Введение к работе
Актуальность работы. Одной из важнейших задач государства является обеспечение населения страны качественным питанием, адекватным потребностям всех возрастных и социальных групп. Приоритетная значимость питания отражена в постановлении Правительства РФ № 917 от 10.08.98 "О концепции государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации".
В основных положениях реализации государственной политики в области здорового питания особое внимание уделено разработке и производству полноценных, безопасных продуктов, обогащенных физиологически активными компонентами, с направленным изменением химического состава.
Концепция создания технологии пищевых продуктов с функциональными ингредиентами, специального назначения и других, предназначенных для здорового питания населения, получила развитие в фундаментальных и прикладных научных трудах отечественных ученых И.А. Рогова, А.А. Покровского, Н.Н. Липатова, Б.А. Шендерова, П.Ф. Крашенинина, А.В. Гудкова, В.А. Тутельяна, В.Д. Харитонова, А.Г. Храмцова, Л.А. Остроумова, В.М. Позняковского, Н.И. Дунченко, И.А. Евдокимова, Ю.Я. Свириденко, Э.С. Токаева, А.М. Шалыгиной, Н.А. Тихомировой, Л.А. Забодаловой, И.С. Хамагаевой, Г.Б. Гаврилова, В.И. Ганиной, М.С. Уманского, А.А. Майорова, Н.Б. Гавриловой, А.Ю. Просекова, И.А. Смирновой и многих других.
В последнее время при возросшем интересе как производителей, так и потребителей к продуктам питания, производимым на основе принципов биотехнологии, перспективным направлением является поиск новых подходов, которые обеспечили бы наряду с совершенствованием традиционных создание новых технологий, гарантирующих сохранение нативных свойств сырья, активность и жизнеспособность пробиотических культур микроорганизмов, качество и функциональные свойства продуктов. При этом разработка молокосодержащих и составных молочных продуктов, доступных и потребляемых широкими слоями населения, позволяет увеличивать объем их производства и реализации, что способствует удовлетворению потребности населения в полноценных продуктах питания.
В связи с вышеизложенным научное и экспериментальное обоснование технологии ферментированных молокосодержащих продуктов является актуальной проблемой, представляющей научный, практический интерес и социальное значение.
Диссертационная работа направлена на решение указанной проблемы, выполнялась в рамках реализации "Приоритетных направлений развития науки и техники" (Пр-577 от 30.03.2002), программы по НТП Минобразования России 004 "Научные исследования высшей школы по технологии живых систем", Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков продукции, сырья и продовольствия на 20082018 гг. (Постановление правительства № 446 от 14.07.2007), федеральной целевой программы "Научные и научно-педагогические кадры инновационной России" (Постановление правительства №568 от 28.07.2008), целевой программы Омской области "Развитие агропромышленного комплекса Омской области на 20082010 годы (постановление ЗС Омской области № 287 от 27.09.2007), а также в соответствии с зарегистрированными НИР "Разработка теоретических основ, создание новой технологии и техники для производства безопасных продуктов питания с функциональными свойствами" (№ 01.2.00609463), "Разработка технологии молочных и молокосодержащих продуктов с функциональными свойствами и пролонгированными сроками хранения" (№ 01.2.006095542), "Разработка технологии молочных и молокосодержащих продуктов с использованием соевых ингредиентов"(№ 01.200701893).
Цель и задачи исследований.
Целью диссертационной работы является научное обоснование, экспериментальное исследование основных закономерностей формирования биотехнологических молокосодержащих систем (БТМС) и разработка на их основе технологии ферментированных молокосодержащих продуктов.
Для достижения поставленной цели были сформулированы и последовательно реализованы следующие научные задачи:
обосновать на основе системного подхода структуру биотехнологических молокосодержащих систем, провести аналитический и экспериментальный скрининг элементов (подсистем) БТМС;
сконструировать модельные среды в качестве основы ферментированных молокосодержащих продуктов с использованием молочного, белково-углеводного и растительного сырья по оптимальному балансу незаменимых факторов питания, эффекту взаимного обогащения, физико-химическим параметрам; определить наиболее эффективные корректоры химического состава модельных сред;
исследовать процесс ферментации модельных сред ассоциациями культур с пробиотическими свойствами; разработать математическую модель БТМС, характеризующую взаимосвязь химического состава, свойств модельных сред и активности ассоциированных пробиотических культур;
определить наиболее эффективные ассоциации культур с пробиотическими свойствами для ферментации модельных сред (молочных, молочно-растительных, сливочных и сливочно-растительных);
изучить ростостимулирующее влияние биологически активных композиций в составе растительных ингредиентов на ассоциативный рост бифидобактерий в молокосодержащих модельных средах;
установить эффективные способы активизации ассоциативного роста пробиотических культур и обеспечения их устойчивости к термоинактивации в процессе производства и хранения БТМС;
разработать рецептуры и технологии ферментированных добавок с пробиотическими свойствами, регулирующих функционально-технологические свойства молокосодержащих продуктов;
изучить влияние специальных ингредиентов на адаптивность БТМС и сроки годности ферментированных молокосодержащих продуктов;
разработать методологические принципы создания технологии ферментированных молокосодержащих продуктов на основе БТМС, провести их апробацию и внедрение в производство, доказать техническую новизну результатов теоретических и экспериментальных исследований;
предложить комплексный метод оценки социальной и экономической значимости новых технологий ферментированных молокосодержащих продуктов.
Научная концепция работы.
Научная концепция диссертационной работы заключается в том, что конструирование биотехнологических молокосодержащих систем на основе системного подхода, разработка эффективных способов активизации ассоциативного роста пробиотических культур, обеспечение их жизнеспособности в процессе производства и хранения позволят направленно регулировать качественные показатели, пробиотические свойства ферментированных молокосодержащих продуктов.
Учитывая актуальность, социальную и экономическую эффективность производства ферментированных молокосодержащих продуктов необходимо научно обосновать и разработать методологические принципы создания их технологии на основе БТМС.
Научная новизна работы.
Научно обоснована четырехуровневая структура БТМС, на основе системного подхода выделены основные подсистемы и индикаторы, характеризующие их качественные показатели. Создана концепция конструирования модельных сред (основы ферментированных молокосодержащих продуктов) с использованием белково-углеводного и растительного сырья по оптимальному балансу незаменимых факторов питания, эффекту взаимного обогащения и физико-химическим параметрам. Методом нормирования по максимальному значению целевой функции биологической ценности для дальнейшей ферментации определены молочные, молочно-растительные, сливочные, сливочно-растительные модельные среды.
Установлены закономерности процесса ферментации модельных сред ассоциациями культур с пробиотическими свойствами. Разработана математическая модель БТМС, характеризующая взаимосвязь химического состава, свойств модельных сред и активности ассоциированных пробиотических культур, позволяющая прогнозировать уровень клеточной концентрации пробиотических культур при заданном химическом составе модельных сред.
Определена градация эффективности использования ассоциаций культур с пробиотическими свойствами для ферментации модельных сред (молочных и молокосодержащих), обеспечивающая нормативный уровень клеточной концентрации пробиотических культур (не менее 106–107 КОЕ/см3 ферментируемой среды).
Предложены эффективные способы активизации ассоциативного роста пробиотических культур и обеспечения их устойчивости к термоинактивации в процессе производства и на протяжении всего срока годности ферментированных молокосодержащих продуктов путем создания защитных сред с растительными экстрактами и ингредиентами в виде ферментированных добавок, иммобилизации в гели биополимеров. Впервые разработана математическая модель, позволяющая прогнозировать уровень клеточной концентрации ассоциированных пробиотических культур в процессе хранения БТМС.
Обобщены экспериментальные данные и разработаны практические рекомендации по использованию специальных ингредиентов в технологии ферментированных молокосодержащих продуктов, не снижающих уровень жизнеспособности ассоциированных пробиотических культур и обеспечивающих адаптивность, усиление адсорбционных взаимодействий в БТМС, реологические свойства, качество и безопасность продуктов в процессе хранения.
Разработаны методологические принципы создания технологии ферментированных молокосодержащих продуктов на основе биотехнологических молокосодержащих систем, которые практически реализованы при разработке новых технологий ферментированных молокосодержащих продуктов.
Предложен комплексный метод оценки социальной и экономической значимости новых технологий ферментированных молокосодержащих продуктов.
Техническая новизна разработанных технологических решений подтверждена и защищена 17 патентами Российской Федерации, а также приведена в 12 свидетельствах на интеллектуальный продукт.
Практическая значимость и реализация результатов. Созданы технологии новых продуктов, на реализацию которых разработана и утверждена техническая документация: ТУ 9222-010-49527272-2003 "Йогуртный продукт", ТУ 9224-013-49527279-2004 "Ферментированная белковая добавка", ТУ 9224-014-49527279-2004 "Продукт кисломолочный комбинированный "Бионеженка", ТУ 9222-025-49527279-2007 "Продукт кисломолочно-растительный пастообразный", ТУ 9222-002-49527279-2008 "Продукт кисломолочный "Ягодный", ТУ 9222-003-49527279-2008 "Продукт десертный молочно-растительный", ТУ 9222-001-49527279-2010 "Продукт кисломолочный десертный".
Разработанные технологические решения внедрены в производство на молочных предприятиях Омской области ("Манрос М", филиал ОАО "ВБД", ООО "Любинский молочноконсервный комбинат" и др.).
Результаты прикладных научных исследований используются в образовательном процессе подготовки специалистов по направлению 260300 "Технология сырья и продуктов животного происхождения" специальности 260303 "Технология молока и молочных продуктов", направлению 260500 "Технология продовольственных продуктов специального назначения и общественного питания" специальности 260501 "Технология продуктов общественного питания", направлению подготовки бакалавров 260100 "Технология продуктов питания", а именно: в учебно-методическом обеспечении, при чтении лекционных курсов, проведении лабораторно-практических занятий, выполнении выпускных квалификационных работ, в том числе научно-исследовательского характера.
Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследований обсуждались на конгрессах, форумах, научных конференциях и семинарах различного уровня, в том числе "Перспективы производства продуктов питания нового поколения" (Омск, 2003 г.); "Современные технологии переработки животноводческого сырья в обеспечении здорового питания: наука, образование и производство" (Воронеж, 2003 г.); "От фундаментальной науки – к новым технологиям. Химия и биотехнология биологически активных веществ, пищевых продуктов и добавок. Экологически безопасные технологии" (Тверь, 2003 г.); "Живые системы и биологическая безопасность населения" (Москва, 2003 г.); "Пища. Экология. Человек" (Москва, 2003 г.); "Социальные и экономические аспекты развития региона: потенциал, проблемы и перспективы" (Павлодар, 2003 г.); "Молочная промышленность Сибири" (Барнаул, 2004 г., 2006 г., 2008 г.); "Современные проблемы производства продуктов питания" (Барнаул, 2004 г.); "Теория и практика новых технологий в производстве продуктов питания" (Омск, 2005 г.); "Совершенствование технологий производства и переработки продукции животноводства" (Волгоград, 2005 г.); "Перспективы производства продуктов питания нового поколения" (Омск, 2005 г.); "Перспективы производства и переработки сельскохозяйственного сырья в условиях рыночной экономики" (Семипалатинск, 2005 г.); "Биотехнология. Вода и пищевые продукты" (Москва, 2008 г.); "Здоровое питание – основа жизнедеятельности человека" (Красноярск, 2008 г.); "Современные наукоемкие технологии переработки сырья и производства продуктов питания" (Омск, 2008 г.); "Реализация государственной программы развития сельского хозяйства и регулирование рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия: инновации, проблемы, перспективы" (Омск, 2009 г.), "Региональный рынок потребительских товаров: особенности и перспективы развития, качество и безопасность товаров и услуг" (Тюмень, 2009 г.), Современные технологии продуктов питания: теория и практика производства (Омск, 2010).
Научно-исследовательская работа на тему "Биотехнология молокосодержащих продуктов функционального питания" отмечена дипломом и медалью на конкурсе молодых ученых, проводимом в рамках международной научно-практической конференции "Биотехнология. Вода и пищевые продукты" (Москва, 2008 г.).
Инновационный проект на тему "Повышение пищевого и иммунного статуса населения Сибири и Дальнего Востока путем внедрения в производство биотехнологий функциональных молокосодержащих продуктов" отмечен сертификатом на открытом конкурсе инновационных проектов Сибири и Дальнего Востока в направлении инновационно-инвестиционных проектов (г. Новосибирск, 2009 г.).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 138 печатных работ, в том числе 3 монографии, 2 аналитических обзора, 18 научных статьей в журналах, рекомендованных ВАК для публикации основных материалов диссертаций, 85 статей в материалах конференций, конгрессов, форумов, семинаров, научных трудах институтов; 17 патентов на изобретение и 12 свидетельств на интеллектуальный продукт.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения и 10 глав, в том числе аналитического обзора, обоснования направлений исследований, методологического раздела, результатов собственных исследований и их анализа, выводов, библиографического списка. Основной текст работы изложен на 340 страницах машинописного текста, содержит 121 таблицу, 103 рисунка, 531 литературный источник и приложения.
