Содержание к диссертации
Введение
1. Обзор литературы 10
1.1 Оптимальное питание и пищевые продукты диетического питания 10
1.2 Характеристика ламинарии в качестве перспективного сырья для производства пищевой продукции диетического лечебного и профилактического питания 12
1.3 Пищевые продукты и БАД на основе ламинарии 20
1.4 Обогащение пищевых продуктов эссенциальными микроэлементами 29
1.5 Заключение по обзору литературы 36
1.6 Цель и задачи исследования 37
2. Материалы и методы исследований 38
2.1 Объекты исследований 38
2.2 Методы исследований 38
2.2.1 Физико-химические, микробиологические и органолептические методы исследований 40
2.2.2 Определение селена микрофлуориметрическим методом 42
2.2.3 Определение нерастворимой и растворимой фракций пищевых волокон в продуктах 45
2.2.4 Реологический метод определения консистенции продукции 50
3. Научное обоснование создания рецептур джемов на основе ламинарии, обогащённых эссенциальными микроэлементами 56
3.1 Нутриентно-технологические рекомендации к созданию джемов на основе ламинарии, обогащённых селеном или хромом в органически связанной форме 61
3.2 Обоснование выбора сырья, перспективного для проектирования рецептурных композиций джемов 64
3.3 Исследование содержания мышьяка в образцах ламинарии и оценка его токсичного действия 69
3.4 Обоснование рецептурных композиций джемов на основе ламинарии, обогащенных селеном 80
3.5 Обоснование рецептурных композиций джемов на основе ламинарии, обогащенных хромом 84
4. Обоснование и разработка технологии джемов на основе ламинарии 98
4.1 Научное обоснование параметров предварительной обработки ламинарии 98
4.2 Математическое моделирование технологических режимов изготовления джемов 106
4.2.1 Зависимость изменения размера частиц от продолжительности измельчения и температуры нагрева 108
4.2.2 Зависимость изменения вязкости от продолжительности измельчения и температуры нагрева 110
4.2.3 Зависимость изменения микробиологических показателей от продолжительности измельчения и температуры нагрева 118
4.3 Описание технологического процесса джема на основе ламинарии, обогащенного селеном 121
4.4 Описание технологического процесса джема на основе ламинарии, обогащенного хромом 124
4.5 Обоснование сроков годности джемов 127
5. Практическое применение результатов исследований 130
5.1 Анализ показателей безопасности и химического состава джема на основе ламинарии, обогащенного селеном 131
5.2 Анализ показателей качества и безопасности джема на основе ламинарии, обогащенного хромом 133
5.3 Оценка биологической эффективности использования джемов на основе ламинарии, обогащённых селеном или хромом 136
5.4 Расчёт экономической эффективности джемов на основе ламинарии, обогащённых селеном или хромом 143
Выводы 149
Список используемой литературы 151
Приложения 180
- Характеристика ламинарии в качестве перспективного сырья для производства пищевой продукции диетического лечебного и профилактического питания
- Обоснование выбора сырья, перспективного для проектирования рецептурных композиций джемов
- Зависимость изменения вязкости от продолжительности измельчения и температуры нагрева
- Оценка биологической эффективности использования джемов на основе ламинарии, обогащённых селеном или хромом
Введение к работе
Актуальность работы. Сочетание неудовлетворительной экологической ситуации и существенных нарушений структуры питания во многих регионах нашей страны отрицательно сказывается на состоянии здоровья населения. В этих условиях в максимальной степени должны быть использованы возможности профилактической медицины, составной и важнейшей частью которой является оптимальное питание, предполагающее адекватное обеспечение населения как макро-, так и микронутриентами.
В списке патологий, которые могут быть отнесены к алиментарно- зависимым, одно из ведущих мест занимает метаболический синдром, который является следствием взаимосвязанных нарушений в организме человека, таких как артериальная гипертензия, ишемическая болезнь сердца, нарушение толерантности к глюкозе и абдоминальное ожирение, которые встречаются в различных сочетаниях [Zimmet P. et al, 2005], причём ключевую роль среди этих заболеваний играет ожирение [Yahai H. et al, 2007]. По данным Всемирной Организации Здравоохранения, многие из этих болезней являются ведущей причиной временной потери трудоспособности и инвалидности в работоспособном возрасте [Шендеров А.В., 2008].
Как известно включение в диету продуктов моря повышает содержание в ней ряда микронутриентов (липотропных веществ, витаминов группы В, органического йода, некоторых других микроэлементов, а также минорных биологически активных веществ). Медико-биологические, технологические и методологические аспекты создания пищевой продукции на основе ламинарии, в том числе для питания людей с алиментарно-зависимыми заболеваниями, изложены в работах И.В. Кизеветтера, А.В. Подкорытовой, В.Н. Корзуна, Н.М. Амининой, Т.И. Вишневской, А.Н. Разумова, Г.В. Масловой, Е.Д. Облучинской, О.Н. Гурулевой, П.Ю. Маслюкова, Т.В. Виловой, Ю.Г. Вороновой, Teas J., D. Christine, Nagataki S., Miyai K. и др.
Вместе с тем исследования, связанные с созданием функциональных пищевых продуктов и особенно пищевых продуктов диетического лечебного питания на основе ламинарии, соответствующих физиологическим потребностям лиц с алиментарно-зависимыми заболеваниями, нуждаются в дальнейшем развитии и конкретизации.
Таким образом, очевидны актуальность и перспективность разработки технологии новых пищевых продуктов диетического лечебного питания на основе ламинарии, обогащённых эссенциальными микроэлементами, в частности, селеном или хромом в органически связанной форме, предназначенных для использования в питании лиц, страдающих сердечнососудистыми заболеваниями, гипертонией с сопутствующим ожирением, диабетом типа 2 и метаболическим синдромом.
Целью данной работы являлось научное обоснование и разработка технологии пищевых продуктов диетического лечебного питания - джемов на основе бурых водорослей, предназначенных для питания лиц с алиментарно-зависимыми заболеваниями.
Основные задачи исследования:
-
Разработать научно-обоснованные рекомендации к созданию пищевых продуктов диетического питания - джемов на основе бурых водорослей, предназначенных для питания лиц с алиментарно-зависимыми заболеваниями, такими как сердечно-сосудистые заболевания, гипертония с сопутствующим ожирением, метаболический синдром, диабет типа 2.
-
Провести исследования показателей качества и безопасности бурых водорослей, рекомендуемых для производства пищевых продуктов диетического лечебного питания.
-
Изучить содержание общего мышьяка, неорганических соединений мышьяка, провести оценку их токсичного действия и дать рекомендации по корректировке допустимого уровня мышьяка в бурых водорослях.
-
Обосновать состав и смоделировать рецептурные композиции джемов на основе ламинарии с заданной пищевой и биологической ценностью.
-
Научно обосновать параметры технологического процесса изготовления джема на основе ламинарии, обогащенного селеном или хромом.
-
Провести промышленную апробацию технологии изготовления джемов на основе ламинарии и изучить показатели безопасности, химический состав и органолептические показатели джема.
-
Разработать техническую документацию на пищевые продукты диетического лечебного питания: джем на основе ламинарии, обогащённый селеном, и джем на основе ламинарии, обогащённый хромом.
Научная новизна. Разработаны нутриентно-технологические рекомендации к созданию новых пищевых продуктов диетического лечебного питания - джемов на основе ламинарии, обогащённых селеном или хромом в органически связанной форме, отвечающих физиологическим потребностям лиц с алиментарно-зависимыми заболеваниями.
Научно обоснованы рецептуры джемов на основе ламинарии с заданной пищевой и биологической ценностью, предназначенные для питания лиц с сердечно-сосудистыми заболеваниями, гипертонией с сопутствующим ожирением и метаболическим синдромом.
Установлено соотношение общего мышьяка и его неорганических соединений в образцах бурых водорослей и обоснована возможность корректировки допустимого уровня мышьяка в водорослях.
Установлена зависимость влияния температуры нагрева и продолжительности измельчения на органолептические, реологические, микробиологические показатели джемов, что позволило с использованием метода математического планирования эксперимента обосновать оптимальные параметры технологии изготовления джема на установке роторного типа ГУРТ 300/160.
Научные положения, выносимые на защиту:
-
нутриентно-технологические рекомендации к созданию джемов на основе ламинарии, обогащённых селеном или хромом в органически связанной форме;
-
моделирование рецептурных композиций джемов на основе ламинарии с заданной пищевой и биологической ценностью, предназначенных для питания лиц с сердечно-сосудистыми заболеваниями, гипертонией с сопутствующим ожирением и метаболическим синдромом;
-
оптимальные параметры технологического процесса производства джемов из ламинарии, обогащённых селеном или хромом, изготовленных на гидродинамической установке роторного типа ГУРТ 300/160;
-
показатели безопасности, химический состав и органолептические показатели разработанных джемов на основе ламинарии, обосновывающие их биологическую эффективность при использовании в рационе питания людей с алиментарно-зависимыми заболеваниями.
Практическая значимость и реализация результатов работы. На основании изучения показателей безопасности и химического состава различных образцов бурых водорослей осуществлён выбор перспективного сырья для промышленного производства джемов на основе ламинарии, обогащённых селеном или хромом в органически связанной форме.
При создании джемов в опытно-промышленных условиях использована гидродинамическая установка роторного типа ГУРТ 300/160, позволяющая одновременно проводить процесс смешивания компонентов, их измельчение и диспергирование, нагрев и выдержку при заданной температуре, а также вакуумирование и фасование продуктов.
Разработана и утверждена техническая документация ТУ 9284-04700472124-08 «Диетический (лечебный) продукт - джем из морской капусты, обогащенный селеном» и ТИ по изготовлению продукта, ТУ 9284-04500472124-12 «Диетический (лечебный) продукт - джем из морской капусты, обогащенный хромом» и ТИ по изготовлению продукта. Новизна технических решений подтверждена патентом РФ № 2370103 «Способ производства джема из морских водорослей».
В производственных условиях осуществлён выпуск более 2 тонн джемов из ламинарии, обогащённых селеном или хромом.
Проведена широкая клиническая апробация разработанных продуктов в лечебных учреждениях г. Москвы и г. Рязани, которая подтвердила высокую эффективность использования джемов из ламинарии, обогащённых селеном или хромом в органически связанной форме, для диетической коррекции микроэлементной недостаточности у лиц, страдающих сердечнососудистыми заболеваниями, гипертонией с сопутствующим ожирением.
Совместно со специалистами ФБГУ «НИИ питания» РАМН разработаны методические рекомендации по использованию джема из ламинарии, обогащённого селеном, в клинических условиях в питании больных с ишемической болезнью сердца и гипертонической болезнью. Методические рекомендации предназначены для терапевтов, кардиологов, студентов высших медицинских учебных заведений, курсантов сертификационных и тематических циклов усовершенствования и специализации врачей по диетологии и нутрициологии, биологов.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы обсуждены на XVI Международной конференции и дискуссионном научном клубе «Новые информационные технологии в медицине, биологии, фармакологии и экологии» (г. Ялта-Гурзуф, 2008), X, XI и XII Всероссийском Конгрессе диетологов и нутрициологов «Питание и здоровье» (г. Москва, 2008, 2009, 2010), Конференции «Биологически активные вещества: фундаментальные и прикладные вопросы получения и применения» (пос. Новый Свет, АР Крым, 2009), First International Seminar and PhD workshop «Arctic and sub-Arctic biological resources - potential for biotechnology» (г. Петрозаводск, 2010), Международной отраслевой научной конференции профессорско-преподавательского состава Астраханского государственного технического университета, посвященная 80-летию основания Астраханского государственного технического университета (г. Астрахань, 2010), Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы освоения биологических ресурсов Мирового океана» (г. Владивосток, 2010), VIII Международной научной конференции студентов и молодых учёных «Живые системы и биологическая безопасность населения» (г. Москва, 2010), VI Международном конгрессе «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (г. Москва, 2011), IV Международной научно-практической конференции «Морские прибрежные экосистемы. Водоросли, беспозвоночные и продукты их переработки» (г. Южно- Сахалинск, 2011).
Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 17 научных работ, в том числе 2 - в научных изданиях, рекомендованных ВАК, 1 патент РФ.
Объём и структура работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка литературных источников и приложения. Работа изложена на 179 стр. основного текста, содержит 41 табл., 29 рис., 6 приложений на 56 листах и включает 260 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.
Характеристика ламинарии в качестве перспективного сырья для производства пищевой продукции диетического лечебного и профилактического питания
Согласно литературным данным [Ховренко П.М., 1962; Воронова Ю.Г., 1991; Справочник по химическому..., 1999; Подкорытова А.В., 2004; Разумов А.Н., 2004; Облучинская Е.Д., 2005] значительный интерес для создания диетических продуктов представляют морские водоросли и продукты их переработки благодаря содержанию в них большого количества необходимых человеку макро-, микронутриентов и минорных компонентов.
Основную биомассу водорослей морей России составляют бурые, преимущественно ламинариевые, водоросли, предпочитающие умеренный климат бореальной области, характерный для дальневосточных и частично европейских морей [СуховееваМ.В., Подкорытова А.В., 2006; Вилкова О.Ю., 2010]. Промысловые запасы бурых водорослей Северного бассейна - Белого, Баренцева морей определяются ламинариевыми и фукусовыми водорослями [Блинова Е.И., 2007]. Российское побережье Черного моря богато запасами цистозиры [Корзун В.Н. и др., 2002]. Промысловые запасы бурых водорослей в дальневосточных морях определяются в основном 30-ю видами, главным образом ламинариевыми [Подкорытова А.В., Суховеева М.В., 2002] и фукусовыми водорослями [Аминина Н.М., 2005].
Ламинариевые водоросли - крупные растения, часто длиной несколько метров, имеющие вид удлинённых пластин, расположенных на стволике. Заросли ламинарий образуют водорослевые пояса вдоль всего Дальневосточного побережья, особенно мощные заросли встречаются у Курильских островов, в Охотском море, в Белом и Баренцевом морях. Наиболее ценным промышленным сырьём являются следующие виды: ламинария японская Laminaria japnica, ламинария сахаристая Laminaria saccharina, и ламинария Гурьяновой Laminaria gurjanovae [Справочник по химическому..., 1999].
Наибольшую популярность и коммерческую ценность из ламинариевых водорослей имеет Laminariajapnica. Она представляет собой высокопродуктивную водоросль, широко используемую в качестве объекта культивирования в Российской Федерации, Японии, КНР и Корее [Подкорытова А.В., 2005].
В качестве пищевого сырья чаще всего используется ламинария второго года жизни, отличающаяся от первогодней по химическому составу, размерам и внешнему виду [Суховеева М.В., Подкорытова А.В., 2006]. В образцах первогодней L. japnica содержится больше, чем в двухгодичной, белка и углеводов, но меньше маннита. В культивируемой водоросли содержится меньше белка и глутаминовой кислоты, чем в природной, количество маннита и углеводов примерно одинаково [Агаркова В.В. и др., 2005]. Содержание сухих веществ в сырых слоевищах ламинарии японской в зимне-весенний период меньше, чем в летне-осенний. Сухие вещества водорослей представлены органическими и минеральными компонентами, соотношение которых изменяется в зависимости от районов произрастания и сезона сбора водорослей [Справочник по химическому..., 1999].
Бурые водоросли содержат в своём составе большое количество полисахаридов, водорастворимых витаминов, микроэлементов, в особенности йода, значительное количество которого находится в виде органических соединений [Барашков Г.К., 1972; Казьмин В.Д., 1972]. Причём разные виды бурых водорослей отличаются по составу и содержанию полисахаридов [Усов А.И. и др., 2001]. Количество и соотношение различных компонентов водоросли зависит от возраста и района её произрастания [Кизеветтер И.В., 1973; Подкорытова А.В. и др., 1986; Облучинская Е.Д., 2002; Репина О.И. и др., 2004; Подкорытова А.В., Вафина Л.Х., 2010]. Содержание органических веществ несколько выше в водорослях из южных районов дальневосточных морей [Подкорытова А.В., Суховеева М.В., 2002]. По данным одних авторов бурые водоросли содержат 10-25 % сухих веществ, которые представлены углеводами (30-50 %), азотсодержащими соединениями (7-18 %), минеральными веществами (30-50 %) и липидами (2-5 %) [Jensen А., 1993]. По данным современных исследователей содержание в бурых водорослях органических веществ составляет 61,2-83,7 % (от сухого вещества), минеральных - 16,3-38,8 % [Подкорытова А.В., Суховеева М.В., 2002].
Ламинариевые водоросли представляет собой естественный накопитель макро- и микроэлементов, избирательно поглощаемых из морской воды и аккумулируемых в тканях, причём они способны накапливать их в количестве, значительно превышающем содержание последних в морской воде [Подкорытова А.В., Суховеева М.В., 2002].
Количество отдельных минеральных элементов в сухом веществе второгодней ламинарии японской приведено в таблице 1 [Справочник по химическому..., 1999].
Многочисленными экспериментальными исследованиями установлено, что в состав водорослей семейства ламинариевых входят свободные аминокислоты, белки, полисахариды, витамины. Макро- и микроэлементы. такие как йод, селен, железо, медь, цинк, кобальт и другие, избирательно поглощаемые из морской воды, входят в состав витаминов, ферментов ламинарии [Подкорытова А.В., 2004; D. Christine et al., 2007].
Содержание воды в зрелой двухлетней ламинарии составляет 80-85 %, минеральных веществ - 20-25 %, органических - 75-80 %, в том числе альгиновой кислоты - 30-38 %, маннита - 14-18 %, белка - 10-16 % [Подкорытова А.В., 2005].
Полисахариды - это главные компоненты биомассы ламинарии, выполняют ряд важнейших биологических функций: служат энергетическим резервом клетки, участвуют в построении клеточных стенок, образуют наружные капсулы и межклеточный матрикс, препятствуют дегидратации, создают барьер для проникновения в клетку солей из морской среды или же напротив, обеспечивают избирательное поглощение катионов, необходимых для построения органо-минерального скелета [Подкорытова А.В, Кадникова И.А., 2009].
Механическую прочность, эластичность талломов ламинарии, а также её высокую водоудерживающую способность обеспечивает её структурный полисахарид - альтиновая кислота, связанная с моно- и поливалентными катионами металлов в тканях водорослей и представляющая собой разветвлённую гелевую структуру.
Соли альгиновой кислоты - альгинаты - исключительно эффективные энтеросорбенты [Титлянов Э.А. и др., 2011], способные выводить из организма не только радионуклиды и тяжёлые металлы, но и токсины органического происхождения [Аминина Н.М., 2010; Клочков А. А., Клочкова Н.Г., 2007; Stephen А.М. et al., 2006]. Альгинаты в составе клеточных структур водоросли не обладают загущающими, вязкостными и структурообразующими свойствами [Богданов В.Д., Сафронова Т.М., 1993; Подкорытова А.В. и др., 1996], в связи с этим для придания альгинатам необходимых свойств, необходимо разрушить клеточную структуру водоросли.
Специалисты, изучавшие перевариваемость полисахаридов бурых водорослей, считавшихся «балластными», выяснили, что в связи с отсутствием в организме человека специфических ферментов для их гидролиза, полисахариды поступают в толстый кишечник практически неизменными, где ферментируются (гидролизуются) нормальной микрофлорой с образованием углекислого газа, воды и короткоцепочечных жирных кислот [Michel С. et al., 1992]. Это позволяет использовать водорослевые продукты в рационе питания, причём с пользой для здоровья людей [Воронова Ю.Г., 1996].
Содержание йода в ламинарии колеблется от 0,10 до 0,66 % сухого вещества [Суховеева М.В, Подкорытова А.В., 2004; Dawczynski С. et al, 2007]. В связи с этим ламинария используется в качестве полноценного источника природного йода при производстве йодсодержащих компонентов. Йод, содержащийся в ламинарии, представлен в различных формах - это йод органический в виде дийодаминокислот, йод минеральный в виде йодидов и йодатов, а также йод в органически связанном состоянии с белками и клетчаткой водорослей [Баращков Г.К., 1972; Кизеветтер И.В., 1973; Корзун В.Н. и др., 2002; Вишневская Т.И., Подкорытова А.В., 2005]. Установлено, что йод, находящийся в комплексе с аминокислотами, более полно и эффективно усваивается организмом человека [van Netten С. et al., 2000]. Именно поэтому бурые водоросли являются более активным антизобным фактором, нежели йодистые соли.
В Laminariajapnica минеральные соли йода содержат 88,3 % иодидов от общего содержания йода в водоросли и 1,4 % йодатов. На долю органически связанного йода приходится 10,3 % [Вишневская Т.И., 2003].
Обоснование выбора сырья, перспективного для проектирования рецептурных композиций джемов
В соответствии с разработанными нутриентно-технологическими рекомендациями в качестве основного сырья для приготовления джемов использованы образцы сушёной и мороженой бурой водоросли ламинарии. Для оценки целесообразности использования конкретного сырья для производства джемов в образцах определяли степень набухания, содержание альгиновой кислоты, общего азота, золы и йода [Гершунская В.В., Петруханова А.В., 2010; Petrukhanova А.У., Gershunskaya V.V., 2010]. Результаты исследований приведены в таблице 9. Следует отметить, что коммерческие названия и территориальное расположение заготовителей некоторых образцов ламинарии совпадали, но отличались по степени набухания.
Анализ химического состава сырья показал, что содержание альгиновой кислоты варьировалось достаточно в больших пределах и составляло от 26,90±2,69 % от массы сухой ламинарии шинкованной производства Сахалин, Россия со степенью набухания 7 (образец № 2) до 49,53±4,95 % - ламинарии шинкованной производства КНР со степенью набухания 13 (образец № 5). Количество общего азота составляло от 0,91 ±0,09 %/сух.в-ва ламинарии мороженой производства Сахалин до 2,15±0,22 %/сух. в-ва ламинарии шинкованной производства КНР со степенью набухания 13 (образец № 5). Анализ содержания золы показал, что наименьшее её количество содержится в образцах ламинарии шинкованной с высокой степенью набухания (13, 15 и 17) производства КНР и составляет соответственно 19,52±1,95 %, 17,04±1,70 % и 16,34±1,63 % от массы сухой водоросли.
Количество йода в образцах ламинарии характеризовалось большой вариабельностью: от 0,002±0,0002 % йода от массы сухой водоросли для ламинарии шинкованной со степенью набухания 15 производства КНР (образец № 6) до 0,301±0,030 % от массы сухой водоросли для ламинарии шинкованной со степенью набухания 6 производства Хайлинг ЛТД, КНР (образец № 4).
Так как продукты на основе ламинарии ценны тем, что являются источником йода для организма человека, для дальнейших исследований было решено использовать образцы ламинарии с наибольшим его содержанием: образец №1 (0,133±0,013 % от массы сухой водоросли), № 4 (0,301±0,030 % массы сухой водоросли) и № 8 (0,185±0,019 % от массы сухой водоросли).
Проведены исследования макро- и микроэлементного состава выбранных образцов ламинарии, результаты которых представлены в таблице 10.
Выбранные образцы проанализированы по показателям безопасности на соответствие «Единым санитарно-эпидемиологическим и гигиеническим требованиям к товарам, подлежащим санитарно-эпидемиологическому надзору (контролю)» [индекс 3.7, 3.7.9 и приложение 3]. Результаты, представленные в таблице 11, позволили сделать вывод, что исследованные образцы отвечали всем требованиям по показателям безопасности и рекомендованы для изготовления пищевых продуктов.
Из литературных данных известно, что ламинария является источником растворимых и нерастворимых пищевых волокон, к функциональным особенностям которых относится в первую очередь их способность улучшать процессы пищеварения и способствовать выведению радионуклидов. Кроме того, по данным различных исследователей, пищевые волокна, присутствующие в ламинарии, способны снижать артериальное давление, повышать сопротивляемость организма к инфекционным заболеваниям и оказывать положительное влияние на лечение сердечнососудистых заболеваний, анемии и остеопороза при употреблении продукции на основе ламинарии [Аминина Н.М., 2010; Stephen А.М. et al., 2006; WeickertМ.О.etal.,2006].
Данные о количестве пищевых волокон, присутствующих в образцах ламинарии, представлены в таблице 12.
Таким образом, на основании проведенного анализа химического состава сушёных и мороженых коммерческих образцов ламинарии для дальнейших исследований рекомендованы ламинария в слоевищах (Сахалин, Россия) со степенью набухания 5, ламинария шинкованная (КНР) со степенью набухания 6 и ламинария мороженая (Сахалин, Россия). Образцы были отобраны на основании наиболее высокого содержания йода по сравнению с остальными коммерческими образцами ламинарии. Исследование показателей безопасности отобранных образцов ламинарии подтвердило возможность их использования для производства пищевых продуктов диетического лечебного питания.
Зависимость изменения вязкости от продолжительности измельчения и температуры нагрева
Для оценки процессов, происходящих в системе разрабатываемого пищевого продукта диетического лечебного питания, необходимо изучить его реологические свойства. Данные исследования позволяют управлять структурой продукта не только путём внесения различных составляющих, но и с помощью изменения режимов и способов термической и механической обработки, что, в конечном счёте, позволяет контролировать качество готовой продукции. С целью контроля показателей качества пищевых продуктов, регулирования технологических процессов и автоматической фиксации рациональных и оптимальных режимов при их изготовлении используют сдвиговые структурно-механические свойства продукта, которые более чувствительны к изменениям различных технологических и механических факторов по сравнению с компрессионными и поверхностными [Косой В.Д. и др., 2005].
Механические процессы, происходящие в установке роторного типа ГУРТ-300/160, воздействуют на дисперсную систему, образованную после составления композиции, изменяют технологические показатели системы, что графически представляется кривой с явно выраженным экстремумом (минимум или максимум). При изменении рецептуры, интенсивности или длительности механического воздействия структурно-механические характеристики дисперсных систем (предельное напряжение сдвига, эффективная вязкость и др.) претерпевают существенные изменения.
Нами исследованы реологические показатели джема, обогащённого селеном, разработанного в соответствии с рецептурой № 11 (таблица 19). В таблице 28 приведены технологические режимы измельчения и термообработки для ряда проб: длительность измельчения и температура нагрева.
Поскольку исследуемые пробы представляли собой более сложные структуры по сравнению с коагуляционными, то кривые течения отличались от классических. Тем не менее, характер реологических кривых на отдельных участках ряда испытуемых проб соответствовал поведению кривой на рисунке 2. В частности, во всех случаях течение возникало не сразу, а при достижении некоторого значения напряжения сдвига 9S. Для всех проб на реологической кривой можно было наблюдать участки II и III, аналогичные классической зависимости. В качестве примера приведен фрагмент кривой у =Д0) для пробы 1 (рисунок 17).
На начальном этапе для всех проб выделяется область медленного вязкопластического течения (рисунок 18). На этом участке сдвиг осуществляется за счет флуктуационного процесса разрушения (теплового движения частиц) и последующего восстановления коагуляционных контактов. При достижении некоторого значения напряжения сдвига, равновесие между разрушением и восстановлением контактов смещается в сторону разрушения.
Зависимости между значениями напряжения сдвига и градиентом скорости для исследуемых проб показали, что индекс течения, характеризующий угол наклона линии течения п, меньше единицы, следовательно, по классификации реальных тел, представленной в таблице 3, все исследуемые пробы являются превдопластичными телами.
Темп разрушения структуры будет находиться в диапазоне -1 т 0. Для удобства обозначим ш = mi, таким образом, зависимость значения эффективной вязкости от скорости деформации аппроксимируется в соответствии с уравнением 14 и будет иметь вид, представленный на рисунке 19. На данном графике в логарифмической шкале нулевые значения величин лежат в бесконечности, вниз по оси ординат (lg гЭфф.) и влево по оси абсцисс (lg у). Изменение эффективной вязкости от градиента скорости изображается прямой линией, тангенс угла наклона которой определяется темпом разрушения структуры.
Особенности сформированной структуры в пробах с небольшим временем измельчения отразились на характере реологической кривой. Уменьшение эффективной вязкости псевдопластичных систем обусловлено в основном разрушением структурной сетки и агрегатов частиц с ориентацией последних вдоль вектора скорости.
В связи с тем, что при определении напряжения сдвига при различных скоростях деформации имеет место изменение его значения исследуемой разовой пробы продукта при определённой частоте вращения цилиндра (т.е. градиенте скорости сдвига). Проведённое измерение максимального и минимального значения напряжения сдвига позволило построить реограмму у = / (0), состоящую из двух кривых: для первоначальной неразрушенной структуры у = / (9Н) и для разрушенной структуры у = / (0р). Зона между двумя кривыми показывает работу, затраченную на разрушение структуры исследуемой системы.
При исследовании реологических показателей в отобранных пробах замечено увеличение в значениях напряжения сдвига через некоторое время после установки определённой частоты вращения вискозиметра. При высоких скоростях вращения разница между максимальным и минимальным значением напряжения сдвига при определённом градиенте скорости сводилось к нулю. В качестве примера приведён фрагмент кривой пробы 9, представленный на рисунке 20.
Степень разрушения структуры определяется как отношение напряжения сдвига разрушенной структуры к неразрушенной (вр/в„). Из представленных данных видно, что при увеличении скорости деформации происходит уменьшение степени разрушения структуры с 1,83 до 1,00.
Результаты исследования зависимости вязкости при скорости сдвига 0,1 с от размера частиц анализируемых проб представлены на рисунке 21.
Оценка биологической эффективности использования джемов на основе ламинарии, обогащённых селеном или хромом
Для оценки биологической эффективность и безопасности использования джемов на основе ламинарии, обогащённых селеном или хромом, проведён ряд биологических и клинических испытаний (приложение 6) [Петрухаиова А.В. и др., 2009].
Оценка биологической эффективности использования джема на основе ламинарии, обогащённого селеном
При оценке биологической эффективности джема на основе ламинарии, обогащённого селеном, специалистами ФГБУ «НИИ питания» РАМН проанализирован его компонентный состав, назначение, сходства и различия с аналогичным продуктом, разработанный ранее другими исследователями, джемом «Океанский». В результате анализа сделан вывод о том, что джем «Океанский» изготовлен из ламинарии с добавлением сахара и пищевой ароматической эссенции. Отличием джема на основе ламинарии, обогащённого селеном, является наличие в составе органической формы селена в форме селенсодержащих дрожжей «Витасил 8Е(селен)-С».
Джем «Океанский» для диетического (лечебного и профилактического) питания прошёл клинические испытания в Институте биофизики ФМБА РФ и Украинском научном центре радиационной медицины, подтвердившим выраженное позитивное действие продукта на организм человека. В связи с этим представлялось целесообразным оценить в клинических условиях эффективность пищевого продукта диетического лечебного питания - джема на основе ламинарии, обогащённого селеном, в диетотерапии больных с такими сердечно-сосудистыми заболеваниями, как ишемическая болезнь сердца, гипертоническая болезнь с ожирением [Абрамова Л.С., Гержова Т.В., Горбунова В.В., Петруханова А.В., 2008].
Больные основной и контрольной групп получали традиционный курс лечения, включавший низкокалорийную диету, симптоматическую лекарственную терапию, лечебную физкультуру, гидро- и физиопроцедуры.
За весь период клинических испытаний продукта не было отмечено ни одного случая его непереносимости, диспепсических явлений, аллергических реакций и других побочных эффектов. Применение джема на основе ламинарии, обогащённого селеном, способствовало улучшению моторики толстой кишки [Василевская Л.С., Погожева С.А., Дербенева С.А., Зорин С.Н., Бучанова А.В., Абрамова Л.С., Петруханова АВ. и др., 2009].
При оценке динамики функциональных показателей при диетотерапии с применением исследуемого продукта, выявлено, что у больных основной группы произошло статистически достоверное изменение частоты сердечных сокращений с 77,1±1,6 до 66,5±0,9 уд./мин, в то время, как в больных группы сравнения этот показатель не менялся. Помимо этого у больных основной группы наблюдалось значительное улучшение параметров вегетативного гомеостаза. Процент нормы, то есть равновесия симпатической и парасимпатической нервных систем достоверно возрос с нулевой отметки до 18,2 %. В группе сравнения этот показатель изменился всего на 5 % и был статистически недостоверным.
Анализ результатов биохимических исследований показал, что включение апробируемого продукта в качестве дополнения к базисной диете способствовало снижению уровня общего холестерина в сыворотке крови с 5,81±0,20 до 4,72±0,16 ммоль/л, а в группе сравнения с 5,57±0,19 до 4,78±0,19 ммоль/л. Результаты по определению содержания селена в сыворотках крови пациентов основной группы и группы сравнения представлены в таблице 34. По окончании лечения в обеих группах больных исчезло достоверное различие в среднем уровне селена в крови пациентов с высокой и низкой обеспеченностью этим микроэлементом. Однако, очевидно, что характер и результаты такового «выравнивания» для сравниваемых групп принципиально различны. Среднее значение содержания селена в крови пациентов, не принимавших продукт, обогащённый этим микроэлементом, несколько возросло, но все ещё оставалось относительно низким у лиц с первоначально низким селеновым статусом, и значительно снизилось у лиц с первоначально высокой обеспеченностью селеном.
Трёхнедельный приём продукта, обогащённого селеном, практически не влиял на уровень селена в крови пациентов с высоким селеновым статусом, а у пациентов с первоначально низкой селеновой обеспеченностью этот показатель возрос существенно и соответствовал уже высокой обеспеченности селеном.
Представленные результаты свидетельствуют о коррегирующем действии органической формы селена в составе джема. При этом зависимость изменения уровня селена в крови от исходной обеспеченности организма человека этим микроэлементом самым существенным образом показывает отсутствие потенциальной опасности его применения в питании лиц с первоначально высоким селеновым статусом. Очевидно также, что использование органической формы селена практически исключает опасность возможных передозировок, присущих неорганической форме этого микроэлемента. Таким образом, установлена достаточно высокая биодоступность селена в составе джема на основе ламинарии, что позволяет рекомендовать его в питании лиц с пониженным селеновым статусом.
Клинические испытания джема на основе ламинарии, обогащённого селеном, также проведены в ГУЗ Рязанский областной клинический диспансер [Петруханова А.В., 2011; Селезнёв СВ., Якушин С.С., Петруханова А.В. и др., 2011]. Обследовано 116 пациентов, страдающих хронической сердечной недостаточностью различной этиологии. В группу сравнения включили 13 клинически здоровых добровольцев. Состав группы сравнения не отличался от исследуемой группы ни по возрасту, ни по полу.
Обеспеченность селеном обследованных лиц оценивали по следующим критериям: концентрация селена в сыворотке крови 115-120 мкг/л отвечает оптимальной обеспеченности этим микронутриентом, диапазон 90-115 мкг/л - субоптимальной обеспеченности, ниже 90 мкг/л свидетельствует о недостаточности его пищевого поступления и соответственно сниженном селеновом статусе. В условиях дефицита селена, его содержание в сыворотке крови становится ниже 70 мкг/л. Результаты исследований представлены на рисунке 28.
У значительного числа пациентов исследуемой группы выявлен селенодефицит (4)%) или селеновая недостаточность (46%). Субоптимальная обеспеченность определена в 12%, и только у небольшого количества лиц (1%) селеновый статус соответствовал оптимальному. Клинически здоровые пациенты, входившие в группу сравнения, были обеспечены селеном лунше, в частности только у 2 человек (15%) выявлен дефицит этого микроэлемента. Приведённые результаты свидетельствовали о целесообразности диетической коррекции селеновой недостаточности.
На втором этапе исследования оценивалась возможная эффективность использования джема на основе ламинарии, обогащённого селеном, для диетической коррекции сниженной селеновой обеспеченности больных с выявленной сердечной недостаточностью (12 человек). Клиническая симптоматика течения ишемической болезни сердца и хронической сердечной недостаточности за 2 месяца терапии базисными кардиотропными препаратами и приёмом продукта, оставалась стабильной, без ухудшения. Отмечены хорошая переносимость и безопасность использования продукта, нежелательные явления и побочные эффекты, связанные с приемом джема, не зарегистрированы.
Эффективность проведенной диетической коррекции отмечена в плане повышения селеновой обеспеченности пациентов, имело место повышение содержания селена в сыворотке крови, причём у 4 из 5 пациентов состояние выраженного дефицита селена после курсового приема селенсодержащего продукта сменилось состоянием сниженной обеспеченности (4 человека) или субоптимальной обеспеченности (1 пациент). Высоко достоверно увеличение среднего значения (по всей группе из 12 пациентов) концентрации селена в сыворотке крови больных ХНС, принимавших джем.
Таким образом, джем на основе ламинарии, обогащённый органической формой селена, оказывал положительное влияние на уровень селена в крови и рекомендован для алиментарной коррекции селенового статуса больных, страдающих хронической сердечной недостаточностью.
Похожие диссертации на Обоснование технологии пищевых продуктов диетического лечебного питания - джемов на основе бурых водорослей
