Содержание к диссертации
Введение
1 Аналитический обзор 8
1.1 Биологически активные добавки к пище и функциональные пищевые продукты - факторы, определяющие здоровье людей 8
1.2 Анализ состояния рынка и характеристика биологически активных и лечебно-профилактических пищевых добавок 11
1.3 Роль физиологически функциональных ингредиентов в деятельности организма человека 24
1.3.1 Роль белков и аминокислот в деятельности организма 24
1.3.2 Роль углеводов в деятельности организма 27
1.3.3 Роль липидов в деятельности организма 29
1.3.4 Роль витаминов в деятельности организма 33
1.3.5 Роль минеральных элементов в деятельности организма 40
1.3.6 Роль пищевых волокон в деятельности организма 44
1.4 Особенности химического состава тыквы 46
1.5 Метод механохимической активации - эффективный метод регулирования свойств растительного сырья 50
2 Методическая часть 52
3 Экспериментальная часть 65
3.1 Маркетинговые исследования потребительских мотиваций и анализ ассортимента биологически активных добавок на примере Краснодарского края 65
3.2 Экспериментальное обоснование выбора растительного сырья для создания БАД 73
3.2.1 Исследование химического состава выжимок тыквы 73
3.2.2 Исследование показателей безопасности выжимок тыквы 79
3.3 Разработка технологических режимов получения
биологически активной добавки из выжимок тыквы . 81
4 Исследование потребительских свойств БАД «Тыковка» 94
4.1 Исследование органолептических и физико-химических показателей БАД «Тыковка» 94
4.2 Исследование показателей безопасности БАД «Тыковка» 96
4.3 Исследование пищевой ценности БАД «Тыковка» 98
4.4 Исследование медико-биологических показателей БАД
«Тыковка» 104
4.5 Изменение потребительских свойств БАД «Тыковка» в процессе хранения 110
5 Оценка экономической эффективности разработанных технологических решений 11?
Выводы и рекомендации 119
Список используемой литературы
- Анализ состояния рынка и характеристика биологически активных и лечебно-профилактических пищевых добавок
- Роль физиологически функциональных ингредиентов в деятельности организма человека
- Экспериментальное обоснование выбора растительного сырья для создания БАД
- Исследование показателей безопасности БАД «Тыковка»
Введение к работе
Одним из приоритетных направлений Государственной политики индустриально развитых стран является обеспечение продовольственной безопасности и формирование системы здорового питания.
Для реализации Государственной политики в области здорового питания населения России в южном регионе имеются большие возможности с точки зрения сырьевой базы и, прежде всего растительного происхождения.
В качестве перспективных источников растительного сырья для создания биологически активных добавок, содержащих в своем составе физиологически функциональные ингредиенты, практический интерес представляют вторичные ресурсы, из которых большой интерес представляют выжимки тыквы, полученные в результате промышленной переработки плодов тыквы.
В связи с изложенным актуальной является разработка технологии и оценка потребительских свойств биологически активной добавки (БАД) из вторичного растительного сырья - выжимок тыквы.
Целью работы являлась разработка технологии и оценка потребительских свойств биологически активной добавки из выжимок тыквы, отвечающей современным требованиям науки о питании.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
- провести анализ и систематизацию научно-технической литературы и
патентной информации по теме исследования;
- провести маркетинговые исследования, анализ потребительских
мотиваций и предпочтений для выявления потенциальных возможностей на
рынке биологически активных добавок;
- обосновать применение в качестве сырья для получения БАД
вторичного растительного сырья - выжимок тыквы;
выявить влияние метода механохимической активации на потребительские свойства БАД из выжимок тыквы;
- разработать технологические режимы обработки выжимок тыквы в
механохимическом активаторе;
- исследовать органолептические, физико-химические, микробио
логические показатели и показатели безопасности БАД «Тыковка»;
исследовать медико-биологические свойства БАД «Тыковка»;
провести оценку потребительских и функциональных свойств БАД «Тыковка» в процессе хранения;
разработать комплект технической документации на БАД «Тыковка», включающий технические условия и технологическую инструкцию;
- провести оценку экономической эффективности от внедрения
разработанных технологических решений.
Научная новизна работы заключается в следующем.
Впервые обоснована целесообразность и эффективность применения выжимок тыквы в качестве сырья для получения БАД. Впервые показано, что обработка выжимок тыквы с применением метода механохимической активации позволяет получить БАД, имеющую высокие потребительские свойства и пищевую ценность.
Впервые научно обоснована и экспериментально подтверждена эффективность применения метода механохимической активации при переработке выжимок тыквы. Выявлено, что использование роторно-валкового дезинтегратора (РВД) вертикального типа при обработке выжимок тыквы приводит к увеличению степени их дисперсности и достижению требуемых потребительских свойств БАД на их основе. Показано, что измельчение выжимок тыквы в РВД позволяет получить БАД, обладающую
высокой растворимостью в воде. Выявлено, что обработка выжимок тыквы в РВД при установленных режимах не приводит к накоплению кукурбитацинов.
Впервые установлено, что БАД из выжимок тыквы обладает антиоксидантними, гипохолестеринимическими и гепатопротекторными свойствами.
Новизна разработанных технологических решений подтверждена 3 решениями о выдаче патентов РФ на изобретения.
Практическая значимость. По результатам маркетинговых исследований выявлены предпочтения и потребительские мотивации, положенные в основу при разработке биологически активной добавки. Разработаны технологические режимы получения БАД из выжимок тыквы с применением метода механохимической активации. Разработан комплект технической документации на БАД «Тыковка», включающий технические условия и технологическую инструкцию.
На защиту выносятся следующие основные положения диссертации:
- анализ и систематизация научно-технической литературы и патентной
информации по теме исследования;
- результаты маркетинговых исследований, анализ потребительских
мотиваций и предпочтений для выявления потенциальных возможностей на
рынке биологически активных добавок;
- обоснование выбора в качестве сырья для получения БАД вторичного
растительного сырья - выжимок тыквы;
- результаты влияния метода механохимической активации на
потребительские свойства БАД из выжимок тыквы;
- разработанные технологические режимы получения БАД из выжимок
тыквы в механохимическом активаторе;
- результаты исследования органолептических, физико-химических,
микробиологических показателей и показателей безопасности БАД «Тыковка»;
- результаты медико-биологических исследований свойств БАД
«Тыковка»;
- результаты оценки потребительских и функциональных свойств БАД
«Тыковка» в процессе хранения;
комплект технической документации на БАД «Тыковка», включающий технические условия и технологическую инструкцию;
- результаты оценки экономической эффективности от внедрения
разработанных технологических решений.
Анализ состояния рынка и характеристика биологически активных и лечебно-профилактических пищевых добавок
К группе биологически активных и лечебно-профилактических пищевых добавок относят широкий спектр веществ, включая и получаемые из вторичных сырьевых ресурсов, образующихся при переработке сырья растительного и животного происхождения /5-8/.
Разработанная Харьковским филиалом ВНИИ НМВ ФТИНТ АН Украины технология производства витаминизированных порошкообразных смесей с использованием в качестве основных компонентов криопорошков из целых фруктов и ягод получила все более широкое распространение 191.
Так на научно-производственном предприятии «БИОФИТ» разработан ряд биологически активных добавок, которые в качестве основы содержат криопорошки бахчевого, овощного, фруктового и/или ягодного сырья, а в качестве добавок она содержит зародыши пшеницы, порошок женьшеня, витамины Е и А /10,11/.
Известны различные продукты переработки топинамбура, включая и сухие продукты. В результате переработки клубней топинамбура получали сухой продукт, содержащий углеводные компоненты, что обеспечивало их длительное хранение в сухом состоянии /12/.
В научно-технической литературе имеются данные по использованию клубней и надземной части топинамбура, как сырья для производства полисахарида, спирта, кормопроизводства, получения глюкозо-фруктозных сиропов и инулина для пищевой промышленности /13/.
В настоящее время для повышения пищевой и биологической ценности пищевых продуктов широко используют добавки с повышенным содержанием белка и незаменимых аминокислот.
Известно направление развития производства пищевых добавок на основе злаков и растительного сырья, наиболее представительным из которых можно считать добавку, включающую помол зерна злаковой культуры с добавлением витаминов /14/. Компонентами добавки являются отруби пшеничные, солод пивоваренный ячменный, а также лист крапивы.
Перспективным также является использование зерновых зародышей, в частности пшеничных, которые содержат ценные натуральные биологически активные вещества: витамины группы В, РР, токоферолы, полиненасыщенные жирные кислоты, растительные белки и микроэлементы.
Зерновые зародыши следует рассматривать, как наиболее эффективные источники натуральных витаминов и микроэлементов, при создании новых продуктов детского питания, специальных сортов хлебобулочных, макаронных и кондитерских изделий, а также для витаминизации пищевых продуктов на основе рационального и сбалансированного питания /15/.
Известна БАД для регулирования липидного обмена, представляющая собой экстракт зерен проса, полученный путем обработки измельченных зерен неполярным экстрагентом с последующим отделением целевого продукта и упариванием /16/. Исследования показали, что применение такой БАД не только стимулирует активность липазы в организме, но и создает одновременно условия для усиленного окисления жирных кислот с их преимущественным использованием в качестве источника энергообеспечения.
Разработана биологически активная добавка к пище, включающая продукты переработки семян бобовых, в частности, нута путем их проращивания, ферментации и инактивирования ферментов, она также содержит муку из семян расторопши и аминоуксусную кислоту - глицин/17/.
Разработана /18/ биологически активная добавка, содержащая соевый лецитин и растительную клетчатку, а также ядра кедрового и грецкого ореха.
Научно-производственной фирмой «Росма-плюс» на базе кафедры технологии жиров, товароведения и экспертизы товаров КубГТУ разработана оригинальная технология получения фосфолипидных биологически активных добавок серии «Витол» из отечественного сырья - семян подсолнечника, обладающих иммуномоделирующими, антиоксидантными, гиполипидемическими, гипохолестеринемическими, радиопротекторными и гипотензивными свойствами /19/.
Восточно-Сибирским государственным технологическим университетом разработан лечебно-профилактический пищевой продукт из ядер семян облепихи, оболочки которых ферментированы ячменным солодом, что позволяет снизить количество грубой клетчатки в оболочках семян облепихи и получить продукт с высокой биологической активностью и улучшенной пищевой ценностью /20/.
Роль физиологически функциональных ингредиентов в деятельности организма человека
Основной составной частью пищевого рациона человека являются углеводы, поскольку потребляют их примерно в 4 раза больше, чем липидов и белков /75,78/. Углеводы выполняют в организме разнообразные функции, но самая важная из них - энергетическая. Средняя потребность в углеводах составляет 400...500 г/сутки. Следует отметить, что при увеличении физической нагрузки их доля должна возрастать /79/.
Углеводы имеют определенное пластическое значение, входя в состав гормонов, ферментов и секретов слизистых желез. Они необходимы для биосинтеза нуклеиновых кислот, заменимых аминокислот, как составная структурная часть клеток /85,92,93/.
Разнообразна и регуляторная функция углеводов. Они противодействуют накоплению вторичных продуктов окисления (кетонов и альдегидов) при окислении липидов, а также регулируют деятельность центральной нервной системы /85/.
Важна также защитная функция углеводов. При взаимодействии глюкуроновой кислоты с некоторыми токсическими веществами образуются растворимые в воде нетоксические сложные эфиры, которые легко удаляются из организма /93/.
В пищевом рационе до 70...75% всех углеводов должно приходиться на долю крахмала, около 10% - на долю пищевых волокон и 15...20%) - на долю простых Сахаров /75,79/.
Нарушение физиологической потребности в углеводах оказывает неблагоприятное воздействие на организм человека /92,93/.
По пищевой ценности углеводы делят на усвояемые и неусвояемые.
Усвояемые углеводы перевариваются и метаболизируются в организме человека. К ним относятся глюкоза, фруктоза, сахароза, лактоза, мальтоза, крахмал, декстрины и гликоген.
Неусвояемые углеводы не расщепляются ферментами, секретируемыми в пищеварительном тракте человека /84,92,93/, но они очень важны для пищеварения и составляют, так называемые, пищевые волокна.
К неусвояемым углеводам относятся целлюлоза, гемицеллюлоза, пектиновые вещества и лигнин /84,92,93/.
Следует отметить, что пищевые волокна, обволакивая слизистую оболочку кишок, защищают ее от механических и химических раздражителей, связывают и выводят из организма патогенную и гнилостную микрофлору, а также токсичные элементы (ртуть, свинец, стронций, мышьяк) /94-96/.
Зависимость между недостатком растительных пищевых волокон в рационе человека и массовым появлением в Европе и США целого ряда новых заболеваний определилась еще во второй половине XIX века /90/.
В настоящее время учеными доказано, что для протекания процесса пищеварения максимально физиологичным и правильным способом, человеку необходимо употреблять пищу, богатую пищевыми волокнами /79/.
Пищевые волокна выполняют в процессе пищеварения важную роль. Они раздражают нервные окончания, заложенные в кишечной стенке, благодаря чему усиливают перистальтику - пищевые массы быстрее продвигаются вдоль кишечника /92,93/.
Экспериментальное обоснование выбора растительного сырья для создания БАД
Из приведенных в таблице 3.1 данных видно, что выжимки тыквы содержат в своем составе ряд физиологически ценных ингредиентов -пищевых волокон, минеральных веществ, каротиноидов, токоферолов, белков и липидов.
Следует отметить, что содержание пищевых волокон, минеральных веществ, каротиноидов, токоферолов и витамина С в выжимках тыквы значительно выше, чем в выжимках арбуза и дыни.
Учитывая, что одними из важнейших макронутриентов являются белки, на следующем этапе исследовали фракционный состав белков выжимок тыквы.
Полученные данные приведены в таблице 3.2.
Из приведенных данных видно, что в составе белков выжимок тыквы преобладают солерастворимые белки, имеющие высокую биологическую ценность, при этом суммарное содержание водо- и солерастворимых белков составляет около 80%. Известно, что биологическая ценность белков обусловлена их аминокислотным составом. Учитывая это, изучали аминокислотный состав белков выжимок тыквы.
В таблице 3.3 приведен аминокислотный состав выжимок тыквы. Для сравнения приведен аминокислтный состав «идеального белка».
Из приведенных данных видно, что по сбалансированности аминокислотного состава белки выжимок тыквы приближаются к идеальному белку, что свидетельствует об их высокой биологической ценности.
Отличительной особенностью химического состава выжимок тыквы является высокое содержание углеводов.
В таблице 3.4 приведенные данные по углеводному составу выжимок тыквы.
Из приведенных данных видно, что углеводы выжимок тыквы представлены моно-, ди- и полисахаридами, при этом в их составе содержится большое количество пищевых волокон, в том числе пектин и протопектин, оказывающих положительное влияние на моторную функцию пищеварительной системы, липидный обмен и снижение содержания токсичных продуктов в организме.
Для полной характеристики пищевой ценности изучали жирнокислотный состав липидов, выделенных из выжимок тыквы.
Данные по жирнокислотному составу липидов, выделенных из выжимок тыквы, приведены в таблице 3.5.
Из приведенных данных видно, что в липидах, выделенных из выжимок тыквы, содержится более 80 % физиологически ценных ненасыщенных жирных кислот, в том числе более 55 % полиненасыщенных жирных кислот - линолевой и линоленовой.
Наряду с полноценным составом макронутриентов, пищевая ценность сырья для производства биологически активных добавок обусловлена также наличием минеральных элементов.
Учитывая это, изучали качественный и количественный состав минеральных элементов выжимок тыквы. В таблице 3.6 приведен состав минеральных элементов выжимок тыквы.
Состав минеральных элементов выжимок тыквы представлен макроэлементами: калием, фосфором, кальцием, натрием, магнием, а также микроэлементами: железом, цинком, медью, фтором, селеном и йодом.
Учитывая, что в составе выжимок тыквы содержатся в большом количестве каротиноиды, изучали их фракционный состав. Фракционный состав каротиноидов выжимок тыквы приведен в таблице 3.7. Для сравнения приведен фракционный состав каротиноидов выжимок облепихи, которые используются в качестве сырья для производства препаратов каротиноидов.
Из приведенных в таблице 3.7 данных видно, что содержание Р" каротина и а- каротина в выжимках тыквы значительно выше по сравнению с этими показателями в выжимках облепихи.
Таким образом, проведенные исследования химического состава выжимок тыквы показали, что они являются полноценным сырьем для производства биологически активной добавки, содержащей комплекс физиологически функциональных ингредиентов.
Исследование показателей безопасности БАД «Тыковка»
Из приведенных данных видно, что относительная биологическая ценность БАД «Тыковка» выше, чем в эталонном образце. Это связано с тем, что БАД содержит в своем составе помимо белков углеводы, которые являются предпочтительными компонентами питания тест - организма Tetrahymena Pyriformis.
Учитывая, что важным показателем пищевой ценности биологически активных добавок является также усвояемость, на следующем этапе определяли степень перевариваемости белка пепсином и трипсином.
Процесс переваривания каждым из указанных ферментов вели 3 часа, при этом пробы отбирали каждый час. Накопление низкомолекулярных продуктов гидролиза белка определяли по цветной реакции Лоури и выражали в процентах. Полученные данные приведены на рисунке 4.2. Показано, что по истечение 3 часов переваривания содержание продуктов гидролиза белка составляет 83 %, что подтверждает высокую усвояемость белка БАД «Тыковка».
На следующем этапе исследования проводили оценку удовлетворения основными физиологически функциональными ингредиентами суточной потребности организма при приеме БАД «Тыковка».
В таблице 4.7 приведены данные, позволяющие оценить способность разработанной БАД нормализовать пищевой статус человека при употреблении ее в количестве 20 г в сутки.
Из приведенных данных видно, что употребление 20 г в сутки БАД «Тыковка» позволяет удовлетворить потребность в основных физиологически функциональных ингредиентов более, чем на 10%.
Медико-биологические исследования БАД проводили в Кубанском государственном медицинском университете (Институт аллергии и астмы) на растущих белых крысах, в рационы которых вводили разработанную БАД для оценки степени выраженности адаптационных свойств (антиоксидантных, гипохолестеринемических), а также с целью выяснения их защитной (гепатопротекторной) роли при воздействии токсических факторов алиментарной природы (микотоксинов).
Опыты проводили на растущих белых крысах линии Вистар, в рационы которых вводили БАД «Тыковка». Животные были разделены на группы (2 группы по 20 крыс в каждой): контрольная (I) и экспериментальная (II).
БАД «Тыковка» включали в рационы экспериментальной группы крыс в количестве 25 % от общего рациона.
Для характеристики антиоксидантного действия БАД определяли содержание малонового диальдегида и диеновых коньюгатов в сыворотке крови/174/.
Результаты экспериментов, в среднем по группам, использовали для выявления влияния БАД, предназначенной для включения в ежедневный рацион, для профилактики различных нарушений защитных функций, обменных процессов и адаптационных возможностей организма.
При расчёте энергетической ценности рационов использовали коэффициенты, учитывающие процент усвояемости основных пищевых веществ/137/.
На рисунке 4.3 приведены данные по изменению содержания малонового диальдегида и диеновых коньюгатов в виде диаграмм.
Из приведенных данных видно, что достоверное снижение содержания малонового диальдегида и диеновых коньюгатов в сыворотке крови может рассматриваться, как свидетельство антиоксидантной способности БАД и ее влияния на снижение активности перекисного окисления липидов, т.е. разработанная БАД «Тыковка» обладает антиоксидантными свойствами (Приложение 1).
Проявление антиоксидантных свойств БАД «Тыковка» обусловлено наличием витамина С, некоторых витаминов группы В, токоферолов, Р-каротина, а также селена, которые защищают организм человека от свободных радикалов, проявляют антиканцерогенное действие, а также блокируют активные перекисные радикалы, замедляя процесс старения организма.
