автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Исследование и разработка технологии биопродукта с овсяным толокном

На правах рукописи

АНИКИНА ЕЛЕНА НИКОЛАЕВНА

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ БИОПРОДУКТА С ОВСЯНЫМ ТОЛОКНОМ

Специальность 05.18.04 - технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 0

2014

005546137

Омск-2014

005546137

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Омский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина» (ФГБОУ ВПО «ОмГАУ им. П.А. Столыпина»)

Научный руководитель: Пасько Ольга Владимировна

доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты: Иванова Светлана Анатольевна, доктор

технических наук, доцент, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности», профессор кафедры «Высшая математика»

Мироненко Ирина Михайловна, кандидат технических наук, Государственное научное учреждение «Сибирский научно-исследовательский институт сыроделия Россельхозакаде-мии», заведующий лабораторией

Ведущая организация: Государственное научное учреждение

«Сибирский научно-исследовательский институт переработки сельскохозяйственной продукции Россельхозакадемии»

Защита диссертации состоится 22 апреля 2014 г. в 12-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.809.01 при ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» по адресу: 650056, г. Кемерово, бульвар Строителей, 47,4 лекц. ауд., тел./факс (384-2) 39-68-88.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на официальном сайте ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» (http:// www.kemtipp.ru).

С авторефератом можно ознакомиться на официальных сайтах ВАК Минобрнауки РФ (http://vak.ed.gov.ru) и ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» (http:// www.kemtipp.ru).

Автореферат разослан Фмсуиъиз~2014 г

Ученый секретарь диссертационного совета

О.В. Кригер

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. В настоящее время наблюдается тенденция создания принципиально нового поколения пищевых продуктов, основными характеристиками которых являются сбалансированный состав, пониженное содержание жира, легкоусвояемых углеводов, высокое содержание белка, а также пробиотические свойства. Используя современные биотехнологические приемы в комплексе с традиционными методами пищевой технологии возможно создание уникальных по своему составу и свойствам ферментированных молочных продуктов с контролируемым химическим составом, заданными физиолого-биохимическими свойствами. Этого можно достигнуть за счет комбинирования молочных и растительных компонентов, в частности злаковых культур.

Одной из основных задач, отраженных в распоряжении Правительства РФ от 25 октября 2010 г. № 1873-р «Основы государственной политики Российской Федерации в области здорового питания населения на период до 2020 года», является развитие производства пищевых продуктов, обогащенных незаменимыми компонентами, специализированных продуктов детского питания, продуктов функционального назначения, диетических (лечебных и профилактических) пищевых продуктов и биологически активных добавок к пище, в том числе для питания в организованных коллективах.

Таким образом, актуальным представляется разработка технологии биопродукта с овсяным толокном, предназначенного для организации питания детей школьного возраста.

Степень разработанности темы. Вопросы создания молочно-растительных и обогащенных продуктов отражены в фундаментальных и прикладных научных трудах известных учёных А.А Покровского, А.Г. Храмцова, H.H. Липатова (ст.), H.H. Липатова (мл.), И.А. Рогова, Н.И. Дунченко, И.С. Ха-магаевой, В.И. Ганиной, H.A. Тихомировой, В.Ф. Семенихиной, В.М. Позняков-ского, В .Б. Спиричева, Л.А. Остроумова, А.Ю. Просекова, И.А. Смирновой, Л.М. Захаровой, Н.Б. Гавриловой, И.А. Евдокимова, A.A. Майорова, В.И. Круг-лик и других. Дальнейшему развитию технологии молочно-растительных продуктов способствуют исследования, посвященные разработке биопродукта с овсяным толокном.

Цель и задачи исследований. Цель настоящей работы - исследование и разработка технологии биопродукта с овсяным толокном. Для реализации поставленной цели сформулированы следующие задачи:

- провести аналитический обзор научно-технической литературы, патентной информации и определить состав молочно-растительной основы (далее МРО) для производства биопродукта с овсяным толокном;

- обосновать выбор йодсодержащей добавки и разработать методику оптимизации состава молочно-растительной основы по критерию максимального (минимального) содержания минеральных веществ путем компьютерного проектирования;

- исследовать процесс ферментации молочно-растительной основы биопродукш и определить его оптимальные параметры;

- определтъ влияние овсяного толокна и йодсодержащих добавок на активность и адгезию пробиотических культур;

- исследовать микроструктуру и изменение структурно-механических характеристик молочно-растительной основы в процессе ферментации;

- сформировать потребительские свойства и изучить качественные показатели биопродукта с овсяным толокном в процессе хранения, установить гарантированный срок его годности;

- провести сравнительный анализ пищевой, биологической ценности разработанного биопродукта с овсяным толокном;

- установить основные технологические параметры и технологию производства биопродукта с овсяным толокном, разработать нормативную документацию (СТО) и представить оценку экономической эффективности разработанной технологии.

Научная новизна работы. Определен состав молочно-растительной основы биопродукта по оптимальному балансу незаменимых факторов питания. Разработана методика оптимизации состава молочно-растительной основы по критерию максимального (минимального) содержания минеральных веществ путем компьютерного проектирования. Исследован процесс ферментации мояочно-расгагельной основы биопродукга пробиотическими культурами микроорганизмов (Ь. 1ас1лз, Ь. сгетопэ, Ь. сНасеШасиБ, 8. ЛеппорЬИиБ, В. 1огщит) и определены оптимальные параметры ферментации. Изучено влияние овсяного толокна и йод-содержащей добавки на активность пробиотических культур в процессе ферментации молочно-растительной основы. Разработаны математические модели, описывающие влияние продолжительности ферментации, активной кислотности, массовой доли овсяного толокна на изменение клеточной концентрации молочнокислых микроорганизмов (Ь. 1асЙ5, Ь. сгетопэ, Ь. сНасеШасйя, Б. ШегторЬИиБ) и бифидобактерий (В. 1ог^ит). Выявлен процесс адгезии пробиотических культур с образованием микроколоний на пищевых волокнах толокна. Исследованы микроструктура и структурно-механические характеристики МРО в процессе ферментации, установлено интенсифицирующее воздействие толокна на процесс структурообразования. Сформированы потребительские свойства и экспериментально обоснован срок годности биопродукта с овсяным толокном, исследованы показатели его безопасности и качества, проведен сравнительный анализ пищевой и биологической ценности.

Теоретическая и практическая значимость работы. На основании результатов проведенных исследований разработана технология биопродукта с овсяным толокном, утверждена нормативная документация для его производства (СТО 49527279-001-2013). Проведена промышленная апробация разработанной технологии на молочном предприятии «Манрос-М» филиал ОАО «Вимм-Билль-Данн». Новизна технологии биопродукта с овсяным толокном отражена в заявке на получение патента РФ № 2013112559 «Профилактический кисломолочный продукт» (приоритет от 20.03.2013 г.).

Теоретические выводы и положения работы используются в основной образовательной программе бакалавров и магистров по направлениям подготовки

260200 «Продукты питания животного происхождения» и 260800 «Технология продукции и организация общественного питания».

Методология и методы исследования. При организации и проведении исследований применялся комплекс общепринятых, стандартных и модифицированных методов исследований: физико-химических, микробиологических, биохимических, реологических, а также использовались математические методы статистической обработки результатов исследований и построения математических моделей.

Основные положения, выносимые на защиту:

- методика оптимизации состава МРО по оптимальному балансу незаменимых факторов питания и критерию максимального (минимального) содержания минеральных веществ путем компьютерного проектирования;

— комплексный анализ результатов влияния овсяного толокна и йодсодержащей добавки на активность и адгезию пробиотических культур (L. lactis, L. cremoris, L. diacetilactis, S. thermophilus, B. longum) в процессе ферментации;

— результаты исследования микроструктуры и изменения структурно-механических характеристик молочно-растительной основы в процессе ферментации;

— технология биопродукта с овсяным толокном (СТО 49527279-001-2013).

Достоверность результатов подтверждается достаточной повторностью

и воспроизводимостью экспериментальных данных, полученных с использованием современных физико-химических, микробиологических, реологических методов исследований, и их математической обработкой, апробацией нового технологического решения в производственных условиях.

Качество и безопасность разработанного продукта на соответствие требованиям ФЗ № 88 «Технический регламент на молоко и молочную продукцию» (в ред. Федерального закона от 22.07.2010 г. № 163-ФЭ) подтверждены исследованиями в аккредитованной испытательной лаборатории ООО «Центр сертификации и экспертизы «Омск-тест».

Апробация результатов. Основные положения работы и результаты исследований были предметом обсуждения и докладов на конференциях и конгрессах различного уровня, в том числе на международной молодежной конференции «Биокаталитические технологии и технологии возобновляемых ресурсов в интересах рационального природопользования» (Кемерово, 2012 г.), VIII специализированном конгрессе «Молочная промышленность Сибири» (Барнаул, 2012 г.), всероссийской научно-практической конференции «Современное состояние и перспективы развития индустрии питания и гостеприимства» (Омск, 2012 г.), втором международном научно-техническом форуме «Реализация государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия: инновации, проблемы, перспективы» (Омск, 2013 г.), II Торговом форуме Сибири (Омск, 2013 г.).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 12 работ, в том числе 3 статьи в изданиях, рецензируемых ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, основной части, заключения, списка литературы и приложений. Основной текст

работы изложен на 140 страницах машинописного текста, содержит 55 таблиц, 42 рисунка, 158 литературных источников и приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Введение. Обоснована актуальность выбранного направления научных исследований.

Глава 1. Обзор литературных данных по вопросу разработки и производства молочно-растительных продуктов. Обобщены сведения о современных тенденциях разработки технологий молочно-растительных биопродуктов. Представлена характеристика пищевого статуса детского населения России, в том числе Омского региона, рассмотрены проблемы и перспективы организации питания школьников. Обоснована целесообразность использования растительных ингредиентов в производстве молочно-растительных биопродуктов. В результате анализа литературных источников, технической и патентной документации сформулированы цель и задачи научных исследований.

Глава 2. Методология проведения исследований. Приведена характеристика объектов исследований, описана методология проведения исследований и постановки эксперимента.

Экспериментальные исследования и обработка полученных данных проводились в лабораториях кафедр «Технология и оборудование пищевых производств», «Стандартизация и сертификация пищевых продуктов» Омского государственного аграрного университета, научно-образовательного центра Кемеровского технологического института пищевой промышленности, «Манрос-М» филиал ОАО «Вимм-Билль-Данн» (г. Омск) и аккредитованных испытательных лабораториях ООО «Сертификат», ООО ЦСЭ «Омск-тест» в соответствии с поставленными задачами.

Блок-схема проведения исследований приведена на рисунке 1.

При составлении схемы использованы следующие условные обозначения: 1 - химический состав; 2 - индекс растворимости; 3 - титруемая кислотность; 4 - активная кислотность; 5 - органолептические показатели; 6 - микробиологические показатели (клеточная концентрация молочнокислых микроорганизмов и бифидобактерий); 7 - показатель биологической ценности (БЦ, %); 8 - коэффициент различий аминокислотного скора (КРАС); 9 - определение сохранности йода; 10 - структурно-механические характеристики; 11 - пищевая и энергетическая ценность; 12 - срок годности; 13 - показатели качества и безопасности; 14 - технологическая схема производства; 15 - СТО; 16 - себестоимость.

= £

5 е ч С о

¡5 О в « о

О а а а с

Анализ научно-технической литературы

г >з

а й25

~ = г. _

Оптимизация состава МРО по критерию максимального (минимального) содержания минеральных веществ путем компьютерного проектирования

Определение оптимального режима пастеризации молочно-растительной основы и его влияние на сохранность йода (б, 9)

Изучение влияния овсяного толокна и йодсодержащих добавок на биохимическую активность и адгезию пробиотических культур (3,4, 5, 6)

Исследование микроструктуры и изменения структурно-механических характеристик МРО в процессе ферментации (10)

" с г ' ;

«5 5.°

о. « Г)

V V я С а. а с

Изучение влияния вкусовых наполнителей на органолептические показатели биопродукта (3,4, 5)

Формирование структурно-механических свойств и микроструктуры биопродукта(10)

Исследование хранимоспособности биопродукта (3,4, 5,6,12)

Сравнительный анализ пищевой, биологической ценности, определение показателей качества и безопасности биопродукта (11,13)

Выбор и обоснование технологических параметров производства биопродукта (14)

Промышленная апробация технологии, оценка конкурентоспособности биопподукта П4, 16)

Рисунок 1 - Блок-схема проведения исследований

Глава 3. Результаты исследования и их анализ. Учитывая медико-биологические требования к продуктам школьного питания и принципы нутри-циологии, определен состав молочно-растительной основы для производства биопродукта с овсяным толокном с оптимальными органолептическими и физико-химическими показателями. В качестве молочного сырья предложено использовать молоко с м.д.ж. 2,5 %, сухую молочную сыворотку, а в качестве растительного ингредиента - овсяное толокно. Изучены микробиологические показатели овсяного толокна, которые полностью соответствуют требованиям ГОСТ 2929-75 и СанПиН 2.3.2.1078-2001.

Коррекцию белкового, аминокислотного состава проводили с помощью сухой молочной сыворотки (далее CMC). Для определения оптимальной массовой доли сухой молочной сыворотки (далее CMC) был определен аминокислотный скор (АС, %) лимитирующих незаменимых аминокислот (метио-нин+цистин). Обязательным условием конструирования молочно-растительной основы по эффекту взаимного обогащения является АС > 100 %. Содержание компонентов молочно-растительной основы варьировали в следующих пределах: овсяное толокно - МРО 1 - 1 %, МРО 2-3 %, МРО 3-5 %, МРО 4-7 %, сухая молочная сыворотка - 1-3 %. Лишь при внесении сухой молочной сыворотки более 2 % аминокислотный скор лимитирующих аминокислот > 100%. С увеличением массовой доли сыворотки возрастает кислотность молочно-растительной основы, поэтому для проектирования МРО выбрана массовая доля сухой молочной сыворотки 2 %. На основании проведенных исследований обоснован состав молочно-растительной основы биопродукта с овсяным толокном по оптимальному балансу незаменимых факторов питания, эффекту взаимного обогащения, биологической ценности: молоко с массовой долей жира 2,5 %, сухая молочная сыворотка — 2%, овсяное толокно — 3—5 %.

В качестве источника йода были выбраны добавки, содержащие органический йод: «Йодказеин», «Фитойод», «Йодхитозан». Йодосодержащие добавки вносятся в молочно-растительную основу в виде раствора, в связи с этим была изучена их растворимость в воде. Лучшими технологическими свойствами обладает йодосодержащая добавка «Фитойод», которая и была выбрана для обогащения йодом биопродукта с овсяным толокном.

Следующий этап работы посвящен оптимизации состава молочно-растительной основы биопродукта по критерию максимального (минимального) содержания минеральных веществ путем компьютерного проектирования. Проектирование молочно-растительной основы рецептуры биопродукта с овсяным толокном выполнялось по следующей блок-схеме (рисунок 2).

• Создание информационного банка данных,' включающего о себя вид, химический состав ингредиентов ___ __^

Составление балансовых линейных алгебраических' уравнений по химическому составу конструируемого продукта _^

Задание технологических ограничении на использование отдельных видов ингредиентов согласно нормативной документации___

• Определение функции цели (функционал) для проведения оптимизации рецептуры

• Решение поставленной задачи в компьютерной математической системе

Анализ с технологической и функциональных точек зрения вариантов рецептур и выбор такого, который наиболее полно отвечает поставленным целям

Рисунок 2 - Блок-схема проектирования молочно-растительной основы биопродукта с овсяным толокном

На начальном этапе проектирования рецептуры молочно-растительной основы биопродукта была создана информационная матрица, включающая в себя вид ингредиентов, химический состав, индексированные переменные (X). На основании информационной матрицы составлена система линейных балансовых алгебраических уравнений по жиру, белку, углеводам.

Линейные балансовые неравенства и уравнения: 0,025x1+0,06x2+0,011хЗ> 2,5 0,029x1+0,122x2+0,12хЗ> 3 0,047x1+0,521x2+0,733х3> 6 х1+х2+хЗ+х4+х5=100

На завершающем этапе компьютерного проектирования была оптимизирована рецептура МРО биопродукта с овсяным толокном по содержанию йода с учетом его естественного содержания в исходном сырье. Содержание йода в проектируемой молочно-растительной основе биопродукта с толокном можно целенаправленно повышать (уменьшать), изменяя функцию цели путем задания определенных значений процента удовлетворения суточной потребности детей школьного возраста Проектирование молочно-растительной основы биопродукта с овсяным толокном с максимальным содержанием минеральных веществ, в том числе и йода, в 100 граммах конструируемой основы представлено в таблице 1.

Баланс по жиру: белку: углеводам: массе:

Таблица 1 - Проектирование рецептуры молочно-растительной основы биопродукта с овсяным толокном с максимальным содержанием минеральных веществ

11нгр ели енты X Масса,4 кг Минеральные вещества, »лг

Sa К Fe i Ms Р

Молоко с М.Д.Ж. 2.5?'* х 1 92,9В 120.00 146,00 0.06 O.OOS 14.ОО 90.00

Толокно овсяное х2 5,00 61.00 372,00 3,00 0,006 115,34 345.26

Сухая молочная сыворотка хЗ 2,00 1100.00 1400,00 1.50 0,01 150,00 1200.0

Раств ор НАД «Фитойод» тс4 О.ОЮ 0,00 О.ОО О.ОО 240,0 О.ОО 0,00

Препарат бактериальный 0.01

Сумма, кг 100,00

Суточная потребность школьников (7-11 лет), мг 1ЮО 1SOO 12,00 о,ю 250,ОО 1650.0

Суточная потребность школьников (11 лет и старше), мг 1200 2000 17.00 0.12 ЗОО.ОО 1800.0

■.. уловл«творения;; суточной потребности: школьни* ков 7-11 лет 11,3 ] 1,4 2,6 . 28,5 8.4 7,0

*Уо удовлетворения ■. суточной : потребности школьников 11 лет иг старте Ю.4 8,55 1,8 23.3' 7,0 6.4

Содержание в продукте, мг 124.15 570.95 0,31 0.029 20,97 ■ 114,98

Таким образом, разработана методика оптимизации содержания минеральных веществ (в том числе йода) в молочно-растительной основе биопродукга с овсяным толокном. Определено количественное содержание йодсодержащей добавки «Фи-тойод» для обогащения молочно-растительной основы биопродукта (1 г на 1000 кг), предназначенного для питания детей школьного возраста.

На начальном этапе изучения процесса ферментации молочно-растительной основы биопродукта определен оптимальный режим пастеризации (90 °С в течение 5 минут), обеспечивающий минимальную остаточную микрофлору, и его влияние на сохранность йода (85,43% от исходного содержания).

Для ферментации МРО был выбран бактериальный препарат прямого внесения ALBA BIO S-09 «Альба-ТИММ», в состав которого входят пробиотиче-ские культуры (В. longum, L. lactis, L. cremoris, L. diacetilactis, S. thermophilus).

В процессе ферментации по истечении 6,0±0,5 ч во всех исследуемых образцах образовался сгусток, который в последующие 2,0±0,5 ч уплотнился. В молочно-растительной основе с содержанием толокна (МРО 1, 2, 3, 4) кисло-тообразование происходит интенсивнее, нежели в контрольных образцах, включающих только молоко (контроль 1) или молоко и сухую молочную сыворотку (контроль 2). За 8 ч ферментации кислотность МРО 2 и МРО 3 достигает оптимальных значений (pH 4,67-4,71), органолегггические показатели молочно-растительных систем характеризуются высокими значениями, следовательно, процесс ферментации следует ограничить 8 ч. Сравнительный анализ изменения клеточной концентрации молочнокислых микроорганизмов (L. lactis, L. cremoris, L. diacetilactis, S. thermophilus) и бифидобактерий (В. longum) в процессе ферментации МРО представлен на рисунке 3.

a) L. lactis, L. cremoris, L.diacetilactis, б) B. longum

S.thermophilus

Рисунок 3 - Характеристика изменения клеточной концентрации молочнокислых микроорганизмов и бифидобактерий в процессе ферментации МРО с различным содержанием толокна В процессе ферментации МРО с различным содержанием толокна увеличивается клеточная концентрация молочнокислых микроорганизмов (за 8 ч ферментации достигает в,3-У ,2 lg КОЕ/см3) и бифидобактерий (7,2-7,45 lg КОЕ/см3), следовательно, овсяное толокно оказывает ростостимулирующее влияние на ассоциативный рост молочнокислых микроорганизмов (L. lactis, L. cremoris, L. diacetilac-tis, S. thermophilus) и бифидобактерий (В. longum).

Включение в состав молочно-растительной основы толокна овсяного способствует обогащению пищевыми волокнами и слизями углеводного комплекса, которые могут способствовать процессу адгезии микроорганизмов. В связи с этим изучена микроскопическая картина ферментированной молочно-растительной основы на электронном микроскопе прямом AxioScope AI Carl Zeiss AG. Микроскопическая картина ферментированной МРО представлена на рисунке 4.

Рисунок 4 - Микроскопическая картина ферментированной МРО На микропрепарате МРО можно наблюдать процесс адгезии бифидобактерий (В. 1ог^ит) на пищевых волокнах овсяного толокна, создающий для бифи-

4 3 8 10

Продолжительность ферментации, ч

добактерий дополнительную поверхность, на которой в процессе роста и развития микроорганизмов возникают микроколонии. В результате образования микроколоний бифидобактерий (В. 1о1^ит) становится возможным процесс межклеточного обмена, что способствует жизнеспособности микроорганизмов в технологических процессах, защите их от пассивации в процессе производства и хранения готовых биопродуктов.

Для более объективной оценки степени влияния толокна и продолжительности ферментации на клеточную концентрацию бифидобактерий (В. 1о1^ит) проведено математическое моделирование комплекса полученных данных, обработанных ма-тематико-статистическими методами. Математическая модель зависимости клеточной концентрации бифидобактерий (В. 1от^ит) от массовой доли толокна и продолжительности ферментации представлена на рисунке 5.

Математическая модель, описывающая изменение клеточной концентрации бифидобактерий (В. кнщит) от массовой доли толокна и продолжительности ферментации, представлена следующей зависимостью:

1пг = а + Ь ■ х + с ■ х2,5, (1) где г — клеточная концентрация бифидобактерий (В. 1огщшп, ^КОЕ/см3);

Рисунок 5 - Характеристика изменения клеточной концентрации бифидобактерий (В. 1оп§ит, ^КОЕ/см3) от массовой доли толокна и продолжительности ферментации

х - массовая доля толокна, %; у - продолжительность ферментации, ч;

Двухфакторный дисперсионный анализ показал, что доля общей изменчивости величины клеточной концентрации бифидобактерий (В. 1о1^ит) в продукте обусловлена в основном изменением продолжительности ферментации. Степень влияния продолжительности ферментации на изменчивость содержания клеточной концентрации бифидобактерий (В. 1о1^ит) составляет 97,1 %. Степень влияния толокна на клеточную концентрацию бифидобактерий (В. 1огщит) составляет 2,5 %.

Представляет научный интерес изучение влияния йодсодержащих добавок органического происхождения «Иодхитозан» и «Фитойод» на развитие бифидобактерий (В. 1оп^иш) в процессе ферментации. Состав контрольных образцов и молочно-растительной основы представлен в таблице 2. Результаты исследований приведены на рисунке 6.

I

Таблица 2 - Состав контрольных образцов и молочно-растительной основы

Состав, % Контроль 2 Контроль 2Ф МРОЗ МРО ЗФ МРО ЗХ

Молоко 98 98 93 93 93

CMC 2 2 2 2 2

Толокно - - 5 5 5

Фитойод - 0,01 - 0,01 -

Йодхитозан ■ - - - 0,01

2 4 б £

ч 1=

П родолж ите льность Фе рме нтации, ч

ёКежрольЗ иКонтроль2Ф щМРОЗ шМРОЗФ «МРОЗХ

Рисунок 6 - Характеристика изменения клеточной концентрации бифидо-

бактерий в процессе ферментации МРО с йодосодержащими добавками

Таким образом, йодосодержащие добавки органического происхождения («Фитойод» и «Йодхитозан») не оказывают значительного влияния на клеточную концентрацию пробиотических микроорганизмов. Клеточная концентрация бифидобактерий (В. ¡огщит) за 8 ч ферментации для МРО 3 составляет 7,38 1§ КОЕ/см3, для МРО ЗФ - 7,40 ^ КОЕ/см3, для МРО ЗХ - 7,36 ^ КОЕ/см3.

Наряду с высокими вкусовыми качествами важную роль в приемлемости продукта питания для потребителя играют его внешний вид и текстура. В связи с этим изучено влияние овсяного толокна на процесс образования молочно-белкового сгустка во время ферментации. В качестве экспериментальных образцов выбраны МРО с оптимальными органолептическими показателями (МРО 2 и МРО 3 с содержанием овсяного толокна 3 и 5 % соответственно), а также контрольный образец (контроль 1). Результаты исследований эффективной вязкости представлены на рисунке 7.

Из рисунка 7 следует, что продолжительность индукционного периода для молочно-растительной основы с содержанием овсяного толокна 3-5% составляет 2,5-3 ч, в течение этого периода показатель эффективной вязкости изменяется незначительно и составляет для МРО 2 - 0,362 Па*с, для МРО 3 -0, 423 Па*с. Индукционный период контрольного образца составляет 4-4,5 ч, эффективная вязкость достигает значений 0,17 Па*с. Период явной коагуляции,

Период явной коагуляции

Период уплотнения сгустка

Индукционный период С X . ._......._ xd

Г

/У

Продолжительность ферментации, ч

Рисунок 7 - Динамика изменения эффективной вязкости в процессе ферментации молочно-растительной основы сопровождающийся резким повышением вязкости, для МРО длится 3,5^1 ч, для контрольного образца 5 ч. Во время третьего периода происходят формирование

пространственной структуры и уплотнение молочного сгустка, продолжительность периода для МРО один час, у контрольного образца данный период отсутствует. За 8 ч ферментации показатель эффективной вязкости для МРО 2 и МРО 3 составляет 6,56 Па*с и 7,81 Па*с соответственно, для контрольного образца -1,78 Па*с. Таким образом, введение овсяного толокна в состав молочно-растительной основы сокращает продолжительность как отдельных периодов ферментации, так и всего процесса в целом.

На очередном этапе исследований процесса ферментации изучена микроструктура молочно-растительной основы. В качестве объекта исследований выбрана МРО 3 с содержанием овсяного толокна 5%, характеризующаяся оптимальными органолептическими показателями и структурно-механическими свойствами. Характеристика микроструктуры МРО 3 представлена на рисунке 8.

В микропрепарате МРО присутствуют обширные плотные белковые сгустки, отдельные жировые шарики и их конгломераты (несколько слипшихся шариков). Жировые шарики служат как бы узлами структурной сетки и повышают ее прочность. Отчетливо видно наличие Рисунок 8 - Микроструктура молочно- набухших частиц овсяно-

растительной основы биопродукта с овсяным г0 толокна> что позволяет толокном

сделать выводы о его гидрофильной природе, структурообразующих свойствах.

Таким образом, введение в состав МРО овсяного толокна обеспечивает более высокую клеточную концентрацию пробиотических микроорганизмов (В. 1оп§ит), их жизнеспособность при охлаждении и хранении готовых продуктов за счет адгезии и образования микроколоний на пищевых волокнах овсяного толокна, оказывает влияние на продолжительность отдельных периодов ферментации, существенно интенсифицирует процесс структурообразования, сокращая его продолжительность в среднем на 20 % и обеспечивая при этом получение устойчивой структуры.

В результате проведенных исследований сформированы потребительские свойства биопродукта с овсяным толокном: на основе органолептических, физико-химических характеристик определены вид и оптимальное количество ягодных вкусовых наполнителей - 12 % от массы компонентов рецептуры.

Одним из основных этапов при разработке технологии нового биопродукта является прогнозирование его срока годности. Определение срока годности нового биопродукта проводилось на основании МУК 4.2.1847-04 «Санитарно-эпидемиологическая оценка обоснования сроков годности и условий хранения пищевых продуктов» при стандартном режиме хранения (4±2) °С.

Частицы * ^ —

' -

ЯдрЙ

В процессе хранения биопродуктов наряду с изменениями физико-химических, микробиологических показателей происходит изменение и реологических характеристик. В ходе экспериментальных исследований определена эффективная вязкость для образцов с неразрушенной структурой (т|„, Па*с) и для образцов с разрушенной структурой (г)р, Па*с). В качестве исследуемых образцов выбраны биопродукт с овсяным толокном «Черничка» и контрольный образец 1. Результаты исследований представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Динамика изменения эффективной вязкости биопродукта

в процессе хранения

Продолжительность хранения, сут Эффективная вязкость, Па*с Степень разрушения структуры сгустка, %

Биопродукт Контроль

Пн Чр Лн ПР Биопродукт Контроль

1 1,341 1,238 1,784 1,578 7,68 11,55

4 1,298 1,176 1,392 1,179 9,39 15,30

7 1,221 1,042 0,946 0,729 14,63 22,94

11 1,123 0,901 0,534 0,374 19,76 30,04

Из таблицы 3 следует, что степень разрушения структуры сгустка биопродукта ниже, чем у контрольного образца. На начальном этапе хранения ее величина для биопродукта - 7,68%, для контроля - 11,55%. Это связано с тем, что желатинизированный крахмал и растворимые пищевые волокна овсяного толокна обладают стабилизирующими свойствами и способствуют повышению влаго-удерживающей способности белков молока, обусловливая формирование структурно-механических свойств биопродукта. Следует отметить, что в процессе хранения степень разрушения сгустка возрастает и на 11 сут и составляет для биопродукта 19,76%, для контрольного образца - 30,04%.

Учитывая результаты комплекса проведенных исследований, установлен срок годности биопродукта, составляющий 7 сут при температуре (4+2) °С.

Проведен сравнительный анализ пищевой, биологической и энергетической ценности биопродукта с овсяным толокном.

Витамины и минеральные вещества являются одним из критериев, характеризующих пищевую ценность продукта. В связи с этим исследован витаминный и минеральный состав разработанного биопродукта, определена степень удовлетворения суточной потребности в йоде и других минеральных веществах при употреблении биопродукта (200 г) для школьников младшей возрастной группы (7-11 лет) - 42%, для школьников старшей возрастной группы (11 лет и старше) - 35%.

В ходе исследований разработан биопродукт с овсяным толокном, характеризующийся высокими органолептическими показателями, обладающий про-биотическими свойствами, высокой пищевой и биологической ценностью.

Резюмируя сказанное, можно сделать выводы о соответствии разработанного биопродукта с овсяным толокном сформулированным требованиям. Биопродукт предназначен для профилактики йододефицитных состояний и может быть

включен в рационы питания детей школьного возраста и различных групп населения.

Глава 4. Практическая реализация результатов исследований. Проведенные экспериментальные исследования позволили обосновать последовательность и параметры технологических операций производства биопродукта с овсяным толокном, технологическая схема которого представлена на рисунке 9. Технологический процесс производства биопродукта с овсяным толокном, обогащенного фитойодом, аналогичен технологическому процессу производства биопродукта с овсяным толокном, только на этапе добавления в молочную основу сухой молочной сыворотки и овсяного толокна предусматривают внесение раствора йодсодержащей добавки «Фитойод». Биопродукт с овсяным толокном и биопродукт с овсяным толокном, обогащенный фитойодом, выпускаются в следующем ассортименте: «Вишенка», «Клубничка», «Черничка». На биопродукт с овсяным толокном разработана нормативная документация и утверждена в установленном порядке (СТО 49527279-001-2013). Производственная апробация технологии нового продукта проведена на молочном предприятии «Манрос-М» филиал ОАО «Вимм-Билль-Данн».

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В ходе аналитического обзора научно-технической литературы, патентной информации отечественных и зарубежных ученых в области разработки новых технологий молочно-расггительных продуктов были установлены актуальность и практическая значимость разработки технологии биопродукта с овсяным толокном для организации питания детей школьного возраста.

В результате проведенных исследований разработана технология биопродукта с овсяным толокном. Цель, поставленная в диссертационной работе, полностью достигнута, все сформулированные научные задачи решены. Анализ научных результатов, полученных экспериментальным путем, их математическая обработка позволили сделать следующие выводы:

1. Определен состав молочно-растительной основы биопродукта по оптимальному балансу незаменимых факторов питания, включающий молоко с м.д.ж. 2,5 %, сухую молочную сыворотку (2 %), овсяное толокно (5 %).

2. Обоснован выбор йодсодержащей добавки «Фитойод» и ее количественное содержание (1 г добавки «Фитойод» на 1000 кг МРО), разработана методика оптимизации состава молочно-растительной основы по критерию максимального (минимального) содержания минеральных веществ путем компьютерного проектирования.

3. Исследован процесс ферментации молочно-растительной основы биопродукта про-биотическими культурами микроорганизмов (Ь. ксЙБ, Ь. сгетопэ, Ь. сНасеНЬсИз, Б. Й1егшорЫ1из, В. 1ог^ит), определены оптимальные параметры ферментации (8 ч при температуре 36-37 °С).

4. Разработаны математические модели и на основании дисперсионного анализа проведена оценка степени влияния овсяного толокна и продолжительности ферментации на изменение клеточной концентрации молочнокислых микро-

организмов (Ъ. 1ас115, Ь. сгетопв, Ь. с!!асе1|'1ас113, Б. ЛегшорЬЛиз) и бифидобакте-рий (В. 1огщит). Установлено, что овсяное толокно, являясь источником дополнительных питательных субстратов, оказывает ростостимулирующее влияние на ассоциативный рост бифидобактерий (В. 1оп£иш), клеточная концентрация которых за 8 ч ферментации составляет 7,08-7,38 КОЕ/см3, при этом йодосодер-жащая добавка «Фитойод» существенно не влияет на рост и развитие пробиоти-ческих микроорганизмов (клеточная концентрация - 7,40 КОЕ/см3).

Выявлен процесс адгезии бифидобактерий (В. 1ог^ит) с образованием микроколоний на пищевых волокнах толокна, обеспечивающий их активность и жизнеспособность в процессе ферментации и хранения.

5. Исследованы микроструктура и структурно-механические характеристики молочно-растительной основы в процессе ферментации. Установлено, что внесение овсяного толокна оказывает влияние на продолжительность отдельных периодов ферментации, существенно интенсифицирует процесс структурообра-зования, сокращая его продолжительность в среднем на 20 % и обеспечивая при этом получение устойчивой структуры (показатель эффективной вязкости - 7,81 Па* с за 8 ч ферментации).

6. Сформированы потребительские свойства биопродукта с овсяным толокном: на основе органолептических, физико-химических характеристик определены вид и оптимальное количество ягодных вкусовых наполнителей (12 % от массы компонентов рецептуры). Изучены качественные показатели биопродукта с овсяным толокном в процессе хранения и установлен гарантированный срок его годности — 7 сут при температурном режиме (4±2) °С, обеспечивающий сохранение его пробиотических свойств (клеточная концентрация молочнокислых микроорганизмов не менее 7 ^ КОЕ/г, В. longum - не менее 6 ^ КОЕ/г).

7. Проведен сравнительный анализ пищевой, биологической ценности биопродукта с овсяным толокном, установлена степень удовлетворения среднесуточной физиологической потребности школьников в йоде при потреблении 200 г биопродукта с овсяным толокном, обогащенного фитойодом: для школьников младшей возрастной группы (7-11 лет) - 42 %, для школьников старшей возрастной группы - 35 %.

8. Разработаны технология производства и нормативная документация для биопродукта с овсяным толокном и биопродукта с овсяным толокном, обогащенного фитойодом (СТО 49527279-001-2013). Представлена оценка экономической эффективности разработанных технологий и ее промышленная апробация на молочном предприятии «Манрос М» филиал ОАО «ВБД».

Рисунок 9 - Блок-схема технологического процесса производства биопродукта с овсяным толокном

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ НО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Аникина, E.H. Ферментация молочно-растительной основы биопродукта / E.H. Аникина, О.В. Пасько // Молочная промышленность. - 2013. - № 9. -С. 78-79.

2. Коновалов, С.А. Биопродукты, обогащенные микронутриентами / С.А. Коновалов, E.H. Аникина // Пищевая промышленность. - 2013. - № 8 -С. 18-19.

3. Аникина, E.H. Проектирование рецептуры и разработка технологии биопродукта с овсяным толокном / E.H. Аникина, О.В. Пасько, С.А. Коновалов // Аграрный вестник Урала. - 2013. - № 5 - С. 26-29.

4. Аникина, E.H. Йодсодержащий биопродукт с овсяным толокном / E.H. Аникина // Актуальные проблемы техники и технологии переработки молока: сб. науч. тр. с междунар. участием. - Вып.10. - Барнаул, 2013. -С. 125-131.

5. Аникина, E.H. Актуальность разработки йодсодержащего биопродукта для школьного питания / E.H. Аникина, О.В. Пасько // Сборник материалов II Торгового форума Сибири. - Омск, 2013. - С. 302-304.

6. Галкина, C.JI. Формирование органолептического профиля биопродукта для школьного питания / C.JI. Галкина, E.H. Аникина // Сборник материалов II Торгового форума Сибири. - Омск, 2013. - С. 310-315.

7. Аникина, E.H. Проектирование рецептуры молочно-растительного биопродукта / E.H. Аникина, П.А. Лисин, О.В. Пасько // Реализация государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия: инновации, проблемы, перспективы: материалы II Междунар. научно-технического форума. - Омск: Омский государственный аграрный университет, 2013. - С. 171-173.

8. Аникина, E.H. Перспективы использования пребиотиков в производстве ферментированных молочных продуктов / E.H. Аникина, О.В. Пасько // Современное состояние и перспективы развития индустрии питания и гостеприимства: материалы Всероссийской науч.-практ. конф. - Т. 1. - Омск, 2012 - С. 94-98.

9. Аникина, E.H. Актуальность разработки молочно-злаковых продуктов / E.H. Аникина // Современное состояние и перспективы развития индустрии питания и гостеприимства: материалы Всерос. науч.-практ. конф. - Т. 1. — Омск, 2012.-С. 91-93.

10. Галкина. С.Л. Исследование процесса Ферментации творожно-крупяного биопродукта / С.Л. Галкина, О.В. Макарова, E.H. Аникина // Молоч. пром-сть Сибири. VII Специализированный конгресс: сб. ст. - 2012. - С. 69-74.

11. Локотченко. Н.С. Актуальность разработки молочных продуктов с низким содержанием лактозы и способы их производства / Н.С. Локотченко. E.H. Аникина // Биокаталитические технологии и технологии возобновляемых ресурсов в интересах рационального природопользования: материалы Междунар. молодеж. конф. - Кемерово, 2012. - С. 43-46.

12. Галкина. С.Л. Конструирование молочно-белковой основы для творожно-крупяного биопродукта / С.Л. Галкина, О.В. Макарова, E.H. Аникина // Биоката-литичекие технологии и технологии возобновляемых ресурсов в интересах рационального природопользования: материалы Междунар. молодеж. конф. - Кемерово, 2012.-С. 91-97.

13. Заявка на изобретение № 2013112559. Профилактический кисломолочный продукт / E.H. Аникина, О.В. Пасько. Патентообладатель ФГБОУ ВПО «ОмГАУ им. П.А.Столыпина». Приоритет изобретения от 20.03.2013.

Издательство AHO ВПО «Омский экономический институт». Редактор JI.A. Патрончик Лицензия ИД № 04190 от 06.03.2001 г. Сдано в набор 12.02.14. Подписано в печать 13.02.14. Отпечатано в типографии AHO ВПО «Омский экономический институт». Формат 60x84/16. Уч.-изд. л. 1, 00. Печ. л. 1,25. Заказ № 482. Тираж 80 экз. Россия, 644112, г. Омск, пр. Комарова, 13

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМЕНИ П.А.СТОЛЫПИНА»

На правах рукописи

04201456849

АНИКИНА ЕЛЕНА НИКОЛАЕВНА

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ БИОПРОДУКТА С ОВСЯНЫМ ТОЛОКНОМ

Специальность 05.18.04 - Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор технических наук, профессор Пасько Ольга Владимировна

Омск-2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ................................................................................ 4

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ.................................................................... 9

ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ ПО ВОПРОСУ РАЗРАБОТКИ И ПРОИЗВОДСТВА МОЛОЧНО-РАСТИТЕЛЬНЫХ ПРОДУКТОВ............................................................................. 9

1.1 Характеристика пищевого статуса детского населения России 9

1.2 Проблемы и перспективы организации питания школьников.................................................................................... 18

1.3 Использование злаковых культур в производстве молочных продуктов.................................................................... 25

1.4 Современные технологии производства биопродуктов............................................................... 33

1.5 Заключение по главе 1..................................................... 44

ГЛАВА 2 МЕТОДОЛОГИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ............ 46

2.1 Постановка экспериментальных исследований...................... 46

2.2 Объекты и методы исследований....................................... 49

2.2.1 Методы исследования органолептических и физико-химических показателей.............................. 50

2.2.2 Биохимические методы.......................................... 51

2.2.3 Микробиологические методы.................................. 54

2.2.4 Реологические методы и микроструктура................... 55

2.2.5 Методы статистической обработки результатов исследований и построения математических моделей.... 56

ГЛАВА 3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И PIX АНАЛИЗ............... 57

3.1 Обоснование состава молочно-растительной основы для производства биопродукта с овсяным толокном..................................................................... 58

3.2 Оптимизация состава молочно-растительной основы биопродукта по критерию максимального (минимального) содержания минеральных веществ путем компьютерного проектирования............................................................. 66

3.3 Исследование процесса ферментации молочно-растительной основы продукта........................................................................................................................74

3.4 Формирование потребительских свойств биопродукта..............................96

3.5 Изучение качественных показателей биопродукта с овсяным толокном в процессе хранения..........................................................................................101

3.6 Сравнительный анализ пищевой ценности биопродукта

с овсяным толокном................................................................................................................106

ГЛАВА 4 ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ

РАБОТЫ......................................................................................................................................................................112

4.1 Разработка технологии и нормативной документации для производства биопродукта с овсяным толокном........................................112

4.2 Расчет экономических показателей производства биопродукта

с овсяным толокном................................................................................................................118

ЗАКЛЮЧЕНИЕ....................................................................................................................................................122

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ..................................................................................................................................................125

ПРИЛОЖЕНИЯ....................................................................................................................................................141

Приложение 1 Методика статистической обработки результатов и

построения математических моделей................................................................................142

Приложение 2 Химический состав биопродукта с овсяным

толокном........................................................................................................................................................151

Приложение 3 Заявка на изобретение №2013112559

«Профилактический кисломолочный продукт»............................................................157

Приложение 4 Нормативная документация..................................................................159

Приложение 5 Акт производственной выработки и протоколы дегустации 162

Приложение 6 Акт о внедрении результатов исследования........................173

ВВЕДЕНИЕ

Рациональное питание детей — основа правильного физического и психического развития, функционирования динамичной системы детского организма, один из существенных факторов в профилактике возникновения различных заболеваний. Сбалансированное питание повышает трудоспособность и успеваемость детей, выносливость, устойчивость к неблагоприятным влияниям внешней среды, к инфекционным и другим заболеваниям.

В настоящее время, как в России, так и за рубежом в пищевой промышленности наблюдается тенденция создания принципиально нового поколения пищевых продуктов, отвечающих современным требованиям. Основными их характеристиками являются: сбалансированный состав, пониженное содержание жира, легкоусвояемых углеводов, высокое содержание белка, а также пробиотические свойства. При этом благодаря современным биотехнологическим приемам в комплексе с традиционными методами пищевой технологии можно создавать уникальные по своему составу и свойствам ферментированные молочные и молоко-содержащие продукты с контролируемым химическим составом, заданными фи-зиолого-биохимическими свойствами [6, 7, 11, 64]. Этого можно достигнуть за счет комбинирования молочных и растительных компонентов, в частности, злаковых культур.

Одной из наиболее ценных злаковых культур является овес и продукты его переработки (мука, хлопья, толокно), которые являются источниками не только комплекса витаминов, минеральных веществ, но и пищевых волокон. Особое место среди продуктов переработки овса занимает толокно. Толокно - традиционный русский продукт, полученный методом глубокой гидротермической обработки зерен овса, обладает высокими потребительскими свойствами, пищевой ценностью. Толокно овсяное широко используется при производстве продуктов питания для детей раннего возраста, в тоже время в организации питания школьников практически не применяется.

Одной из основных задач, отраженных в распоряжении Правительства РФ

от 25 октября 2010 г. N 1873-р «Основы государственной политики Российской Федерации в области здорового питания населения на период до 2020 года», является развитие производства пищевых продуктов, обогащенных незаменимыми компонентами, специализированных продуктов детского питания, продуктов функционального назначения, диетических (лечебных и профилактических) пищевых продуктов и биологически активных добавок к пище, в том числе для питания в организованных коллективах [85].

Таким образом, актуальным представляется разработка технологии биопродукта с овсяным толокном, предназначенного для организации питания детей школьного возраста.

Степень разработанности темы Вопросы создания молочно-растительных и обогащенных продуктов отражены в фундаментальных и прикладных научных трудах известных учёных А.А Покровского, А.Г. Храмцова, H.H. Липатова (ст.), H.H. Липатова (мл.), И.А. Рогова, Н.И. Дунченко, И.С. Хамагаевой, В.И. Ганиной, H.A. Тихомировой, В.Ф. Семенихиной, В.М. Позняковского, В.Б. Спиричева, В.А. Тутельяна, Л.А. Остроумова, А.Ю. Просекова, И.А. Смирновой, Л.М. Захаровой, Н.Б. Гавриловой, И.А. Евдокимова, A.A. Майорова, Л.Н. Шатнюк, М.П. Щетинина, В.И. Круглик, Б.А. Шендерова и других. Дальнейшему развитию технологии молочно-растительных продуктов способствуют исследования, посвященные разработке биопродукта с овсяным толокном.

Цель и задачи исследований. Цель настоящей работы - исследование и разработка технологии биопродукта с овсяным толокном. Для реализации поставленной цели сформулированы следующие задачи:

- провести аналитический обзор научно-технической литературы, патентной информации и определить состав молочно-растительной основы ( далее МРО) для производства биопродукта с овсяным толокном;

- обосновать выбор йодсодержащей добавки и разработать методику оптимизации состава молочно-растительной основы по критерию максимального (минимального) содержания минеральных веществ путем компьютерного проектирования;

- исследовать процесс ферментации молочно-расгительной основы биопродукта и определить оптимальные параметры ферментации;

- определить влияние овсяного толокна и йодсодержащих добавок на активность и адгезию пробиотических культур;

-исследовать микроструктуру и изменение структурно-механических характеристик молочно-растительной основы в процессе ферментации;

- сформировать потребительские свойства и изучить качественные показатели биопродукта с овсяным толокном в процессе хранения, установить гарантированный срок его годности;

- провести сравнительный анализ пищевой, биологической ценности разработанного биопродукта с овсяным толокном;

- установить основные технологические параметры и технологию производства биопродукта с овсяным толокном, разработать нормативную документацию (СТО) и представить оценку экономической эффективности разработанной технологии.

Научная новизна работы. Определен состав молочно-растительной основы биопродукта по оптимальному балансу незаменимых факторов питания. Обоснованы выбор йодсодержащей добавки «Фитойод». Разработана методика оптимизации состава МРО по критерию максимального (минимального) содержания минеральных веществ путем компьютерного проектирования;

Исследован процесс ферментации молочно-растительной основы биопродукта про-биотическими культурами микроорганизмов (Ь. 1асйз, Ь. сгетопз, Ь. сНасеШасЙБ, 8. ШегторИПиз, В. 1ог^ит) и определены оптимальные параметры ферментации. Изучено влияние овсяного толокна и йодсодержащей добавки на активность пробиотических культур в процессе ферментации молочно-растительной основы.

Разработаны математические модели, описывающие влияние продолжительности ферментации, активной кислотности, массовой доли овсяного толокна на изменение клеточной концентрации молочнокислых микроорганизмов (Ь. 1асйз, Ь. сгетоиБ, Ь. сИасеШасЙБ, 8. ЛегторИПш) и бифидобактерий (В. 1оп§ит). Выявлен процесс адгезии пробиотических культур с образованием микроколоний

на пищевых волокнах овсяного толокна.

Исследованы микроструктура и структурно-механические характеристики молочно-растительной основы в процессе ферментации, установлено интенсифицирующее воздействие овсяного толокна на процесс структурообразования.

Сформированы потребительские свойства биопродукта с овсяным толокном. Экспериментально обоснован гарантированный срок годности биопродукта с овсяным толокном, исследованы его показатели безопасности и качества, проведен сравнительный анализ пищевой и биологической ценности.

Теоретическая и практическая значимость работы. На основании результатов проведенных исследований разработана технология биопродукта с овсяным толокном, утверждена нормативная документация для его производства (СТО 49527279-001-2013). Проведена промышленная апробация разработанной технологии в условиях молочного предприятия «Манрос-М» филиал ОАО «Вимм-Билль-Данн» и подтверждена возможность ее практической реализации для массового производства.

Новизна технического решения, составляющего основу технологии нового биопродукта с овсяным толокном, отражена в заявке на изобретение №2013112559 «Профилактический кисломолочный продукт» (приоритет от 20.03.2013 г).

Теоретические выводы и положения работы используются в основной образовательной программе подготовки бакалавров по направлению 260800.62 «Технология продукции и организация общественного питания».

Методология и методы исследования. При организации и проведении исследований применялся комплекс общепринятых, стандартных и модифицированных методов исследований, в том числе физико-химических, микробиологических, биохимических, реологических, а также математические методы статистической обработки результатов исследований и построения математических моделей.

Основные положения, выносимые на защиту:

- методика оптимизации состава молочно-растительной основы по оптимальному балансу незаменимых факторов питания и критерию максимального (мини-

мального) содержания минеральных веществ путем компьютерного проектирования;

- комплексный анализ результатов влияния овсяного толокна и йодсодержащей добавки на активность и адгезию пробиотических культур (L. lactis, L. cremoris, L. diacetilactis, S. thermophilus, B. longum) в процессе ферментации;

- микроструктура и изменение структурно-механических характеристик мо-лочно-растительной основы в процессе ферментации;

-технология биопродукта с овсяным толокном (СТО 49527279-001-2013).

Достоверность результатов подтверждается достаточной повторностью и воспроизводимостью экспериментальных данных, полученных с использованием современных физико-химических, микробиологических, реологических методов исследований, и их математической обработкой, апробацией нового технологического решения в производственных условиях.

Качество и безопасность разработанного продукта на соответствие требованиям ФЗ № 88 «Технический регламент на молоко и молочную продукцию» ((в ред. Федерального закона от 22.07.2010 № 163-Ф3) подтверждены исследованиями в аккредитованной испытательной лаборатории ООО «Центр сертификации и экспертизы «Омск-тест».

Апробация результатов. Основные положения работы и результаты исследований были предметом обсуждения и докладов на конференциях и конгрессах различного уровня, в том числе: международной молодежной конференции «Биокаталитические технологии и технологии возобнавляемых ресурсов в интересах рационального природопользования» (Кемерово, 2012 г), VIII специализированном конгрессе «Молочная промышленность Сибири» (Барнаул, 2012 г.), всероссийской научно-практической конференции «Современное состояние и перспективы развития индустрии питания и гостеприимства» (Омск, 2012 г), втором международном научно-техническом форуме «Реализация государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия: инновации, проблемы, перспективы» (Омск, 2013 г), II Торговом форуме Сибири (Омск, 2013 г)

ОСНОВНАЯ ЧАСТЬ

ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ДАННЫХ ПО ВОПРОСУ РАЗРАБОТКИ И ПРОИЗВОДСТВА МОЛОЧНО-РАСТИТЕЛЬНЫХ

ПРОДУКТОВ

1.1 Характеристика пищевого статуса детского населения России

Важнейшим условием обеспечения здоровья детей, устойчивости к действию инфекций и других неблагоприятных факторов, способности к обучению во все возрастные периоды является рациональное сбалансированное питание.

Оптимизация количественного и качественного состава продуктов, потребляемых основной массой детского и взрослого населения, - одна из главных задач, стоящих перед современной медициной и гигиеной питания.

Нутриенты, поступающие с пищей, должны обеспечивать детский организм пластическим материалом и энергией, они во многом определяют здоровье, физическое и умственное развитие ребенка [8,42,45]. Изменение условий жизни современных детей, особенно проживающих в городах, стало причиной снижения энергозатрат, а, следовательно, и объемов потребляемой пищи. Одновременно снизилось поступление необходимых детскому организму физиологически ценных веществ, потребности в которых остались неизменными.

Постоянный мониторинг за состоянием питания населения России, проводимый с 1983 г. Научно-исследовательским институтом (НИИ) питания Российской академии медицинских наук (РАМН) в сотрудничестве с региональными медицинскими учреждениями, практически у всех категорий населения, в том числе и детского, выявил существенные нарушения пищевого статуса: недостаточное потребление белков животного происхождения, избыточное потребление животных жиров, дефицит полиненасыщенных жирных кислот, высокую долю в рацио-

не быстроусвояемых углеводов, недостаточное потребление пищевых волокон, дефицит витаминов С, В, В, В, В, фолиевой кислоты, (З-каротина, ряда макро- и микроэлементов (кальция, железа, йода, фтора, селена, цинка). Нарушение пищевого статуса оказывает значимое отрицательное влияние на показатели состояния здоровья, служит серьезным фактором риска возникновения и развития многих неинфекционных заболеваний [41, 99].

В результате мониторинга, проведенного НИИ питания РАМН, у российских детей дошкольного и школьного возраста выявлено три основных отклонения от принципов оптимального питания, представленных на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Основные отклонения от принципов оптимального питания у детей дошкольного и школьного возраста Ограниченное потребление молока и молочных продуктов в детском питании вызывает риск развития остеопороза, кариеса и задержку роста; недостаточное потребление фруктов может привести к нарушению иммунного статуса и функций ЖКТ; из