периода хранения.
В процессе хранения также исследовали изменение титруемой кислотности и органолептических показателей готовых продуктов. Результаты представлены на рис. 4.3 и в табл. 4.11.
Временной интервал хранения продуктов должен превышать по длительности предполагаемый технической документацией срок годности на период, определяемый коэффициентом резерва (для скоропортящихся продуктов - 1,5). Учитывая коэффициент резерва и данные по микробиологическому, физико-химическому и органолептическому контролю для кисломолочных продуктов «Биоритм» и «Ацидок» был установлен гарантированный срок годности - 7 суток.
