Введение к работе
Актуальность работы. Стратегия развития пищевой и перерабатывающей промышленности Российской Федерации на период до 2020 года предусматривает разработку и внедрение инновационных технологий продуктов питания, формирующих агропродовольственный рынок и экономическую безопасность страны. Для молочной отрасли эти задачи весьма актуальны, в связи с недостаточными объемами производимого молока-сырья и стабильной динамики роста цен на него.
В качестве внутреннего отраслевого ресурса для увеличения объемов производимой продукции, улучшения экономических показателей и исключения загрязнений окружающей среды целесообразно рассматривать молочное белково-углеводное сырье, в частности подсырную сыворотку. Основное направление ее переработки, реализуемое в нашей стране – сушка – не позволяет сохранить нативные свойства и в полной мере реализовать биотехнологический потенциал этого вида сырья. Значительные объемы, высокая пищевая ценность, присутствие функциональных ингредиентов обусловливают необходимость полного сбора и рационального использования сыворотки в составе продуктов питания.
Этому направлению посвящены работы ученых Северо-Кавказского федерального университета (г. Ставрополь), ГНУ ВНИМИ Россельхозакадемии (г. Москва) и других отечественных и зарубежных институтов: Н. И. Дунченко, И. А. Евдокимова, Л. А. Забодаловой, З. С. Зобковой, Э. Ф. Кравченко, Е. И. Мельниковой, П. Г. Нестеренко, А.Н. Пономарева, С. А. Рябцевой, Н. А. Тихомировой, В. Д. Харитонова, А. Г. Храмцова, E. Renner, Sato Kazuyoshi и др. Однако, проблема модификации состава и свойств подсырной сыворотки с целью нивелирования ее органолептических характеристик для применения в технологии качественно новых продуктов питания, в том числе функционального назначения, остается актуальной. Большой научный и практический интерес представляет реализация биотехнологического потенциала подсырной сыворотки в технологии именно таких продуктов, в частности синбиотических напитков.
К одной из актуальных тенденций при разработке функциональных продуктов питания относится замена животных жиров, в том числе молочного, пищевыми композициями белковой природы, имитирующими органолептические показатели жиросодержащих компонентов. Такими свойствами характеризуются микропартикуляты сывороточных белков, полученные с применением инновационных методов модификации подсырной сыворотки.
Исследования по теме диссертационной работы выполнялись в соответствии с тематикой НИР кафедры технологии молока и молочных продуктов «Разработка технологии молочных продуктов целевого назначения, в том числе лечебно-профилактического, специального, функционального, обогащенных витаминами и биологически активными добавками» и по ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007 – 2013 гг.» в различных лабораториях научно-исследовательских, учебных и научных учреждений.
Цель работы – оптимизация технологических параметров процесса микропартикуляции УФ-концентрата подсырной сыворотки для применения его в производстве низкокалорийных синбиотических напитков.
Для достижения поставленной цели определены следующие задачи:
- обосновать применение микропартикуляции как процесса для регулирования органолептических свойств УФ-концентрата подсырной сыворотки;
- создать искусственную нейронную сеть для эффективного управления технологическими параметрами микропартикуляции УФ-концентрата подсырной сыворотки, обеспечивающими получение пищевой композиции с заданным размером агрегатов белковых глобул;
- изучить химический состав, органолептические, функционально-технологические свойства, показатели качества и безопасности новой пищевой композиции и разработать технологию ее получения с использованием принципов HACCP;
- разработать рецептурно-компонентное решение низкокалорийного кисломолочного напитка с микропартикулятом сывороточных белков, характеризующегося высокой синбиотической активностью, заданным составом и свойствами;
- предложить новое технологическое решение по производству синбиотического напитка с микропартикулятом сывороточных белков, обеспечивающее экономическую эффективность, подтвердить полученные результаты опытно-промышленной апробацией на предприятиях отрасли.
Научные положения, выносимые на защиту. Оптимальные условия микропартикуляции УФ-концентрата подсырной сыворотки, включающие процесс термоиндуцированной агрегации сывороточных белков с управлением искусственной нейронной сетью.
Результаты мультисенсорного анализа осмофорических компонентов подсырной сыворотки и новой пищевой композиции на ее основе.
Качественный и количественный состав, свойства, в том числе бифидогенные, показатели, гарантирующие безопасность новой пищевой композиции.
Технологическое и рецептурно-компонентное решение низкокалорийного синбиотического напитка с микропартикулятом сывороточных белков.
Научная новизна. Представлены новые данные о пищевой композиции, имитирующей органолептические свойства молочных сливок, полученной с применением процесса микропартикуляции сывороточных белков.
Создана искусственная нейронная сеть для оптимизации условий термоиндуцированной агрегации сывороточных белков, обеспечивающая получение глобул размером 1 – 1,5 мкм.
Разработана рецептура синбиотического напитка, подобран видовой состав микроорганизмов для его производства с учетом их способности к синтезу экзополисахаридов.
Практическая значимость. Предложенный и запатентованный способ технологической трансформации подсырной сыворотки позволяет получить новую пищевую композицию, имитирующую органолептические свойства молочных сливок, с высокой пребиотической активностью и физико-химическими показателями, сходными с обезжиренным молоком.
Разработанное технологическое решение обеспечивает получение напитка с высокой синбиотической активностью, биологической ценностью, гарантированными показателями качества и безопасности и исключает применение стабилизационных систем.
Промышленная апробация на предприятиях отрасли: ООО «ГМЗ «Лискинский»» и ОАО МК «Воронежский» подтвердила социально-экономическую значимость разработанных технологических и рецептурных решений.
Новизна предлагаемого технологического решения подтвер-
ждена патентом РФ № 2422030 «Способ приготовления продукта, имитирующего сливки».
Основные положения диссертационного исследования используются в учебном процессе для методического обеспечения дисциплины «Новые физико-химические методы обработки в отрасли» специальности 260303 Технология молока и молочных продуктов.
Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертационное исследование соответствует п. 1, 2, 3 паспорта специальности 05.18.04 – «Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств».
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены на научно-практических международных и всероссийских конференциях: Всероссийской конференции с элементами научной школы «Инструментальные методы исследования живых систем в пищевых производствах», Кемерово, 2009; Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Воронеж, 2009; III Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Современное состояние и перспективы развития пищевой промышленности и общественного питания», Челябинск, 2009; IV Международная научная конференция студентов, аспирантов, молодых ученых «Научный потенциал студенчества в ХХI веке», Ставрополь, 2010; XI Международная конференция молодых ученых «Пищевые технологии и биотехнологии», Казань,2010; II международной научно-технической конференции «Новое в технологии и технике пищевых производств», Воронеж, 2010; научно-практической конференции «Инновационные технологии и оборудование в молочной промышленности», Воронеж, 2010; IV научно-практической конференции «В мире научных открытий», Красноярск, 2010; 76 научной конференции молодых ученых, аспирантов и студентов «Науковi здобутки молодi – вирiшенню проблем харчування людства у XXI столiтти», Киев, 2010; региональной научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Наукоемкие технологии и материалы (НТМ-2010)», Воронеж, 2010; I международной научно - практической конференции «Современная наука, теория и практика», Ставрополь, 2010; II международной научной конференции «Молочная наука - пищевой промышленности», Ставрополь, 2011; ХХI Российской молодежной научной конференции, посвященной 150-летию со дня рождения академика Н.Д. Зелинского «Проблемы теоретической и экспериментальной химии», Екатеринбург, 2011; научно-практического семинара «Феномен молочной сыворотки: синтез науки, теории и практики», Ставрополь, 2011; III Всероссийского симпозиума «Разделение и концентрирование в аналитической химии и радиохимии». – Краснодар, 2011; отчетных научных конференциях преподавателей и научных сотрудников ВГУИТ.
Результаты работы представлены на конкурсах и выставках, награждены дипломами и сертификатами участника.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 25 печатных работ, в том числе 4 в журналах, рекомендованных ВАК РФ, 20 тезисов докладов и 1 патент РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка использованных источников и приложений. Работа изложена на 209 страницах машинописного текста, содержит 39 таблиц и 62 рисунка. Список литературы включает 132 наименования работ отечественных и зарубежных авторов.
