Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1 Обзор литературных данных по вопросу: Традиции и инновации в области производства специальных продуктов 7
1.1 Организация питания детей и взрослых, роль специальных продуктов 7
1.2 Йогуртные продукты: состояние производства и основные направления его развития 18
1.3 Специализированное (спортивное) питание 25
1.4 Микроорганизмы, используемые в производстве кисломолочных продуктов с пробиотическими свойствами 34
1.5 Функциональные пищевые добавки и их влияние на процесс
структурообразования кисломолочных продуктов 43
1.6 Заключение по главе 1. Задачи исследования 50
ГЛАВА 2 Методология проведения исследований 52
2.1 Постановка экспериментальных исследований. Схема проведения Эксперимента 52
2.2 Объекты и методы исследований 54
2.2.1 Физико-химические методы и органолептические показатели 55
2.2.2 Микробиологические методы 57
2.2.3 Реологические методы 58
2.2.4 Биохимические методы 59
2.2.5 Методы математического анализа 60
ГЛАВА 3 Результаты исследований и их анализ 61
3.1 Обоснование требований к составу и свойствам кисломолочного продукта для спортивного питания 61
3.2 Экспериментальный скрининг культур с пробиотическими и иммуностимулирующими свойствами 63
3.3 Математическое моделирование результатов скрининга культур для ферментации молочной основы 78
3.4 Выбор способа обогащения молочной основы 83
3.5 Исследование процесса ферментации молочной основы обогащенной ультрафильтрацией с ранее выбранной ассоциацией культур 93
3.6 Аналитическое обоснование и экспериментальное определение количества креатина для композиции продукта 94
3.7 Определение стабилизационной системы для кисломолочного продукта 99
3.8 Определение срока годности нового кисломолочного продукта 114
3.9 Определение пищевой, биологической и энергетической
ценности кисломолочного продукта 124
ГЛАВА 4 Практическая реализация результатов исследований 129
4.1 Разработка технологии кисломолочного продукта 129
4.2 Оценка рисков снижения безопасности продукта 133
4.3 Апробация употребления кисломолочного продукта 135
4.4 Расчет экономических показателей производства кисломолочного продукта 136
4.5 Промышленная апробация технологии кисломолочного продукта 137
Выводы 138
Список использованных источников
- Йогуртные продукты: состояние производства и основные направления его развития
- Физико-химические методы и органолептические показатели
- Экспериментальный скрининг культур с пробиотическими и иммуностимулирующими свойствами
- Оценка рисков снижения безопасности продукта
Введение к работе
Усиление тенденции к здоровому образу жизни в России привело к тому, что потребители стали уделять больше внимания правильному режиму и рациону питания. Вследствие чего вырос интерес к потреблению продуктов специального назначения, обогащенных определенными функциональными ингредиентами.
На приоритетную значимость питания указывает постановление Правительства РФ № 917 от 10.08.98 "О концепции государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации", рассчитанный на период до 2010 г.
В нашей стране спорту уделяется огромное внимание в государственном масштабе, так как физическая деятельность является мощным фактором оздо-ровления организма, она способствует борьбе с "болезнями цивилизации", с детренированностью сердца и мышц, являющейся следствием автоматизации производства, развития транспортных средств. Благодаря занятию спортом, развивается выносливость, происходит закаливание организма против действия повреждающих факторов, воспитывается сила воли. Это особенно важно для растущего организма, у которого еще недостаточно сформированы защитные физиологические механизмы. Воспитание здоровых людей — важнейшая социальная задача, имеющая значение для обороноспособности страны.
Для спортсменов всех возрастов необходимо питание отличное от обычного рациона. Для этой цели необходимо разрабатывать новые специализированные продукты, которые имеют большое значение для здоровья и достижения высоких спортивных результатов.
Значительный вклад в теоретическое обоснование технологий специализированных молочных продуктов и их практическую реализацию внесли И.А. Рогов, В.Г. Высоцкий, В.А. Тутельян, А.А. Покровский, П.Ф. Крашенинин, Н.Н. Липатов, Л.А. Остроумов, В.Д. Харитонов, А.Г. Храмцов, И.А. Евдокимов, Ю.Я. Свириденко, A.M. Шалыгина, Н.И. Дунченко, Н.А. Тихомирова, Г.Б. Гав-
5 рилов, М.С. Уманский, А.А. Майоров, А.Ю. Просеков, И.А. Смирнова, Л.М. Захарова, Л.В. Терещук, Н.Б. Гаврилова и другие отечественные и зарубежные учёные.
Следует отметить, что для высокоэффективного, спортивного питания нужны только качественные, легко усвояемые продукты, не содержащие никаких синтетических или химических примесей. Вследствие чего разработка технологии кисломолочного продукта содержащего функциональные ингредиенты, регулирующие микроэкологию органов и систем организма человека, а также специальных веществ рекомендуемых для спортивного питания имеет актуальное значение в рамках решения социальной проблемы организации здорового питания населения страны.
Научная новизна работы.
Обоснованы требования к кисломолочному продукту для спортивного питания. Проведен экспериментальный скрининг культур в виде заквасок DVS: ABY-3, L. casei 431, YF-L702, ВВ-12, АВТ-6 в различных сочетаниях. На основе математического анализа совокупности производственно-ценных, микробиологических, органолептических и биохимических показателей ферментированной молочной основы определена эффективная ассоциация культур с про-биотическими и иммуностимулирующими свойствами: Streptococcus thermophi-lus, Lactobacillus bulgaricus, Bifidobacterium штамм BB-12, Lactobacillus acidophilus штамм La-5, L. casei-431 штамм Lactobacillus paracasei. Установлена оптимальная температура процесса ферментации молочной основы 40±1 С.
На основе сравнительного изучения способа обогащения молочной основы добавлением сухих белковых компонентов, а также её обработки методом ультрафильтрации установлено, что обогащение молочной основы методом ультрафильтрации с коэффициентом концентрирования 3, позволяет получить молочную среду благоприятную для жизнедеятельности выбранных ассоциаций культур. Исследовано влияние специальной пищевой добавки - креатина на физико-химические, микробиологические и органолептические показатели ферментированной обогащенной молочной основы. Определено её рациональ-
ное количество. Экспериментально определена степень воздействия стабилизационных систем Мультек МТ, Стэмикс Ойл и Стэмикс Ультра на консистенцию, органолептические показатели и сохранность креатина. На основании математического анализа комплекса показателей, установлена наиболее эффективная стабилизационная система Мультек МТ, вносимая в количестве 3,0 мас.%. Изучен процесс хранения , установлен срок годности, определены пищевая, энергетическая, биологическая ценность нового кисломолочного продукта.
Практическая ценность работы. Разработка технологии кисломолочного продукта для спортивного питания и техническая документация для его производства ТУ 9222-010-49527279-2008 "Технология кисломолочного продукта". Научная новизна технологического решения отражена в заявке на получение патента № 2007133068 (приоритет от 3 сентября 2007 года), приложение 1.
Проведена промышленная апробация технологии нового продукта в производственных условиях молочного предприятия "Манрос М" филиала ОАО "Вимм-Билль-Данн" (г. Омск).
Йогуртные продукты: состояние производства и основные направления его развития
Среди различных представителей нормальной микрофлоры человека особое место занимают бифидобактерии и лактобациллы, так как именно им принадлежит ведущая роль в поддержании и нормализации микробиоценоза кишечника, неспецифической резистентности организма, улучшении белкового и минерального обмена и др. [115, 8]. Это позволяет рассматривать лакто- и бифидобактерии как основу для создания особого класса ферментированных продуктов — пробиотических.
Существует около 400 названий традиционных и коммерческих видов ферментированных молочных продуктов [120]. Хотя эти продукты могут иметь различные названия, они практически одинаковы. Основываясь на используемом виде молока, видах преобладающих микроорганизмов и основных продуктах их метаболизма, Робинсоном и Тамимом [162] предложена схема классификации разновидностей ферментированного молока, которая делит их на три основные категории: - продукты, полученные с использованием молочнокислых микроорганизмов; - продукты, полученные с использованием молочнокислых микроорганизмов и дрожжей; - продукты, полученные с использованием молочнокислых микроорганизмов и плесеней. Одним из представителей сброженных кисломолочных продуктов, посредством, которого учёные решают жизненно важные задачи, является йогурт w йогуртные продукты.
Существуют традиционные технологии приготовления продукта, путем сквашивания как обезжиренного, так и цельного пастеризованного молока болгарской палочкой и термофильным стрептококком. Йогурт готовят с обязательной добавкой сухого молока, сахара, фруктов или ягод. В зависимости от вида используемой микрофлоры закваски различают йогурт и биойогурт [40].
Йогурт и биойогурт в зависимости от применяемого сырья (далее по тексту - йогурт) подразделяются на: - йогурт из натурального молока; - йогурт из нормализованного молока или нормализованных сливок; - йогурт из восстановленного (или частично восстановленного) молока; - йогурт из рекомбинированного (или частично рекомбинированного) молока. Йогурт в зависимости от применяемых пищевкусовых продуктов, ароматизаторов и пищевых добавок подразделяют на: - фруктовый (овощной) йогурт; - ароматизированный йогурт; - витаминизированный.
Широкий ассортимент и особенности физико-химических показателей плодово-ягодных и ароматизированных йогуртов привели к необходимости разработки новых методов контроля качества [117].
Известно, что по традиционной технологии йогурт вырабатывается из нормализованного по жиру и сухим веществам молока, сквашенного закваской, приготовленной на чистых культурах болгарской палочки и термофильного стрептококка, с добавлением или без добавления плодово-ягодных сиропов, кусочков фруктов, ароматизаторов [106].
Сухое цельное или обезжиренное молоко широко используется в промышленности для обогащения натурального молока при производстве густого однородного йогурта. Поскольку в Великобритании выпускается в основном йогурт с низким содержанием жира, то наиболее популярный ингредиент - сухое обезжиренное молоко (СОМ). Количество добавляемого СОМ может колебаться в пределах от 1 % до 6 % от количества исходного молока, но рекомендуется добавлять 3-4 %, так как при внесении большего количества СОМ в йогурте может появиться специфический привкус сухого молока [107].
В некоторых развивающихся странах йогурт выпускается только с использованием СОМ и обезвоженного молочного жира (ОМЖ), содержание жирового компонента в котором около 99,9 г/100 г. Сухое обезжиренное молоко обычно восстанавливают до содержания СОМО примерно 12 г/100 г. Использование сухого обезжиренного молока при производстве ферментированных молочных продуктов предпочтительнее, чем цельного, так как применение сухого цельного молока может привести к появлению "окисленного" вкуса [140].
Современный подход к изготовлению СОМ заключается в регулировании содержания белков для- исключения сезонных колебаний, улучшения функциональных характеристик сухого молока и увеличения срока его хранения [148]. В некоторых странах - например, в Дании и Италии - добавление СОМ при производстве йогурта не допускается, и поэтому используются другие способы увеличения содержания в нем сухих веществ.
В некоторых регионах используются сухие концентраты белков (цельного или обезжиренного молока), получаемые с помощью ультрафильтрации с последующей диафильтрацией для уменьшения содержания лактозы перед сушкой [124, 132, 153]. Эти концентраты применялись и применяются для производства густых йогуртов [138, 139, 154, 168], но они дороже, чем СОМ.
Физико-химические методы и органолептические показатели
При определении химического состава и свойств в молочном сырье и готовых продуктах использовали следующие методы: - массовую долю жира по ГОСТ 5867-90 [36]; - массовую долю белка по ГОСТ 25179-90 [28]; - массовую долю влаги по ГОСТ 3626-73 [34]; - определение плотности по ГОСТ 3625-84 [33]; - отбор и подготовку проб осуществляли по ГОСТ 26809-86 [30]; - активную кислотность определяли электрометрическим методом на рН-метре (рН -121) по ГОСТ 26781-85 [29]; титруемую кислотность определяли стандартной методикой в градусах Тернера по ГОСТ 3624-92 [32]; - определение массовой доли углеводов по ГОСТ 3628-78 [35]; - содержание минеральных веществ методом атомной абсорбции на спектрофотометре шведской фирмы "Perkin Elmer-360" по ГОСТ 27996-88 [31]; - содержание общего азота (белка) в готовом продукте определяли методом Кьельдаля на приборе Kjaltec 2100 по ГОСТ 23327-98 [27]; - аминокислотный состав и количественное содержание определяли с помощью автоматического аминокислотного анализатора Aracus, который соответствует "Золотому стандарту AAA" [43, 68]; - содержание креатина определяли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. На хроматографе HP Series 1050. - содержание витаминов определяли методом инфракрасной спектроскопии на приборе ИК-4500 и методом высокоэффективной жидкостной хроматографии на,хроматографе "Милихром" [144, 173]; - жирные кислоты в составе липидов определяли методом, основанном на переводе жирных кислот в их метиловые эфиры с последующим газохро-матическим анализом. Анализ осуществляли на газожидкостном хроматографе; - свободные органические кислоты определяли по методике, которая основана на превращении кислот в летучие метиловые эфиры и последующим их анализом методом газожидкостной хроматографии; -количественное содержание органических кислот определяли методом внутреннего стандарта, в качестве которого используется адипиновая кислота; - консистенцию контролировали с помощью синусоидального вибровязко-зиметра; - активность воды определяли на приборе АВК-4; - устойчивость микроорганизмов к антибиотикам определяли методом серийных разведений в жидкой питательной среде. Для определения минимальных предельных концентраций заданные концентрации антибиотических препаратов вносили в питательную среду, которую затем засеивали культурой исследуемого микроорганизма, и после инкубации оценивали наличие или отсутствие видимого роста; - количество ацетальдегида определяли с помощью жидкостного микроколоночного хроматографа "Милихром".
Органолептическую оценку готовых продуктов проводили методом закрытых дегустаций, разработанным на основании ГОСТ 28283-89.
В работе использовались стандартные методы исследования микробиологических показателей по ГОСТ Р 50480-93 [39], ГОСТ 9225-84 [37], ГОСТ 10444.11-89 [25], ГОСТ 10444.15-94 [26]. Общее количество молочнокислых микроорганизмов определяли по ГОСТ 10444.11-89 посевом в пробирки на стерильное обезжиренное молоко.
Бактерии группы кишечной палочки определяли посевом в среду Кесслера с последующим пересевом на чашку со средой Эндо по ГОСТ Р 50474-93 [38].
Количество бифидобактерий находили по методическим указаниям МУК 4.2.999-00 "Определение количества бифидобактерий в кисломолочных продуктах" [80] посевом на среду для определения бифидобактерий.
В работе также использованы общепринятые методы биологических анализов [59, 78, 108].
Измерение вязкости является эффективным способом определения состояния (свойств вещества) или текучести жидкости. Значение эффективной вязкости определяли на синусоидальном вибровискозиметре серии SV. Устройство измерения вязкости образца, состоит из двух тонких сенсорных пластин. Сенсорные пластины приводятся в состояние равномерной синусоидальной вибрации в противофазе. Сенсорные пластины приводятся в движение электромагнитной силой той же частоты, что и собственная частота (резонанс), которая является характеристикой каждой структуры, для того, чтобы привести измерительную систему в состояние резонанса. Такое использование резонанса является наиболее замечательной особенностью этого вискозиметра. Когда устройство обнаружения вязкости вибрирует, оно производит значительную по величине реактивную силу в опорном устройстве сенсорных пластин через рессорные пластины. Однако, поскольку сенсорные пластины движутся в противофазе друг относительно друга с одинаковой частотой/амплитудой вибрации, для того, чтобы исключить силу реакции, то это дает возможность получить стабильную синусоидальную вибрацию.
Электромагнитный привод управляет вибрацией сенсорных пластин в образце с постоянной амплитудой, используя резонанс устройства обнаружения. Задающий электрический ток, являющийся возбуждающей силой, будет детектироваться как величина вязкости, которая присутствует между сенсорными пластинами и образцом. Коэффициент вязкости рассчитывается через величину корреляции между задающим электрическим током и величиной вязкости (коэффициентом вязкости).
В результате, прибор SV10 работает в динамическом диапазоне от 0,3 мПа-с до 10,000 мПа-с и способен выполнять непрерывные измерения в этом диапазоне с высокой повторяемостью (точностью) и стабильностью.
Экспериментальный скрининг культур с пробиотическими и иммуностимулирующими свойствами
Анализ научной и технической литературы, приведенный в главе 1 позволил прийти к заключению о целесообразности проведения экспериментальных исследований по разработке технологии специальных продуктов для спортивного питания и сформулировать следующие требования к новому продукту, который должен быть: - кисломолочным, так как молоко является натуральным, биологически ценным продуктом, рекомендуемым для питания всех возрастных групп населения, а кисломолочные продукты относятся к группе диетических продуктов, отличающихся высокой степенью усвояемости; - функциональным, что обеспечивается использованием пробиотической и иммуностимулирующей микрофлоры; - специально предназначенным для лиц, испытывающих повышенные нагрузки при спортивной деятельности, в частности мышечной системы. Для этого необходим корректор химического состава продукта, обеспечивающий эргогенный эффект; - с низким содержанием липидов, т.к. они могут способствовать увеличению массы тела, которая у спортсменов строго регламентируется, но обогащенным белками и углеводами, необходимыми для наращивания мышечной массы спортсменов; - отличного качества, с высокими органолептическими показателями, стабильно сохраняющимися в течение всего срока годности продукта.
Такой продукт в соответствии с техническим регламентом на молоко и молочные продукты относится к следующей группе: продукты кисломолочные жидкие, в том числе со сроком годности более 72 ч, с компонентами обогащен 62 ными бифидобактериями и другими пробиотическими микроорганизмами [112].
Учитывая вышеизложенное, для проведения экспериментальных исследований выбраны: - молочная основа — маложирное молоко; - сухое обезжиренное молоко (СОМ), сухая молочная сыворотка (CMC), сывороточный белковый концентрат (СБК) и ультрафильтрационный концентрат (УФК); -культуры, формирующие пробиотические и иммуностимулирующие свойства в виде заквасок прямого внесения (DVS). К преимуществам использования заквасок прямого внесения следует отнести: - гарантия стабильного качества и активности закваски - каждая партия проходит тщательный контроль качества на производстве поставщика; - надежность и воспроизводимость технологического процесса - стабильное качество и активность гарантируют постоянно высокий результат при производстве продукции; - выше уровень выживаемости клеток пробиотических культур, так как для культивирования пробиотических штаммов зачастую необходимы особые условия, которые трудно создать на предприятии, и потеря клеточной концентрации может произойти еще во время приготовления производственной закваски; - отсутствие капитальных затрат на оборудование для заквасочного отделения; - высокая устойчивость заквасок к бактериофагу; -больше гибкости на производстве - возможность выбирать штаммы с разными свойствами и комбинировать их в зависимости от качества сырья, типа выпускаемого продукта и особенностей производственного цикла. Разрабатываемый кисломолочный продукт для спортивного питания должен обладать отличными вкусовыми качествами, стабильную в процессе хранения консистенцию, поэтому, при разработке кисломолочного продукта были выбраны следующие виды лиофилизированных и замороженных культур фирмы "Хр. Хансен": ABY-3, L.casei-431, YF-L702, ВВ-12, АВТ-6, которые отвечают всем предъявляемым требованиям. В качестве решающего фактора для достижения высоких результатов в спорте и повышения способности организма высвобождать большое количество энергии для исследования выбран моногидрат креатин.
Для сохранности качества продукта выбраны стабилизирующие добавки, состоящие из различных компонентов: "Стемикс Ойл", включающий крахмал модифицированный, желатин, пектин или "Стемикс Ультра" включающий модифицированный крахмал, гуаровую камедь, пектин или "Мультек МТ", включающий модифицированный крахмал, гуаровую камедь, пектин, пищевой желатин, концентрат молочного белка и др.
Оценка рисков снижения безопасности продукта
При производстве пищевого продукта, любой ингредиент, а также технологическая операция могут создать риск снижения безопасности продукта. Для обеспечения безопасности нового продукта, необходимо проанализировать все возможные риски и постараться свести к минимуму их влияние.
Риски снижения безопасности можно разделить на 2 группы: 1. Ингредиенты, входящие в состав продукта; 2. Операции технологического процесса (таблица 4.2.1).
Практика спортивного питания выработала два подхода к дополнению питания креатином. Один из них это - загрузочная и поддерживающая фазы. Разрабатываемый нами продукт подразумевает исключение загрузочной фазы. При этом спортсмен может принимать относительно невысокие дозы, скажем, около 2-8 г в день, и в течение 3-4 недель организм выходит на максимальный уровень креатина в мышцах. Исходя из вышесказанного, следует что, спортсмену достаточно употребить 0,5 л продукта в сутки, в котором будет содержаться 5 г креатина. Кроме того, следует отметить, что дополнение питания креатином -это только часть режима занятий и питания, а не замена надлежащего тренинга и здоровых диетических привычек.
Для изучения влияния креатина, содержащегося в кисломолочном продукте на силовые показатели спортсменов, данный продукт был опробован спортсменами Омского спортивного клуба "Арнольд". В эксперименте участвовали две группы, юноши в возрасте 18-19 лет, первая группа употребляла продукт с содержанием креатина за 30 мин до тренировки в течение 2 месяцев, вторая группа была контрольной, которая не употребляла продукт. В ходе эксперимента контролировались следующие показатели: жим штанги лежа и приседание со штангой на плечах (максимально возможный вес на один раз); окружность грудной клетки (см) и прибавка собственного веса (кг).
Полученные результаты свидетельствуют о положительном влиянии потребления кисломолочного продукта спортсменами (приложение 6). Расчет экономических показателей производства кисломолочного продукта проводился на основании разработанной в процессе экспериментальных исследований рецептуре, оптовых цен на сырье и вспомогательные материалы с учётом НДС, а также рассчитанных и апробированных в промышленных условиях других статей расходов на производство кисломолочных продуктов. Расчет стоимости основных материалов и калькуляция себестоимости приведены в таблицах 4.4.1 и 4.4.2.
1. Обоснованы требования к кисломолочному продукту для спортивного питания, который должен обладать низким содержанием жиров, повышенным содержанием белка, содержать функциональные ингредиенты в виде пробиоти-ческих и иммуностимулирующих культур, а также специальную добавку — креатин, отличаться длительными сроками хранения.
2. Проведен экспериментальный скрининг культур в виде заквасок DVS: ABY-3, L. casei 431, YF-L702, ВВ-12, АВТ-6 в различных сочетаниях. На основе математического анализа совокупности производственно-ценных, микробиологических, органолептических и биохимических показателей ферментированной молочной основы определена эффективная ассоциацию культур Streptococcus thermophilus, Lactobacillus bulgaricus, Bifidobacterium штамм BB-12, Lactobacillus acidophilus штамм La-5 в виде сочетания ABY-3 и L. casei 431.
3. На основе сравнительного изучения обогащения молочной основы добавлением сухих белковых компонентов, а также её обработки методом ультрафильтрации установлено, что концентрирование молочной основы с использованием коэффициента концентрирования равного 3 позволяет получить обогащенную молочную среду с массовой долей сухих веществ (15,7±0,2) мас.%, в том числе жира (0,80±0,05) мас.%, белка (9,2±0,2) мас.%, лактозы (4,7±0,2) мас.%, благоприятную для жизнедеятельности выбранной ассоциации культур.
4. Исследовано влияние специальной пищевой добавки - креатина на физико-химические, микробиологические и органолептические показатели ферментированной обогащенной молочной основы. Определено её рациональное количество (1,0±0,1) г на 100 г продукта.
