Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Анализ состояния вопроса и задачи исследований 9
1.1 Анализ структуры, специфики фактического питания и здоровья Россиян 9
1.2 Функциональные ингредиенты в технологии продуктов пребиотически-сорбционной направленности 12
1.2.1 Пищевой соевый обогатитель - аспекты применения в технологии продуктов функционального питания 19
1.2.2 Физиологические механизмы действия и аспекты использования лактулозы в технологии продуктов функционального питания 24
1.2.3 Пектин как структурообразователь природного происхождения с сорбционными и неселективно-пребиотическими свойствами 33
1.2.4 Альгинаты как структурообразователи сорбционной и лечебно-профилактической направленности 38
1.3 Актуальность и перспективность использования электроактивированных жидких систем в пищевых отраслях промышленности 40
1.4 Анализ развития сегмента продуктов функционального питания 44
1.5 Теоретическое обоснование выбранного направления. Цель и задачи собственных исследований 46
Глава 2. Организация работы и методы исследований 50
2.1. Организация проведения исследований 50
2.2. Методы и методики исследований и обработки экспериментальных данных 53
Глава3. Изучение качественных характеристик пищевого соевого обогатителя 63
3.1 Изучение химического и аминокислотного составов пищевого соевого обогатителя ... 63
3.2 Изучение гигиенических характеристик, биологической ценности и безопасности пищевого соевого обогатителя 68
3.3 Изучение функционально-технологических свойств пищевого соевого обогатителя 69
Глава 4. Изучение возможности комплексного использования пищевого соевого обогатителя и природных полисахаридов в технологии продуктов на основе мясного сырья 76
4.1 Теоретическое обоснование использования полисахаридов природного происхождения в качестве регулятора ФТС поликомпонентных систем 77
4.2 Изучение влияния основных физико-химических факторов на гелиотропные свойства комплекса полисахаридов альгинат/пектин 85
4.3 Изучение качественных характеристик мясных фаршевых систем с модифицированным соевым обогатителем 96
4.4 Изучение влияния щелочной фракции электроактивированного раствора лактозы на качественные показатели мясных систем с пищевым соевым обогатителем 104
4.5. Обоснование комплексного использования пищевого соевого обогатителя, лактулозосодержащих препаратов и комплекса природных полисахаридов в технологии продуктов пребиотически-сорбционной направленности 117
Глава 5. Разработка научно-обоснованной композиции и технологии вареных колбасных изделий пребиотически-сорбционной направленности 121
Глава 6. Оценка критериальных характеристик, биологической ценности, безопасности и пребиотически-сорбционной активности новых видов вареных колбасных изделий 137
6.1. Оценка физико-химических, сенсорных характеристик и биологической ценности нового вида колбасы вареной с комплексной системой пребиотическисорбционной направленности «ОкаЛакт» 137
6.2 Оценка in vivo критериальных характеристик биологической ценности, пребиотически-сорбционной активности и безопасности нового вида колбасы вареной с КСПСН «ОкаЛакт» 141
6.3 Оценка клинической эффективности и безопасности нового вида колбасы вареной с КСПСН «ОкаЛакт» 149
Выводы 151
Список литературы 154
Приложения 175
- Физиологические механизмы действия и аспекты использования лактулозы в технологии продуктов функционального питания
- Изучение химического и аминокислотного составов пищевого соевого обогатителя
- Изучение влияния основных физико-химических факторов на гелиотропные свойства комплекса полисахаридов альгинат/пектин
- Оценка in vivo критериальных характеристик биологической ценности, пребиотически-сорбционной активности и безопасности нового вида колбасы вареной с КСПСН «ОкаЛакт»
Введение к работе
Актуальность работы. Нарушение пищевого статуса современного человека, глубокий дефицит незаменимых и физиологически необходимых нутриентов в повседневном рационе, экологический прессинг, во многом связанный с техногенными катастрофами, урбанизацией и индустриализацией общества, обусловливают снижение иммунитета, нарушение обмена веществ, распространение функциональных расстройств желудочно-кишечного тракта, в том числе и алиментарного характера, ведут к нарушению общего гомеостаза.
Одним из решений этой глобальной проблемы в настоящее время признана политика улучшения здоровья человека путем позитивного питания, адекватность которого является основой становления и поддержания физического здоровья. Особая роль отводится продуктам, обеспечивающим оптимизацию микроэкологического статуса организма человека, поскольку именно нормобиоценоз определяет адекватность адаптации любых живых организмов к постоянно меняющимся факторам среды и является залогом иммунобиологической стабильности и здоровья в целом.
В последние годы в клиническую практику и повседневную жизнь вошли продукты функционального питания, в компонентном составе которых присутствуют такие ингредиенты как пребиотики и пищевые волокна, обладающие, как прямым бифидогенным эффектом, так и неселективно стимулирующие рост нормофлоры. Подобный способ достижения пребиотиче-ски-сорбционного эффекта - создание продуктов комбинированного состава, перспективность которых показана многими учеными (Рогов Н А, Касьянов Г. Н, Липатов Н Н, Толстогузов В. Б., Титов Е. Н, Журавская Н К, Бражников А М, Жаринов АН, Горлов НФ. и др.), представляется наиболее простым, экономичным и клинически более оправданным.
Наиболее мощным, по современным воззрениям, пребиотиком сахаролитической микрофлоры является лактулоза, бифидогенная активность которой и актуальность использования в технологии функциональных продуктов доказана ведущими учеными отрасли (Храмцов АГ., Евдокимов НА, Лододо КС, Щербакова Э.Г., Morita R, Т. Mizota, Bartram HP, Nagendra R и др.) и в настоящее время не вызывает сомнения. Учитывая перспективность использования электроактивированных жидких систем, убедительно доказанную ведущими учеными (Бахир ВМ, Большаков АС, Борисенко ЛА, Борисенко АА, Евдокимов НА, Рябцева СА и др.), несомненный интерес вызывает и возможность технологической реализации лакгулозошдержащих фракций
4 электролитически активированного раствора лактозы. В качестве источников ПВ неселек-
тивно-пребиотического и сорбционного действия можно рассматривать структурные полисахариды растительного происхождения - пектины и альгинаты и вторичный продукт переработки бобов сои - пищевой соевый обогатитель, бифидогенные, редуцирующие и сорбционные свойства отдельных компонентов которого изучены и подтверждены как отечественными, так и зарубежными исследователями (Бархатова Т.В., Садовая Т.Н., Шленская Т.В., Модич Е, Модич П, Lo G. S., Masan Teruchisa, Matsuda Y, Lematsu Y, Oyama S. и др.). При этом низкая себестоимость, высокая физиологическая эффективность действия и остро стоящая проблема пищевой утилизации ПСО в промышленных масштабах, ставят его в ряд перспективных по использованию в технологиях функциональных продуктов с заданными лечебнснпрофилактическими свойствами.
Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы являлась разработка технологии функциональных продуктов на основе мясного сырья с использованием композиционной системы пребиотически-сорбционной направленности. В соответствии с намеченной целью, исследования были направлены на решение следующих задач:
на основании анализа состояния вопроса теоретически обосновать возможность использования пищевого соевого обогатителя (ПСО), комплекса полисахаридов альгинат/пек-тин, препаратов лактулозы и фракций электролитически активированного раствора лактозы (ЭАРЛ) в технологии продуктов на основе мясного сырья с целью регулирования их функционально-технологических характеристик, достижения физиологической адекватности и придания пребиотически-сорбционных свойств;
изучить компонентный и аминокислотный составы, функционально-технологические свойства (ФТС) и показатели безопасности пищевого соевого обогатителя. Провести сравнительную оценку функционально-технологических свойств ПСО и близких к нему по компонентному составу препаратов импортного производства;
теоретически обосновать использование комплекса полисахаридов природного происхождения в качестве модификатора функционально-технологических свойств белоксо-держащего сырья (ПСО; мясной компонент);
изучить влияние некоторых физико-химических факторов на гелеобразующие свойства комплекса полисахаридов альгинат/пектин;
изучить влияние композиции из пищевого соевого обогатителя и комплекса альгинат/пектин на качественные характеристики мясных фаршевых систем и готового продукта;
изучить влияние фракций ЭАРЛ на функционально-технологические и реологические свойства фаршевых систем и готового продукта на мясной основе с ПСО;
определить технологически допустимые и физиологически целесообразные уровни введения ПСО, комплекса альгинат/пектин, лактулозы и фракций ЭАРЛ в мясные системы; разработать композиционную систему пребиотически-сорбционной направленности, проанализировать и теоретически обосновать механизм её физиологического действия;
на основании проведенных исследований, расчетов и анализа амино- и жирнокислот-ной адекватности потенциально ресурсных видов животного и растительного сырья, с помощью компьютерного моделирования осуществить выбор варианта рецептуры продуктов на основе мясного сырья с заданными качественными характеристиками;
разработать рецептуру и технологию производства нового вида вареных колбасных изделий с использованием композиционной системы пребиотически-сорбционной направленности (КСПСН), изучить её состав, оценить пищевую, биологическую ценность, бифидогенную активность и показатели безопасности;
провести опьггно-производственную апробацию предлагаемой рецептуры и технологии вареной колбасы, разработать и утвердить техническую документацию на новый вид продукции; провести оценку экономической эффективности и социальной значимости.
Научная новизна. Научно обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность комплексного использования ПСО, полисахаридов альгинат/пектин, лактулозы и фракций электроактивированного раствора лактозы (ЭАРЛ) в технологии мясных продуктов эмульсионного типа с целью регулирования ФТС, достижения физиологической адекватности и придания им пребиотически-сорбционных свойств. Проведена сравнительная оценка ФТС ПСО и препаратов «Витацель». С помощью программы HyperChem Release 7.01 выполнены компьютерное моделирование фрагментов молекул пекгинаи альгинатанатрия, проведен анализ распределения электронной плотности и суммарной энергии на поверхности макромолекул, показана целесообразность их комплексного использования. Изучено влияние основных физико-химических факторов на гелиотропньге свойства комплекса альгинат/пектин и фракций ЭАРЛ - на функционально-технологические и реологические свойства фаршевых систем и готового продукта на мясной основе с ПСО. Установлены оптимальные параметры модификации ПСО и соотношения ингредиентов поликомпонентных мясных систем, обеспечивающие максимально эффективный результат. Теоретически обоснован механизм пребиотического, радиопротекторно-
6 го и детоксикапионного действия КСПСН «ОкаЛакт». Установлена бифидогенная активность сиропа пищевой лактулозы (ТУ9229-045-07532800-03) и лактулозосодержащей фракции ЭАРЛ при их реализации в технологии вареных колбасных изделий. Проведена in vivo на высших животных; (мыши) оценка критериальных характеристик, биологической ценности, безопасности и бифидогенной активности нового вида вареной колбасы с КСПСН «ОкаЛакт» и ЩДФ ЭАРЛ Проведена оценка её клинической эффективности и безопасности.
Практическая значимость. Установлены оптимальные соотношения ингредиентов К(ШСН<<ОкаЛак1>>;гжзработана и утверждена техническая документация (ГУ 9213-097-10514645-04), рекомендован способ подготовки и использования данной композиционной системы в технологии вареных колбасных изделий. Разработана технология производства и рецептуры новых видов колбасных изделий эмульсионного типа пребиотически-сорбционной направленности, адекватных по амино- и жирнокислотному составам. Разработана и утверждена техническая документация на новые виды вареных колбасных изделий (колбасы вареные «Ярослаюкая-пребиотическая», в/с, «Преображенская», 1 с; сосиски «Загорские», «Пребиотические», сардельки «Троицкие», «Монастырские», 1с) под единой торговой маркой «Университетские» (ГУ 9213-097-10514645-04). Разработанная технология прошла промышленную апробацию на базе предприятий ООО «АНСЕИ ВМК», г. Волгоград Продукты, вьфаботанньге согласно разработанным ТУ, по всем показателям соответствовали требованиям, предъявляемым к данным видам продукции, на основании чего были рекомендованы к внедрению на предприятиях мясоперерабатывающей отрасли.
Апробация работы. Основные положения, изложенные в работе, докладывались и обсуждались наМеждународном Форуме по проблемам науки, техники и образования "Ш тысячелетие - новый мир" (Москва, 2003); VII Всероссийском конгрессе "Здоровое питание населения России" (Москва, 2003); ЛТП Всероссийском конгрессе «Оптимальное питание - здоровье нации» (Москва, 2005); Международном семинаре «Пищевая индустрия: интеграция науки и образования» (Ставрополь, 2004); Международной конференции "Пробиотики, пребиотики, син-биотики и функциональные продукты питания. Современное состояние и перспективы" (Москва, 2004); 7-ой Международной научной конференции памяти В. М Горбатова (Москва, 2004); Международных научно-практических конференциях (Омск, 2003; Стаг^поль-Пятигорск, 2003; Ставрополь, 2003; Ростов-на-Дону, 2003; Астрахань, 2004; Краснообск-Новосибирск, 2003, 2004); Всероссийских научно-практических конференциях (Уфа, 2003; Сочи, 2003; Ставрополь, 2003; Углич 2003; 2004; 2005,2006); межрегиональной научной конференции "Студенческая наука экою-
7 мике России" (Ставрополь, 2003); региональных научно-практических конференциях (Ставрополь, 2002; 2003); научно-технической конференции посвященной 100-летию Попова В.И. «Прогрессивные технологии и оборудование для пищевой промышленности» (Воронеж, 2004); научно-технических конференциях по результатам работы профессорско-преподавательского состава, аспирантов и студентов СевКавГТУ (Ставрополь, 2003; 2005).
Публикации. По результатам научных диссертационных исследований опубликовано 48 работ (21 из которых - представлена в автореферате), в том числе 10 статей - в реферируемых изданиях.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, шести глав, выводов, списка литературы из 265 источников и 11 приложений. Работа изложена на 174 страницах основного текста, включает 35 таблиц и 38 рисунков.
Физиологические механизмы действия и аспекты использования лактулозы в технологии продуктов функционального питания
Лактулоза - изомер лактозы, получаемый из молочного сахара путем изменения структуры молекулы без изменения ее состава - относится к классу олигосахаридов и подклассу дисахаридов, имеет химическую брутго-формулу С12Н22О11 и молекулярную массу 342,3. Структура молекулы лактулозы может быть представлена в виде формул Хеуорса или Фишера (рис. 1.4).
Молекула лактулозы состоит из остатков моносахаридов - фруктозы и галактозы, связанных гликозидными связями. Международное химическое непатеїпуемое название лактулозы по современной номенклатуре углеюдов класса олигосахаридов - 4-0-рЧ галактопиранозил-Г фруктоза[148,93].
Физико-химические свойства и активность лактулозы существенно зависят от конформации молекулы, обусловлены ее строением как восстанавливающего (редуцирующего) углевода и определяются, прежде всего, концентрацией в растворе ациклической формы. Теоретически существует пять возможных изомерных форм (рис. 1.5): а- и (3-пиранозная, а- и fi-фуранозная и ациклическая [148,93].
Лактулоза слаще лактозы, что явно ощущается органолептически. Опюсительная сладость лактулозы в баллах составляет 0,55 ед., сахароза 1,0 ед., лактоза 03 ед. В связи с этим лактулозу можно использовать как заменитель сахара в различных отраслях пищевой промышленности в качестве подслащивающего вещества с бифидогенными свойствами [208]. Механизм сладости лактулозы можно объяснить наличием гидроксогруппы фруктозного остатка (рис. 1.86.).Лактулоза была открыта в 1920 г Петуэли и впервые получена Монтгомери и Хадсоном в 1929 году [205]. В настоящее время лактулоза вырабатывается в виде концентратов - жидких сиропов с содержанием сухих веществ 20-80 % и в сухом виде - кристаллическая и аморфная форма, как правило, с наполнителями (95-98 % сухого вещества) [221]. Мировые объемы производства лактулозы составляют около 25000 т, а в пересчете на 50%-й сироп оцениваются на уровне 50000 т в год [222]. Крупнейшим производителем лактулозы является фирма «Solway», основанная в Нидерландах и объединяющая предприятия 44 стран мира Ее годовой объем производства составляет около 10 000 т [ 148]. Европейскими произюдителями лактулозы также являются фирмы: «Milei Gmbh» (Германия), «Inalko SPA» (Италия) и «Laevousun» (Австрия). Вторым по величине производителем лактулозы является ведущая на мировом рынке фирма «Morinaga Milk Industry Co. Ltd» (Япония). Кроме того, лактулозу производят в Северной Америке - в Канаде (фирмы «Canlac Corpo-ration», «Auk Foods», «ASIC ZUC»), и в Центральной Америке (мексиканская фирма «Signa SA»), а также в небольших объемах - в Египте и Индии [93,148].
На территории России в 1998 году компании ЗАО «Лактусан» и «Фелицата-Холдинп (г. Ярославль) освоили промышленное производство сиропов лактулозы под фирменными названиями «Лактусан» и «Ажософт» [148,93,208], разработке технологии получения которых Ставропольская научная школа (научный руководитель - д.т.н, профессор, лауреат премии Правительства РФ в области науки и техники, Заслуженный работник пищевой индустрии РФ, академик Российской академии сельскохозяйственных наук А. Г. Храмцов) посвятила более 30 лет [93, 160]. В настоящее время ЗПО «Лактусан», продолжая сотрудничестю с СевКавГТУ, совместно с 000 «Фелицата Холдинг», 000 «Инат-Фарма» и 000 «Экологическое объединение Фермент» производят, кроме указанных, сиропы лактулозы «Лазет», «Лактулак», «Лактулоза пищевая» и сухой продукт «Лаэль», обогащенный лизоцимом [148, 206,205]. Анализ характеристик сиропов лактулозы мировых фирм-производителей [14] свидетельствует о сопоставимости параметров этих препаратов (табл. 1.1).
Лактулоза по своим химическим и технологическим свойствам достаточно изучена и считается аналогичной лактозе, хотя гидролизуется несколько легче. [208]. Пищевая ценность концеїпратов лактулозы определяется энергетической ценностью углеводов (лактулозы, лактозы и галактозы) и составляет 2000 ккал/кг в пересчете на 50%-й сироп.
В СевКавГТУ (г. Ставрополь) с 1980 г под руководством академика Храмцова А.Г. проводятся целенаправленные исследования по совершенствованию технологии лактулозы и бифидогенных концентратов. Разработан ряд технологических схем получения концентратов лактулозы, научные исследования реализованы в нормативно-технической докумеїггации на лактулозу пищевой категории качества и концентрат лактулозы для детского питания (совместно с НИИ ДП), получены патенты на изобретения [148]. Разработаны оригинальные безреа-гентные технологии лактулозы на основе ЭЛА-воды и биотехнологии лактулозы с конверсией лактозы. За «разработку научных основ технологии, организации производства и использования отечественного пребиотика лактулозы для продуктов функционального питания» коллектив отечественных биотехнологов (Храмцов А.Г., Евдокимов И.А., Рябцева С.А., Серов А.В., Синельников Б.М., Филатов Ю.И., Харитонов, В.Д., Андреенко Л.Г., Антипова Л.В, Кроха Н.Г., Бурачевский ИИ., Поляков В.А., Ким В.В., Киселев Н.А.) отмечен Премией Правительства РФ в области науки и техники за 2001 год.
В настоящее время биотехнологами СевКавГТУ предложен принципиально новый способ получения сиропа лактулозы (Патент РФ 2169776. Авторы: Синельников Б.М., Храмцов А.Г., Рябцева С.А., Евдокимов И.А., Мячин А.Ф., Лодыгин А.Д. и др.) [161]. Преимущество предложенного способа заключается в безреагентном и экономически выгодном получении сиропов, содержащих производные лактозы - лактулозу, глюкозу и галактозу и возможности совместного использования растворов, получаемых в катодной (изомеризованная или щелочная фракция) и анодной (кислотная фракция) камерах электроактиватора [161]. На основании запатентованного способа НИИ «Биопит» СевКавГТУ совместно с ФГУП НИИКИМ разработана и реализована на практике техническая документация (ТУ 9229-045-07532800-03) на лактулозу пищевую. Продукция сертифицирована.
Сироп пищевой лактулозы, после совмещения гидролизата и изомеризованной фракций и цикла последующих технологических операций представляет собой концентрат лактулозы -однородную слегка вязкую жидкость, сладкую на вкус, чистую, без посторонних привкусов и запахов, желтого цвета, имеющую (согласно ТУ) следующие химические показатели : массовая доля влаги - не более 50,0%; лактулозы - не менее 35,0%; лактозы - не более 14,2%; золы - не более 0,8 %; кислотность титруемая не более 30 Т. Энергетическая ценность 376 ккал /100 г продукта. Компонентный состав фракций электроакгивированного раствора лактозы (ЭАРЛ) по сухому веществу (СВ) отражен в табл. 1.2.
Представления о биологической роли лактулозы и лактозы, как и всех углеводов, претерпели в последние годы значительную трансформацию. С современной точки зрения углеводы осуществляют в организме существенно более широкие физиологические функции, чем считалось ранее (роль энергетического субстрата). В соответствии с современными представлениями, углеводы выполняют важную пластическую функцию, участвуя в построении различных классов гликопротеидов, к которым относится большинство белков плазмы крови, ряд гормонов и ферментов. Поступление «готового» компонента клеточных рецепторов - галактозы -имеет важное значение в формировании этих структур с учетом ограниченных возможностей биосинтеза галактозы организмом, особенно в младенческом возрасте [207,222].
Важный физиологический эффект углеводов, и в частности, ПВ и лактулозы связан с их участием в регуляции моторики кишечника и поддержании жизнедеятельности колоноцитов [238]. О бифидогенных свойствах лактулозы впервые стало известно в конце 40-х годов XX столетия, когда австрийские врачи-педиатры Ф. Петуэли и Ж. Кристан установили ее корригирующее действие на нарушенный микробиоценоз кишечника новорожденных детей, находящихся на искусственном вскармливании [141, 75]. Бифидогенная активность лактулозы и ее влияние на биохимические процессы в организме доказана и подтверждена многочисленными клиническими исследованиями, проводящимися с 1951 г. как зарубежными (Braun, Morita R., Hoffinan К., Temada A,, Bartram H.P., Nagendra R), так и отечественными (Родоман В.Е., Максимов В.И., Мурашов А.О., Лисицин О.Б., Абрамов НА, Лододо К.С., Щербакова Э.Г. и др.) исследователями [161,148,250,103,110,141]. Установлена доза лактулозы (1-5 г/сутки), рекомендованная для профилактики ряда желудочно-кишечных заболеваний [141,205,206].
Изучение химического и аминокислотного составов пищевого соевого обогатителя
Анализ информационного банка данных показал, что одним из наиболее перспективных, дешевых и ресурсных источников физиологически ценных пищевых волокон, полноценного растительного белка и минеральных веществ является вторичный продукт переработки бобов сои - пищеюй соевый обогатитель (ТУ 9146-027-10126558-02). Химический состав этого продукта непостоянен и в значительной степени зависит от способов подготовки бобов, режимов термической обработки и фильтрации соевого экстракта.
Справочные данные о химическом составе, пищеюй и биологической ценности пищевого соеюго обогатителя (ПСО) разнятся, и в различных литературных источниках варьируют в широком диапазоне. Для достоверности и объективности результатов дальнейших исследований, в соответствии со схемой постановки эксперимента (рис.2.1), на началыюм этапе были проведены исследования по изучению химического, аминокислотного составов, биологической и пищеюй ценности ПСО (Приложение 1). Определены показатели, являющиеся, согласно СанПиН 2.3.2.1078-01, критериями безопасности пищевых продуктов. Результаты, полученные при изучении химического состава образцов ПСО, представлены в табл. 3.1.
Данные табл. 3.1, характеризующие химический состав ПСО, свидетельствуют о довольно высоком содержании в исследуемом продукте белка (6,1±0,3 г на 100 г сырого продукта или 27, Ш ,2 - в пересчете наСВ) и значительном количестве пищевых волокон (7,9±Ю,4гна 100г сырого продукта или 35,1±1,7 - на СВ), что имеет большое значение с точки зрения биологической ценности и принципов физиологии здорового питания. Причем, уровень растворимых волокон в пищевом соевом обогатителе, согласно результатам исследований, составляет 5,4±03 г на 100 г сырого продукта или 24,0±1,2 г - в пересчете на СВ, а нерастворимых -2,5±0,1 г на 100 г сырого продукта или 11,1±0,5 г - в пересчете на СВ. Компонентный состав пищевых волокон состоит из гемицеллюлозы (5,4±0,3 г на 100 г сырого продукта или 24,0±1,2 г - в пересчете на СВ), целлюлозы (0,6±Ю,0 г на 100 г сырого продукта или 2,7±0,1 г-на СВ), лигнина (1,9 ±0,1 г на 100 г сырого продукта или 8,4±0,4 в пересчете на СВ).
Подтвержден и широкий спектр, содержащихся в пищевом соевом обогатителе макро-, микроэлементов и витаминов. Среди них особенно следует отметить высокое содержание таких макрозлемеїггов, как кальций - 260±12 мг на 100 г сырого продукта, маший -163±8,8 мг и фосфор - 396±25 мг, играющих важную роль в формировании костной ткани, в образовании буферных систем и поддержании нервно-мышечной возбудимости; участвующих в процессе свертываемости крови, углеводном и фосфорном обмене; влияющих на степень растворимости и набухания белков. По количеству этих элементов соевый обогатитель в 2-3 раза, а по содержанию калия (1048±48 мг/100 г сырого продукта) в 10 раз, превосходит белковые молочные продукты. Высокое содержание калия в исследуемом сырье, при использовании его в технологии пищевых продуктов, может значительно изменить К-индекс (соотношение Na:K) в пользу калия, что положительно скажется на состоянии кардиоваскулярной системы, обменных процессах в организме и, в частности, в миокарде [109].
Исследования подтвердили наличие в пищевом соевом обогатителе двухвалентного биоусвояемого [65] железа - микроэлемента, участвующего в образовании гемоглобина и некоторых ферментов и обеспечивающего перенос кислорода от легких к тканям и органам. По содержанию железа (7,2±03 мг/100 г), объект исследования в 24 раза превосходит нежирный тюрог (300 мкг/100 г продукта) [28, 65]. Отмечено, что микроэлементный состав пищевого соевого обогатителя по содержанию меди (в 1,6 раза), цинка (в 8,9 раза) и марганца (в 29 раз) превосходит аналогичный в нежирном твороге (60,0; 394,0; 7,8 мкг/ЮОг соответственно) [28, 65]. Сравнительный анализ содержания меди и цинка с их предельно-допустимыми концентрациям, отраженными в СанПиН 2.3.2.1078-01, показал, что превышения ПДК данных микроэлементов (медь-5мг/1кг, цинк-70 мг/кг), несмотря на их значительное содержание в исследованном сырье, не отмечено.
Проведение сравнительного анализа витаминного состава ПСО с некоторыми продуктами питания выявило, что по количественному содержанию тиамина (В) пищеюй соевый обогатитель превосходит сухое коровье молоко и нежирный тюрог в 2 и 12 раз соответствешю; по содержанию ішацина (РР) - в 23 раза нежирный тюрог. Рибофлавина (Вг) в 6 раз больше чем в пшенице, ячмене, овсе; в зраза-чемвкукурузеив 1,6 раза —чем в нежирном твороге [28,65].
Целесообразность использования пищевого соевого обогатителя, как пищевого сырья, оценивалась не только по количеству, но и по качеству белкоюго компонента. О его биологической ценности судили по аминокислотному составу (табл. 3.2).
В соответствии с принципом Митчелла-Блока, каждая НАК из всей совокупности НАК, поступающих в организм, может использоваться на анаболические нужды только пропорционально НАК, имеющей минимальный скор. Основываясь на этом принципе, согласно методике, разработаїшой акад. Н. Н. Липатовым (в соавторстве) [94,95], была проведена оценка рациональности аминокислотного состава белка пищевого соевого обогатителя. С целью оценки БЦ и взаимосбалансированности НАК в сравнении с эталоном, регламентирующим оптимальные физиологические потребности в незаменимых аминокислотах, произведены расчеты аминокислотного скора и определен минимальный (С,) для исследуемого белка; рассчитаны коэффициенты утилитарности каждой из незаменимых АМК и аминокислотного состава (U); показатели избыточности содержания НАК (а„) и сопоставимой избыточности (Хс). Проведена оценка сбалансированности незаменимых и заменимых аминокислот; рассчитаны коэффициенты использования НАК (RJ и взаимосбалансированной их части (R«); определены массовые доли аминокислот, расходуемых для эндогенного биосинтеза заменимых АМК (Х1 НАК) и как энергогенныи материал (ЕЭГНАК).
Анализ расчетных данных показал, что 0,56 НАК белка ПСО используется непосредственно на анаболические цели, т.е. на биосинтез белковых макромолекул или полипептидов; показатель сопоставимой избыточности, характеризующий суммарную массу не утилизируемых незаменимых АК в таком количестве белка продукта, которое эквивалентно по их потенциально утилизируемому содержанию 100 г белка эталона, равен 28,4 г/100 г белка; причем, рациональность использования взаимосбалансированной части НАК равна 1 (RB=1); 0,19 НАК расходуется как энергогенный материал для компенсации энергозатрат организма; на биосинтез заменимых аминокислот НАК не расходуются (І НАКЮ). Козффициеігг различия АК скора (КРАС) составляет 49%. Биологическая ценность белка ПСО - 51% (за счет низкого содержания метионина+цистина), что целесообразно учитывать при разработке рецептур композиционных систем пищевых продуктов с ПСО.
Белковые вещества ПСО, представляющие собой амфотерные полголектролиты, подобно аминокислотам обладают кислотными и основными свойствами [24, 31]. Эти свойства белка обусловлены природой R-радикалов аминокислот, входящих в их состав. Поскольку большая часть ионогенных и полярных R-групп находятся на поверхности белковой глобулы, то именно они определяют кислотно-основные сюйства и заряд белковой молекулы. Диссоциация карбоксильных групп дикарбоновых (аспарагиновой и глутаминовой) аминокислот, является основным источником отрицательных электрических зарядов; лизин, аргинин, гис-тидин, способные к протонированию, - положительных зарядов на поверхности белковой молекулы ПСО. В амфотерную природу белковой молекулы вносят вклад, хотя и весьма несущественный, ее N- и С-концевые аминокислоты и слабая диссоциация реакционноспособ-ной SH-rpyrm цистеина и ОН-групп тирозина, треонина и серина Суммарное количество аминокислот (табл.3.2), придающих белку ПСО «кислотные» свойства составило 336,2 мг/г белка; «основные» свойства-232,2 мг/г белка
Изучение влияния основных физико-химических факторов на гелиотропные свойства комплекса полисахаридов альгинат/пектин
Многие продукты питания, являясь многокомпонентными системами, представляют собой многофазные гели, пространственный каркас которых может включать одну или несколько взаимопроникающих сеток из различных гелеобразователей, которые наполнены жидкими и твердыми дисперсными частицами (жир, отдельные аминокислоты, сахара, витамины, микро- и макроэлементы). Пищевые гели обычно содержат 50-90 % воды, а в качестве гелеобразователей выступают белки, полисахариды, их смеси или комплексы [183,60].
Гелеобразующие свойства, специфический комплекс физико-химических и механических свойств альгината и пектина, сочетающиеся с их способностью к комплексообразованию [544], делают данные полисахариды особенно привлекательными как с технологической, так и с физиологической точек зрения. Однако в доступной научной литературе крайне ограничена информативность сведений о целесообразно допустимом количественном соотношении комплексного использования данных полисахаридов в мясных фаршевых системах и их гелеотропных свойствах, проявляемых при технологических режимах производства мясных продуктов эмульсионного вида.
На данном этапе диссертационной работы согласно поставленным задачам (разд. 1.5), проведены экспериментальные исследования по определению оптимальных количественных соотношений композиционных ингредиентов комплекса альгинат/пектин, гелиотропных свойств и возможности повышения функционального потенциала исследуемых полисахаридов в параметрах технологических режимов обработки продуктов на основе мясного сырья.
Как известно, возможны два пути образования гелей: застудневание вязкотекучих растворов и набухание твердых полимеров в жидких средах. Основным условием образования гелей является ограниченная растворимость полимера [132]. Отсюда следует, что все факторы, определяющие его растворимость, влияют и на процесс гелеобразования. Учитывая это, на предварительном этапе было изучено влияние технологических параметров (температура, рН среды, а для пектина - и наличие сахарозы) на растворимость исследуемых полисахаридов и установлены критические концентрации их гелеобразования.
В результате проведенных автором исследований установлено, что пектин и альгинат относительно хорошо растворимы в воде лишь в малых концеїпрациях. Так время полного растворения полисахаридов при 2% концентрации (концентрация выбрана на основании предварительно проведенных экспериментов и рекомендуемых норм введения в мясные фаршевые системы) составила: для альгината натрия - 0,9 ч; для пектина -1,5 ч, что согласуется с данными литературных источников и, как мы предполагаем, в значительной степени объясняется различием в структуре и молекулярной массе макромолекул данных полимеров [132]. Изучение влияния температурных параметров на растворимость полисахаридов, проводилось в диапазоне от 20 до 90 С. Результаты исследований представлены на рис. 4.7.
Растворимость пектина при повышении температуры выше 50С, напротив, замедляется (1,6 -2,1 ч), и лишь при 90 С отмечено сокращение времени его полного растворения (1,2 ч) относительно времени растворения, соответствующего 20 - 40 С (1,5 ч). Отмеченное замедление процесса полного растворения пектина в диапазоне от 70 до 80 С, соответствующем технологическим параметрам гид-ротепловой обработки колбасных изделий эмульсионного типа, будет, по всей вероятности, позитивно отражаться на кинетике процесса гелеобразования данного полисахарида [132,185,50] и, тем самым, на комплексе качественных характеристик вырабатываемой гтродукции с его использованием.
Изучение влияния активной кислотности среды на растворимость проводили при комнатной температуре растворителя, активную кислотность (рН) регулировали введением фракций электроактивированного раствора лактозы, имевших первоначальный показатель рН = 1,72 (кислотная фракция) и 10,20 (щелочная фракция). Граничные параметры рН растворителя устанавливали в диапазоне от 4,0 до 8,0 ед, исходя из свойств исследуемых препаратов. Результаты исследований растворимости препаратов и их комплекса представлены на рис. 4.8.
Такая же, но менее выраженная, закономфность растворимости отмечена и в комплексе полисахаридов (рис.4.9), что, по-видимому, обусловлено отмеченными выше свойствами пектина
При анализе скорости растворения альгината натрия, в параметрах проводимого эксперимента, отмечена хорошая растворимость данного препарата, лишь незначительно зависящая от рН растворителя. Так, самые низкие показатели продолжительности растворения (ОД- 0,5 ч) отмечены в диапазоне рН 5,0-4,0; самые высокие (2,5-33 ч) - в диапазоне рН 7,5-8,0 ед.
Полагаем, что это объясняется, как и в случае с пектином, частичным кислотным гидролизом, продукты которого имеют более высокие показатели растворимости, но менее выраженной относительной устойчивостью альгината к воздействию щелочей.
Учитывая имеющиеся сведения о влиянии сахара на растюримость пектинов (разд. 1.2.3), параллельно проведена серия опытов с добавлением в пектинсодержащие растворы ОД % сахара, что обосновано аналогичными нормами ведения его в эмульсионные мясные системы. При проведении аппаратурного контроля практически значимых различий в процессе растворения пектина, при означенном процентном введении сахара, не отмечено.
Таким образом, проведенные исследования показали, что изучаемые полисахариды в малых концентрациях имеют хорошую растворимость. Повышение температуры оказывает неоднозначное влияние на процесс их растворения: ускорение процесса растворения альгината и незначительное пролонгирование процесса растворения пектина с промежуточной стадией набухания полимера. Повышение рН среды, до нейтральной, или слабощелочной, переводит процесс растворения пектина в длительное набухание с переходом в самопроизвольное растворение, что, как мы предполагаем, должно позитивно сказаться на структурных характеристиках гелей. Альгинаты не столь чувствительны к изменению активной кислотности среды (в диапазоне эксперимента). Процесс полного их растворения лишь незначительно замедляется с ростом рН растворителя в щелочную сторону.
Как известно, переход коллоидного раствора из свободнодисперсного состояния (золя) в связаннодисперсное (гель), согласно общепризнанной терминологии, характеризуемой как гелеобразование [57, 185], при концентрации ниже критической, не происходит, т.е. гель не образуется [57]. В то же время, в доступной научной литературе и в ресурсах глобальной сети Интернет отсутствуют данные, характеризующие параметры ККГ изучаемых препаратов, имеющиеся же сведения крайне противоречивы.
Исходя из этого, представляло практический интерес установить критические концентрации преобразования (гель-точки) исследуемых полисахаридов в условиях среды, близкой по активной кислотности (рН = 6,5) к технологическим параметрам производства эмульсионных продуктов на основе мясного сырья (рис.4.9).
Из полученных результатов видно, что в среднем уровень критической концентрации гелеобразования, характеризующий минимальную концентрацию гелеобразователя, при которой образуется пространственная сетка во всем объеме системы, в условиях эксперимента находился в диапазоне от 15 до 20% по массовой доле содержания препаратов в водной дисперсии. В целом, довольно высокие показатели ККГ обоих полимеров, можно объяснить отсутствием специфических факторов их гелеобразования (пектин с высокой степенью этерификации - кислая среда и наличие достаточного количества сахарозы; альгинат - наличие ионов поливалентных металлов), что потребовало повышения концентрации раствора для образования структуры геля [185]. Свою роль также сыграли, возможно недостаточно высокая молекулярная масса исследуемого пектина (250. 300 КДа) [50,159] и специфика метода исследования.
Принимая во внимание имеющиеся в научной литературе сведения о способности данных полимеров к комплексообразованию и синергизме взаимодействия [236] с созданием сетчатых структур гелей и совместного их использования в технологии продуктов питания [89,154,178,50], представляло интерес изучить их гелеобразующие способности и параметры гелеобразования при их комплексном использовании.
Одним из важных показателей, влияющих на функциональные свойства гелеобра-зователей, является концентрационная зависимость физико-химических характеристик образуемых ими гелей и её изменение при варьировании рН, ионного состава, температурных параметров обработки. Данный показатель характеризует эффективность влияния на формирование сил взаимодействия, количество и природу сшивок, определяющих структуру геля и его прочность, возможность регулирования реологических характеристик гелей, состава и биологической ценности пищевого продукта [183,60].
Оценка in vivo критериальных характеристик биологической ценности, пребиотически-сорбционной активности и безопасности нового вида колбасы вареной с КСПСН «ОкаЛакт»
Химическая оценка биологической ценности белков необходима, но пассивна, поскольку отражает лишь потенциальную возможность белка в удовлетворении потребностей человека. Конечный же результат зависит от особенностей структуры белка и атакуемости его со стороны пищеварительных протеиназ (пепсина, трипсина, химотрипсина и др.). Одними из наиболее достоверных методов определения биологической ценности (усвояемости) белковой пищи являются биологические методы.
В опытах in vitro в системе пепсин-трипсин, либо с использованием тест-организма Tetrachymena Periformis в известной степени моделируется процесс переваривания белков в желудочно-кишечном тракте. Однако получить достоверное представление о биологической ценности белкового компонента и белоксодержащих продуктов можно лишь на основе опытов, проводимых на животных и наблюдений за человеком, определяя степень фактической утилизации пищевых веществ в организме по характеру абсорбции белка и изменению росто-весовых показателей.
Исходя из вышеизложенного, следующим этапом диссертационной работы стало изучение in vivo на высших животных, критериальных характеристик биологической ценности, безопасности и пребиотической активности новых видов вареных колбасных изделий, выработанных под единой торговой маркой «Университетские» по разработанным и утвержденным ТУ 9213-097-10514645-04.
Исследования проводились на базах Ставропольского государственного аграрного университета (согласно заключенному договору № 37/3005-к от 24.062005 г. о творческом сотрудничестве между ФГОУ ВПО СевКавГТУ и ФГОУ ВПО СГАУ - Приложи іие 4), Ставропольской краевой клинической инфекционной больницы и Волгоградского научно-исследовательского технологического института мясомолочного скотоюдства и переработки продукции животноводства (ГУ ВНИТИ ММС и ППЖ РАСХН). Акты проведения исследований - Приложение 9.
Цели исследований:
Изучить влияние, оказываемое на организм животных, введения в их рацион образцов колбхных изделий, выработанных по разработанным и утвержденным ТУ. В частности: на росто-весовые показатели (коэффициент эффективности белка - КЭБ); динамику изменения бифидофлоры; морфологическое состояние слизистой оболочки тонкого кишечника и печени; гематологические и биохимические показатели.
В работе были использованы:
1) три образца колбасных изделий с КСПСН «ОкаЛакт», выработанные по разработанным и утвержденным ТУ и контрольный образец, выработанный без использования КСПСН «ОкаЛакт» и препаратов лактулозы:
- образец №1 - колбаса вареная с содержанием 12 % комплекса «ОкаЛакт», без введения пищевой лактулозы;
- образец №2 - колбаса вареная с содержанием 12 % комплекса «ОкаЛакт», с введением 0,7 % сиропа пищевой лактулозы к массе основного сырья;
- образец №3 - колбаса вареная с содержанием 12 % комплекса «ОкаЛакт», с введением ЩЛФ ЭАРЛ, в стадии досгущения (содержание лактулозы - 5-6 %), в количестве 50% от общего объема сверхрецептурной воды;
2) мыши белые беспородные средней исходной массой тела 21 -24 г (25-28 г);
3) биологический материал (экскременты, печень, кишечник, кровь) от животных.
Медико-биологаческие исследования in vivo проведены по стандартной методике на 40 белых беспородных мышах исходной массой тела в коїпрольной группе - 23,5 г, в опытных группах - 21,6 г. (Животные предварительно содержались в стационарі гых условиях вивария -двухнедельный карантин, получая стандартный корм и воду без ограничения). Определены изменения росто-весовых показателей, характеризующие коэффициент эффекгавности белка (КЭБ). Изучено влияние введения в рацион опытных животных образцов вареных колбасных изделий на слизистую оболочку кишечника, гематологическую картину и состояние печени опытных животных. Наблюдения за животными проводили в течение 42 календарных дней.
Исследуемые колбасные изделия вводили интрагастрально, в составе традиционного виварного кормового рациона. В опытных группах животных (I, II, III группы - по 10 мышей) обычный пищевой рацион был частично заменен опытными колбасными изделиями: 1-ой группе животных скармливали образец №1; 11-ой группе - образец №2; Ш-ей группе - образец №3.1 V-я, контрольная группа животных, получала обычный, виварный рацион питания с частичной заменой его вареной колбасой без введения комплекса «ОкаЛакт» и препаратов лактулозы. Пищевой рацион подбирался таким образом, чтобы исключить расход протеина на побочные нужды, поэтому уровень белка в диетах не превышал 9%. В количестве 0,1 % от сухой массы рациона вюдилась витаминная добавка Калорийность рационов была во всех случаях одинакова и составляла 250-300 ккал на 100 г сухой массы рациона.
С целью установления влияния пищевого рациона на динамику изменения количественного содержание бифидофлоры в экскрементах лабораторных животных, биоматериал для контрольных исследований брали у животных через каждые 10 дней откорма.
Наблюдения за двигательной активностью, состоянием кожного и шерстного покровов, окраской видимых слизистых, поведенческой реакцией животных, экспериментальных и контрольной групп, проводившиеся на протяжении всего периода эксперимента, не выявили заметных отклонений в поведенческих реакциях животных. В тоже время, было отмечено, что животные 2-ой и 3-ей экспериментальных групп улучшили свой шёрстный покров (блестящий, намного более густой), были более подвижными, значительно прибавили в весе.
Материал для оценки физиологического состояния животных и морфологических исследований брали через 24 ч после последнего кормления, сразу после декапитации. Результаты проведенных исследований представлены ниже.
Контроль массы животных, проводимый каждые 10 дней, выявил следующую динамику изменения росто-весовых показателей: за первые 10 дней средний привес каждой мыши составил в 1-ой фуппе - 23 г или 10,5%; во Пой фуппе - 2,7 г, или 123 %; в Ш-ей фуппе - 2,6 г или 11,9%; в IV-ой - 1,7 г, или 7,1 %; за 20 дней привес каждой мыши составил в среднем в 1-ой фуппе-5,4гили24,7%; во11-ойфуппе-6,5г,или 30%; вШ-ейфуппе-6,1 гили28,1%; в IV-ой - 3,7 г, или 15,6 %; за 30 дней привес каждой мыши составил в среднем в 1-ой фуппе - 8,6 г или 39,8 %; во П-ой фуппе -103 г, или 47,7 %; в Ш-ей фуппе - 9,1 г или 42,1 %; в IV-ой - 5,6 г, или 23,8 %; за 40 дней привес каждой мыши составил в среднем в 1-ой фуппе - 11,7 г или 54,2 %; во П-ой фуппе -15,2 г, или 703 %; в Ш-ей фуппе - 3,8 г или 63,9%; в IV-ой - 8,2 г, или 343 %
Среднесуточный привес массы тела каждой мыши за весь период проведения данного эксперимента по фуппам составил: в 1-ой фуппе - 0,29 г или 1,4 %; во П-ой фуппе - 0,38 г, или 1,8 %; в Ш-ей фуппе - 0,35 г или 1,6%; в IV-ой - 0,2 г, или 0,9 %.
Биоматериал, необходимый для контрольных исследований (разд. 2.2), отбирали в специальные стерильные, предварительно взвешенные пробирки.
На начальном этапе - у интактных животных содержание бифидобактерий отмечено в разведении 10 В биоматериале животных, рацион которых содержал колбасные изделия с пищевым соевым обогатителем, комплексом альгинат/пектин, сиропом пищевой лактулозы и изомеризованной фракцией электороактивированного раствора лактозы, четко прослеживался бифидогенный эффект разной степени выраженности:
- оптимальное повышение содержания бифидобактерий было выявлено в биоматериале животных II группы (в рационе - образец №2 - колбаса с ПСО, сиропом пищевой лактулозы, и комплексом альгинат/пектин). При этом отмечена следующая динамика роста бифидобактерий: в начале эксперимента - в разведении 105; через 10 дней откорма - в разведении 10 ; через 20 дней откорма - в разведении 10 ; через 30 дней откорма - в разведении 10 ; через 40 дней откорма- в разведении 10ю;
- при введении в рацион животных образца №3 (колбаса с ПСО, изомеризованной фракцией электроакгивоированного раствора лактозы и комплексом альгинат/пектин) (Ш-я группа животных), наблюдался бифидогенный эффект, практически равнозначный наблюдаемому при введении в рацион колбасы с сиропом пищевой лактулозы, но более пролонгированный по времени. При этом отмечена следующая динамика роста бифидобактерий: в начале эксперимента -в разведении 105; через 10 дней откорма-в разведении W; через 20 дней откорма-в разведении 108; через 30 дней откорма- в разведении 10; через 40 дней откорма- в разведении 109;
- лишь незначительный бифидогенный эффект отмечен в опытной группе животных (группа I), в рацион которых вводили колбасу с ПСО, без добавления лактулозосодержащих препаратов. Причем данный рост бифидофлоры отмечен лишь к концу эксперимента, т.е. через 4-5 недель. При этом отмечена следующая динамика роста бифидобактерий: в начале эксперимента- вразведении 105; через 10 дней откорма-в разведении 105; через 20 дней откорма-в разведении 105; через 30 дней откорма- в разведении 108; через 40 дней откорма- в разведении 108;
- в контрольной группе животных, получавших обычггый виварный рацион питания, в исследуемом биоматериале (в рамках эксперимента) не выявлено количественного изменения бифидофлоры, оно сохранилось на уровне интактного коїпроля. Динамика изменения содержания бифидобактерий в исследуемом биоматериале за период проведения эксперимента представлена на рисунке 6.3.
