Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Аналитический обзор научно-технической и патентной литературы 18
1.1 Эколого-социальные аспекты создания продуктов диетического профилактического и функционального питания 18
1.2 Пищевые полисахариды: структурные уровни и функциональность 32
1.3 Анализ существующих технологий по использованию пищевых волокон в составе молокосодержащих продуктов 60
1.4 Заключение по аналитическому обзору литературы 66
Глава 2. Организация эксперимента, объекты, материал и методы исследования 69
2.1 Организация эксперимента 69
2.2 Объекты, материал и методы исследования 73
Глава 3. Обоснование выбора объектов исследования с целью создания основ молокосодержащих продуктов диетического профилактического питания 85
3.1 Анализ потребительских предпочтений населения г. Саратова и Саратовской области в отношении продуктов на основе молочной сыворотки и продуктов, содержащих пищевые волокна 86
3.2 Выбор и оценка качества рецептурных ингредиентов для создания основ молокосодержащих продуктов 94
3.3 Конструирование основ молокосодержащих продуктов диетического профилактического питания 109
3.4 Заключение по третьей главе 134
Глава 4. Экспериментальное обоснование выбора пищевых волокон для создания ассортимента молокосодержащих продуктов диетического профилактического питания 138
4.1 Изучение стабилизирующих свойств некрахмальных полисахаридов в системах с сывороточным белком 143
4.2 Исследование эффекта загущения некрахмальными полисахаридами 152
4.3 Изучение ассоциативных взаимодействий в системах гидроколлоидов. Выявление синергизма 161
4.4 Заключение по четвертой главе 167
Глава 5. Разработка технологий кислородсодержащих и аэрированных продуктов диетического профилактического питания 171
5.1 Исследование влияния технологических факторов на формирование потребительских свойств кислородных коктейлей 171
5.2 Исследование технологических факторов производства при разработке кислородсодержащих продуктов с повышенным содержанием сухих веществ 184
5.3 Качественные характеристики кислородсодержащих замороженных десертов 191
5.4 Исследование реологических и пенообразующих свойств кислородных смузи с пищевыми волокнами 194
5.5 Исследование физико-химических и органолептических свойств кислородсодержащих продуктов 197
5.6 Микробиологические показатели и безопасность кислородсодержащих продуктов 201
5.7 Технологии кислородсодержащих и аэрированных продуктов 205
5.8 Заключение по пятой главе 234
Глава 6. Оценка эффективности применения и разработка рекомендаций функционального питания в основном варианте диеты в условиях кардиологического стационара 236
6.1 Оценка эффективности применения функционального питания в основном варианте диеты в условиях кардиологического стационара 237
6.2 Разработка рекомендаций по питанию кардиологических пациентов 242 6.3 Заключение по шестой главе 243
Глава 7. Разработка технологии молокосодержащих киселей диетического профилактического питания 245
7.1 Установление технологических факторов производства при разработке киселей 245
7.2 Исследование органолептических показателей киселей 247
7.3 Безопасность и микробиологические показатели киселей 250
7.4 Пищевая и энергетическая ценности разработанных киселей 251
7.5 Разработка технологии киселей диетического профилактического питания 252
7.6 Медицинский аспект употребления молокосодержащих киселей с пищевыми волокнами 258
7.7 Заключение по седьмой главе 259
Глава 8. Разработка технологии творожных полуфабрикатов для сырников с комплексом пищевых волокон 261
8.1 Изучение физико-химических свойств творожных полуфабрикатов с использованием продуктов переработки тыквы 261
8.2 Оценка органолептических показателей творожных полуфабрикатов с продуктами переработки тыквы. Химический состав и энергетическая ценность 263
8.3 Микробиологические показатели, безопасность и сроки хранения готовых продуктов 265
8.4 Разработка технологии творожных полуфабрикатов для сырников с комплексом пищевых волокон 268
8.5 Заключение по восьмой главе 274
Основные результаты и выводы 276
Рекомендации и перспективы дальнейшей разработки темы исследований 280
Перечень сокращений и условных обозначений 281
Список литературы
- Пищевые полисахариды: структурные уровни и функциональность
- Объекты, материал и методы исследования
- Выбор и оценка качества рецептурных ингредиентов для создания основ молокосодержащих продуктов
- Качественные характеристики кислородсодержащих замороженных десертов
Введение к работе
Актуальность работы. В разработанной Правительством Российской Федерации «Стратегии развития пищевой и перерабатывающей промышленности РФ на период до 2020 года» отмечена необходимость внедрения новых технологий в пищевой промышленности, позволяющих значительно расширить выработку продуктов нового поколения с заданными качественными характеристиками, а также повысить глубину переработки и вовлечения в хозяйственный оборот вторичных сырьевых ресурсов, что позволит увеличить выход готовой продукции из единицы перерабатываемого сырья.
В решении проблемы обеспечения населения продуктами питания
сбалансированного состава ведущая роль принадлежит молочной промышленности -сочетание молочного сырья и физиологически функциональных ингредиентов позволяет создавать продукты повышенной пищевой и биологической ценности, функционального и диетического профилактического питания.
Как известно, важная роль в рациональном питании принадлежит животным белкам. По данным института питания РАМН и других научно-медицинских государственных учреждений, за последние 10 лет в рационе россиян выявлен недостаток белка, содержащего незаменимые аминокислоты. В то же время потребность рынка в пищевых продуктах с низким содержанием жира, в том числе на основе побочных продуктов молокоперерабатывающей промышленности, неуклонно возрастает.
Использование молочной сыворотки для производства продуктов питания обусловлено е многокомпонентным биологически полноценным составом; относительной дешевизной и доступностью; улучшением экологической проблемы; целесообразностью использования для производства продуктов диетического профилактического питания.
Выражаю глубокую благодарность моему Учителю и научному консультанту, Наталии Михайловне Птичкиной, за доброе отношение, чуткое руководство, советы, ценные замечания и всестороннюю помощь.
Выражаю благодарность директору Саратовского научно-исследовательского института кардиологии, д.м.н., профессору Павлу Яковлевичу Довгалевскому и, заместителю директора по науке, д.м.н., профессору Надежде Павловне Ляминой, за организацию работы в проведении клинических исследований.
Признательна руководству ФГБОУ ВО «Саратовский государственный аграрный университет имени Н.И. Вавилова» за оказанную поддержку.
Для обеспечения низкожирным молокосодержащим продуктам высоких потребительских свойств необходима фортификация их эссенциальными пищевыми компонентами и усовершенствованные технологические решения.
Полисахариды, относящиеся к классу пищевых волокон, выполняют in vivo ряд
важных биологических функций: участвуют в построении клеточных стенок и
межклеточного матрикса, в регулировании обмена ионами между клеткой и ее
окружением, являются для клетки энергетическим резервом. С другой стороны,
обладая уникальными способностями загущения, студнеобразования,
эмульгирования, влагоудержания и стабилизации структурно-сложных систем, ПС находят широкое применение в медицине, фармакологии, микробиологии и пищевой промышленности. Наряду с молочными белками ПС являются основными компонентами пищи, определяющими ее структуру и органолептические характеристики (Н.М. Птичкина).
Комбинирование молочного сырья и фруктово-ягодных наполнителей, являющихся источником витаминов, макро- и микроэлементов, с использованием пищевых волокон позволяет получить новые молокосодержащие продукты диетического профилактического питания различной текстуры с привлекательными для потребителя органолептическими свойствами.
Не переоценивая ситуацию, можно с уверенностью сказать, что понимание механизма взаимодействия пищевых волокон с микро- и макроингредиентами пищевых продуктов является неотъемлемым аспектом и требует проработки алгоритма их внесения в продукты питания.
Следует отметить, что разработка технологий молокосодержащих продуктов диетического профилактического питания с пищевыми волокнами является перспективным направлением в индустрии общественного питания, основываясь на знаниях о рациональном и сбалансированном питании, что в свою очередь ведет к повышению качества жизни людей различных групп населения (дети дошкольного и школьного возраста, спортсмены и др.).
Значительная часть исследований выполнена в соответствии с планом научно-исследовательской работы ФГБОУ ВО Саратовский ГАУ, а также в рамках:
- договора № 33/07 с Саратовской областной Ассоциацией «Аграрное образование и наука» от 10.02.2007 г. по теме «Разработка и внедрение комплекта
технологий производства новых мясных, молочных и растительных продуктов питания диетического и лечебно-профилактического назначения и продуктов функционального питания»;
гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых кандидатов наук № 14.124.13.3731-МК от 04.02.2013 г. по теме «Новые технологические решения для создания структурно-сложных пищевых систем на молочной основе»;
государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013 – 2020 годы Минсельхоза Российской Федерации по теме «Выполнение научно-исследовательских работ по разработке и внедрению адаптированных для российских условий технических решений по глубокой переработке продукции сельского хозяйства и ее отходов» от 01.01.2014 г.;
научно-исследовательского проекта «Development of Reduced Calorie Dessert with Improved Quality Attribute Using Hydrogels» от 21.04.2015 г., реализуемого между ФГБОУ ВО Саратовский ГАУ и научно-исследовательским институтом пищевых технологий Ирана, г. Мешхед (Research Institute of Food Science and Technology, Mashhad, Iran).
Степень разработанности темы исследования. Изучению механизмов
взаимодействия белков и пищевых полисахаридов, реологических свойств и теории
формирования структурно-сложных пищевых систем посвящены работы
отечественных и зарубежных ученых П.А. Ребиндера, В.Б. Толстогузова, Е.Е. Браудо, В.Н. Измайловой, А.А. Тагер, А.Я. Малкина, А.Е. Чалых, А.П. Нечаева, Н.М. Птичкиной, А.А. Кочетковой, Л.Г. Ипатовой, D.A. Rees, E.R. Morris, O. Smidsrod, G.O. Phillips, P.A. Williams и других.
Концепция создания технологий молочных и молокосодержащих продуктов функционального и диетического профилактического питания получила развитие в фундаментальных и прикладных трудах отечественных и зарубежных ученых Л.А. Остроумова, А.Г. Храмцова, Н.Б. Гавриловой, Н.И. Дунченко, Н.А. Тихомировой, Л.А. Забодаловой, А.А. Твороговой, А.Ю. Просекова, Р.Т. Маршалла, Г. Зоммера, W. Arbuckle, H.D. Goff, R.V. Hartel и других.
Несмотря на широкий интерес к поставленной проблеме, в настоящее время
ассортимент молокосодержащих продуктов с использованием пищевых волокон, в том числе некрахмальных полисахаридов и их бинарных композиций в качестве стабилизаторов, загустителей и студнеобразователей пищевых систем не велик. При разработке молокосодержащих продуктов с пищевыми волокнами необходимы исследования по дальнейшему изучению ассоциативных взаимодействий в системах биополимеров: белок - полисахарид, белок – полисахарид 1 – полисахарид 2.
Разработка инновационных и совершенствование традиционных технологий с получением молокосодержащих продуктов с использованием пищевых волокон, в том числе диетического профилактического питания, является актуальной.
Цель и задачи исследования. Цель исследования – теоретическое обоснование и практические решения по использованию пищевых волокон в технологиях молокосодержащих продуктов диетического профилактического питания.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- изучить потребительские предпочтения населения г. Саратова и Саратовской
области в отношении продуктов на основе молочной сыворотки и продуктов,
содержащих пищевые волокна, и обосновать выбор пищевых продуктов и
рецептурных ингредиентов для создания новых технологий молокосодержащих
продуктов с пищевыми волокнами диетического профилактического питания;
- теоретически и экспериментально обосновать выбор и провести оценку
технологической эффективности пищевых волокон и их бинарных композиций для
применения в технологиях молокосодержащих продуктов;
- изучить основные закономерности формирования структурно-механических,
физико-химических, органолептических свойств молокосодержащих продуктов с
использованием пищевых волокон;
- разработать технологические решения по созданию ассортимента
молокосодержащих продуктов диетического профилактического питания
(кислородсодержащие и аэрированные продукты, кисели, творожные полуфабрикаты
для сырников) с использованием пищевых волокон;
- исследовать пищевую, энергетическую ценность, органолептические, физико-
химические, микробиологические показатели, безопасность новых видов продуктов;
обосновать сроки и условия хранения;
- разработать техническую документацию на новые виды продуктов, провести
опытно-промышленную апробацию и определить экономическую эффективность
разработанных продуктов;
- оценить значение сконструированных кислородсодержащих продуктов в
основном варианте диеты на состояние здоровья пациентов с хронической сердечной
недостаточностью (ХСН) в условиях кардиологического стационара, и разработать
методические рекомендации по функциональному питанию пациентов с ХСН.
Научная концепция. В основу решения проблемы создания технологий молокосодержащих продуктов диетического профилактического питания положен комплексный подход, основанный на теоретическом и экспериментальном обосновании использования пищевых волокон, в том числе некрахмальных полисахаридов, позволивший спрогнозировать получение продуктов питания различной текстуры с высокими качественными характеристиками. Сущность подхода заключается в изучении взаимодействий гидроколлоидов различной природы, химического состава и молекулярной массы, используемых в качестве стабилизаторов, загустителей и структурообразователей в многокомпонентных пищевых системах на молочной основе.
Разработанные технологии молокосодержащих продуктов, способствующие снижению дефицита эссенциальных пищевых веществ в организме и повышению качества жизни людей, могут быть рекомендованы для общественного питания различных групп населения.
Научная новизна. На основании выполненных комплексных исследований получены следующие новые научные результаты:
Теоретически обоснована и экспериментально разработана концепция создания технологий молокосодержащих продуктов диетического профилактического питания с использованием пищевых волокон, в том числе некрахмальных полисахаридов.
Научно обоснованы результаты комплексной оценки пищевых волокон, в том числе некрахмальных полисахаридов различной природы, химического состава и молекулярной массы и их применение в составе молокосодержащих продуктов, с учетом функционально-технологических эффектов пищевых волокон и их бинарных композиций. Выявлен и научно обоснован синергизм взаимодействия пищевых волокон в сочетании с сывороточным белком для создания новых технологий
молокосодержащих продуктов различной текстуры.
Показано, что использование пищевых волокон различной природы и химического состава в комбинации с сывороточным белком позволяет прогнозировать и конструировать молокосодержащие продукты различных агрегатных состояний (пенообразные, вязкие, гелеобразные).
Выявлены функциональные и технологические закономерности формирования качества молокосодержащих продуктов с пищевыми волокнами. Предложено и экспериментально подтверждено научное обоснование механизмов взаимодействия гидроколлоидов в реальных пищевых системах, приводящих к образованию требуемой текстуры продуктов.
С целью повышения пищевой ценности молокосодержащих продуктов сконструированы белково-углеводные основы путем комбинирования различных композиций молокосодержащей составляющей и плодово-ягодного сырья, обеспечивающие физиологический эффект, требуемые технологические свойства и высокие сенсорные характеристики. Впервые проведен расчет биологической ценности сконструированных белково-углеводных основ для создания молокосодержащих продуктов диетического профилактического питания и показана ее роль как фактора, обеспечивающего выбор белково-углеводных основ для получения продуктов и диетологических составляющих повышенной пищевой и биологической ценности.
Впервые выявлены и научно обоснованы виды и концентрации пищевых волокон, в том числе некрахмальных полисахаридов (высокоэтерифицированный пектин, ксантановая камедь, камедь рожкового дерева, гуаровая камедь) в качестве стабилизаторов белковой кислородной пены, позволяющие получить высокодисперсные устойчивые кислородсодержащие и аэрированные продукты.
Впервые предложено использование для производства кислородсодержащих продуктов сконструированных белково-углеводных основ и пищевых волокон, в качестве стабилизаторов белковой кислородной пены, что обеспечивает требуемый технологический эффект при производстве кислородсодержащих продуктов, не имеющих противопоказаний для употребления кардиологическими пациентами.
Впервые установлены виды и концентрации некрахмальных полисахаридов (альгинат натрия, ксантановая камедь, камедь конжака) и их бинарных композиций
(высокоэтерифицированный пектин - альгинат натрия, ксантановая камедь - камедь конжака/ камедь рожкового дерева / гуаровая камедь) в системах с сывороточным белком, позволившие создать ассортимент молокосодержащих киселей улучшенной пищевой ценности и пониженной энергетической ценности.
Научно обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность и эффективность использования сконструированных белково-углеводных основ в качестве сырья для производства молокосодержащих киселей. Получены новые данные о позитивном влиянии некрахмальных полисахаридов и их бинарных комбинаций на функционально-технологические свойства молокосодержащих киселей различной текстуры.
Впервые в качестве технологического решения при разработке творожных полуфабрикатов для сырников обосновано использование комплекса пищевых волокон для повышения пищевой ценности готовых изделий. Показано улучшение реологических свойств творожной основы, а также физико-химических и органолептических показателей качества творожных полуфабрикатов при обогащении их продуктами переработки тыквы и комплексом натуральных пищевых волокон.
Новизна предлагаемых технических решений подтверждена двумя патентами РФ.
Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретическая значимость работы заключается в предложенном комплексном подходе по использованию пищевых волокон, в том числе некрахмальных полисахаридов и их бинарных композиций в пищевых системах на молочной основе, позволившем на научной основе прогнозировать и конструировать продукты питания различных агрегатных состояний. На основе проведенных исследований создана серия оригинальных технологий и рецептур молокосодержащих продуктов диетического профилактического питания с пищевыми волокнами. Разработаны технические условия и технологические инструкции производства молокосодержащих продуктов с пищевыми волокнами: ТУ 9195-003-00493497-2014 - Кисели на основе молочной сыворотки пастеризованные, ТУ 9222-003-00493497-2014 - Коктейли на основе молочной сыворотки пастеризованные, ТУ 9165-131-00493497-2014 - Десерты плодово-ягодные кислородные замороженные, ТУ 9222-001-00493497-2014 - Полуфабрикаты
творожные замороженные. Сырники творожные с витаминно-полисахаридной добавкой, ТУ 9222-002-00493497-2014 - Полуфабрикаты творожные замороженные. Сырники творожные с комплексом пищевых волокон, а также технико-технологические карты на кислородсодержащие продукты: ТТК «Кислородный коктейль на основе белково-углеводного сырья с пищевыми волокнами», ТТК «Смузи кислородные с пищевыми волокнами».
Разработанные технологии прошли апробацию в промышленных условиях на ООО «Комбинат детского питания» г. Саратов и внедрены на базе УНПО «Питание и технологии обеспечения учебного процесса» при ФГБОУ ВО Саратовский ГАУ и на базе ФГБУ «Саратовский НИИ кардиологии» МЗ РФ.
На базе Федерального государственного бюджетного учреждения
«Саратовский научно-исследовательский институт кардиологии» Министерства здравоохранения Российской Федерации проведены клинические исследования разработанных кислородсодержащих продуктов с пищевыми волокнами с целью оценки влияния на состояние здоровья кардиологических пациентов (протокол № 7 от 05.07.2013), позволяющие рекомендовать применение данных продуктов в комплексном восстановительном лечении на всех этапах реабилитации в медицинских учреждениях (отчет о научно-исследовательской работе).
Подготовлены методические рекомендации по применению
кислородсодержащих продуктов в рационе питания кардиологических пациентов при ФГБУ «Саратовский НИИ кардиологии» МЗ РФ (МР № 3 от 13.06.2013).
Материалы выполненных исследований использованы при подготовке учебных
программ дисциплин и включены в изданные учебно-методические пособия
«Пищевые и биологически активные добавки», «Пищевые добавки», «Химия пищи»,
«Современные методы исследований сырья и продукции питания», «Технология
мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств»; обобщены в
трех монографиях и используются в учебном процессе бакалавров и магистров
направлений подготовки «Продукты питания животного происхождения»,
«Технология продукции и организация общественного питания» и аспирантов направления подготовки «Промышленная экология и биотехнология».
Практическая значимость результатов работы подтверждена соответствующими документами.
Степень достоверности и апробация работы. Достоверность полученных
результатов обеспечивается применением современных физико-химических методов
анализа, математической обработкой результатов экспериментов и подтверждается
промышленной апробацией и клиническими исследованиями эффективности
применения разработанной продукции. Получены акты производственных
испытаний.
Основные результаты диссертационной работы и результаты исследований доложены, обсуждены и получили одобрение на научно-практических конференциях различного уровня, в том числе: Международная научно-практическая конференция «Технология и продукты здорового питания» (Саратов 2007, 2011, 2012, 2013, 2014, 2015); Международная научно-практическая конференция «Пищевые технологии» (Одесса, Украина 2012, 2013); The Food Hydrocolloids Trust 17th Gums & Stabilisers for the Food Industry Conference (Wrexham, UK 2013); Международная научная конференция «Пищевые инновации и биотехнологии» (Кемерово 2014, 2015); XV Всероссийский конгресс диетологов и нутрициологов с международным участием «Здоровое питание: от фундаментальных исследований к инновационным технологиям» (Москва 2014); 12th International Hydrocolloids Conference «Functional hydrocolloids: The key to human health» (Taipei, Taiwan 2014); 1st International Conference on Natural Food Hydrocolloids (Mashhad, Iran 2014); XI Российская научно-практическая конференция РосОКР с международным участием «Реабилитация и вторичная профилактика в кардиологии» (Москва 2015); научно-практическая конференция с международным участием «Спортивное питание и спортивная медицина» (Москва 2015); The Food Hydrocolloids Trust 18th Gums & Stabilisers for the Food Industry Conference. Hydrocolloid functionality for affordable and sustainable global food solutions (Wrexham, UK 2015); Межрегиональная конференция кардиологов и терапевтов (Саратов 2015); 13th International Hydrocolloids Conference «Theme: Natural Ingredients for a Healthier World» (Guelph, Ontario, Canada 2016).
Разработанные продукты были представлены на: III, VII, VIII Саратовском Салоне изобретений, инноваций и инвестиций (Саратов 2007, 2012, 2013); XIV, XVI Российской агропромышленной выставке «Золотая осень» (Москва 2012, 2014); XIII, XIV специализированной выставке «Продэкспо. Продмаш» (Саратов 2012, 2014); XIV Всероссийской выставке научно-технического творчества молодежи (Москва 2014);
Международном Форуме «Крым Hi-Tech 2014» (Севастополь 2014), где были награждены дипломами и медалями различного достоинства.
Личный вклад соискателя. Диссертационная работа является обобщением научных исследований, проведенных в период с 2004 - 2016 г.г. лично автором и/или при его непосредственном участии в качестве исполнителя госбюджетных научно-исследовательских работ, а также в ходе руководства научной работой студентов.
Методология и методы исследования. Исследования проводились согласно методологии, в основу которой положен интегрирующий подход к созданию ассортимента молокосодержащих продуктов диетического профилактического питания за счет обоснованного и адекватного использования пищевых волокон и их комбинаций в системах на молочной основе. Для реализации поставленных задач применялись общепринятые и специальные методы исследования сырья и готовых продуктов, сбора, обработки и анализа информации.
Основные положения, выносимые на защиту.
1. Обоснование применения пищевых волокон в составе молокосодержащих
продуктов (кислородсодержащие и аэрированные продукты, кисели, творожные
полуфабрикаты для сырников).
2. Методологический подход к оценке целесообразности использования
пищевых волокон в составе молокосодержащих продуктов, в основу которого
положена совокупность теоретических и экспериментальных методов исследования,
позволяющих прогнозировать механизм взаимодействия молочных белков и
некрахмальных полисахаридов в пищевой системе.
3. Совокупность экспериментальных данных, характеризующих
взаимодействие сывороточный белок - полисахарид, сывороточный белок -
полисахарид 1 - полисахарид 2 в пищевых системах различной структуры (пены,
вязкие и гелеобразные системы).
-
Ассортимент и технологические решения молокосодержащих продуктов с пищевыми волокнами диетического профилактического питания.
-
Результаты оценки эффективности диетологической составляющей, в виде приема кислородсодержащих продуктов с пищевыми волокнами в условиях кардиологического стационара в основном варианте диеты на состояние здоровья пациентов с хронической сердечной недостаточностью.
Публикации. По результатам исследований опубликовано 77 научных работ, в том числе 16 статей в периодических изданиях, рекомендованных ВАК при Минобрнауки РФ, 2 научные статьи, индексируемые в международных базах цитирования, 3 монографии, получено 3 патента РФ, поданы 2 заявки на патенты РФ.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения и восьми глав, включающих аналитический обзор научно-технической и патентной литературы, методологическую часть, результаты собственных исследований, основные результаты и выводы, список литературы, приложения. Основной текст работы изложен на 320 страницах, иллюстрирован 92 таблицами и 67 рисунками. Список литературы включает 406 источников, в том числе 145 зарубежных источников.
Пищевые полисахариды: структурные уровни и функциональность
В рамках реализации Водной стратегии Российской Федерации на период до 2020 г. (распоряжение Правительства Российской Федерации от 27.08.2009 № 1235-р) для обеспечения населения качественной питьевой водой, государственной программы «Чистая вода» (постановление Правительства Российской Федерации от 22.12.2010 № 1092) на территории Саратовской области разработана областная целевая программа «Обеспечение населения Саратовской области питьевой водой на 2011 - 2015 годы», в которой предусмотрено проведение мероприятий, реализации которых позволит улучшить качество воды, снизить количество объектов водоснабжения, требующих проведения реконструкции.
Оценка санитарного состояния почвы остается одним из основных направлений в сфере санитарно-гигиенического контроля за состоянием среды обитания человека. Отходы наряду с выбросами и сбросами загрязняющих веществ являются одним из главных источников загрязнения окружающей среды.
В связи с этим, в 2012 г. службой Роспотребнадзора продолжался надзор за объектами, являющимися источниками загрязнения почвы на селитебных территориях, в зонах влияния промышленных предприятий, грузонапряженных автомобильных магистралей, сельскохозяйственных угодий.
В 2012 г. было зарегистрировано 3 территории области, где доля проб почвы в селитебной зоне, неудовлетворительных по микробиологическим показателям, превысила средний показатель по Саратовской области (0,6 %). Радиационный контроль в рамках мониторинга осуществляется измерениями МЭД гамма-излучения (мкЗв/ч) на открытой местности и в помещениях, в контрольных точках, а также определением: - удельной суммарной , –активности питьевой воды; - удельной активности 222Rn в питьевой воде из подземных источников; - удельной активности техногенных биологически значимых радионуклидов (137Cs и 90Sr) в продукции растениеводства и животноводства, потребляемой насе лением области. По результатам исследований, выполненных Балаковской АЭС, объемная активность радиоактивных веществ в атмосферном воздухе составила: - в санитарно-защитной зоне БАЭС по Cs-137 – 7,4х10-6 Бк / м3, Cs-134 – 6,5х10-6 Бк / м3, I-131 – 5,0х10-7 Бк / м3; - в зоне наблюдения БАЭС по Cs-137 – 7,0х10-6 Бк / м3, Cs-134 – 6,4 х 10-6 Бк / м3, I-131 – 6,6 х 10-7 Бк / м3.
Для оценки состояния радиационной безопасности населения Саратовской области создана и функционирует государственная система радиационного контроля и социально-гигиенического мониторинга содержания радионуклидов природного и техногенного происхождения в окружающей среде, проведение контроля и учета доз облучения населения, а также ежегодное проведение радиаци-онно-гигиенической паспортизации организаций, эксплуатирующих ионизирующие излучатели.
Исходя из сложившейся экологической ситуации, по официальным данным Министерства Здравоохранения Саратовской области с начала 2013 года в области зафиксирован значительный рост смертности населения от заболеваний органов дыхания, кровообращения, сердечно-сосудистой системы, онкологии и ряда других заболеваний. В структуре смертности населения от болезней органов дыхания хронические заболевания легких составляют 65 %. От хронических заболеваний легких преимущественно умерли мужчины (85 %) возрастной группы 61 -70 лет (40 %).
Среди сердечно-сосудистых заболеваний особая роль принадлежит гипертонической болезни. Считается, что гипертоническая болезнь характерна для людей пожилого возраста. К сожалению, этим заболеванием в той или иной степени тяжести страдает каждый третий россиянин. Причины этого заболевания разнообразны – стрессы, ожирение, сахарный диабет, вредные привычки. В структуре причин общей смертности в Саратовской области наибольший удельный вес имеют болезни системы кровообращения (46,4 % от общего числа умерших), онкологические заболевания (12,5 %), несчастные случаи, отравления, травмы (9,6 %).
Саратовская область характеризуется высоким показателем онкологической заболеваемости при относительно низкой смертности, которая устойчиво занимает второе место среди причин смертности от заболеваний. За последние 5 лет количество больных со злокачественными новообразованиями ежегодно увеличивалось на 2,4 % [92].
В условиях осложнившейся экологической ситуации, повышенной нервно-психической нагрузки, вызывающей стрессовые состояния, и наличия риска ряда распространенных хронических заболеваний одним из путей сохранения здоровья населения является, на наш взгляд, объединение усилий ученых, занимающихся проблемами питания [21, 111, 126, 160-162, 182, 198, 224, 250].
Анализ данных о структуре питания населения Саратовской области показывает несбалансированность питания, приводящую к недостаточному обеспечению организма человека необходимыми микронутриентами [93]. Остаются низкими, по сравнению с физиологическими нормами, потребление молока и молочных продуктов, фруктов, овощей, картофеля, яиц. Превышает физиологическую норму уровень потребления сахара и кондитерских изделий, мяса и мясных продуктов. При этом по данным проведенного мониторингового исследования, в потребляемых мясных продуктах преобладают колбасные изделия, мясные полуфабрикаты.
Указанные нарушения в питании приводят к дефициту в организме человека витаминов С, группы В, Е, ретинола, фолиевой кислоты, бета-каротина, кальция, магния, калия, йода, железа, фтора, цинка, селена, пищевых волокон, полиненасыщенных жирных кислот.
Объекты, материал и методы исследования
Как видно из представленных данных, белково-углеводные основы содержат в своем составе эссенциальные компоненты молочной сыворотки: лактозу, молочный жир и белок. С целью повышения пищевой ценности сконструированных белково-углеводных основ по белковому компоненту для создания кислородсодержащих продуктов с повышенным содержанием белка животного происхождения использовали гидролизат сывороточного белка (ГСБ) отечественного производства в количестве 1 – 3 %.
Исследования на данном этапе проводились автором совместно с учеными Вологодской ГМХА им. Н.В. Верещагина (к.т.н., доцентом А.Л. Новокшановой, А.А. Абабковой) в рамках научно-исследовательской темы «Разработка многофункциональных продуктов для спортивного питания на молочной основе».
Гидролизат сывороточных белков – натуральный продукт, отличающийся высоким содержанием свободных незаменимых аминокислот, биологически ак 115 тивных низкомолекулярных пептидов и пониженной аллергенностью на молочные белки. Использование данного ГСБ актуально для решения такой проблемы, как дефицит биологически полноценных белков животного происхождения в рационе населения большинства стран, включая Россию. По данным ВОЗ состав молочных белков и, особенно, сывороточных белков, максимально приближен по аминокислотному набору к идеальному белку. Это служит основанием для использования ГСБ в производстве функциональных продуктов питания [154].
Белки молочной сыворотки обладают наиболее высокой биологической ценностью в плане аминокислотного состава, но могут стать причиной аллергических реакций у некоторых лиц. Доказано, что при расщеплении молекул белков до пептидов с размерами 2,5 - 3,0 кДа, аллергенность утрачивается. В данном гидролизате методом ферментативного гидролиза расщеплено более 60 % всех пептидных связей, что существенно улучшает функциональные свойства сывороточных белков. Методом гель-фильтрации высокого разрешения в данном ГСБ выявлено три области белковых веществ с молекулярными массами более 4,5 (31,1 ± 7,8 %), от 1,7 до 4,5 (21,48 ± 5,46 %) и менее 1,7 (50,4 ± 6,4 %) кДа. Следовательно, около 70 % всех белков данного гидролизата становятся гипоаллерген-ными. По данным НИИ питания остаточная антигенность гидролизата в 17000 раз ниже нативных сывороточных белков [174]. Содержание свободных аминокислот, в том числе незаменимых, в данном гидролизате сывороточных белков достигает 33 %. Свободные аминокислоты легко всасываются через кишечную стенку и активно используются организмом на свои нужды. Следовательно, данный компонент является не только хорошим источником незаменимых аминокислот, но и отличается их повышенной биодоступностью в пищеварительном канале. Это имеет принципиальное значение не только для спортсменов, организм которых требует усиленного белкового питания, но и при различных нарушениях пищеварения, которые могут вызываться как заболеваниями желудочно-кишечного канала, так и возрастными особенностями организма человека. В составе ГСБ преобладают разветвленные незаменимые аминокислоты – валин, лейцин и изолейцин.
Они являются источниками энергии для мышечных клеток в период восстановления и напрямую воздействуют на синтез белка в мышцах.
ГСБ прошел клинические испытания в медицинских учреждениях для лечения и реабилитации больных с различной степенью белково-энергетической недостаточности. Установлено его положительное влияние при комплексном лечении хронического гепатита, ишемической болезни сердца, гипертонической болезни, сахарного диабета, дисбактериоза и синдрома раздраженного кишечника [174]. Несмотря на такие достоинства ГСБ, они находят ограниченное применение в молочной промышленности из-за неприятного вкуса и альбуминного запаха, которые проявляются при внесении гидролизата в продукты. Органолептические пороки возникают в результате образования пептидов разной длины цепи, некоторые из которых обладают горьким вкусом [96, 132].
В связи с этим нами предварительно проведены исследования влияния ГСБ на органолептические показатели основ кислородных коктейлей. Для органолеп-тической оценки была создана комиссия в количестве пяти человек. На первом этапе исследовали влияние ГСБ на органолептические показатели молочной сыворотки. Для этой цели нами подготовлено несколько серий образцов из разных партий молочной сыворотки. В опытные образцы молочной сыворотки вносили ГСБ в количестве от 1 до 5 % с шагом 1 %. В качестве контроля использовали молочную сыворотку без ГСБ.
Поскольку действующий стандарт органолептической оценки [50] не предусматривает показатели вкуса и аромата для продуктов из молочной сыворотки, и для разрабатываемого продукта еще не установлены требования по органолепти-ческим показателям, экспертами детально описаны особенности вкуса, запаха, внешнего вида и консистенции и предложены органолептические отклонения, при наличии которых оценка за качество может снижаться (таблица 21).
Выбор и оценка качества рецептурных ингредиентов для создания основ молокосодержащих продуктов
Как видно из таблицы 39, кратность пен кислородных коктейлей, образованных молочной сывороткой, обогащенной ГСБ с глубокой степенью гидролиза (около 60 %) и НПС, высокая. Кроме того, стабильность пен кислородных коктейлей также высокая, пены остаются неизменными по структуре в течение длительного времени (30 – 40 мин).
Этот процесс объясняется тем, что предложенный способ приготовления кислородного коктейля позволяет формировать пены на основе молочной сыворотки с соком, обогащенной гидролизатом сывороточных белков с глубокой степенью гидролиза (около 60 %) и НПС, активирует процессы образования устойчивой кислородной пены за счет образования прочных интербиополимерных комплексов сывороточных белков и НПС.
В таблице 40 представлены данные пищевой и энергетической ценности кислородных коктейлей с повышенной массовой долей белка животного происхождения, в сравнении с кислородным коктейлем без гидролизата сывороточных белков.
Как видно из таблицы 40, энергетическая ценность кислородных коктейлей, обогащенных ГСБ, меняется незначительно, а содержание белка увеличивается от двух до четырех раз, по сравнению с кислородным коктейлем без ГСБ. Это объясняется, во-первых, невысокой калорийностью белков. Во-вторых, тем, что содержание наиболее емкой энергетической составляющей пищевой ценности – жира не меняется в аналоге (прототипе) и новом продукте.
По данному материалу подана заявка на патент РФ «Способ получения кислородного коктейля с пониженной аллергенностью и с повышенной массовой долей белка животного происхождения».
Интерес к новым технологиям кислородсодержащих продуктов с повышенным содержанием сухих веществ (замороженные десерты и смузи) и аэрированных десертов (муссы) с пищевыми волокнами вызван необходимостью создания биологически полноценной основы продукта. Нами разработана технология низкокалорийных кислородсодержащих замороженных фруктовых десертов с частичной заменой в традиционной рецептуре продукта сахара на фруктозу и метил-целлюлозы на комплексную пищевую добавку «Citri-Fi».
Замороженные кислородсодержащие фруктовые десерты (ранее мороженое «Бодрость» с кислородом) относятся к продуктам специального назначения. В процессе фризерования смесь вместо воздуха насыщают кислородом. Необходимая при этом взбитость мороженого «Бодрость» в традиционной технологии достигается использованием в качестве стабилизатора метилцеллюлозы (Е461) количестве 0,25 % (2,5 г на 1 кг смеси) [203].
В настоящее время, метилцеллюлоза в пищевой промышленности должна использоваться ограниченно в связи с возможностью расстройств желудочно-кишечного тракта. Людям, имеющим заболевания желудка и кишечного тракта употребление продуктов с содержанием добавки Е461 противопоказано. Добавка Е461 не имеет разрешения на применение при производстве продуктов детского питания.
Использование в рецептуре продукта фруктозы с целью частичной замены сахара позволит снизить калорийность готового продукта.
При разработке новых видов смузи за основу был выбран контрольный образец смузи на основе молока и фруктово-ягодного сока с желатином 0,3 %.
Смузи (от англ. Smooth – гладкий, мягкий, однородный) – холодный десерт в виде смешанных в блендере или миксере ягод или фруктов с добавлением кусочков льда, сока или молока.
Концепция смузи построена на содержании ягод и фруктов, без добавления сахара, подсластителей, консервантов, искусственных ароматизаторов и красителей. В качестве второго компонента может быть добавлено небольшое количество молока или йогурта.
Имея в своем составе высокое содержание фруктов или ягод, а, следовательно, макро- и микроэлементов, витаминов, комплекса нерастворимых пищевых волокон смузи способствуют очищению организма от шлаков и токсинов, улучшают обмен веществ, нормализуют кислотно-щелочной баланс в организме, укрепляют иммунитет, повышают умственную и физическую работоспособность, придают тонус [102].
В настоящем исследовании представлены результаты по созданию кислородных смузи и замороженных десертов на основе молочной сыворотки, натуральных фруктово-ягодных соков и пюре с включением в состав готовых продуктов натуральных цитрусовых пищевых волокон «Citri-Fi», содержащих в своем составе некрахмальные полисахариды (ВЭП, ксантановую и гуаровую камеди).
Следует отметить, что отдельное использование НПС в концентрациях 0,2 – 0,5 % в качестве стабилизаторов целесообразно при разработке взбитых кислородсодержащих и аэрированных дисперсных систем с повышенным содержанием сухих веществ, а также напитков «с телом». Но в то же время использование комплексной пищевой добавки «Citri-Fi» значительно расширяет технологические и функциональные свойства продуктов.
При создании новых видов кислородсодержащих продуктов исследования проводили в следующих направлениях: конструирование вкусо-ароматического профиля основы; определение рациональных параметров подготовки и внесения пищевых волокон; подбор оптимальной концентрации пищевых волокон для формирования необходимой консистенции (текстуры) и структуры продукта; разработка технологии и рецептуры продукта; исследование показателей качества и безопасности новых видов продуктов и обоснование сроков годности.
При изготовлении белково-углеводной основы разрабатывали вкусо-ароматический профиль продуктов, соответствующий высоким органолептиче-ским показателям, для этого изучали в рецептурах основы различное сочетание творожной сыворотки, ягодных пюре (клубники, смородины и малины) и натуральных соков (яблочно-вишневый и клубничный). По результатам органолепти-ческой оценки было установлено, что соотношение творожная сыворотка : ягодное пюре : натуральный фруктово-ягодный сок для смузи должно составлять 3:1:1; при производстве замороженных десертов соотношение творожная сыворотка : ягодное пюре составляло 1:1.
Перед внесением в основу продуктов проводили гидратацию цитрусовых пищевых волокон «Citri-Fi» в белково-углеводной основе. Режимы гидратации: температура 20 – 25 С, время набухания 20 – 30 мин.
При разработке кислородных смузи, содержащих в своем составе фруктово-ягодный сок, необходимым условием для получения требуемой взбитой консистенции напитка является охлаждение основы продукта до температуры 18 – 20 С. При взбивании основы при температуре ниже 18 С взбитость готового продукта была недостаточно высокая, что подтверждается соотвествующими экспериментальными данными по разработке кислородных коктейлей.
Напротив, для получения взбитых кислородсодержащих десертов, несодер-жащих в своем составе плодово-ягодный сок, неотъемлимой операцией является охлаждение основы продукта до температуры 4 ± 2 С и выдержка при указанной температуре в течение 60 ± 30 мин (созревание смеси).
Качественные характеристики кислородсодержащих замороженных десертов
Для приготовления смеси в смесительную ванну загружают плодово-ягодную основу, профильтрованный сахарный раствор, все перемешивают и фильтруют. Затем смесь пастеризуют при температуре 80 - 85 С с выдержкой 5 ± 2 мин и охлаждают до температуры 2 - 6 С. Гомогенизации не подвергают. Созревание смеси с целью гидратации стабилизаторов проводят при температуре 2 -6 С в течение 60 ± 30 мин.
После охлаждения или в процессе охлаждения в смесь вносят лимонную кислоту. Масса лимонной кислоты зависит от кислотности плодово-ягодной основы и определяется исходя из разницы между заданной и фактической кислотностью смеси. В летнее время десерт вырабатывают с кислотностью не выше 70Т, а в осенне-зимний период – с кислотностью от 55 до 60 Т.
Необходимую массу лимонной кислоты на 1 тонну смеси можно рассчитать в каждом отдельном случае, пользуясь следующей формулой: К = (Т - СР) 0,064 / 100 где К – масса лимонной кислоты, кг на 1 т смеси десерта; Т - задаваемая кислотность десерта, Т; С – масса плодово-ягодного сырья, % к массе готовой продукции; Р – кислотность плодово-ягодного сырья, Т; 0,064 - масса лимонной кислоты в кг, необходимой для повышения кислотности 1 тонны смеси на 1 Т.
Смесь хранят в специально предназначенных резервуарах или ваннах при температуре не выше 6 С. Во избежание оседания частиц плодово-ягодного сырья смесь при хранении необходимо перемешивать. Подготовленную основу десерта с температурой 2 - 6 С направляют на фризерование.
Во фризер кислород подают из баллонов через понижающий редуктор, газгольдер и воздушный клапан, находящийся между насосами первой и второй ступеней фризера, при избыточном давлении на выходе 2,45 – 2,94 кПа. Разрешается использовать только медицинский кислород. Расход кислорода на 1 т готовой смеси составляет 2,1 м3.
Подача кислорода должна осуществляться под контролем ответственного лица, имеющего удостоверение на право эксплуатации сосудов под давлением, с соблюдением инструкции по технике безопасности при работе с кислородными баллонами.
После фризерования смесь расфасовывают в полимерные стаканчики по 0,25 кг. Кислородсодержащий десерт с НПС после фризерования с температурой минус 5 – 7 С направляют в камеру хранения и на реализацию. Хранение мягкого кислородсодержащего десерта с НПС осуществляют при температуре минус 5 -7С не более 20 суток.
Кислородсодержащий десерт с ПВ «Citri-Fi» после фризерования немедленно направляют на закаливание, так как при задержке часть закристаллизованной воды может оттаять, что в дальнейшем приведет к образованию крупных кристаллов льда. Десерт замораживают для придания ему достаточно плотной консистенции в морозильных аппаратах или закалочных камерах, стараясь приблизить его температуру к температуре хранения минус 18 С.
Во время закалки необходимо, как и при фризеровании, стремиться замораживание воды провести быстро. Нельзя допускать колебаний температур в закалочных камерах.
Обычно процесс фасования и закалки десерта полностью механизирован: применяют поточные линии, имеющие, помимо фризера непрерывного действия, дозатор-автомат и морозильный аппарат, соединенные системой транспортеров.
Хранение закаленного кислородсодержащего десерта с ПВ «Citri-Fi» осуществляют при температуре минус 18 С не более 60 суток.
Изобретение относится к пищевой промышленности и может быть использовано в качестве биологически активного средства, влияющего на обменные процессы в организме и способствующего профилактике ряда заболеваний. Мусс фруктово-ягодный содержит вторичное молочное сырье, наполнитель, структуро-образователь, сахарозаменитель. При этом дополнительно мусс содержит экстракт бересты, в качестве вторичного молочного сырья - молочную сыворотку, в качестве наполнителя - фрукты или ягоды - клюкву или апельсины, или клубнику, или другой наполнитель, а в качестве структурообразователя содержит пищевые апельсиновые волокна «Citri-Fi». Исходные компоненты используются при следующем соотношении, мас.%: пищевые апельсиновые волокна 0,5 - 2,0; экстракт бересты 0,02 - 0,04; наполнитель 20,0 - 30,0; сахарозаменитель 0,02 - 10,0; сыворотка молочная - остальное. В качестве сахарозаменителя мусс содержит фруктозу, сукрозид. В качестве структурообразователя мусс содержит апельсиновое волокно «Citri-Fi 200» - волокно с гуаровой камедью (крупный помол, средний помол), апельсиновое волокно «Citri-Fi 300» - волокно с ксантановой камедью (средний помол), смесь апельсиновых волокон «Citri-Fi 200» (средний помол) и «Citri-Fi 300» (средний помол) в соотношении 1:0,5 или 1:1, смесь апельсиновых волокон «Citri-Fi 200» (крупный помол) и «Citri-Fi 300» (средний помол) в соотношении 1:0,5 или 1:1.
Способ производства мусса фруктово-ягодного предусматривает подготовку наполнителя, варку, процеживание, протирание, соединение полученного пюре с вторичным молочным сырьем, введение структурообразователя, внесение саха-розаменителя, нагревание, охлаждение и взбивание. При этом процесс подготовки структурообразователя заключается в соединении пищевых апельсиновых волокон «Citri-Fi» с молочной сывороткой и набухании их в течение 10 - 15 минут, в подготовке наполнителя - варке наполнителя непосредственно в молочной сыворотке в один этап, без предварительного отваривания в воде. При этом одновре 229
менно с структурообразователем и сахарозаменителем в полученную смесь дополнительно вносят порошок экстракта бересты, а процесс взбивания происходит при температуре 35 – 40 C в течение 5 - 7 минут.
Изобретение позволяет получить мусс, обладающий одновременно диетическими и функциональными свойствами, а также увеличенным сроком хранения, при этом снижается себестоимость готового продукта, упрощается технологический процесс и, как следствие, снижается энерго- и трудоемкость его производства.