Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ состояния вопроса и задачи исследований 8
1.1. Современные тенденции развития кисломолочных продуктов 8
1.2. Пребиотики: технологии и применение 13
1.2.1. Некоторые аспекты получения и применения пищевых волокон 13
1.2.2. Биохимические и физиологические механизмы действия волокон из свекловичного жома 19
1.2.3. Теоретические предпосылки использования пищевых волокон 28
1.2.4. Перспективы использования ПВ из сахарной свеклы в лечебной практике 30
1.2.5. Некоторые аспекты получения и использования пахты 34
1.2.6. Аспекты получения и применения лактулозы 37
1.2.7. Лизоцим: механизм действия и использования 41
1.2.8. Комплексный пребиотик «Лаэль»: состав и механизм действия 46
1.3. Применения бифидобактерий в производстве кисломолочных продуктов
1.4. Молочные продукты с пребиотическими добавками 51
1.5. Обоснование направления и объектов исследований 54
1.6. Цель и задачи исследования 57
Глава 2. Методология и организация выполнения работы 60
2.1. Организация проведения исследований 60
2.2. Методы и методики исследований 63
2.3. Математическая обработка результатов исследований 74
Глава 3. Исследование влияния пищевых' волокон, комплексного пребиотика «Лаэль», премикса витаминно-минералыюго на качество кисломолочного биопродукта 78
3.1. Изучение способа внесения пищевых волокон в производстве кисломолочных биопродуктов 78
3.2. Изучение влияния комплексного пребиотика «Лаэль» на закваски для кисломолочного биопродукта 83
3.3. Исследование влияния совместно вносимых пищевых волокон и «Лаэля» на качественные показатели кисломолочных биопродуктов 86
3.4. Подбор молочной основы для кисломолочного биопродукта 93
3.5. Исследование структурно-механических характеристик кисломолочного биопродукта 96
3.6. Определение аминокислотного состава кисломолочного биопродукта 98
3.7. Влияние премикса витаминно-минерального на качество кисломолочного биопродукта 101
Глава 4. Разработка технологии и оценка качества кисломолочного биопродукта с пищевыми волокнами, комплексным пребиотиком «Лаэль» и премиксом витаминно-минеральным 106
4.1. Технология производства кисломолочных биопродуктов резервуарным способом 106
4.2. Управление качеством при производстве кисломолочных биопродуктов 117
4.3. Исследование качественных характеристик кисломолочных биопродуктов 120
4.3.1. Физиологическая ценность 121
4.3.2. Потребительская ценность 124
4.3.3. Хранимоспособность кисломолочных биопродуктов 127
Глава 5. Технико-экономическая, экологическая и социальная оценка разработанных технологий 132
5.1. Маркетинговые исследования 132
5.2. Оценка экономической эффективности производства кисломолочных биопродуктов с пищевыми волокнами, с комплексным пребиотиком «Лаэль», витаминно-минеральным премиксом 134
5.3. Экологическая оценка технологии кисломолочных биопродуктов с пищевыми волокнами 139
5.4. Социальная значимость разработанных технологий 140
Выводы 143
Список литературы
- Некоторые аспекты получения и применения пищевых волокон
- Математическая обработка результатов исследований
- Изучение влияния комплексного пребиотика «Лаэль» на закваски для кисломолочного биопродукта
- Исследование качественных характеристик кисломолочных биопродуктов
Введение к работе
На протяжении практически всего периода существования человеческой цивилизации пища, преимущественно, рассматривалась как средство, предназначенное для удовлетворения чувства голода, аппетита и вкусовых пристрастий.
В последние десятилетия ввиду роста числа хронических заболеваний и установления их причинной связи с несбалансированным питанием, к пищевым продуктам стали относиться и как к эффективному средству поддержания физического и психического здоровья и снижения риска возникновения многих заболеваний. Действительно, эпидемиологическими наблюдениями было показано, что у жителей стран, принявших так называемый западноевропейский образ жизни, частота возникновения сердечно-сосудистых заболеваний возросла в 8-12 раз, эндокринных нарушений в 5 раз по сравнению с теми, кто сохранил старый уклад жизни.
Среди этнического населения, продолжающего сохранять традиционный для них образ жизни, практически отсутствуют аутоиммунные и аллергические заболевания, значительно реже отмечается сахарный диабет, мочекаменная и желчекаменная болезни, ожирение, артериальная гипертония и другие «болезни цивилизации».
Одним из пионеров, предложивших продукты питания и отдельные их компоненты в качестве фармацевтических препаратов, являлся дважды лауреат Нобелевской премии Лайнус Полинг, обосновавший в 60-80 гг. прошлого века теорию и практику «Ортомолекулярной медицины», согласно которой физическая болезнь и психическое заболевание могут быть излечены не с помощью лекарственных средств, а путем тщательного отбора и применения оптимальных количеств определенных макро - и микронутриентов (например, витамины) или веществ эндогенного происхождения (например, инсулина).
В нашей стране в эти же годы активным пропагандистом фармакологических эффектов пищевых продуктов являлся директор
Института питания академик А.А. Покровский [17]. Сложившиеся реалии в России обуславливают необходимость создания функциональных продуктов, предназначенных для повышения защитных сил организма. Воздействие вредных факторов на состояние здоровья человека усиливается с каждым годом. В соответствии с программой «Здоровое питание населения России» наиболее важно при разработке продуктов здорового питания использовать натуральные ингредиенты.
За последние 100 лет значительно сократился ассортимент потребляемых человеком пищевых компонентов. Широкое распространение рафинирования многих жизненно важных для организма продуктов привело к дефициту в питании человека грубоволокнистых балластных веществ, основой которых являются пищевые волокна. Пищевые волокна -малорастворимые структурные вещества из группы полисахаридов с определенными физическими свойствами. Недостаток пищевых волокон в пище по наблюдению врачей приводит к появлению почечнокаменной болезни, заболеванию кишечника, сердца, сосудов, ожирению, дисбактериозу и другим заболеваниям. Многолетние наблюдения подтвердили благоприятные воздействия пищевых волокон на метаболизм углеводов, на предотвращение развития рака толстой кишки, а также заболеваний сердечно-сосудистой системы человека[3].
Немаловажный интерес в оздоровлении' населения представляет использование пребиотиков, которые не расщепляются ферментами желудка и тонкого кишечника. Весь ферментативный процесс происходит в толстом отделе желудочно-кишечного тракта, где под действием функциональных свойств вносимого пребиотика происходит нормализация состава собственной бифидофлоры человека.
Молочная отрасль обеспечивает продуктами переработки молока практически все возрастные группы населения. Около 65 % продуктов являются функционально-комбинированными с повышенной биологической ценностью, а также с лечебно-профилактическими свойствами. Этого можно добиться путем направленной коррекции' химического состава молочных
7 продуктов и обогащения их специально подобранными добавками для
приобретения данного эффекта. Основываясь на разработках ученых-медиков, специалисты молочной промышленности вплотную занимаются вопросами создания кисломолочных продуктов, которые бы являлись функциональными.
Таким образом, для расширения ассортимента функциональных кисломолочных продуктов, необходимо разработать ресурсосберегающую технологию биопродуктов, которая позволит использовать их не только для удовлетворения пищевого статуса, но и для выполнения профилактических и лечебных функций. Оздоравливание организма, сокращение употребления фармацевтических препаратов, ликвидация дефицита витаминов, макро- и микроэлементов при помощи традиционных молочных продуктов, является одной из актуальных задач и имеет важное социальное значение[1].
Настоящая работа выполнялась в рамках комплексной программы Министерства сельского хозяйства Ростовской области (2005-2008 г.).
Некоторые аспекты получения и применения пищевых волокон
В соответствии с современной теорией адекватного питания и развивающихся положений науки о питании - трофологии, важная роль отводится биологически активным добавкам, а также микробному пулу желудочно-кишечного тракта млекопитающихся, в том числе человека. Широкое распространение рафинирования многих жизненно-важных для организма продуктов привело к дефициту в питании человека грубоволокнистых балластных веществ, основой которых являются пищевые волокна. Пищевые волокна - малорастворимые структурные вещества из группы полисахаридов с определенными физическими свойствами.
Основные компоненты пищевых волокон - целлюлоза, гемицеллюлоза, пектин, лигнин и сопутствующие им соединения. Молочная отрасль обеспечивает питание продуктами переработки молока практически все возрастные группы населения. Около 65 % продуктов на молочной основе являются функционально-комбинированными в той или иной степени для повышения биологической ценности, а также приобретения лечебно профилактических свойств. Этого можно добиться путем направленной коррекции химического состава молока и обогащения его специально подобранными добавками для приобретения данного эффекта. Потребность населения России в пищевых волокнах примерно 1,5 млн. тонн в год, причем удовлетворяется она только на 30-35 % за счет муки грубого помола, зерна, овощей и фруктов. Для восполнения недостающих 70 % пищевых ВОЛОКОН в рационе питания населения работникам молочной отрасли для разработки и внедрения новых технологий производства функциональных молочных v продуктов предлагается использовать биологически-активные дорогостоящие добавки импортного производства, т.к. в России ,; производство очищенных пищевых волокон только начинается [29].
Особо остро встает вопрос об использовании вторичного сырья от переработки продуктов животноводства и растениеводства.
Свекловичный жом (сырой и сушеный) в соответствии с существующей номенклатурой и классификацией вторичных материальных ресурсов сахарной промышленности относится к побочной продукции сахарного производства (сюда же относится меласса и рафинадная патока). Свекловичный жом представляет собой микростружку толщиной не более 2 мм с влажностью около 90 %, из которой диффузионным способом излечено основное количество сахара и некоторая часть минеральных и органических веществ. Существует несколько видов свекловичного жома: свежий жом, кислый жом, консервированный жом, сушеный, жом, мелассированный жом, амидный жом, бардяной жом, амидоминеральный жом. Свежий жом - это жом, вышедший из диффузных установок, в нем содержится 6:..8 % сухих веществ (СВ), (рН 5,7...6,2). Использование жома в современных условиях возможно по нескольким направлениям. [3] В основном все представленные виды жома используются в качестве добавок для кормления скота. Учитывая высокую биологическую ценность данного вида вторичного сырья встал вопрос о переработке его на пищевые добавки для использования в продуктах питания для населения [44].
Химический состав свежего свекловичного жома определяется содержанием в нем около 40 % целлюлозы и гемицеллюлозы, до 50 % пектиновых веществ, 2 % белка, 2-3 % сахара и около 2 % минеральных веществ. В следовых количествах присутствуют витамины и органические кислоты. Химический состав свекловичного жома, используемого как исходный материал для производства ПВ, представлен в таблице 1.
Математическая обработка результатов исследований
Опыты проводились в трехкратной повторности. Определение доверительного интервала, а таюке расчет уравнений тренда проводили с использованием приложения Microsoft Excel.
Для получения уравнений регрессии, адекватно описывающих исследуемые процессы, применяли полный факторный эксперимент по плану ПФЭ 22 и ПФЭ 23. Математическая обработка проводилась с помощью пакета статистических расчетов (статистика 6) - 3D Surface Plot 6v 16с.
Зависимость эффективности кислотообразования кисломолочного биопродукта от массовой доли пищевых волокон и времени описывается следующим уравнением: К = 151,9183 + 2,2147- х + 0,8594-у - 0,1844-х2 + 0,8129-х-у + 0,4711 -у2 К = 151,92 + 2,215 + 0,86-L-0,184+0,47-L-L + 0,813-L К = 151,3857 + 2,2836t + 5,676L - 0,2052t2 - 9,375L2 + l,1735tL
Контуры графика и поверхность отклика зависимости титруемой кислотности от массовой доли ПВ, «Лаэля», премикса от времени представлены на рисунках 3, 4.
Значение показателей, представленных таблице означает следующее: Rr коэффициент корреляции; R2 - скорректированный коэффициент корреляции высокой значимости; R — коэффициент детерминации; Р — level — уровень значимости противоположный значению достоверности для определения соответствия законов; В - коэффициент столбца.
Если значение коэффициента детерминации (R ) выше 0,81, то это свидетельствует об очень высокой связи между параметрами. В нашем случае коэффициент детерминации (R ) равен 0,68722303, что подтверждает правильность в выборе технологических параметров.
Для учета квадратичных эффектов использовали метод центрального композиционного ротатабельного планирования, применялась компьютерная обработка результатов экспериментов (Программный пакет «Построение моделей по униформ-ротатабельному плану»). Для графической интерпретации результатов использован программный пакет "MathCad Professional".
Для графической интерпретации результатов использован программный пакет "Статистика-6».
Зависимость эффективности кислотообразования кисломолочных напитков с «Лаэлем» от концентрации «Лаэля» описывается следующими уравнениями: Ук = 1,1429 + 21,718х - 5,1667х2 + 0,4722х3; R2 =0,98613; У0,1 =-0,2857+ 24Д98х-5,7738х2 + 0,5278х3; R2 = 0,99587; Уо,5 = - 0,2857 +24,198х - 5,7738х2+ 0,5278х3; R2 = 0,99572. где Ук, У0 і, Уо,5 - титруемая кислотность, Т; х- время наблюдений; R2 -величина достоверности аппроксимации.
Зависимость количества микроорганизмов в кисломолочных напитках с «Лаэлем» от концентрации «Лаэля» описывается следующими уравнениями: Ук = 73,5 - 50,554х + 13,161х2; R2 = 0,9713; У0,1 = 82 - 53,893х + 13,679х2; R2 = 0.9675; У0 5 = 104,2 - 70,27lx + 16,786х2; R2 = 0,9787." Где Ук, Уо,і,Уо,5 - количество микроорганизмов; х - время наблюдений; R2 - величина достоверности аппроксимации.
Зависимость нарастания титруемой кислотности кисломолочных напитков с «Лаэлем» от времени хранения описывается следующими уравнениями: Ук = 70 + 5,9524х- 0,619х2; R2 =0,9159; У0,5 = 67,286 + 9,0833х- 0,9167х2; R2 = 0,9227. Где Ук, У0 5 - титруемая кислотность, Т; х - время наблюдений; R2 -величина достоверности аппроксимации.
Математическая обработка данных по определению зависимости эффективной вязкости от скорости сдвига кисломолочных напитков с «Лаэлем», полученных термостатным и резервуарным способами позволила получить следующие уравнения регрессии: Математическая обработка данных позволила получить следующие уравнения регрессии: Уі(хі,х2) = 1,1409- 0,29513х, + 0,00034142 Xjx22 + 0,024347х!2 -0,000085358xi2 - 0,000601 llxj3 +0,059126х2 + 0,012607х22 - 0,0019776х23 -0,0016356х,х2, (1) У2(х,х2) = 1,0788 - 0,28226хь + 0,00080018xi2x2 - 0,00050925х,3 + 0Д9057х2 - 0,055576х22 + 0,0035016х23 + 0,0013417ХІХ2 (2) Уз(х,х2) = - 32,833 + 0,80633х! + 0,047362х,2 + 17,764х2 - 2,7227х22 + 0,15394х23 - 0,56936х,х2 + 0,020712х!Х22 + 0,01332x X2 - 0,0027124х]3 (3) У4(х,х2) = - 13,959 + 0,0089658Xl + 0,056799 2 - 0,0028444Хі3 + 8,5809х2 1,371х22 + 0,097217х23 - 0,27122x 2 - 0,0072456Xlx22 + 0,012201х!2х2 (4) Где У) У2, Уз, У4- эффективная вязкость, Па с; Xi - скорость сдвига с"1; х2 - массовая доля вносимой добавки.
Изучение влияния комплексного пребиотика «Лаэль» на закваски для кисломолочного биопродукта
Немаловажное значение в производстве функциональных кисломолочных продуктов играет роль вносимых компонентов на температурные параметры технологических операций и закваски, применяемые в их производстве.
При проведении исследований применялись кефирная закваска на кефирных грибках и лиофильная закваска бифидобактерий, а также термофильный стрептококк и лиофильная закваска бифидобактерий.
В закваску вносили предварительно растворенный в пастеризованном и охлажденном молоке при 12±2С «Лаэль» количестве 0,1 %; 0,5 %; 1,0 %, перемешивали и термостатировали кефирную бифидосодержащую закваску при 20±2С в течение 12-16 часов, термофильный стрептококк бифидосодержащий - при температуре 42±2С в течение 6-8 часов.
По окончании сквашивания определяли активную и титруемую кислотность заквасок и органолептические показатели. Результаты исследований представлены в таблице 13 и 14. Как видно из представленных данных, с увеличением массовой доли «Лаэля» увеличивается титруемая кислотность кефирной и термофильной бифидосодержащих заквасок. Из представленных данных видно, что активная кислотность снижается в кефирной бифидосодержащей закваске с увеличением массовой доли «Лаэля».
Органолептические показатели заквасок изменялись, так консистенция контрольных образцов и образца с массовой долей «Лаэля» 0,1 % ухудшалась, наблюдался процесс синерезиса на 7 и 10 сутки. Вкус и запах не изменялись в процессе всего времени наблюдений.
Результаты проведенных исследований показали, что при увеличении массовой доли вносимого «Лаэля» с 0,1 % до 1,0 %, титруемая кислотность заквасок увеличивалась, активная кислотность (рН) незначительно снижалась, органолептические показатели, в частности консистенция, в процессе наблюдения ухудшались в контроле и образце с массовой долей «Лаэля» 0,1 % - наблюдалось отделение сыворотки, чего не наблюдалось в образцах с массовой долей «Лаэля» 0,5 % и 1,0 %.
Результаты исследований заквасок при массовой доле 0,5 % и 1,0 % незначительно отличались, очевидно, что для дальнейших исследований целесообразно использование массовой доли «Лаэля» 0,5%.
Зависимость эффективности кислотообразования зкакваски с «Лаэлем» от массовой доли «Лаэля» описывается следующими уравнениями: Ук= 1,1429 +21,718х - 5,1667х2+ 0,4722х3; R2 =0,98613; Уо,і=- 0,2857+ 24,198х-5,7738х2 + 0,5278х3; R2 = 0,99587; У0,5 = - 0,2857 +24,198х - 5,7738х2+ 0,5278х3; R2 = 0,99572. где Ук, У0 і, Уо,5 - титруемая кислотность, Т; х- время наблюдений; R2 -величина достоверности аппроксимации.
Учитывая тот факт, что комплексный пребиотик «Лаэль» реализуется в герметично укупоренных пакетах из фольги массой 0,5 и 1,0 кг, в состав «Лаэль» входит фермент лизоцим, который разрушается при температуре 60С, а также что «Лаэль» используется микроорганизмами закваски во время ферментации, внесение данного компонента необходимо производить по окончанию процесса сквашивания для сохранения его функциональных свойств.
Исходя из вышеизложенных исследований, был произведен отбор закваски для производства кисломолочных биопродуктов в пользу закваски термофильного стрептококка и лиофильной закваски бифидобактерий. Это объясняется тем, что органолептические показатели закваски термофильного стрептококка при внесении растительного компонента (ПВ) был несколько лучше, чем в сочетании с кефирной закваской. Далее был сделан вывод о том, что оба пребиотика наиболее рационально вносить в кисломолочный продукт после окончания процесса сквашивания. Поэтому необходимо изучить качественные показатели биопродукта при совместном внесении ПВ и «Лаэля».
Исследование качественных характеристик кисломолочных биопродуктов
Одним из потребительских свойств пищевых продуктов является надежность. Надежность — способность товаров сохранять функциональное назначение в процессе хранения и/или потребления в течение заранее оговоренных сроков.
Надежность постоянно изменяется вследствие процессов, происходящих при хранении и потреблении. Это свойство не может быть безграничным. Речь может идти лишь об ограниченном ресурсе надежности, измеряемом определенным отрезком времени, в течение которого исходные свойства товара изменяются незначительно, что позволяет их использовать в соответствии с назначением.
В зависимости от критерия надежности различают долговечность и сохраняемость.
Долговечность - способность товаров сохранять свои свойства или работоспособность до наступления предельного состояния или установленного времени потребления.
Сохраняемость - способность поддерживать исходные количественные и качественные характеристики без значительных потерь в течение определенного срока. Сохраняемость присуща всем потребительским товарам, так как хранение — неизбежный этап любого товародвижения. Особенно важно это свойство для пищевых продуктов. Хранение начинается с момента выпуска готовой продукции и продолжается до утилизации товара.
Этап хранения условно можно разделить на два периода: складского хранения у изготовителя, в оптовой и/или розничной торговле и домашнего хранения у потребителя.
Сохраняемость товаров обусловлена их структурой или строением, химическим составом и свойствами веществ, наличием защиты от неблагоприятных внешних воздействий (упаковка, защитные покрытия), . зависит от условий и сроков хранения. Многофакторность, определяющая это свойство, требует для обеспечения сохраняемости профессиональных знаний и умения.
Во время первого периода хранения осуществляется контроль за своевременным установлением и поддержанием заданного режима хранения, соблюдением сроков хранения, что позволяет сохранить товары с наименьшими потерями.
Во втором периоде хранения товаров до их потребления, потребитель не всегда знает, как правильно и как долго можно хранить приобретенные товары. Поэтому для сохранения качественных, а иногда и количественных характеристик товаров необходимо информировать потребителя- об условиях и сроках хранения их с помощью маркировки или эксплуатационных документов.
Показателями сохраняемости потребительских товаров являются потери, выход товарной (стандартной) продукции, сроки хранения. Сохраняемость тесно связана с безопасностью многих товаров, особенно скоропортящихся пищевых продуктов, так как важнейшей целью хранения является обеспечение безопасности.
По признаку долговечности пищевые продукты подразделяются на микробиотики, мезобиотики и макробиотики.
Кисломолочные напитки относятся к микробиотикам и вопрос сохранения качества при хранении являются первостепенными. В условиях современного производственно-сбытового цикла, как производитель, так и потребитель заинтересованы в получении продуктов с продленными сроками годности. Проведенные маркетинговые исследования показали, что абсолютное большинство представленных на Российском рынке кисломолочных напитков имеют сроки годности от 72 час до 10 суток.
Реальные сроки хранения напитков зависят от ряда факторов: рецептуры, качества используемого сырья, условий производства, вида упаковки, условий хранения. Лишь высококачественное сырье, строгое соблюдение технологических параметров и санитарно-гигиенических норм обеспечат стойкость и хранимоспособность продукта. Для определения срока годности кисломолочные биопродукты выдерживали при температуре 4±2С в течение 16 суток.
В процессе хранения вели контроль за изменением титруемой кислотности, органолептических (внешний вид и консистенция, вкус и запах, цвет) и микробиологических (количество молочнокислых бактерий, бифидофлоры и патогенных микроорганизмов) показателей. Результаты представлены в таблице 27 и на рисунке 17. _
Как видно из представленных данных, количество молочнокислых бактерий в кисломолочных биопродуктах находятся в течение 13 суток в пределах, регламентируемых требованиями САНГТиН, на 16 сутки происходит снижение на порядок и дальнейшее хранение не целесообразно.
