Введение к работе
Актуальность проблемы. Обеспечение здоровья населения и продовольственная безопасность являются важными национальными проектами, как для Российской Федерации, так и для Республики Татарстан. Стратегия развития пищевой и перерабатывающей промышленности РФ на период до 2020 года (решение Правительства РФ № 559 от 17.04.2012 г.) предусматривает обеспечение устойчивого снабжения населения высококачественной продукцией массового потребления в объемах и ассортименте, необходимых для формирования правильного, всесторонне сбалансированного рациона питания на уровне физиологически рекомендуемых норм потребления. Все это свидетельствует о необходимости внедрения наукоемких подходов и инновационных решений, направленных на оптимизацию питания населения, расширение обогащенной продукции питания, отвечающих современным требованиям качества и безопасности.
С целью сохранения в индустрии питания традиций населения Республики Татарстан долгосрочная целевая программа «Развитие торговли, общественного питания и бытового обслуживания населения в Республике Татарстан на 2013-2015 годы» (Постановление Кабинета Министров РТ № 994 от 16.11.2012) предусматривает расширение ассортимента национальной обогащенной мучной кондитерской продукции.
Наиболее эффективным и доступным путем улучшения обеспечения населения витаминами, минеральными веществами, микроэлементами является дополнительное обогащение продукции повседневного спроса, в том числе мучной кондитерской продукции. Поэтому разработка рецептур и технологий такой продукции является в настоящее время актуальной задачей. Значительный вклад в разработку обогащенной продукции внесли отечественные ученые: В.А. Тутельян, Э.С. Титов, В.Г. Щербакова, А.П. Нечаев, Л.Н. Шатнюк, В.М. Позняковский, Т.Б. Цыганова, Т.В. Шленская и зарубежные ученые: J. A. Milner, S. Arai, M. Veeman, G.E. West, и другие.
Анализ научной и технической литературы, с целью определения приоритетных направлений развития технологий пищевой продукции, показал перспективность новых подходов к обработке сырья и его использования в пищевых производствах. Очевидна актуальность проведения комплексных исследований влияния антиоксидантов на клетки дрожжей с целью разработки эффективных способов интенсификации процессов роста и повышении физиологической активности микроорганизмов, используемых в производстве мучных кондитерских изделий, в том числе национальной продукции с улучшенными потребительскими свойствами.
Отличительной особенностью приготовления мучной кондитерской продукции татарской кухни является обжаривание полуфабрикатов во фритюре. Важен комплексный подход к использованию ингибиторов, в том числе антиоксидантов, в технологии фритюрной продукции, предусматривающий стабилизацию процессов окисления, увеличение сроков использования фритюра и сохранение качества готовой продукции.
Расширение знаний и практического опыта по применению антиоксидантных добавок с целью разработки национальной обогащенной мучной кондитерской продукции повседневного спроса позволят существенно расширить возможность использования антиоксидантов в пищевых технологиях, повысить качество, безопасность готовой продукции и создать конкурентоспособную продукцию с заданными потребительскими свойствами.
Диссертационная работа выполнена в соответствии с темой научно-исследовательской работы кафедры Технологии пищевых производств ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет»: «Разработать научные и практические основы технологии производства и комплексной переработки сырья растительного и животноводческого происхождения для выработки конкурентноспособных пищевых продуктов» (№ гос. регистрации 01200305357).
Цель и задачи исследований. Цель диссертационного исследования заключалась в научном обосновании и практической реализации применения антиоксидантов в повышении качества дрожжей, разработки национальной обогащенной мучной кондитерской продукции с улучшенными потребительскими свойствами.
Для достижения поставленной цели были сформулированы следующие задачи:
- обосновать перспективность и эффективность использования
антиоксидантов в процессах получения дрожжей S. сerevisiae ВКМ-Y-823,
ЛК-14, ЛВ-7; разработать методологические подходы к определению
оптимальных концентраций питательной среды для улучшения
физиологических свойств дрожжей;
- исследовать в процессе сушки влияние антиоксиданта на качество
дрожжей;
- установить механизм действия антиоксидантов на клетки
дрожжей;
- установить на тест-штаммах E. coli генопротекторное действие
культуральной жидкости дрожжей S. сerevisiae ЛК-14, выращенных в
присутствии антиоксидантов;
определить параметры активации дрожжей антиоксидантами; исследовать влияние дрожжей с улучшенными биотехнологическими свойствами на качество хлебобулочного изделия из муки пшеничной высшего сорта и мучной кондитерской продукции во фритюре с заданными потребительскими свойствами;
разработать методику контроля безопасности выпускаемой продукции с использованием метода определения антимутагенной активности на тест-объектах E. сoli и Paramecium caudatum;
экспериментально обосновать целесообразность использования янтарной кислоты и комплексной пищевой добавки «Табиб», как компонентов рецептуры, обогащенной национальной мучной кондитерской продукции с целью повышения качества и потребительских свойств готовой продукции;
установить возможность использования растительных масел: кукурузное, рапсовое, горчичное, льняное, подсолнечное, пальмовое в качестве фритюра при производстве национальной мучной кондитерской продукции;
исследовать влияние добавок антиоксидантного действия: аскорбиновая кислота, -токоферола ацетат, янтарная кислота, плоды шиповника, комплексные пищевые добавки «Веторон» и «Табиб» на качество фритюра и качество национальной мучной кондитерской продукции;
разработать техническую документацию на национальную обогащенную мучную кондитерскую продукцию, провести промышленную апробацию и определить эффективность внедрения технологий.
Научная концепция. Развитие рецептур и технологий национальной обогащенной мучной кондитерской продукции с целенаправленным формированием потребительских свойств путем использования дрожжей, активированных антиоксидантами и применения добавок антиоксидантного действия.
Научные положения, выносимые на защиту.
На защиту выносятся следующие положения:
- научное обоснование применения антиоксидантов в повышении качества дрожжей на стадии их культивирования и активации;
- аналитический подход, с применением метрических и неметрических
мер сравнения, к определению оптимального состава питательной среды для
культивирования дрожжей;
- обоснование применения дрожжей с улучшенными
биотехнологическими свойствами в качестве рецептурных компонентов при
разработке рецептур обогащенной мучной кондитерской продукции;
- обоснование выбора растительных масел в качестве фритюра при
производстве национальной обогащенной мучной кондитерской продукции;
- обоснование применения антиоксидантов при получении
национальной обогащенной мучной кондитерской продукции с
улучшенными потребительскими свойствами.
Научная новизна. Сформулирована научная концепция, теоретически обоснована перспективность и экспериментально подтверждено применение антиоксидантов и добавок антиоксидантного действия в повышении качества дрожжей при создании национальной обогащенной мучной кондитерской продукции.
Разработаны технологические приемы использования антиоксидантов (ионола, ацетата основания Манниха, натриевой и калиевой солей фенозан кислоты, янтарной кислоты) на рост и физиологическую активность дрожжей S. сerevisiae ВКМ-Y-823, ЛК-14, ЛВ-7, позволяющие улучшить биотехнологические свойства дрожжей: ферментативную активность, подъемную силу, осмоустойчивость.
Для периодического и непрерывного способов культивирования дрожжей подобраны оптимальные концентрации антиоксидантов, зависящие от свойств штамма дрожжей, состава питательной среды.
Методом сравнительного математического анализа, включающего метрические меры сходства, экспериментально подтверждена возможность оптимизации компонентного состава питательной среды для культивирования дрожжей в присутствии антиоксиданта.
Показана эффективность использования ионола в стабилизации качества дрожжей в процессе сушки и при хранении по показателям: подъемная сила дрожжей, количество поврежденных дрожжевых клеток, содержание трегалозы в клетках дрожжей.
Выявлено на тест-штаммах E. coli, что культуральная жидкость, полученная при выращивании дрожжей S. сerevisiae ЛК-14 в присутствии антиоксидантов натриевой и калиевой солей фенозан-кислоты, оказывала генопротекторное действие в отношении ДНК-повреждающего агента.
Установлен механизм действия антиоксидантов на клетки дрожжей и выявлено, что внесение ацетата основания Манниха приводит к увеличению
стабильности липидов исследуемых дрожжей, о чем свидетельствует снижение степени их насыщенности и повышение уровня антиокислительной активности. Установлено положительное влияние ацетата основания Манниха на процессы транспорта Са2+ в клетках исследуемых дрожжей, что доказывает участие антиоксидантов в Са2+- зависимых процессах регуляции клеточного метаболизма.
Разработаны технологические приемы активации прессованных дрожжей фенозан К, янтарной кислотой и комплексной пищевой добавкой «Табиб», которые повышают показатели качества дрожжей: ферментативную активность, подъемную силу, осмоустойчивость, стойкость при хранении.
Совокупность экспериментальных данных о состоянии параметров перекисного окисления липидов и анализ показателей качества фритюра и обжаренных тестовых заготовок, в зависимости от срока эксплуатации фритюра позволили обосновать целесообразность использования дрожжей с улучшенными биотехнологическими свойствами в качестве рецептурного компонента при производстве национальной обогащенной мучной кондитерской продукции «Татлы тэш». Показано, что внесение дрожжей с улучшенными биотехнологическими свойствами в рецептурный состав приводит к снижению содержания липидов, увеличению количества фосфолипидов в составе общих липидов в готовой продукции.
Проведена оценка показателей качества национального кулинарного изделия пирога татарской кухни «Губадья», изделий из муки пшеничной высшего и первого сортов с использованием янтарной кислоты и комплексной пищевой добавки «Табиб».
Доказано положительное влияние комплексной пищевой добавки «Табиб» на формирование потребительских свойств сахарного печенья и печенья крекер и установлены сроки хранения, обеспечивающие безопасность и максимальное сохранение качества готовой продукции.
Исследована возможность использования растительных масел (кукурузное, рапсовое, горчичное, льняное, подсолнечное, пальмовое) и обоснован выбор фритюра при производстве национальной обогащенной мучной кондитерской продукции, позволяющий в качестве оптимального фритюрного сырья использовать рапсовое масло.
Показано положительное влияние добавок антиоксидантного действия (аскорбиновая кислота, -токоферола ацетат, янтарная кислота, плоды шиповника, комплексные пищевые добавки «Веторон» и «Табиб») на качество обжаренных полуфабрикатов мучной кондитерской продукции и
установлены дозировки, обеспечивающие сохранение его традиционных потребительских свойств.
Практическая значимость. Полученный экспериментальный материал позволил сформировать рекомендации по применению антиоксидантов в практическом получении и активации дрожжей S. сerevisiae ВКМ-Y-823, ЛК-14, ЛВ-7 с целью улучшения качества конечной продукции, имеющей перспективы использования в технологии национальной обогащенной мучной кондитерской продукции.
Результаты исследований подтверждены в промышленных условиях: Башкирский завод пивобезалкагольных напитков, дрожжевой цех (г. Уфа); дрожжевой завод (г. Самара), ОАО «Казанский хлебозавод № 2».
На способ получения дрожжей получены авторские свидетельства на изобретения (А.С. № 1306111 и А.С. № 1367483) и патент № 2326162.
На основе использования активированных дрожжей модифицирована технология и разработана рецептура национальной обогащенной мучной кондитерской продукции «Татлы тэш» во фритюре (ТУ, ТИ, РЦ 9139-001-13981212-07). Использование активированных дрожжей в рецептуре мучной кондитерской продукции «Татлы тэш» позволило увеличить кратность использования фритюра с 30 до 35 партий полуфабриката, при этом в готовой продукции отмечено увеличение количества белка и снижение количества жира по сравнению с традиционной технологией. Способ производства обогащенной мучной кондитерской продукции «Татлы тэш» запатентован (№ 2427204 РФ). Результаты исследований подтверждены в промышленных условиях: ОАО «Казанский хлебозавод № 2», ОАО «Альметьевский хлебозавод» (г. Альметьевск, РТ).
С целью расширения ассортимента обогащенной продукции разработаны рецептуры национальной обогащенной мучной кондитерской продукции с использованием антиоксидантных добавок, позволяющие улучшить качество и продлить сроки хранения.
Результаты исследований по производству национальной обогащенной мучной кондитерской продукции с использованием антиоксидантов и антиоксидантных добавок положены в основу разработки нормативно-технической документации следующих изделий: национальных обогащенных изделий: печенье крекер «Табиб» (ТУ, ТИ, РЦ 9132-054-96886020-2011); «Фарешки» (ТУ, ТИ, РЦ 9117-002-851409849-20110); мучное кулинарное изделие татарской кухни пирог «Губадья» (ТУ, ТИ, РЦ 9119-053-96886020-2010, мучная кондитерская продукция во фритюре - «Татлы тэш» (ТУ, ТИ, РЦ 9139-001-13981212-07); «Шифалы лэззэт» (ТУ, ТИ, РЦ 9139-012-96886020-2010); «Шифаллы лэззэт с Ветороном» (ТУ, ТИ, РЦ 9139-002-8
96886020-2011), мучное изделие «Солнечный» (ТУ, ТИ, РЦ 9115-055-96886020-2007 и СТО «Союз хлебопроизводителей РТ» № 003-13981212-2007);
Частные технологии апробированы и внедрены в условиях производства: ОАО «Чистопольский хлебозавод» (г. Чистополь, РТ), ОАО «Казанский хлебозавод № 2»; ООО «Семь хлебов» (г. Казань), ОАО «Хлебобараночный комбинат» (г. Казань); ООО компания «Бахетле-1» (г. Казань), ОАО «Альметьевский хлебозавод» (г. Альметьевск РТ) и на предприятиях общественного питания г. Альметьевска (ресторан «Дом татарской кулинарии», кафе «Дуплет»).
Научно-технические решения по производству мучной кондитерской продукции с использованием антиоксидантов подтверждены патентами (№ 2104646, № 2258368).
Разработана Методика «Определение антитоксичного эффекта» для осуществления контроля безопасности продукции, в основе которой использован метод исследования на биологических тест-объектах E.coli и Paramecium caudatum и рекомендована предприятиям Республики Татарстан, выпускающим национальную мучную кондитерскую продукцию.
Результаты работы отмечены на биотехнологической выставке-ярмарке «Росбиотех» золотыми медалями «За успехи в НТТ» за разработку и внедрение производства мучной продукции с использованием дрожжей с улучшенными биотехнологическими свойствами (Москва, 2007, 2009), серебряной медалью за разработку и производство национального мучного изделия (Москва, 2011), дипломом Общества изобретателей и рационализаторов Республики Татарстан (Казань, 2012).
Основные результаты теоретических и экспериментальных исследований используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО «Казанский национальный исследовательский технологический университет» (КНИТУ) при чтении лекций для студентов, обучающихся по основным образовательным программам подготовки специалистов, бакалавров и магистров 260501 «Технология продуктов общественного питания» «Продукты диетического, лечебно-профилактического и специального питания», «Качество и безопасность продуктов питания»; 260100 «Технология хлеба, кондитерских и макаронных изделий», «Комплексная переработка зернового сырья».
Апробация результатов работы. Основные результаты работы опубликованы в трудах, доложены и обсуждены на Всесоюзном совещании «Синтез и применение пищевых добавок» (Могилев, 1985); на симпозиуме по биотехнологии (Лейпциг, 1986); на II Всесоюзной конференции
«Биоантиоксидант» (Черноголовка, 1986); на V Всесоюзном биохимическом съезде (Киев, 1986); на научно-практической конференции «Применение достижений биотехнологий в народном хозяйстве» (Уфа, 1987); на Менделеевском съезде по общей и прикладной химии (Москва, 1989); на Ш Всесоюзной конференции «Биоантиоксидант» (Москва, 1989); на Всесоюзной конференции «Химическое превращение пищевых полимеров» (Светлогорск, 1991); на Международной научной конференции «Прогрессивные технологии и техника пищевой промышленности» (Краснодар, 1994); на Международной конференции «Научно-технический прогресс в перерабатывающих отраслях АПК» (Москва, 1995); на Международной конференции «Научно-технический прогресс в пищевой промышленности» (Могилев, 1995); на Всероссийской конференции «Современные достижения биотехнологии» (Ставрополь, 1996); на Межрегиональной научно-практической конференции «Пищевая промышленность–2000» (Казань, 2000); на Российской научно-практической конференции «Актуальные проблемы инноваций с нетрадиционными растительными ресурсами и создания функциональных продуктов» (Москва, 2001); на III Межрегиональной научно-практической конференции «Современное хлебопекарное производство, перспективы его развития» (Екатеринбург, 2002); на Международной научно-практической конференции «Пути повышения эффективности АПК в условиях вступления России в ВТО» (Уфа, 2003), на Межрегиональных научно-практических конференциях «Современное хлебопекарное производство, перспективы его развития» (Екатеринбург, 2002-2010); на Всероссийской научно-практической конференции «Проблемы и перспективы обеспечения продовольственной безопасности регионов России» (Уфа, 2003); на Общероссийских конференциях молодых ученых с международным участием «Пищевые технологии» (Казань, 2003-2007); на II Международном форуме «Образование, наука, производство» (Белгород, 2004); на конференции, посвященной 75-летию кафедры «Технология хлебопекарного и макаронного производства» (Москва, 2005); на Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Пищевая промышленность: интеграция науки, образования и производства» (Краснодар, 2005); на региональной конференции «Пищевые продукты и здоровье человека» (Кемерово, 2005); на Всероссийской научно-практической конференции «Наука – производство – технология – экология» (Киров, 2006); на IV Международной выставке и научно-практической конференции «Технологии и продукты здорового питания» (Москва, 2006); на X конференции молодых ученых «Биология – наука ХХI века» (Пущино, 2006); на IV
Международном конгрессе «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (Москва, 2007); на IV Международной конференции «Современное хлебопечение 2007» (Москва, 2007); на Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Нанотехнологии в производстве продуктов функционального назначения» (Краснодар, 2007); на Международных хлебопекарных форумах «Современное хлебопечение - 2008, 2010, 2011, 2012» (Москва 2008, 2010, 2011, 2012); на III Международной научно-практической конференции «Инновационные направления в пищевых технологиях» (Пятигорск, 2009); на III международной научно-практической конференции «Управление торговлей» (Москва, 2010); на VII Международной конференции «Торты и пирожные» (Москва, 2010); на VIII Международной конференции «Биоантиоксидант» (Москва, 2010); на III Всероссийской научно– практической конференции «Современное состояние и перспективы развития пищевой промышленности и общественного питания-2010» (Челябинск, 2010); на VIII Международной конференции «Кондитерские изделия XXI века» (Москва, 2011); на Международной научно-практической конференции «Управление торговлей: теория, практика, инновации» (Москва, 2011); на Всероссийской молодежной научной школе «Биоматериалы и наноматериалы: Актуальные проблемы и вопросы безопасности» (Казань 2012), на Международной научно-практической конференции «Качество и безопасность продуктов питания в условиях ВТО» (Москва, 2012), на Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в пищевой промышленности и общественном питании - основы повышения качества, конкурентоспособности и безопасности товаров» (Москва, 2012); на ежегодных научных сессиях Казанского национального исследовательского технологического университета (Казань, 2003-2013).
Публикации. По результатам научных исследований опубликованы 116 печатных работ, в том числе 1 учебник, 1 монография, 2 учебных пособия с грифами УМО, 30 научных статей в журналах, рекомендуемых ВАК, получено 2 авторских свидетельства и 4 патента на изобретения Российской Федерации.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследований, результатов исследований и их анализа, выводов, списка литературы и приложений с актами испытаний и внедрения, патентами, дипломами, технической документацией. Работа изложена на 357 страницах основного текста, содержит 80 рисунков и 60 таблиц. Список литературы включает 625 наименования, в том числе 135 иностранных источников.
