Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ состояния вопроса и задачи исследований 8
1.1. Обогащение пищевых продуктов эссенциальными микронутриентами 8
1.2. Медико-биологические свойства селена 10
1.3. Общая характеристика селенсодержащих БАДов 26
1.4. Способы получения наночастиц нульвалентного селена 30
1.5. Обоснование выбранного направления и задачи исследований 30
Глава 2. Организация экспериментальных исследований 34
2.1. Характеристика объектов исследования и организация проведения экспериментов 34
2.2. Методы исследований 34
2.3. Математическое планирование и обработка результатов экспериментов 37
Глава 3. Теоретическое обоснование синтеза концентрата наночастиц нульвалентного селена для обогащения новых продуктов профилактического назначения 42
Глава 4. Исследование закономерностей синтеза, разработка технологии, изучение состава и свойств концентрата наночастиц нульвалентного селена 52
4.1. Определение параметров, оказывающих значимое влияние на размеры наночастиц селена и их агрегативную устойчивость 52
4.2. Изучения влияния условий дисперсионной среды на размеры наночастиц селена 55
4.2.1. Изучение влияния мольного соотношения С6Н806 - H2Se03 и мольного соотношения H2Se03 - ПВП на размеры наночастиц селена 55
4.2.2. Изучение влияния мольного отношения H2Se03 - ПВП и температуры на размеры наночастиц селена 64
4.2.3. Изучение влияния мольного соотношения H2Se03 - ПВП и рН раствора на размеры наночастиц селена 65
4.2.4. Изучение влияния температуры и продолжительности УЗИ обработки на размеры наночастиц селена 66
4.2.5. Изучение влияния рН раствора и продолжительности УЗИ обработки на размеры наночастиц селена 67
4.3. Разработка технологии концентрата наночастиц нульвалентного селена69
4.3.1. Принципы модульного алгоритма технологии получения концентрата наночастиц нульвалентного селена 70
4.3.2. Разработка технологии и требований к аппаратурному оформлению процесса получения концентрата наночастиц нульвалентного селена 71
4.4. Физико-химические и морфологические свойства концентрата наночастиц нульвалентного селена 78
4.5. Токсикологические свойства концентрата наночастиц нульвалентного селена 85
Глава 5. Оценка эффективности получения и использования концентрата наночастиц нульвалентного селена 89
5.1. Предотвращение потенциальных рисков при производстве концентрата наночастиц нульвалентного селена на основе ХАССП 89
5.2. Использование концентрата наночастиц нульвалентного селена в составе кормовой добавки 95
5.2.1. Использование концентрата наночастиц нульвалентного селена в составе кормовой добавки цыплятам-бройлерам 95
5.2.2. Результаты использования концентрата наночастиц нульвалентного селена на курах яичного направления продуктивности кросса «Шейвер браун» 103
5.3. Возможности использование концентрата наночастиц нульвалентного селена в качестве пищевой добавки для новых профилактических продуктов 106
5.4. Экологический мониторинг технологии концентрата наночастиц нульвалентного селена 114
5.5. Расчет себестоимости и оценка экономической эффективности производства концентрата наночастиц нульвалентного селена 114
Выводы 117
Литература 119
Приложения А-И 131
- Общая характеристика селенсодержащих БАДов
- Изучение влияния мольного соотношения С6Н806 - H2Se03 и мольного соотношения H2Se03 - ПВП на размеры наночастиц селена
- Разработка технологии и требований к аппаратурному оформлению процесса получения концентрата наночастиц нульвалентного селена
- Возможности использование концентрата наночастиц нульвалентного селена в качестве пищевой добавки для новых профилактических продуктов
Введение к работе
Актуальность темы. Мониторинг состояния здоровья населения России, проведенный по инициативе НИИ Питания РАМН, выявил массовые распространения полигиповитаминозов, сочетающихся с дефицитом ряда минеральных веществ (кальция, железа, йода, селена и др.). В частности, в Ставропольском крае отмечается дефицит таких эссенциальных микроэлементов, как марганец, цинк, селен, хром и железо, что, вероятно, является отражением местных эколого-гигиенических и социальных особенностей. Особого внимания при этом заслуживает эссенциальный микроэлемент селен.
Адекватное потребление селена имеет важное значение в поддержании баланса экспрессии многочисленных Sе-зависимых микросомальных ферментов, обеспечивающих биотрансформацию различных ксенобиотиков. В целом селен называют важнейшим генопротектором, который блокирует повреждения ДНК продуктами перекисного окисления липидов, металлами и регулирует процессы их системной элиминации в организме.
Значительный вклад в развитие комплексных научных исследований о биологических функциях, метаболизме и механизмах действия эссенциальных микроэлементов, в частности селена, внесли Богатырев А. Н., Тутельян В. А., Скальный А. В., Горлов И. Ф., Мазо В. К., Гмошинский В. К., Голубкина Н. А., Nuve J. и другие.
Наиболее эффективным и экологически доступным способом улучшения обеспеченности населения эссенциальным микроэлементом –селеном – является дополнительное обогащение им продуктов профилактического питания до уровней, соответствующих физиологическому потреблению.
В России до недавнего времени наиболее часто используемой неорганической формой селена являлся селенит (Se+4). Однако невысокий биологический эффект и возможность токсикозов животных и птиц при передозировках предопределили поиски других производных селена и в первую очередь природных. При этом наиболее перспективным является применение нульвалентного селена с размером наночастиц 20 – 70 нм. Основное его преимущество, по сравнению с другими формами селена, заключается в «размерном эффекте», проявляющемся в том, что наночастицы являются биологически более активными и лучше накапливаются в тканях. Широкое использование наночастиц нульвалентного селена сдерживается слабой изученностью закономерностей поведения наночастиц селена при использовании в качестве пищевой или кормовой добавки, а также отсутствием на рынке товарных форм.
В связи с этим разработка научно-обоснованной технологии концентрата наночастиц нульваленного селена (КННС), изучение закономерностей его сорбции основными компонентами молочного сырья и обогащение им молочной и мясной продукции профилактического назначения является актуальной и востребованной.
Цель и задачи исследований
Целью диссертационной работы является исследование закономерностей синтеза наночастиц (кластеров) нульвалентного селена с разработкой инновационной технологии концентрата для использования в кормовых добавках и продуктах питания профилактического назначения.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
установить закономерности и оптимизировать процесс синтеза наночастиц (кластеров) нульвалентного селена с использованием метода математического планирования эксперимента;
исследовать попарное влияние значимых параметров дисперсионной среды на размер наночастиц нульвалентного селена;
определить состав, физико-химические, токсикологические свойства и структуру КННС;
разработать принципиальную технологическую схему производства КННС;
оценить влияние КННС на продуктивность и биохимические показатели цыплят-бройлеров;
изучить закономерности сорбции наночастиц нульвалентного селена основными компонентами молочного сырья и провести компьютерное моделирование процесса взаимодействия наночастицы селена с казеином молока;
разработать научно-технические основы новых продуктов на примере «Молочного напитка профилактического, обогащенного селеном»;
провести анализ экологической безопасности и экономической эффективности разработанных технологий.
Научная новизна
теоретически обоснована и экспериментально доказана целесообразность обогащения продуктов питания эссенциальным микроэлементом селеном в виде его концентрата нульвалентных наночастиц;
изучены закономерности процесса синтеза КННС и исследованы его физико-химические, токсикологические и биохимические свойства;
методом компьютерного молекулярного докинга в среде программы AutoDock доказан эффект взаимодействия молекулы казеина с наночастицей селена и обогащение селеном молочной продукции;
установлено положительное влияние разработанного концентрата на продуктивность и биохимические показатели цыплят-бройлеров, а также яйценоскость кур-несушек.
Новизна технического решения подтверждена патентом РФ на изобретение № 2392944 «Препарат для лечения и профилактики нарушения обмена селена для сельскохозяйственных животных».
Практическая значимость. Разработана технология концентрата наночастиц нульвалентного селена «Экстраселен», подготовлен и утвержден стандарт организации (СТО 02067965-006-2011). Произведена опытно-промышленная выработка «Экстраселена» в условиях ООО НПФ «Виктория+».
Подготовлен и утвержден стандарт организации на напиток молочный профилактический, обогащенный селеном (СТО 02067965-007-2011). Произведены опытно-промышленные выработки напитка молочного профилактического, обогащенного селеном, в условиях ООО «Провинция».
Инновационные приоритеты работы:
исследование закономерностей синтеза и разработка способа получения концентрата наночастиц (кластеров) нульвалентного селена;
разработка инновационных технологий новых профилактических продуктов, обогащенных эссенциальным микроэлементом селеном.
Апробация работы. Основные положения, изложенные в работе, докладывались и обсуждались на XII региональной научн.-техн. конф. «Вузовская наука – Северо-Кавказскому региону» 2008 год, XIII науч.-техн. конф. «Вузовская наука – Северо-Кавказскому региону» и XXXIX научн.-техн. конф. по итогам работы профессорско-преподавательского состава СевКавГТУ за 2009 год, Междунар. науч.-практ. конф. «Инновационные технологии и оборудование в молочной промышленности» г. Воронеж, 2010 г., XIV региональной научн.-техн. конф. «Вузовская наука – Северо-Кавказскому региону» 2010 г., Междунар. науч.-практ. конф. «Инновационные технологии продуктов здорового питания, их качество и безопасность» г. Алматы, 2010 г.
Публикации. По материалам научных исследований опубликовано 12 печатных работ, в том числе 3 в рецензируемых ВАК РФ журналах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы, содержащего 119 наименований источников, и 8 приложений. Работа изложена на 138 страницах машинописного текста, содержит 28 таблиц и 30 рисунков.
Общая характеристика селенсодержащих БАДов
Используемые в земледелии и перерабатывающей промышленности Российской Федерации технологии приводят к снижению содержания природного селена в продуктах питания. Особенно это сказывается на злаковых культурах. Поэтому сейчас люди не дополучают с пищей необходимого им количества этого нутрицевтика. Задача восполнения селена в организме решается сегодня путем создания биологически активных добавок к пище, витаминно-минеральных премиксов и т. д. В их состав входят неорганические соединения селена в виде солей селенита и селената натрия. Но как оказалось на практике, они обладают высокой токсичностью, что связано с риском их передозировки и помимо этого они мало совместимы с легкоокисляемыми витаминами. Более низкую токсичность проявляют используемые в настоящее время органические производные селена, такие как селенопиран, диацетофенонилселенид (ДАФС-25) [56], диметилдипиразолил-селенид (селекор), Сел-Плекс, Селедант и др. Другой формой селена являются дрожжи, обогащенные селеном.
Основной биологически активной формой селена в организме человека является селеноцистеин. Его высокая активность обусловлена тем, что он представляет собой уже готовый блок для создания активных групп селенсодержащих белков. Поэтому создаваемые, в настоящее время селенсодержащие пищевые добавки являются результатом исследований по биотрансформации неорганических форм селена в органические для повышения их биодоступности и, следовательно, биоусвояемости.
Среди синтезированных органических соединений селена представляет интерес селенопиран, который по сравнению с неорганическим селеном имеет в 100 раз более низкую токсичность. Селенопиран нерастворим в воде, но хорошо растворяется в жирах, являющихся депо для накопления его в организме. Селенопиран индифферентен по отношению к микроорганизмам и поэтому не вызывает дисбактериоза. На основе селенопирана создан целый ряд БАД. В работе [21] показано, что скармливание лактирующим коровам с рационом селенсодержащего препарата «Селенопиран» позволило повысить уровень рентабельности производства молока на 6,6%.
К селеносодержащим БАД относится "Витасил-Se" - водорастворимая фракция автолизата селенсодержащих дрожжей, лишенная клеточных оболочек, и соответственно побочных нежелательных эффектов, присущих цельным дрожжам.
Органические соединения селена в виде, преимущественно, селенометионина, не обладают кумулятивным токсическим действием, оказывают положительное воздействие на повышение иммунной резистентности организма, стимулируют функции щитовидной железы и гемопоэз [69].
В Восточно-Сибирском государственном технологическом университете разработана селеносодержащая кормовая добавка, особенностью которой является использование в качестве сорбента природного минерала - цеолита Холинского месторождения (диаметр измельчения - 0.1 - 1 мм). Цеолиты обладают пористой каркасной наноразмерной структурой, а также молекулярно-ситовыми, сорбционными, ионообменными, селективными и каталитическими свойствами. Новая кормовая добавка содержит модифицированный селеном гидролизат соединительно-тканного белка эластина, адсорбированный цеолитом в соотношении соответственно 1:1 и представляющий собой смесь пептидов, образующихся при ферментативном гидролизе белков. Модификация гидролизата эластина селеном позволяет снизить токсичность его неорганической формы и повысить биологическую ценность кормовой добавки. Эффективность новой селенсодержащей кормовой добавки изучали на коровах симментальской породы. Содержание селена в молоке коров, получавших кормовую добавку, увеличивалось до 270 мкг/л [49]. Использование селенсодержащей кормовой добавки также же способствовало получению функциональных продуктов птицеводства, обогащенных органической формой селена [33].
Таким образом, данные литературы, касающиеся всасываемости и биодоступности селена позволяют утверждать, что он существенно отличается по этим характеристикам от других микроэлементов, присутствующих при физиологических условиях в катионной и хелатной форме. В то время, как биодоступность солей переходных элементов редко превосходит 10-20%, для всех пищевых источников селена (как неорганических, так органических) характерны высокие величины всасывания: в большинстве стлучаев они превышают 60%, иногда приближаясь к 100%). Вследствие этого при интегральной оценке биодоступности различных источников селена решающую роль начинают играть не фактр их абсорбции в ЖКТ, а показатели ретенции (включение в обменные процессы) и потенциальной токсичности. В этом отношении данные литературы, не смотря на расхождение количественных оценок, подтверждают преимущество органической формы селена в качестве пищевых источников этого микроэлемента. В преобладающем большинстве случаев эти производные характеризуются наибольшей ретенцией, минимальной токсичностью и эффективностью всасывания (во всяком случае не худшей, чем у селената, а иногда более высокой, чем у селенита) [12].
Имеются немногочисленные исследования, свидетельствующие о наличии биодоступности элементарного (нульвалентного) селена. Традиционно считалось, что при физиологических условиях эта форма не способна включаться в обменные процессы организма. Однако, как было установлено [84], при скармливании цыплятам элементарного селена, полученного методом восстановления его соли под действием селенредуцирующего штамма B.Subtilis, биодоступность селена составила 2% от скормленной дозы. При скармливании красного селена, полученного методом неферментативного восстановления аскорбатом, его биодоступность достигла 4%. Разумеется, эти данные представляют лишь теоретический интерес, однако ультравысокодисперсныи, т.н. «наноселен» может характеризовать биодоступность, сопоставимую с таковой селенита, судя по его способности восстанавливать в культуре клеток синтез глутатионпероксидаз и тиоредоксинредуктазы [97]. При этом, токсичность наноселена была в 7 раз ниже, чем селенита. Авторами работы рассматривается возможность использовать эту новую форму селена, как источник указанного микроэлемента в составе добавок к пище.
Анализ литературных данных свидетельствует о том, что в последние годы сформировалось новое направление в научных исследованиях, предполагающее синтез, изучение медико-биологических свойств и использование эссенциального микроэлемента селена, находящегося в нульвалентном и нанодисперсном состоянии. Для уточнения выбранного направления исследований целесообразно рассмотреть способы синтеза наночастиц нульвалентного селена, используемые в настоящее время.
Изучение влияния мольного соотношения С6Н806 - H2Se03 и мольного соотношения H2Se03 - ПВП на размеры наночастиц селена
Наиболее эффективным способом получения агрегативно устойчивых наночастиц селена является восстановление селенистой кислоты в присутствии высокомолекулярного водорастворимого стабилизатора.
В рамках реализации поставленной цели по изучению влияния условий дисперсионной среды на размеры и агрегативную устойчивость наночастиц селена была проведена комплексная оптимизация вышеуказанного технологического процесса с использованием пакета прикладных программ Statistica Neural Networks v.4.0e. В соответствии с результатами предварительных экспериментов, в качестве переменных параметров выбраны следующие факторы и определены интервалы их варьирования (Таблица 2).
1. Мольное отношение СбН806 - H2Se03
2. Мольное отношение H2Se03 - ПВП
3. Температура, С
4. Активная кислотность, т. е. рН раствора
5. Время УЗИ обработки, мин
Было принято решение ввести в качестве значимого параметра время ультразвуковой обработки, т. к. в литературе [91, 4] этот фактор считается значимым.
-Агрегативная устойчивость наночастиц селена, которая оценивалась по доле биологически активной фракции наночастиц селена ( 60 нм) через 7 и 14 дней хранения при комнатной температуре (+25С).
Для исследования пяти вышеуказанных факторов при их изменении на четырех уровнях был применен ортогональный план из 16 опытов в 3-х кратной повторности (метод греко-латинских квадратов) [25].
При этом по Эйлеру [46] определяли греко-латинский квадрат порядка п как таблицу N N с п различными буквами греческого алфавита и п различными буквами латинского, соблюдая условие, чтобы каждая греческая буква встречалась только раз в каждой строке и в каждом столбце, а каждая латинская буква встречалась только раз в каждой строке и в каждом столбце. При этом каждая латинская буква появлялась один и только один раз в паре с каждой греческой буквой. Пла№-ы греко-латинских квадратов использовались в тех случаях, когда требовалось оценить влияние факторов, варьируемых более чем на двух уровнях и заранее известно, что между факторами нет взаимодействий или этими взаимодействиями можно пренебречь [5].
Значения выбранных уровней для всех исследуемых факторов, а также значения функций отклика приведены в табл. 3.
На начальном этапе анализа экспериментальных данных была создана архитектура нейронной сети, т. е. многослойный персептрон с пятью входными переменными и одной выходной переменной - функцией (рис. 11), что и являлось моделью системы.
С помощью обучающих алгоритмов [46] нейронную сеть приводили в соответствие с экспериментальными данными. Определение условий адаптации вели с использованием генетического алгоритма. путем создания массива данных с учетом всех возможных вариантов хода технологического процесса получение агрегативно устойчивых наночастиц селена.
На следующем этапе осуществлялась обработка массива нейронной сетью и полученные результаты оптимизировались.
Генетический алгоритм позволяет учесть все межфакторные взаимодействия и комплексно оптимизировать технологический процесс получения агрегативно устойчивых наночастиц селена. Моделью процесса в пакете прикладных программ Neural Networks является нейронная сеть, которая способна не только к адаптации, но и к интерполяции данных. Адекватность работы нейронной сети определяли по статистикам регрессии. Также вели проверку error per case, т.е. ошибку каждого опыта. Коэффициент корреляции для показателя размера наночастиц селена составил 0,99, это свидетельствует о том, что созданная архитектура довольно точно описывает исследуемый процесс (Рис. 12) [47].
Анализ массива данных показывает, что принципиально возможно управление процессом синтеза и получение наночастиц селена с необходимыми размерами и агрегативной устойчивостью.
При выборе оптимальных режимов проведения процесса синтеза агрегативно устойчивых наночастиц селена проводилось тестирование сети на отдельном наблюдении при прочих оптимальных. При этом принимались во внимание не только устойчивость наночастиц, но и их размеры. Выходя за рамки интервалов варьирования переменных в ручном режиме были определены условия получения агрегативно устойчивых низкоразмерных наночастиц селена:
Молярное соотношение п(СбН8Об)/п(Н28еОз) - 4,5±0,5;
Молярное соотношение n(H2Se03)/n(nBn) - 7±1;
Температура—25±5С;
рН раствора - 1,5 - 2,0;
Время ультразвуковой обработки системы—10±5 минут.
Апробация оптимальных параметров, проведенная в лабораторных условиях, показала практически полную адекватность расчетным данным, воспроизводимость результатов, а также возможность получения концентрата агрегативно устойчивых наночастиц селена с 99%-ной степенью превращения селенистой кислоты в агрегативно устойчивые наночастицы селена с гидродинамическим радиусом - 23,0 - 25,0 нм (Рис. 13).
Программа Neural Networks дает возможность получить и проанализировать результаты в ЗБ-пространстве при изменяющихся значениях визуально невидимых факторов, что позволяет учесть наличие всех межфакторных взаимодействий и провести дальнейшую оптимизацию, интерполяцию и экстраполяцию полученных данных.
Для определения граничных условий действующих факторов, данные из приложения Neural Networks были экспортированы в пакет прикладных программ Statistica.
При проведении технологического процесса целесообразно учитывать граничные условия действия факторов с целью получения целевого продукта наилучшего качества.
Разработка технологии и требований к аппаратурному оформлению процесса получения концентрата наночастиц нульвалентного селена
На рис. 19 представлена модульная схема технологии концентрата наночастиц нульвалентного селена, в соответствии с которой, технология получения концентрата наночастиц нульвалентного селена основывается на применении следующих модулей:
- подготовка сырья (селенистая кислота, аскорбиновая кислота, поливинилпирролидон) и оценка их качества;
- получение концентрата наночастиц селена;
- дозирование концентрата наночастиц нульвалентного селена в соответствующую тару;
- упаковка, маркировка и хранение готовой продукции.
Особенностью предложенного модульного алгоритма является применение многоуровневых критериев качества.
На первом этапе оценка качества сырья осуществляется по комплексу параметров (Kij), который включает в себя физико-химические характеристики селенистой кислоты, аскорбиновой кислоты, поливинилпирролидона. При превышении нормируемых показателей производится перерасчет расходных коэффициентов.
На втором этапе качество реакционной смеси перед внесением в нее селенистой кислоты оценивается по величине активной кислотности (рН), полноте растворения поливинилпирролидона и температуре. При невыполнении требований к реакционной смеси проводится ее дополнительное кондиционирование, в частности, полнота растворения поливинилпирролидона регулируется дополнительным временем перемешивания. Введение раствора аскорбиновой кислоты с последующей физико-химической обработкой системы приводит к формированию наночастиц селена с диаметром до 50 нанометров, при этом размер наночастиц селена контролируется методом фотокорреляционной спектрофотометрии.
Комплексная оценка качества полученного концентрата наночастиц нульвалентного селена проводится в соответствие с требованиями проекта нормативно-технической документации. Концентраты, соответствующие заданному критерию качества, направляются на фасовку, упаковку и хранению при оптимальных условиях и реализацию.
Проведенный комплекс работ позволил сформировать исходные требования на комплект оборудования для производства концентрата наночастиц нульвалентного селена. Наглядное представление о физико-химической сущности технологического процесса получения концентрата наночастиц нульвалентного селена наиболее полно можно получить по модульно-операторной схеме, приведенной на рис. 20.
Каждый технологический элемент представлен в соответствии с рекомендациями [40] в виде типового технологического оператора, совершающего определенную операцию в рамках сформированного модуля. Значения материальных потоков технологии комплексного препарата на основе наночастиц селена использованы при формировании технологических схем.
Формирование оптимальной структуры технологии концентрата наночастиц нульвалентного селена связано с минимизацией ресурсных затрат, упрощением и сокращением числа аппаратурно-процессовых единиц, повышением надежности и снижением энергоемкости производства. С этих позиций оптимальным структурным вариантом системы является:
- совмещение процесса растворения поливинилпирролидона и селенистой кислоты в модуле приготовления реакционной смеси с последующим внесением в нее аскорбиновой кислоты;
- использование концентрированного раствора аскорбиновой кислоты в реакционной системе;
- регулирование агрегативной устойчивости и размера наночастиц селена оптимизацией мольных соотношений поливинилпирролидонхеленистая кислота:аскорбиновая кислота.
Основным преимуществом технологии является возможность получения концентрата наночастиц нульвалентного селена с регулируемым составом и размерами наночастиц селена в заданных технологических рамках.
Основные положения, выдвинутые при системном анализе технологии получения концентрата наночастиц нульвалентного селена, как объекта совершенствования, моделирование состава и свойств концентрата наночастиц нульвалентного селена, теоретический анализ химического взаимодействия основных компонентов системы и результаты экспериментальных исследований.
Позволили сделать вывод о принципиальной возможности создания концентрата наночастиц нульвалентного селена с регулируемыми составом и свойствами.
Для опытно-промышленной проверки технологии концентрата наночастиц нульвалентного селена была смонтирована модульная линия.
В состав линии были включены следующие основные аппаратурно-процессовые единицы:
- участок приемки-подготовки сырья,
- реактор для проведения процесса синтеза наночастиц селена,
- насосы,
- промежуточные емкости
Анализ экспериментального материала, полученного при реализации целенаправленных исследований по совершенствованию технологии концентрата наночастиц нульвалентного селенаи ее аппаратурному оформлению, позволил создать научно-практическую основу для разработки технологической схемы производства концентрата наночастиц нульвалентного селена с регулируемым составом и его аппаратурно - процессового оформления.
Аппаратурно-процессовая схема технологии концентрата наночастиц нульвалентного селена приведены на рис. 21.
Технологическая схема получения комплексного препарата на основе наночастиц селена включает следующие операции: приемка и подготовка сырья; получение концентрата наночастиц селена; фасовка, упаковка, хранение и реализация готового продукта.
Общие технологические операции при производстве концентрата наночастиц нульвалентного селена (оценка качества сырья, синтез, фасовка, упаковка и хранение) производятся в полном соответствии с проектом нормативно-технической документации. Для контроля основных физико-химических показателей используются стандартные методы.
Разработанные параметры использованы в технологическом регламенте и в нормативно-технической документации на концентрат наночастиц нульвалентного селена с брендом «ЭКСТРАСЕЛЕН». Результаты исследований использованы при разработке технологии концентрата наночастиц нульвалентного селена, которая включает следующие операции: приемка и подготовка сырья; приготовление растворов ПВП, селенистой и аскорбиновой кислот; смешение полученных растворов и ультразвуковая обработка системы; фасовка концентрата наночастиц нульвалентного селена в соответствующую тару; упаковка, маркировка и хранение.
На основе разработанной технологии проведены опытные выработки концентрата наночастиц нульвалентного селена «ЭКСТРАСЕЛЕН» (СТО 02067965-006-2011) в условиях ООО НПФ «ВИКТОРИЯ+». Показатели качества опытных образцов приведены в таблице 5.
Возможности использование концентрата наночастиц нульвалентного селена в качестве пищевой добавки для новых профилактических продуктов
Стратегическая цель использования кормовых или пишевых добавок с эссенциальными микроэлементами - это обогащение профилактической пищевой продукции целевыми микроэлементами, находящимися в биодоступной и высокоусвояемой форме.
С учетом проведенных теоретических исследований и физико-химических свойств КННС представляется целесообразным использование его в качестве пищевой добавки для обогащения молочных продуктов диетического (лечебного и профилактического) питания. Для этого были проведены экспериментальные исследования закономерностей сорбции нульвалентного селена основными компонентами молочного сырья. С целью изучения распределения наночастиц селена в молочной системе при обогащении ее водным раствором нульвалентного наноселена, к питьевому молоку с массовой долей жира 3,2% (в соответствии с ГОСТ Р 52090-03 ЗАО «Кореновский молочно-консерный комбинат») был добавлен водный раствор нульвалентного наноселена до содержания его в системе 1,34 мкг/г. В дальнейшем, молочная система была подвергнута центрифугирования при 3000 об/мин в течение 30 мин., жировая фракция отделена от обезжиренного молока и проанализирована. Обезжиренное молоко было разделено на 2 части, одна из которых была подвергнута ультрафильтрации через мембрану ХМ-50 фирмы «Amicon», полученные ультрафильтрат и белковый концентрат проанализированы. Оставшаяся часть обезжиренного молока была подкислена до рН 4,6 и подвергнута центрифугированию с последующим анализом казеина и молочной сыворотки. Массовая доля селена в образцах была определена методом масс-спектрометрии с индуктивно связанной плазмой на квадрупольном масс-спектрометре Elan 9000 (Perkin Elmer, США). Результаты экспериментов приведены в таблице 24. Анализ полученных данных свидетельствует о том, что селен в составе наночастиц, стабилизированных поливинилпирролидоном, селективно связывается белковой фракцией молока, причем основная часть селена связывается с белком жировых шариков и с казеином. Аналогичные закономерности отмечены в научной литературе посвященной изучению вопросов распределения микроэлементов в молоке, в частности в [63] отмечается, что селен и йод связаны с белками молока, а бор - с жировой фазой.
В соответствии со схемой проведения исследований было изучено влияние режимов тепловой обработки на агрегативную устойчивость наночастиц селена. Для этого аликвоты водных растворов наноселена подвергались тепловому воздействию при стандартных режимах пастеризации. После охлаждения проводилось измерение размеров наночастиц на спектрометре Photocor Complex методом фотонной корреляционной спектроскопии (табл. 25).
Исследования подтвердили, что при длительном или высокотемпературном режимах пастеризации происходит укрупнение наночастиц селена, что может привести к снижению его биологичнской активности и усвояемости, а при кратковременной пастеризации наночастицы селена практически не изменяют своих размеров.
При обогащении молочной продукции наночастицами нульвалентного селена целесообразно проведение термообработки молока в режиме кратковременной пастеризации.
На основании экспериментальных исследований разработана технология напитка молочного профилактического, обогащенного селеном, (СТО 02067965-007-2011). Технологическая блок-схема производства напитка молочного профилактического, обогащенного селеном представлена на рис. 30. На схеме представлены все основные этапы производственного процесса.
В соответствии с этой схемой внесение концентрата наночастиц нульвалентного селена производится при проведении процесса нормализации молока перед процессом пастеризации.
Экспертная оценка разработанной технологии в производственных условиях показала, что напиток молочный профилактический, обогащенный селеном, может производиться на том же технологическом оборудовании, что и традиционные молочные продукты.
Экологический мониторинг разработанной технологии подтвердил ее безопасность. Определены риски и критические контрольные точки (ККТ) производства напитка молочного профилактического, обогащенного селеном с использованием принципов ХАССП, которые приведены в таблице 26.
Анализ критических точек технологических процессов и предупредительные меры при проведении процедур мониторинга показали, что критериями, гарантирующими эффективность контроля в критических контрольных точках, являются установленные характеристики или пределы и соблюдение требований мойки и дезинфекции оборудования, санитарии и гигиены. В целом продукт конкурентноспособен на внутреннем и внешнем рынках.
Похожие диссертации на Изучение закономерностей синтеза и разработка технологии концентрата наночастиц нульвалентного селена для новых профилактических продуктов
