Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Состояние вопроса. цель и задачи исследований 6
1.1 Состояние производства функциональных продуктов на мясной основе 6
1.2 Источники загрязнения окружающей среды и продуктов питания 7
1.3 Роль факторов питания при выведении токсичных веществ из организма 19
1.4 Роль основных пищевых веществ и потребность в них организма при повышенном уровне радиации и вредных химических веществ 22
1.5 Заключение по литературному обзору. Цели и задачи исследования... 30
ГЛАВА 2. Организация эксперимента, объекты и методы исследований 32
2.1 Объекты исследований 32
2.2 Схема проведения и методы исследований 33
ГЛАВА 3. Обоснование состава биологически активных добавок с очищающим эффектом 35
3.1 Химические исследования очищающих свойств пищевых волокон 35
3.2 Биологические исследования очищающих свойств пищевых волокон.. 39
3.3. Подбор нутрицевтиков и разработка композиций биологически активных добавок и исследования их очищающих свойств 50
ГЛАВА 4. Разработка технологии функциональных мясорастительных консервов с очищающим эффектом 65
4.1 Разработка и формализация научно обоснованных требований к составу и качеству функциональных мясорастительных консервоввысокой пищевой ценности с очищающим эффектом 65
4.2 Проектирование рецептур функциональных мясорастительных консервов 69
4.3 Разработка технологии и выработка опытной партии консервов 74
4.4 Исследование качества разработанных консервов и оценка их нутриентной адекватности 80
4.5 Обоснование сроков годности разработанных консервов 83
ГЛАВА 5. Разработка технической документации
5.1 Разработка технической документации на комплексную биологически активную добавку
5.2 Разработка технической документации на функциональные 85
мясорастительные консервы 85
5.3 Расчет экономической эффективности функциональных мясорастительных консервов 85
Выводы 89
Список использованной литературы
- Роль факторов питания при выведении токсичных веществ из организма
- Схема проведения и методы исследований
- Подбор нутрицевтиков и разработка композиций биологически активных добавок и исследования их очищающих свойств
- Разработка технологии и выработка опытной партии консервов
Введение к работе
Актуальность работы. В течение двух предстоящих десятилетий в России и других развитых странах мира будет быстро возрастать численность людей, достигших 80 лет. Это выдвигает перед человечеством ряд серьезных практических задач по продлению периода активной жизни с минимальными потерями от дисфункциональных расстройств, хронических заболеваний, присущих пожилому возрасту.
Наиболее распространенными заболеваниями у людей старших возрастных категорий являются заболевания опорно-двигательного аппарата (ОДА), в том числе суставов (остеопорозы, остеоартрозы или дегенеративные заболевания).
Остеопороз (ОП) - одна из главных причин снижения активности и трудоспособности лиц пожилого возраста. По статистике после 55 лет каждая вторая женщина и каждый пятый мужчина имеют переломы, возникающие в результате остеопороза. ВОЗ провозгласила первое десятилетие XXI века «декадой костей и суставов».
Основной принцип первичной профилактики и лечения ОП является переход на полноценное питание с достаточным поступлением кальция и других микроэлементов, витаминов, а также соединительно-тканных белков, например, виде коллагеновых гидролизатов и хондропротекторов, необходимых для регенерации хрящевой и костной ткани.
Мясная промышленность располагает ресурсами малоценного мясокостного сырья, которое не нашло полного и рационального использования - это свиные ножки, которые могут быть использованы для получения коллагеново-го гидролизата и костного минерального компонента, т.е. основных ингредиентов для геродиетических продуктов, предназначенных для пожилых людей, предрасположенных к заболеваниям ОДА.
В связи с вышеизложенным, актуальным является разработка технологии производства вареных колбасных изделий, нутриентно адекватных специфике питания людей пожилого возраста.
Выполненные исследования основаны на фундаментальных трудах А.Н. Иванкина, Н.Н. Липатова, А.Б. Лисицына, А.Д. Неклюдова, А.В. Погоже-вой, И.А. Рогова, В.Б. Спиричева, Е.И. Титова, В. А. Тутельяна, А. В. Устиновой и др.
Цель и задачи исследования. Целью диссертационной работы является разработка технологии геродиетических колбасных изделий, обогащенных биологически активными ингредиентами из свиных ножек, предназначенных для пожилых людей, страдающих заболеваниями опорно-двигательного аппарата. Для выполнения поставленной цели предусмотрено решение следующих задач:
выбрать ферментные препараты и разработать биотехнологический процесс получения коллагеновых гидролизатов и костного препарата из свиных ножек, определить пищевую ценность бе лко во-минерального обогатителя;
разработать и формализовать нутриентно - технологические требования (НТТ) к качеству и безопасности колбасных изделий для питания пожилых людей, предрасположенных к заболеваниям ОДА;
обосновать и провести подбор мясного сырья, ингредиентов, биологически активных добавок в соответствии с НТТ для придания разрабатываемому продукту диетических свойств с учетом специфики патологий ОДА;
осуществить компьютерное проектирование и разработать состав колбасных изделий в соответствии с формализованными НТТ;
разработать технологию, выработать опытные партии;
установить сроки годности варенных колбасных изделий, провести физико-химические и биологические исследования образцов колбас для геродиетиче-ского питания в процессе хранения и оценить их нутриентную адекватность;
разработать комплекты технической документации на комплексный бел-ково-минеральный обогатитель из свиных ножек и вареные колбасные изделия для питания пожилых людей, предрасположенных к заболеваниям ОДА, провести расчет экономической эффективности.
Научная новизна. На основе современных научных данных о специфике метаболических, физиологических процессов у людей пожилого возраста сформулированы нутриентно - технологические требования к составу, качеству и безопасности мясных продуктов для геродиетического питания людей, предрасположенных к заболеваниям ОДА; установлено влияние различных ферментных препаратов на физико-химические характеристики белковых гидролизатов из свиных ножек; обоснован способ биотехнологической обработки свиных ножек, режимы получения и состав бе лко во-минерального обогатителя, определены показатели его пищевой ценности и уровни внесения в мясные изделия для профилактики ОДА;
установлены показатели пищевой и биологической ценности, нутри-ентной адекватности и микроструктурные характеристики вареных колбас с белко во-минеральным обогатителем для питания пожилых людей, страдающих патологией ОДА;
в опытах на лабораторных животных установлено снижение холестерина и более высокий эффект накопления кальция в крови при использовании в рационе колбас, содержащих белково-минеральный обогатитель в сравнении с обычной колбасой, содержащей фосфаты без добавления белково-минерального обогатителя.
Практическая ценность и реализация результатов. На основании проведенных комплексных исследований разработаны технология, рецептуры и техническая документация на бе лко во-минеральный обогатитель из свиных но-
жек, являющийся биологически актив- ным ингредиентом для мясных продуктов, предназначенных для профилактики патологий ОДА у пожилых людей. Разработаны рецептуры, технология и техническая документация на геродиети-ческие вареные колбасные изделия для снижения риска заболеваний ОДА у пожилых людей.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 13 печатных работ.
Апробация работы. Результаты работы доложены на международной научной конференции студентов и молодых ученых «Экологически безопасные ресурсосберегающие технологии и средства переработки сельскохозяйственного сырья и производства продуктов питания» (Москва, 2009); 3-й конференции молодых ученых и специалистов «Обеспечение качества и безопасности продукции агропромышленного комплекса в современных социально-экономических условиях» (Москва, 2009), где работа удостоена звания лауреата конкурса; международной научно-практической конференции функциональных продуктов питания «Ресурсосберегающие технологии переработки сельскохозяйственного сырья, гигиенические аспекты и безопасность» (Краснодар,2009)
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 130 страницах, включает 37 таблиц, 17 рисунков, 5 приложений. Список литературы включает 182 наименования работ отечественных и зарубежных авторов.
Роль факторов питания при выведении токсичных веществ из организма
Кадмий в природные воды поступает при выщелачивании почв, полиметаллических и медных руд, в результате разложения водных организмов, способных его накапливать [82]. Соединения кадмия выносятся в поверхностные воды со сточными водами свинцово-цинковых заводов, рудообогатительных фабрик, ряда химических предприятий (производство серной кислоты), гальванического производства, а также с шахтными водами. Понижение концентрации растворенных соединений кадмия происходит за счет процессов сорбции, выпадения в осадок гидроксида и карбоната кадмия и потребления их водными организмами. Растворенные формы кадмия в природных водах представляют собой главным образом минеральные и органо-минеральные комплексы. Основной взвешенной формой кадмия являются его сорбированные соединения. Значительная часть кадмия может мигрировать в составе клеток гидробионтов. В речных незагрязненных и слабозагрязненных водах кадмий содержится в субмикрограммовых концентрациях, в загрязненных и сточных водах концентрация кадмия может достигать десятков микрограммов в 1 дмЗ. Соединения кадмия играют важную роль в процессе жизнедеятельности животных и человека. В повышенных концентрациях токсичен, особенно в сочетании с другими токсичными веществами. ПДКв составляет 0.001 мг/дмЗ, ПДКвр — 0.0005 мг/дмЗ (лимитирующий признак вредности — токсикологический) [12].
Свинец поступает в поверхностные воды путем растворения эндогенных (галенит) и экзогенных (англезит, церуссит и др.) минералов. Значительное повышение содержания свинца в окружающей среде (в т.ч. и в поверхностных водах) связано со сжиганием углей, применением тетраэтилсвинца в качестве антидетонатора в моторном топливе, с выносом в водные объекты со сточными водами рудообогатительных фабрик, некоторых металлургических заводов, химических производств, шахт и т.д. Существенными факторами понижения концентрации свинца в воде является адсорбция его взвешенными веществами и осаждение с ними в донные отложения.
В числе других металлов свинец извлекается и накапливается гидробионтами. Свинец находится в природных водах в растворенном и взвешенном (сорбированном) состоянии. В растворенной форме встречается в виде минеральных и органоминеральных комплексов, а также простых ионов, в нерастворимой - главным образом в виде сульфидов, сульфатов и карбонатов. В речных водах концентрация свинца колеблется от десятых долей до единиц микрограммов в 1 дмЗ. Даже в воде водных объектов, прилегающих к районам полиметаллических руд, концентрация его редко достигает десятков миллиграммов в 1 дмЗ. Лишь в хлоридных термальных водах концентрация свинца иногда достигает нескольких миллиграммов в 1 дмЗ. Лимитирующий показатель вредности свинца - санитарно-токсилогический. ПДКв свинца составляет 0.03 мг/дмЗ, ПДКвр-0.1 мг/дмЗ. [12] .
Свинец содержится в выбросах предприятиями металлургии, металлообработки, электротехники, нефтехимии и автотранспорта.
Влияние свинца на здоровье происходит при вдыхании воздуха, содержащего свинец, и поступлении свинца с пищей, водой, на пылевых частицах. Свинец накапливается в теле, в костях и поверхностных тканях. Свинец влияет на почки, печень, нервную систему и органы кровообразования. Пожилые и дети особенно чувствительны даже к низким дозам свинца. За последние семь лет выбросы свинца от промышленных источников снизились на 60% вследствие сокращения производства и закрытия многих предприятий. Резкое снижение промышленных выбросов не сопровождается снижением выбросов автотранспорта. Средние концентрации свинца снизились только на 41%. Различие в степени снижения выбросов и концентраций свинца можно объяснить неполным учетом выбросов от автомобилей в предыдущие годы; в настоящее время увеличилось количество автомобилей и интенсивность их движения. В настоящее время свинец занимает первое место среди причин промышленных отравлений. Это вызвано широким применением его в различных отраслях промышленности. Воздействию свинца подвергаются рабочие, добывающие свинцовую руду, на свинцово плавильных заводах, в производстве аккумуляторов, при пайке, в типографиях, при изготовлении хрустального стекла или керамических изделий, этилированного бензина, свинцовых красок и др. Загрязнение свинцом атмосферного воздуха, почвы и воды в окрестности таких производств, а также вблизи крупных автомобильных дорог создает угрозу поражения свинцом населения, проживающего в этих районах, и прежде всего детей, которые более чувствительны к воздействию тяжелых металлов.
С сожалением надо отметить, что в России отсутствует государственная политика по правовому, нормативному и экономическому регулированию влияния свинца на состояние окружающей среды и здоровье населения, по снижению выбросов (сбросов, отходов) свинца и его соединений в окружающую среду, полному прекращению производства свинецсодержащих бензинов.
Схема проведения и методы исследований
В качестве объектов биологических исследований были выбраны наиболее распространенные препараты пищевых волокон (ПВ), применяемые в мясной и пищевой промышленности: пшеничная клетчатка (Витацель), инулин (Фибрулин), микроцеллюлоза (МКЦ), соевая клетчатка, свекловичные волокна, препарат изолированных соединительно тканых белков (ТИГТРО) и свиная шкурка, а также функциональные мясорастительные консервы, обогащенные пищевыми волокнами и другими нутрицевтиками.
В ходе эксперимента были использованы следующие методы исследования: 1 - массовая доля белка - пересчетом на белок (коэффициент 6,25) общего азота, определенного по методу Кьельдаля - по ГОСТ 25011-81; 2 - массовая доля жира методом Сокслета - по ГОСТ 23042-86, ГОСТ 26183; 3 - массовая доля влаги - методом высушивания навески до постоянной массы при температуре (100±2) С по ГОСТ 9793-74; 4 - энергетическая ценность - расчетным путем; 5 - минеральный состав определяли на атомно-абсорбционном спектрофотометре фирмы «Perkin Elmer». 2.2 Схема проведения и методы исследований Анализ и обобщение научной, патентной и технической литературы і g Определение цели и задач работы і Подбор нутрицевтиков, разработка композиций биологически активных добавок и биологические исследования их очищающих эффектов (8-13) + : Разработка нутриентно - технологических требований к мясорастительным консервам с очищающим эффектом Компьютерное проектирование виртуальных моделей (14) Выработка опытной партии и исследование качества разработанных функциональных консервов (1-8, 15,17-19) і Разработка технической документации. Оценка экономической эффективности (16) Рисунок 2 - Схема проведения исследований 6 - жирнокислотный состав - по методу Фолча. Определение состава жирных кислот проводили на газовом хроматографе HP 6890 фирмы «Hewlett Packard»; 7 — аминокислотный состав определяли методом ионообменной хроматографии на аминокислотном анализаторе фирмы «Bekman» в стандартном режиме. Триптофан - по методу Хорна; 8 - массовая доля кальция - по ГОСТ 30178-96; 9 - интегральный показатель хронической интоксикации (ИПХИ) рассчитывали как отношение массы органа к общей массе тела в %; 10 - общий клинический анализ крови проводили в ветеринарной клинике; 11 - содержание селена в органах и тканях животных определяли гидридным атомно-абсорбционным методом; 12 - массовые концентрации тяжелых металлов определяли инверсионно-вольтамперометрическим (ИВ) методом. 13 - медико-биологическую оценку эффективности пищевых волокон при интоксикации свинцом и кадмием осуществляли традиционными экспериментальными методами на растущих белых крысятах-самцах . 14 - компьютерное моделирование аминокислотного и жирно кислотного состава рецептурных композиций и оценка их сбалансированности проведены по методу академика Н. Н. Липатова. 15 - содержание витаминов - по «Временным методическим указаниям по определению массовой доли витаминов Вь В2, РР, С и Е в обогащенных ими мясных продуктах»; 16 - экономическая эффективность по общепринятым методикам; 17 - микробиологические показатели в соответствии со стандартными методиками и МУК 4.2.1847-04 «Методы контроля. Биологические и микробиологические факторы. Санитарно-эпидемиологическая оценка обоснования сроков годности и условий хранения пищевых продуктов»; 18 - показатели окислительной порчи, тиобарбитуровый показатель (ТБЧ) по методу Tarladgis, описанному А.К. Журавской;
Подбор нутрицевтиков и разработка композиций биологически активных добавок и исследования их очищающих свойств
В связи с тем, что пищевые волокна обладают выводящим эффектом не только по отношению к токсичным металлам но и к макро и микроэлементам, жизненно необходимым для нормального функционирования организма в неблагоприятных условиях, проведен подбор витамино - минеральных нутрицевтиков.
Использование нутрицевтиков позволят, во-первых, достаточно, легко и быстро восполнить дефицит пищевых эссенциальных веществ, во-вторых, направлено изменять метаболизм отдельных веществ [105,122]. В-третьих, повышать неспецифическую резистентность организма к воздействию неблагоприятных факторов окружающей среды. Нутрицевтики являются важным источником эссенциальных нутриентов — естественных компонентов пищи: витаминов и их предшественников, ПНЖК семейства соЗ, некоторых минеральных веществ и микроэлементов (Fe, Са, Se, Zn, F, I), а также отдельных аминокислот, некоторых моно- и дисахаридов, пищевых волокон. Эффективность этой группы БАД в профилактике атеросклероза и других сердечно-сосудистых заболеваний, ряда злокачественных новообразований, нарушений функционирования иммунной системы получила подтверждение в многочисленных экспериментальных и клинических исследованиях прошедших лет [16,17,13].
Накопленный к настоящему времени опыт подтверждает, что с помощью добавок, применяющихся адекватно клинико-патогенетической сущности болезни, удается усилить или ослабить то звено метаболического конвейера, которое больше всего нарушено при этом заболевании [122]. Можно предположить, что в ближайшие годы интерес нутрициологов к БАД различных типов будет возрастать. В составе разрабатываемых консервов помимо выбранных энтеросорбентов (инулин, пшеничная клетчатка Витацель,МКЦ, пектин, альгинат кальция) предполагается использование биологически активных компонентов. В качестве источников р-каротина предусмотрено использование :
Каролин (ТУ 9141-007-00371185-95) получается химическим путем и является источником Р-каротина. Активизирует обмен веществ, улучшает зрение, повышает сопротивляемость организма вредным воздействиям внешней среды, в том числе физическим и химическим, инициаторам онкологических процессов. При регулярном применении тормозит старение организма. Способствует прекращению воспалительных процессов и снижает болевые ощущения.
Препарат «Каролин» приготовлен с использованием высококачественного растительного масла и может содержать 1 или 2 грамма [З - каротина в килограмме продукта. Многочисленными исследованиями доказаны оздоровительные свойства масла в профилактике сердечнососудистых, онкологических и других патологиях.
Взамен «Каролина», возможно применение аналогичного препарата: Веторон (р-каротин водорастворимый) обладает антиоксидантными, протекторными, иммуномодулирующими, антидепрессантными свойствами, играет профилактическую роль при онкологических, желудочно-кишечных заболеваниях, радиационном облучении, интоксикациях различного происхождения.
Кроме того, можно использовать в качестве не только [3-каротина, но и токоферолов - Красное пальмовое масло "Carotino" (фирма "Carotino Sdn BHD", Малайзия), прямого отжима, не рафинированное, отличается высоким содержанием каратиноидов (473 мг/кг), токоферола( Е), (730 мг/кг) и кофермента Ою (4,3 мг/кг). Масло характеризуется высоким уровнем олеиновой кислоты (47,6% от суммы жирных кислот), линолевой СОб (12% ) и линоленовой х з кислот (1,3-0,5%о), причем соотношение С0б/ з приближается к оптимальному и равно 10:1. Поэтому можно рекомендовать "Carotino" для обогащения мясных продуктов диетического и функционального назначения.
Обогатитель минеральный (кальциевый) из скорлупы куриных яиц (ТУ 9219-043-23476484-00). Состоит на 90% из карбоната кальция, так же содержит медь, фтор, железо, марганец, молибден, фосфор, серу, цинк, кремний и другие микроэлементы (всего 27). Используется в качестве источника биологически активного кальция в специализированных мясных продуктах - для беременных и кормящих женщин, для детей страдающих рахитом, для детей дошкольного и школьного возраста с дефицитом кальция.
Органические формы селена - Селекор (АОО "Ареал") диметилдипиразолилселенид (весовое содержание Se - 34,7%о) Двухвалентный селен в противоположность Se4+ и Se6+ быстро всасывается в кишечнике (резорбция 83% ) и быстро распределяется в тканях.
Разработка технологии и выработка опытной партии консервов
С учетом вышесказанного в отдельных рецептурах консервов предусмотрено было только использование водорастворимой формы бета-каротина "Веторон" и красное пальмовое масло "Carotino".
В соответствии с формализованными исходными требования к составу и качеству полифункциональных продуктов на мясной основе, нутриентно. адекватных специфике метаболических процессов и физиологических особенностей организма при интоксикации тяжелыми металлами радионуклидами и другими вредными вещетвами, способствующих улучшению обменных процессов и обеспечивающих выведение вредных веществ из организма: - массовая доля белка специализированного продукта должна составлять — 12-16%, в том числе белка растительного происхождения не более 40-50% от общего количества; - животный белок должен составлять 50-60%) от общего количества белка; - отношение массовой доли белка к массовой доле липидов должно составлять 1:0,95-1,2 (по калорийности - 1:2); - аминокислотный состав должен приближаться к идеальному белку ФАО/ВОЗ; - соотношение массовых долей насыщенных, мононенасыщенных и полиненасыщенных жирных кислот в продукте должно быть: 1:1:1; - продукт должен быть сбалансирован по витаминному и минеральному составу;
Компьютерное проектирование и оптимизацию состава продуктов проводили методом компьютерного проектирования [64].
Эти методы, связанные с итерационным компьютерным моделированием, влияния соотношения и набора ингредиентов проектируемого пищевого продукта на содержание в нем химических элементов, соединении и веществ, позволяют решать имитационные задачи приближения широкого набора реально достигаемых алиментарно-зависимых свойств вновь создаваемого продукта к сформулированным научно-обоснованным требованиям [66,67]. Для расчетов массовых долей таких веществ как белок, углеводы, жир, минеральные вещества и витамины, использована следующая формула, по существу являющаяся записью уравнения материального баланса: где: S; " - массовая доля конкретного макро- или микропитательного вещества в рецептурной смеси, дол. ед., %; Xj - массовая доля і -го компонента в рецептурной смеси, дол. ед., %; Sj - массовая доля макро- или микропитательного вещества в і -ом компоненте, дол.ед., %;
Оценку аминокислотной сбалансированности белка представленных продуктов проводили с использованием компьютерной системы проектирования и оценки качества поликомпонентных пищевых систем по следующим показателям:
Минимальный скор незаменимых аминокислот по отношению к физиологически необходимой норме (эталону), доля единицы Стш=ММА,/А, (2) J где: Aj - массовая доля j-той незаменимой аминокислоты в продукте, г/ЮОг белка; Aaj - массовая доля —j-той незаменимой аминокислоты соответствующей физиологически необходимой норме (эталону), г/100г белка. Коэффициент утилитарности аминокислотного состава (U), численно характеризующий сбалансированность незаменимых аминокислот по отношению к физиологически необходимой норме (эталону), доли ед.: к 7 и=Стіп AolY, 41 С3) 7=1 7=1 Показатель сопоставимой избыточности содержания незаменимых аминокислот (ас), характеризующий суммарную массу незаменимых аминокислот, не используемых на анаболические цели, в таком количестве белка оцениваемого продукта, которое эквивалентно по их потенциально утилизируемому содержанию 100 г белка-эталона: /=1 7=1 7-1
Показатель сопоставимой избыточности содержания НАК (d), характеризующий суммарную массу НАК, не используемых на анаболические цели, в таком количестве белка оцениваемого продукта, которое эквивалентно по их потенциально утилизируемому содержанию 100 г белка-эталона: Z—t ij — mm -Л-э/- / — mm 7-1
Существо качественной оценки белков с помощью формализованных показателей (d,U) заключается в том, что чем больше значения коэффициента утилитарности (0 U 1) и меньше значение показателя сопоставимой избыточности (в идеале U= 1, d = 0 ), тем лучше сбалансированы НАК и тем они рациональнее могут быть использованы организмом.
Существо качественной оценки сравниваемых белков с помощью формализованных показателей заключается в том, что чем выше значение U или меньше значение (в идеале U=l, ас =0), тем лучше сбалансированы незаменимые аминокислоты и тем рациональнее они могут быть использованы организмом.
