автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Исследование и разработка технологии функциональных кисломолочных продуктов для людей с нарушенным углеводным обменом

На правах рукописи

ДЯТЛОВ АЛЕКСЕЙ ВЛАДИМИРОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ КИСЛОМОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ ДЛЯ ЛЮДЕЙ С НАРУШЕННЫМ УГЛЕВОДНЫМ ОБМЕНОМ

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

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

2 8 НОЯ 2013

005540610

Кемерово - 2013

005540610

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности»

доктор технических наук, профессор Захарова Людмила Михайловна

Терещук Любовь Васильевна,

доктор технических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности», заведующая кафедрой «Технология жиров, биохимия и микробиология» Решетник Екатерина Ивановна, доктор технических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Дальневосточный государственный аграрный университет», заведующая кафедрой «Технология переработки продукции животноводства»

Государственное бюджетное учреждение Ярославской области «Ярославский государственный институт качества сырья и пищевых продуктов»

Защита диссертации состоится 21 декабря 2013 г. в 10-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.089.01 в ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» по адресу: 650056, г. Кемерово, бульвар Строителей, 47, 4 лек.ауд., тел/факс 8(384)39-68-88.

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

Автореферат разослан 20 ноября 2013г.

Научный руководитель: Официальные оппоненты:

Ведущее предприятие

Ученый секретарь диссертационного совета

О. В. Кригер

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

В настоящее время сахарный диабет занимает одно из ведущих мест среди широко распространенных заболеваний неинфекционной природы. В этой связи проблема разработки продуктов функционального назначения приобретает особую актуальность.

Теоретические и практические положения получения функциональных молочных продуктов разработаны отечественными учеными Л. А. Остроумовым, В. М. Позняковским, В. Ф. Семенихиной, Н. И. Дунченко, Н. А. Тихомировой, А. М. Уголевым, Н. Н. Липатовым ст., И. А. Роговым, И. А. Радаевой, 3. С. Зобковой, Н. С. Королевой, Н. Н. Липатовым мл., В. Д. Харитоновым, В. А. Тутельяном.

Одним из рациональных путей решения данной проблемы является расширение ассортимента и, разработка технологии новых видов продуктов для диабетиков. Большой интерес в теоретическом и практическом плане представляет изучение возможностей применения нетрадиционных добавок, способствующих снижению уровня сахара в организме человека. В этом плане перспективной овощной культурой для обогащения функциональных продуктов питания биологически активными веществами является, многолетняя культура — стахис ^асЬуБ БшЬокШ

Профилактический и лечебный эффекты стахиса определяются его уникальным химическим составом, что дает возможность его использования в пищевой промышленности и медицине. Углеводы стахиса представлены не крахмалом, как у других клубнеплодов, а тетрасахаридом - стахиозой, обладающей инсулиноподобным эффектом. Исследованиями ВНИИ лекарственных и ароматических растений установлено, что употребление стахиса снижает уровень сахара в крови человека на 40-60 %, триглицеридов - на 30 %, замедляет процесс свёртывания крови.

Молоко и молочные продукты являются важнейшими продуктами питания в диете больных сахарным диабетом. Они хорошо сбалансированы и легко усваиваются организмом, богаты высококачественным полноценным белком, содержат необходимые для жизнедеятельности жирные кислоты, иммуноглобулины, витамины и микроэлементы. В связи с этим исследования, направленные на создание новых функциональных продуктов питания с использованием стахиса, представляют теоретический и практический интерес.

Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы явилось исследование и разработка технологии функциональных кисломолочных продуктов для людей с нарушенным углеводным обменом. В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи исследований:

- изучить химический состав стахиса и доказать целесообразность его использования в производстве функциональных продуктов;

- изучить технологические особенности производства криопорошка из клубней стахиса;

- определить рациональные параметры экстракции листьев стахиса и сублимационной сушки для получения сухого экстракта;

- исследовать физико-химические показатели из клубней стахиса и сухого экстракта из листьев стахиса;

- обосновать выбор закваски для производства кисломолочных продуктов;

- исследовать влияние дозы криопорошка из клубней стахиса и сухого экстракта из листьев стахиса на развитие микроорганизмов закваски;

- выбрать вкусовые наполнители для новых функциональных продуктов;

- исследовать показатели качества новых функциональных кисломолочных продуктов в процессе хранения и определить допустимые сроки годности;

- разработать технологию производства функциональных кисломолочных продуктов, обогащенных стахисом.

Научная новизна. На основании изучения химического состава и функциональных свойств обоснована целесообразность использования стахиса в производстве кисломолочных продуктов функционального назначения. Установлены параметры производства криопорошка из клубней стахиса и сухого экстракта из листьев стахиса.

Установлены количественные и качественные закономерности взаимного влияния биологически активных веществ стахиса и молочной основы на орга-нолептические, физико-химические, микробиологические и реологические показатели готового продукта. Изучены пищевая ценность и качественные показатели безопасности полученных продуктов в процессе хранения.

Практическая значимость работы. Разработаны рецептуры, технология, составлен проект технической документации на производство новых функциональных кисломолочных продуктов. Проведена производственная проверка технологии разработанных продуктов на предприятии «Группа компаний «Danone - Юнимилк» (Кемерово). Новизна технологии новых продуктов отражена в заявление о выдаче патента РФ на изобретение «Кисломолочный напиток Диолакт» № 2013143428/10 от 25.09.2013.

Методология и методы исследования. При выполнении работы использовали общепринятые, стандартные методы исследований физико-химических и микробиологических показателей сырья и готовой продукции: жира, белка, сухих веществ, титруемой и активной кислотности, органолептических показателей, общего количества жизнеспособных клеток и качественного состава микрофлоры.

Основные положения, выносимые на защиту:

- обоснование использования стахиса для производства функциональных кисломолочных продуктов для людей с нарушенным углеводным обменом;

- производство криопорошка из клубней стахиса и сухого экстракта из листьев стахиса, методом сублимационной сушки;

- определение штаммового состава заквасок и их влияния на углеводный состав, продолжительность ферментации и органолептические показатели кисломолочных сгустков

- влияние криопорошка из клубней и сухого экстракта из листьев стахиса на качественные характеристики функциональных продуктов;

- результаты исследований органолептических, физико-химических, структурно-механических, микробиологических показателей функциональных кисломолочных продуктов;

- данные пищевой и биологической ценности новых функциональных продуктов.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы являлись предметом докладов и обсуждений на научно-практических конференциях различного уровня: VI научно-практическая конференция «Качество продукции, технологий и образования» (Магнитогорск, 2010), IV Международная научно-практическая конференция «Перспективы производства продуктов питания нового поколения» (Омск, 2011), VII конференция молодых ученых и специалистов научно-исследовательских институтов «Научный вклад молодых ученых в развитие пищевой и перерабатывающей промышленности АПК» (Москва, 2013).

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 8 печатных работ, в том числе две работы в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка используемой и цитируемой литературы (120 наименований источников) и приложений. Работа изложена на 110 страницах машинописного текста, включающего 38 таблиц, 29 рисунков.

ОРГАНИЗАЦИЯ ПРОВЕДЕНИЯ РАБОТЫ

Теоретические и экспериментальные исследования выполнены в соответствии с поставленными задачами. Весь цикл экспериментальных исследований состоял из пяти взаимосвязанных этапов. Общая схема исследований представлена на рисунке 1.

На первом этапе проведены исследования химического состава клубней стахиса, обоснована целесообразность использования данной культуры для обогащения кисломолочных продуктов.

На втором этапе исследованы рациональные параметры производства криопорошка из клубней стахиса и сухого экстракта из листьев стахиса. Изучены технологические свойства полученных добавок.

Третий этап работы заключался в определении штаммового состава заквасок и их влияния на углеводный состав, прирост биомассы микроорганизмов, нарастание кислотности, органолептические показатели кисломолочных сгустков.

Четвертый этап заключался в исследовании дозировок вносимого криопорошка из клубней и сухого экстракта из листьев стахиса, и их влияние на

Этапы исследований

Изучаемые факторы

Контролируемые параметры

Определение целесообразности использования стахиса для обогащения кисломолочных продуктов

Изучение параметров производства и технологических свойств крио-порошка из клубней стахиса и сухого экстракта из листьев стахиса

Исследование влияния растительных компонентов на технологические свойства продуктов

Определение штаммово-го состава заквасок

V

Практическая реализация

Пищевая ценность

Биологическая ценность

Режимы сублимационной сушки

Стадия внесения криопо-рошка и сухого экстракта

Вид и соотношение заква-сочных культур

Доза криопорошка из клубней стахиса

Доза сухого экстракта из листьев стахиса

Развитие заквасочных культур

Выбор вкусовых наполнителей

Разработка технологии функциональных продуктов

Установление сроков годности

Параметры ультразвуковой экстракции

Температура ферментации

Массовая доля белков, жиров; углеводный, минеральный и витаминный состав

Массовая доля экстрактивных веществ; углеводный и витаминный состав; массовая доля влаги, частота УЗ волн, продолжительность экстракции и сушки, набу-хаемость, растворимость

Органолептические показатели, микробиологические показатели, углеводный состав

Органолептические показатели; реологические показатели; синеретическая способность, кислотность; микробиологические показатели

Органолептические показатели, реологические показатели; кислотность, микробиологические показатели, массовая доля белков, жиров, углеводов, пищевая и биологическая ценность

Рисунок 1 - Схема проведения эксперимента

развитие заквасочной микрофлоры, скорость процесса ферментации, и физико-химические показатели

Заключительный этап работы состоял в разработке технологии, изучении качества и безопасности, микробиологического состава, биологической ценности и химического состава кисломолочных продуктов с растительными компонентами.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Исследования химического состава клубней стахиса

Проведены исследования химического состава клубней и листьев стахиса в зависимости от места произрастания. Исследования проведены с пятикратной повторностью. Обработку результатов проводили с использованием методов математической статистики. Результаты исследований представлены в таблице 1, где образцы 1, 2 и 3 — культуры, выращенные в Краснодарском крае, Московской и Кемеровской областях соответственно.

Таблица 1 - Химический состав зрелых клубней стахиса

Показатели Образец 1 Образец 2 Образец 3

Сухие вещества, % 24,30±1,12 22,29±2,01 22,60±1,71

Углеводы, % 19,35±1,56 18,99±0,99 15,65±2,10

в том числе крахмал, % 0,27±0,10 0,26±0,08 0,25±0,03

Белки, % 1,53±0,05 1,50±0,04 1,49±0,05

Жиры, % 0,18±0,03 0,17±0,02 0,17±0,01

Аскорбиновая кислота, мг/100г 11,04±2,00 10,01± 1,50 10,00±0,96

Минеральные вещества, мг/100г

Ыа-натрий 1,95±0,08 1,91 ±0,09 1,96±0,06

К-калий 486,00±5,16 480,00±9,01 478,00±6,33

С а-кальций 33,27±2,50 32,33±1,90 32,99±2,01

Мд-магний 24,99±0,98 24,59±1,45 23,81±0,92

Ре-железо 1,29±0,02 1,27±0,08 1,32±0,06

Zn-цинк 0,76±0,04 0,71±0,04 0,79±0,09

Си-медь 0,19±0,08 0,21±0,03 0,22±0,04

Мп-марганец 0,18±0,02 0,17±0,05 0,19±0,05

В-бор 13,50±0,02 12,00±0,04 12,68±0,02

Анализируя данные таблицы выявлено, что клубеньки стахиса содержат 22,6 - 24,3 % сухих веществ, в том числе 15,65 - 19,35 % углеводов, 1,67% амидов, 1,5% белковых веществ, 0,17 - 0,18 % жира, витамина С 10-11 мг/100г.

В состав углеводов стахиса входит тетрасахарид - стахиоза. Стахиоза по своей структуре биогенетически тесно связана с фруктанами, к которым относится инулин, что объясняет в свою очередь благоприятное действие на углеводный обмен.

Высокое содержание важных макро- и микроэлементов в клубеньках стахиса позволяет предположить об эффективном лечебном воздействии стахиса на человеческий организм. Сочетание высоких концентраций калия 478 - 486 мг/100 г и бора 12,0 - 13,5 мг/100 г в клубеньках стахиса так же оказывает благотворное действие на углеводный обмен. Так, стахис можно рекомендовать людям с сердечно-сосудистыми заболеваниями, при нарушении метаболических процессов в организме, связанных с недостатком калия и нарушенным углеводным обменом.

Исследование параметров производства и технологических свойств криопорошка из клубней стахиса и сухого экстракта из листьев стахиса

Для исследований использовались клубни и листья стахиса, выращенные в Кемеровской области. С целью рационального использования клубеньков стахиса, максимального снижения потерь полезных микронутриентов, исследована возможность производства криопорошка из клубеньков стахиса.

Для достижения высокого качества и гигиенической чистоты криопорошка клубни подвергались предварительной подготовке: мойке, сортировке, бланшированию. Нами было исследовано влияние степени измельчения клубней стахиса на продолжительность сушки и органолептические показатели готового продукта.

Клубни стахиса измельчали до размера частиц от 1x10"3 до 2,5x10"3 м, от 2,5x10"'' до 5х10"3 м и от 5х10~3 до 7,5х10'3 м и высушивали до достижения влажности 5±0,5 %. Процесс сушки осуществляли в сублимационной сушилке CoolSafe 55-4 Pro (ScanLaf, Дания) при температуре минус 25 °С и остаточном давлении 3-4 кПа. Зависимость продолжительности сушки от размера измельченных клубней стахиса представлена на рисунке 2.

0 10 20 30 40 50 60 70 80

Влажность, %

Рисунок 2 - Зависимость продолжительности сушки от размера измельченных клубней стахиса: где 1,2,3 — степень измельчения стахиса от 1x10"3 до 2,5х10'3 м, от 2,5х10"3 до 5х10"3 м и от 5x10° до 7,5х10"3 м соответственно.

На основании исследований выявлено, что измельчение клубней менее 2,5х 10'3м приводит к выделению большого количества сока, что сказывается на органолептических показателях продукта и ведет к потере биологически активных веществ, измельчение клубней более 2,5х 10"3 м ведет к увеличению продолжительности процесса сушки. Измельчение клубней в пределах от 2,5х10"3 до 5хЮ~3м позволяет получить продукт с высокими органолептически-ми показателями и экономически целесообразной продолжительности процесса сушки. Продолжительность сублимационной сушки составила 16 часов, до достижения влажности измельченных клубней 5±0,5 %. Далее клубни подвергались измельчению на мельнице до консистенции мелкодисперсного порошка.

Для обеспечения желаемой структуры, технологических и потребительских свойств готовых функциональных продуктов изучены функционально-технологические свойства криопорошка из клубней стахиса -влагопоглотительная способность, скорость поглощения влаги.

Известно, что процесс набухания зависит от дисперсности продукта, величины, структуры частиц, температуры и вида дисперсионной среды, поэтому изучали увеличение в объёме, способность связывать влагу при набухании, скорость набухания криопорошка из клубней стахиса без предварительной обработки. В качестве жидких дисперсионных сред при проведении экспериментов были взяты вода и обезжиренное молоко. За процессом набухания наблюдали в течение 60 минут.

Установлен гранулометрический состав криопорошка в пробах, взятых для исследования: 20 % частиц имели максимальный размер от 0,5 х 10'3 до 0,35 х 10"3 м; 18,0 % имели размер от 0,35 х 10"3 до 0,15 х 10"3 м; 62,0 % - до 0,15 х 10"3 м.

Изучение степени увеличения в объёме при набухании и скорости поглощения влаги криопорошка проводили по модифицированной методике. Результаты исследования степени увеличения в объёме при набухании в зависимости от температуры и вида дисперсионной среды и скорости поглощения влаги при температуре 85 °С в зависимости от продолжительности выдержки представле-

Тсмпсратура, °С Продолжительность, мин

—»— Вода -«—Молоко обезжиренное -♦-Вода -е-Молоко

Рисунок 3 - Степень увеличения в объёме час- Рисунок 4 - Скорость поглощения влаги тиц криопорошка при набухании в воде и криопорошком при температуре 85 "С обезжиренном молоке

Полученные данные свидетельствуют, что степень набухания в воде с увеличением температуры дисперсионной среды до (55 ± 1) °С увеличивалась и при этой температуре была максимальной (2,70), при дальнейшем повышении температуры до (85 ± 1) °С степень увеличения объема (2,4) при набухании снижалась.

Процесс набухания криопорошка в молоке несколько отличался от набухания в воде: с увеличением температуры жидкой дисперсионной среды степень набухания возрастала, максимальная степень увеличения в объеме при температуре (85 ± 1) °С составила 2,9.

В результате исследований получены данные о скорости набухания частиц криопорошка в воде и молоке при различных температурах в зависимости от времени выдержки. Установлено, что сразу же после процесса смешивания криопорошка с водой и молоком происходит заметное увеличение их в объеме, т.е. интенсивное поглощение влаги. Процесс набухания, независимо от температуры и состава жидкой дисперсионной среды, происходил сравнительно быстро (через 1,0 - 5,0 мин).

Из рисунка 4 видно, что после внесения криопорошка в дисперсионную среду и перемешивания происходит энергичное поглощение влаги. Массовая доля связанной влаги после 1,0 минуты набухания в воде была (78,5 ±0,1) %, что составило около 96,0 % всей поглощенной влаги, через 5,0 минут - (82,1 ± 0,1) %, затем в процессе дальнейшего набухания количество ее незначительно увеличивается и достигает (83,0 ±0,1) % после выдержки в течение 30,0 минут. В течение последующей выдержки до 60 минут поглощения влаги не наблюдалось.

Скорость поглощения влаги в молоке была ниже, следовательно, и количество удерживаемой влаги несколько меньше, чем в воде, что на наш взгляд, можно объяснить содержанием меньшего количества свободной влаги в молоке. Так, массовая доля связанной влаги после 1,0 минут набухания в молоке была (71,6 ± 0,1) %, что составило около 90,0 % всей поглощенной влаги, через 5,0 минут - (78,5 ±0,1) %, затем в процессе дальнейшего набухания количество ее незначительно увеличивается и достигает (79,6 ±0,1) % после выдержки в течение 30,0 минут.

В результате исследований функционально - технологических свойств криопорошка установлено, что данное растительное сырье обладает высокой влагопоглотительной способностью при набухании. Причем, с увеличением дисперсности частиц и температуры дисперсионной среды влагопоглотитель-ная способность возрастает, консистенция растительной добавки становится мягкой, пластичной, что должно способствовать улучшению консистенции разрабатываемых функциональных продуктов на молочной основе.

Для рационального использования стахиса, была исследована возможность использования листьев в качестве источника БАВ. Наиболее приемлемым способом извлечения биологически активных веществ из листовой части стахиса является экстракция. Для достижения максимального выхода ценных компо-

нентов в жидкую фазу при сохранении ими своей нативной структуры использовалась ультразвуковая обработка.

Под действием ультразвуковых колебаний происходит более быстрое и активное разрушение внутриклеточных тканей растительного сырья, что приводит к интенсификации процесса экстракции и дает возможность увеличить содержание биологически активных соединений в растворе.

Увеличение коэффициента внутренней молекулярной диффузии обеспечивали за счет снижения размеров частиц экстрагируемого материала. Оптимальная степень измельчения листьев стахиса составила от 0,5 до 1 мм.

Ультразвуковую обработку экстрактов проводили с помощью прибора УЗД 1-0.063/22. Для экстракции было взято сырьё в соотношении к экстрагенту 1:10 (по весу). Экстракция проводилась в трехкратной повторности, при разной интенсивности ультразвуковых волн от 18 до 26 кГц в течение от 16 до 22 минут.

Зависимость концентрации экстрагируемых веществ от интенсивности ультразвуковых волн представлена на рисунке 5.

Частота УЗ волн, кГц

Рисунок 5 - Зависимость концентрации экстрагируемых веществ от интенсивности ультразвуковых волн.

Из рисунка 5 видно, что содержание экстрагируемых веществ прямо-пропорционально зависит от продолжительности обработки и частоты ультразвуковых волн. Пик выделения экстрактивных веществ наступает при частоте воздействия 22 кГц. Увеличение продолжительности экстракции дольше 20 минут не приводит к увеличению выхода экстрактивных веществ, а вызывает их разрушение и инактивацию. Содержание экстрактивных веществ в листьях стахиса составило 15,6±1,2 %.

Для концентрации полученного экстракта и удаления излишней влаги, проводилась сублимационная сушка. По результатам предварительного эксперимента на первом этапе проводили концентрирование экстракта до содержания сухих веществ 30 % при температуре минус 50 °С, остаточном давлении 4-5 кПа в течении 7-8 часов. Далее процесс сублимационной сушки осуществляли в

той же последовательности, что и при производстве криопорошка. На выходе получили сухой концентрат из листьев стахиса, с массовой долей влаги 5±0,1 %, в виде мелкодисперсного порошка желто-зеленого цвета.

Для обеспечения желаемой структуры, технологических и потребительских свойств готовых функциональных продуктов изучена полнота растворимости сублимированного экстракта из листьев стахиса в зависимости от температуры.

Результаты исследования степени растворимости сублимированного экстракта из листьев стахиса в зависимости от температуры и вида дисперсионной среды представлены на рисунке 6.

В результате исследований сухого экстракта из листьев стахиса установлено, что с увеличением температуры дисперсионной среды растворимость возрастает и достигает 78 % при температуре 90 °С, что должно способствовать улучшению консистенции разрабатываемых молочных продуктов.

Температура, °С

—е—Вода Молоко обезжиренное

Рисунок 6 - Степень растворимости сублимированного экстракта из листьев стахиса в зависимости от температуры и вида дисперсионной среды

В производстве кисломолочных продуктов сухой экстракт из листьев стахиса, целесообразно вносить в нормализованную смесь перед гомогенизацией при температуре от 50 до 70 °С, это позволит получить полную растворимость и равномерное распределение нутриентов в нормализованной смеси.

Подбор заквасочных культур для производства функциональных кисломолочных продуктов

Проведены исследования по определению штаммового состава заквасок и их влияния на прирост биомассы микроорганизмов, нарастание кислотности, органолептические показатели и углеводный состав кисломолочных сгустков.

Для проведения эксперимента использовалось два варианта заквасок. Первый вариант состоял из штаммов Streptococcus thermophilus, Lactobacillus

acidophilus и Bifidobacterium animalis, второй вариант - Streptococcus thermophilus, Lactobacterium casei subsp. casei и Bifidobacterium animalis. При проведении исследований были изучены: прирост биомассы микроорганизмов, нарастание кислотности и органолептические показатели полученных сгустков. Результаты исследований двух вариантов заквасок с различными соотношениями культур представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Влияние вида и соотношения заквасочных культур на процесс сквашивания и прирост биомассы микроорганизмов_

Соотношение заквасочных культур Титруемая кислотность, °Т Продолжительность сквашивания, ч Количество жизнеспособных клеток, КОЕ/г

общее бифидобактерий

1 2 3 4 5

1 вариант

1:1:1 64±2 8,0±0,2 5х109 2x107

3:1:1 69±2 7,0±0,2 7x109 2x107

4:1:1 73±2 5,0±0,2 1 х 109 ЗхЮ8

2 вариант

1:1:1 62±2 9,0±0,2 Зх109 8x107

3:1:1 66±2 8,0±0,2 5x109 ЗхЮ8

4:1:1 71 ±2 5,5±0,2 8x109 5хЮ8

Как видно из таблицы, при соотношении микроорганизмов 3:1:1 и 4:1:1 заквасок обоих вариантов наблюдается более интенсивный процесс сквашивания в связи с тем, что основной компонент комбинированной закваски Streptococcus thermophilus обладает наиболее высокой биохимической активностью. При соотношении культур в закваске первого варианта 4:1:1 отмечалось наиболее равномерное развитие всех микроорганизмов, входящих в ее состав.

При соотношении культур в закваске второго варианта 1:1:1 продолжительность сквашивания увеличивалась в среднем до 9,0 часов, что может быть связано с присутствием в ее составе Lactobacterium casei subsp. casei, обладающей невысокой биохимической активностью.

Оценивая органолептические показатели сгустков, выработанных с использованием комплексных заквасок, установлено, что во всех вариантах вкус и запах был чистый, кисломолочный. Однако при соотношении 4:1:1 органо-лептическая оценка полученных сгустков была наиболее высокая.

Результаты проведенных исследований позволил сделать вывод о целесообразности использования 2 варианта закваски при соотношениях 4:1:1, на основании органолептических показателей, продолжительности ферментации и количеству жизнеспособных клеток до 8x109 КОЕ/г.

На следующем этапе изучали влияние температуры сквашивания кисломолочных продуктов комплексной закваской, приготовленной по второму варианту с соотношением 4:1:1. Образцы сквашивали при температурах: (30±2) °С; (36±2) °С; (42±2) °С. Результаты исследований приведены на рисунке 7.

Рисунок 7 - Влияние температуры на процесс сквашивания комплексной закваской и количество бифидобактерий: 1 - (30±2) °С; 2 - (36±2) °С;3 - (42±2) °С.

Продолжительность, ч —»—1 -И-2

1 2 3 4 Б 6 Продолжительность, ч

При температуре сквашивания (36±2) °С наблюдался умеренный рост кислотности и наиболее высокие органолептические показатели сгустка. При использовании режима (30±2) °С кислотность в сгустке нарастала медленно, а вкус и запах продукта был недостаточно выраженным. При температуре сквашивания (42±2) °С кислотность нарастала несколько быстрее, чем при режимах (30±2) °С и (36±2) °С, однако вкус продукта был излишне кислым. На основании проведенных исследований установлен режим сквашивания (36±2) °С.

Исследовали влияние температуры сквашивания на количество бифидобактерий в опытных образцах. Количество бифидобактерий в образце, сквашенном при температуре (36±2) °С, повысилось на 11,4 % и 8,6 % по сравнению с образцами, сквашенными при температурах (30±2) °С и (42±2) °С соответственно.

Исследование влияния растительных компонентов на технологические свойства продуктов

Изучено влияние дозы криопорошка из клубней и сухого экстракта из листьев стахиса в количестве от 1,5 % до 2,7 % с шагом 0,6 % и от 0,5 % до 2,5 % с шагом 1% соответственно, на органолептические показатели, синеретическую способность сгустков, а также активность кислотообразования и развитие бифидобактерий. Температура сквашивания (36 + 1) °С. Контролем служил сгусток, полученный из нормализованного молока с массовой долей жира 1 % без добавления растительных компонентов.

I 3

с 1

у 2,70% у 2,10% У 1,50% у Контроль я 2,50% у 1,50% и 0,50% и Контроль

а) криопорошок б) сухой экстракт

Рисунок 8 - Влияние растительных компонентов на активность кислото-образования

Анализ данных по влиянию растительных компонентов на активную кислотность показывает, что с увеличением дозы криопорошка и сухого экстракта ускоряется процесс ферментации, при этом продолжительность ферментации по сравнению с контролем сокращался на 1,5-2 часа.

На следующем этапе исследовали органолептические показатели полученных сгустков. На основании полученных данных можно заключить, что внесение криопорошка в количестве 1,5 % недостаточно для получения требуемой консистенции и вкуса. Внесение криопорошка в количестве 2,7 % является избыточным, специфический вкус криопорошка сильно выражен и неприятен с потребительской точки зрения. При внесении в количестве 2,1 % получили продукт с приятным запахом и вкусом, привкус добавки был слабо выражен, консистенция однородная с равномерным распределением частиц по всей массе продукта. На основании полученных оценок единогласно признана оптимальной доза внесения криопорошка в количестве 2,1 %.

Внесение сухого экстракта из листьев стахиса в количестве 0,5 % и 1,5 % не влияет на вкус и запах продукта, однако, при внесении 1,5 % наблюдается незначительное выделение сыворотки, внесение в количестве 2,5 % отрицательно сказывается и на вкусе продукта, и на консистенцию. На основании полученных оценок единогласно признана оптимальной доза внесения сухого экстракта в количестве 0,5 %.

Для подтверждения объективности органолептической оценки консистенции сгустков с использованием различных доз растительных компонентов определяли синеретическую способность в исследуемых образцах.

Установлено, что с увеличением дозы криопорошка из клубней стахиса интенсивность отделения сыворотки снижается. Внесение 1,5 % криопорошка уменьшало выделение сыворотки из сгустка (в сравнении с контрольным об-

разцом) на 20,0 %, 2,1 % - на 25,5 %, 2,7 % - на 40,0 %. Это можно объяснить влагоудерживающей способностью криопорошка из клубней стахиса.

С увеличением дозы сублимированного экстракта из листьев стахиса интенсивность отделения сыворотки увеличивается. Внесение 0,5 % сублимированного экстракта увеличивало выделение сыворотки из сгустка (в сравнении с контрольным образцом) на 3,0 %, 1,5 % - на 15,0 %, 2,5 % - на 25,0 %. Это можно объяснить интенсивной активизацией жизнедеятельности бифидобактерий благодаря высокому содержанию стахиозы.

В результате проведенных исследований установлено, что внесение криопорошка из клубней (от 1,5 до 2,7 %) и сухого экстракта из листьев (от 0,5 до 2,5 %) стахиса, способствует ускорению процесса сквашивания, активизации жизнедеятельности бифидобактерий. В результате определены оптимальные дозы криопорошка из клубней и сухого экстракта из листьев стахиса 2,1 % и 0,5 % соответственно.

Подбор вкусовых наполнителей для новых функциональных продуктов

При формировании функциональных свойств кисломолочных продуктов возможно изменение их потребительских характеристик - потеря или ослабление привычного вкуса и аромата. Поэтому важной задачей являлось придание разрабатываемым продуктам приятного вкуса и аромата с помощью натуральных фруктовых наполнителей.

В процессе выработки были протестированы фруктовые наполнители: «Зеленое яблоко» и «Черника» (производитель компания Италия). В

ходе эксперимента были проанализированы образцы с разной дозой внесенной фруктовой добавки в кисломолочные продукты с использованием криопорошка из клубней и сублимированного экстракта из листьев стахиса.

По результатам комиссионной дегустации, наиболее высокие органолеп-тические показатели, с внесенной дозой фруктовых наполнителей в количестве 13%. Для кисломолочных продуктов с использованием криопорошка из клубней стахиса подходит наполнитель «Зеленое яблоко», так как специфический вкус криопорошка хорошо сочетается со вкусом наполнителя. Сочетание криопорошка и черники обладали неприятным вкусом, цветом и ароматом. Для кисломолочных продуктов с использованием сухого экстракта из листьев стахиса, могут использоваться оба наполнителя, но по вкусу и аромату лучшее сочетание было с наполнителем «Черника».

Исследования качественных показателей кисломолочных продуктов функционального назначения

Для установления срока годности изготавливали образцы кисломолочных продуктов с использованием криопорошка из клубней стахиса и сухого экстракта из листьев стахиса. Кисломолочные продукты расфасовали в потреби-

тельскую тару ПЭТ объемом 0,33 дм3 и поместили в камеру хранения. Температурные режимы хранения в камере составляли 4±2 °С и 9±1 °С.

Изучали качественные показатели кисломолочных продуктов, изменяющиеся в процессе хранения. В ходе исследований определяли органолептиче-ские показатели, рН и титруемую кислотность, количество жизнеспособных клеток молочнокислых бактерий.

По результатам исследований образца кисломолочного продукта с использованием криопорошка из клубней стахиса на 7 и 14 сутки хранения не отмечены изменения органолептических показателей, но при температуре хранения 4±2 °С на 7 сутки наблюдался незначительный отстой сыворотки, а при температуре хранения 9±1 °С сыворотка отделялась интенсивнее. На 14 сутки хранения наблюдалось значительное отделение сыворотки. При хранении кисломолочного продукта функционального назначения отмечено постепенное нарастание титруемой кислотности и снижение рН.

По результатам исследований контрольного образца кисломолочного продукта с использованием сухого экстракта из листьев стахиса на 5 и 7 сутки хранения отмечены изменения органолептических показателей, при температуре хранения 4±2 °С значительный отстой сыворотки наблюдался на 7 сутки, а при температуре хранения 9±1 °С отстой сыворотки наблюдался уже на 5 сутки. При хранении кисломолочного продукта функционального назначения отмечено интенсивное нарастание титруемой кислотности и снижение рН.

При проведении микробиологических исследований было установлено, что патогенные микроорганизмы, в том числе сальмонеллы, в 25 г, S.aureus, в 0,1 г и БГКП в 0,01 г не были обнаружены в образцах в течение всего срока хранения. Также установлено, что растительная добавка влияет на развитие пробиотических культур в кисломолочном продукте. Высокое содержание тет-расахарида - стахиозы благоприятно влияет на развитие микроорганизмов в процессе хранения.

На основании проведенных исследований были установлены сроки годности для продукта с использованием криопоршка из клубней стахиса в течение 7 суток, и сухого экстракта из листьев стахиса в течение 5 суток при температуре 4±2 °С.

Разработка технологии функциональных продуктов

Полученные результаты исследований послужили основанием для разработки технологии новых видов функциональных молочных продуктов с использованием криопорошка из клубней стахиса - «Диалакт», и сухого экстракта из листьев стахиса - «Диалакт Экстра».

Технологический процесс производства функциональных кисломолочных продуктов осуществлялся в следующей последовательности: приемка и оценка качества сырья и компонентов, подогрев сырого молока до температуры (55-60) °С, деаэрация при температуре (55-60) °С, разряжение минус 0,7-0,8 Па, сепарирование (55-60) °С, бактофугирование (55-60) °С, нормализация в потоке (55-

60) °С, первичная пастеризация (83±2) °С с выдержкой 20сек, охлаждение в потоке (4±2) °С, циркуляция нормализованной смеси 30 мин, подогрев смеси (7185) °С, внесение сухого концентрата (0,5 %±0,05) из листьев стахиса (для продукта «Диалакт Экстра»), гомогенизация при давлении (180±2) Па и температуре (76-81) °С, вторичная пастеризация (95±2) °С с выдержкой 5мин, охлаждение в потоке (39±1) °С, внесение закваски (39±1) °С, внесение криопорошка (2,1 %±0,05) из клубней стахиса (для продукта «Диалакт»)перемешивание в течение 30 мин, сквашивание при температуре (35±1) °С до образования сгустка рН 4,60-4,70, титруемая кислотность 75-80 °Т, охлаждение без перемешивания 20мин, перемешивание 5мин, охлаждение через охладитель перед фасовкой до температуры (16±2) °С, розлив, упаковывание, маркирование, хранение при температуре (4±2) °С.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

По результатам работы получены следующие результаты и выводы

1. Изучен химический состав клубней стахиса, определено содержание микро- и макроэлементов. Обосновано влияние стахиса на углеводный обмен, благодаря высокому содержанию калия 478 - 486 мг/100 г и бора 12 - 13,5 мг/100 г и тетрасахарида - стахиозы.

2. Изучены технологические особенности производства криопоршка из клубней стахиса. Продолжительность сублимационной сушки составляет 16 часов, влажность измельченных клубней 5±0,5 %. Определен гранулометрический состав криопорошка: 20 % частиц имеют максимальный размер от 0,5 х 10"3 до 0,35 х Ю"3 м; 18,0 % - от 0,35 х 10"3 до 0,15 х 10"3 м; 62,0 %-до 0,15 х Ю' Зм.

3. Определены рациональные параметры экстракции листовой части стахиса. Доказано, что содержание экстрагируемых веществ прямо-пропорционально зависит от продолжительности обработки и частоты ультразвуковых волн. Пик выделения экстрактивных веществ наступает при частоте воздействия 22 кГц в течение 20 минут. Содержание экстрактивных веществ в листьях стахиса составило 15,6±1,2%. Определены параметры сублимационной сушки экстракта из листьев стахиса с предварительным криоконцентрировани-ем экстракта до содержания сухих веществ 30 % при температуре минус 50 °С, остаточном давлении 4-5 кПа в течение 7-8 часов.

4. Исследованы функционально-технологические свойства растительных компонентов установлено, что криопорошок обладает высокой влагопоглоти-тельной способностью при набухании. В результате исследований сухого экстракта из листьев стахиса установлено, что с увеличением температуры дисперсионной среды растворимость возрастает и достигает 78 % при температуре 90°С.

5. Обоснован выбор закваски состоящей из штаммов Streptococcus thermophilus, Lactobacterium casei subsp. casei и Bifidobacterium animalis в соотношении 4:1:1 соответственно.

6. Определены дозы внесения криопорошка из клубней стахиса 2,1 % и сухого экстракта из листьев стахиса 0,5 % в нормализованную смесь. Доказано, что внесение растительных компонентов целесообразно производить до ферментации смеси, при этом сам процесс сокращается на 1,5-2 часа.

7. Установлены сроки годности для продукта с использованием криопорошка из клубней стахиса в течение 7 суток, и сухого экстракта из листьев стахиса в течение 5 суток при температуре 4±2 °С.

8. По результатам исследований разработана технология производства функциональных кисломолочных продуктов «Диалакт» и «Диалакт Экстра».

Перечень публикаций по теме диссертации

Статьи в изданиях, рекомендованных Высшей аттестационной комиссией Министерства образования и науки Российской Федерации

1. Захарова Л.М. Изучение химического состава и содержания экстрактивных веществ и полисахаридов в клубнях и листьях стахиса / JI.M. Захарова, И.Н. Пушмина, A.B. Дятлов // Техника и технология пищевых производств. - 2013г. -№ 3. - С. 76-80.

2. Zacharova L. M. Theoretical substantiation of introduction of vegetable crops stachys sieboldii mig to functional products / L.M. Zacharova, A.V. Dyatlov // Vestnik OrelGAU. - 2013r. - № 4(43). - C. 52-55.

3. Zacharova L. M. Definition of the optimal parameters of supersonic extraction at stachys nodules extraction / L.M. Zacharova, A.V. Dyatlov // Vestnik OrelGAU. - 2013r. - № 5(44). - С. 61-62.

Материалы международных и всероссийских конференций

4. Захарова Л.М. Использование стахиса как пребиотической добавки / Л.М. Захарова, A.B. Дятлов // Сборник материалов VI нучно-практической конференции «Качество продукции, технологий и образования», Магнитогорск, 2011г. - С. 316-318

5. Захарова Л.М. Оптимизация состава молока для людей с нарушенным углеводным обменом / Л.М. Захарова, A.B. Дятлов //Сборник материалов IV Международной научно-практической конференции «Перспективы производства продуктов питания нового поколения», ФГОУ ВПО ОмГАУ , 19-20 мая 2011г.-С. 114-116.

6. Дятлов A.B. Характеристика нетрадиционного растительного сырья как источника биологически активных веществ / A.B. Дятлов // Сборник материалов VI научно-практической конференции «Качество продукции, технологий и образования», -Магнитогорск, 2011г. - С. 190-192.

7. Захарова Л.М. Изучение химического состава зрелых клубней стахиса как функционального ингредиента для обогащения пищевых продуктов / Л.М. Захарова, A.B. Дятлов, И.Н. Пушмина // Сборник материалов II этапа кон-

курса Инновационных проектов и идей в области пищевых технологий и здорового питания «Инновации в развитии сферы общественного питания», - Красноярск, 2013г. - С. 43-45.

8. Захарова Л.М. Определение содержания экстрактивных веществ в клубнях и листьях стахиса / Л.М. Захарова, A.B. Дятлов, И.Н. Пушмина // Сборник материалов II этапа конкурса Инновационных проектов и идей в области пищевых технологий и здорового питания «Инновации в развитии сферы общественного питания», - Красноярск, 2013г. - С. 21-24.

9. Захарова Л. М. Теоретическое обоснование введения овощной культуры Stachys sieboldii mig в функциональные продукты / Л.М. Захарова, A.B. Дятлов // Сборник научных трудов VII конференции молодых ученых и специалистов научно-исследовательских институтов Отделения хранения и переработки сельскохозяйственной продукции Россельхозакадемии, 8-9 октября 2013 г. - М.: ГНУ ВНИМИ Россельхозакадемии. - 2013. - С. 152-156.

ЛР № 020524 от 02.06.97 Подписано в печать 18.11.2013. Формат 60х84щ6 Бумага офсетная. Гарнитура Times Уч.-изд. Л. 1,2. Тираж 80 экз. Заказ № 144

Оригинал макет изготовлен в лаборатории множительной техники Кемеровского технологического института пищевой промышленности 650002, г. Кемерово, ул. Институтская, 7

ПЛД№ 44-09 от 10.10.99 Отпечатано в лаборатории множительной техники Кемеровского технологического института пищевой промышленности 650002, г. Кемерово, ул. Институтская, 7

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности»

На правах рукописи

04201453326

ДЯТЛОВ АЛЕКСЕИ ВЛАДИМИРОВИЧ

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ КИСЛОМОЛОЧНЫХ ПРОДУКТОВ для ЛЮДЕЙ С НАРУШЕННЫМ УГЛЕВОДНЫМ ОБМЕНОМ

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 Л. М. Захарова

Кемерово - 2013

Содержание

Введение 4

Глава 1 Литературный обзор 8

1.1 Роль функциональных молочных продуктов в профилактике и

8

лечении социальных болезней XXI века

1.1.1 Сахарный диабет - причины и разновидности болезни 10

1.1.2 Метаболизм глюкозы в организме человека 12

1.1.3 Лечение и профилактика диабета 16

1.1.4 Диетотерапия при сахарном диабете 18

1.1.5 Тенденции к расширению ассортимента диабетических продуктов

1.2 Роль растительного сырья в технологии молочных продуктов для специального питания

1.2.1 Добавки функционального назначения, используемые для профилактики сахарного диабета

1.2.2 Характеристика и перспективы использования стахиса для производства функциональных продуктов питания

1.3 Технология сублимации и сублимационная сушка продуктов растительного происхождения

Заключение 39

Глава 2 Методология и методы исследований 40

2.1 Объекты исследований 40

2.2 Методы исследований 42 2.2.1 Ультразвуковой метод экстракции 43 2.2.4 Метод определения эффективности распределения компонентов 46 Глава 3 Результаты исследований и их анализ 47

3.1 Подбор заквасочных культур для производства функциональных кисломолочных продуктов

3.2 Изучение состава, свойств и способа внесения стахиса 54

19

21

21

28

32

61

3.2.1 Разработка технологии производство криопорошка из клубней стахиса

3.2.2 Разработка технологии производство сухого экстракта из листьев стахиса

3.3 Исследование стадии внесения растительных компонентов 66

3.4 Исследование влияния стахиса на формирование функциональных

69

продуктов

3.4.1 Математическое моделирование влияния количества растительных компонентов на качественные показатели 69 функциональных продуктов

3.4.2 Влияния дозы криопорошка из клубней стахиса на физико-химические и органолептические показатели готовых продуктов

3.4.3 Влияния дозы сухого экстракта из листьев стахиса на физико-химические и органолептические показатели готовых продуктов

3.5 Подбор вкусовых наполнителей для новых функциональных продуктов

3.6 Определение качественных показателей и сроков годности новых функциональных продуктов

Глава 4 Практическая реализация результатов 99

4.1 Разработка технологии и нормативной документации для производства новых функциональных продуктов

4.2 Определение пищевой, биологической и энергетической ценности новых функциональных продуктов

4.3 Расчет стоимости сырья и основных материалов для производства новых функциональных продуктов

Выводы 109

Список используемой литературы 1,11

Приложения 122

78

81

83

86

99

101

106

ВВЕДЕНИЕ

В настоящее время сахарный диабет занимает одно из ведущих мест среди широко распространенных заболеваний неинфекционной природы. В этой связи разработка широкой гаммы новых продуктов функционального назначения, в том числе на молочной основе, которые будут достаточно распространенными и при постоянном употреблении окажут положительное влияние на организм людей, больных сахарным диабетом, и предупредит прогрессирование этого заболевания, является важным социально-экономической задачей.

Теоретические и практические положения получения функциональных молочных продуктов разработаны отечественными учеными Л. А. Остроумовым, В. М. Позняковским, В. Ф. Семенихиной, Н. И. Дунченко, Н. А. Тихомировой, А. М. Уголевым, Н. Н. Липатовым ст., И. А. Роговым, И. А. Радаевой, 3. С. Зобковой, Н. С. Королевой, Н. Н. Липатовым мл., В. Д. Харитоновым, В. А. Тутельяном.

Одним из рациональных путей решения данной проблемы является расширение ассортимента и, разработка технологии новых видов продуктов диабетического назначения. Большой интерес в теоретическом и практическом плане представляет изучение возможностей применения нетрадиционных добавок, способствующих снижению уровня сахара в организме человека. В этом плане перспективной овощной культурой для обогащения функциональных продуктов питания биологически активными веществами является, многолетняя культура - стахис ^асИуэ $1еЬокШ

Профилактический и лечебный эффекты стахиса определяются его уникальным химическим составом, что дает возможность его использования в пищевой промышленности и медицине. Углеводы стахиса представлены не крахмалом, как у других клубнеплодов, а тетрасахаридом - стахиозой, обладающей инсулиноподобным эффектом. Исследованиями ВНИИ лекарственных и ароматических растений установлено, что употребление стахиса снижает уровень сахара в крови человека на 40-60 %, триглицеридов - на 30 %, замедляет процесс свёртывания крови.

В связи с этим исследования, направленные на создание новых функциональных продуктов питания с использованием стахиса, представляют теоретический и практический интерес.

Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы явилось исследование и разработка технологии функциональных кисломолочных продуктов для людей с нарушенным углеводным обменом. В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи исследований:

- изучить химический состав стахиса и доказать целесообразность его использования в производстве функциональных продуктов;

- изучить технологические особенности производства криопорошка из клубней стахиса;

- определить рациональные параметры экстракции листьев стахиса и сублимационной сушки для получения сухого экстракта;

- исследовать физико-химические показатели из клубней стахиса и сухого экстракта из листьев стахиса;

- обосновать выбор закваски для производства кисломолочных продуктов;

- исследовать влияние дозы криопорошка из клубней стахиса и сухого экстракта из листьев стахиса на развитие микроорганизмов закваски;

- выбрать вкусовые наполнители для новых функциональных продуктов;

- исследовать показатели качества новых функциональных кисломолочных продуктов в процессе хранения и определить допустимые сроки годности;

- разработать технологию производства функциональных кисломолочных продуктов, обогащенных стахисом.

Научная новизна. На основании изучения химического состава и функциональных свойств обоснована целесообразность использования стахиса в производстве кисломолочных продуктов функционального назначения. Установлены параметры производства криопорошка из клубней стахиса и сухого экстракта из листьев стахиса.

Установлены количественные и качественные закономерности взаимного влияния биологически активных веществ стахиса и молочной основы на

органолептические, физико-химические, микробиологические и реологические показатели готового продукта. Изучены пищевая ценность и качественные показатели безопасности полученных продуктов в процессе хранения.

Практическая значимость работы. Разработаны рецептуры, технология, составлен проект технической документации на производство новых функциональных кисломолочных продуктов. Проведена производственная проверка технологии разработанных продуктов на предприятии «Группа компаний «Danone - Юнимилк» (Кемерово). Новизна технологии новых продуктов отражена в заявление о выдаче патента РФ на изобретение «Кисломолочный напиток Диолакт» № 2013143428/10 от 25.09.2013.

Методология и методы исследования. При выполнении работы использовали общепринятые, стандартные методы исследований физико-химических и микробиологических показателей сырья и готовой продукции: жира, белка, сухих веществ, титруемой и активной кислотности, органолептических показателей, общего количества жизнеспособных клеток и качественного состава микрофлоры.

Основные положения, выносимые на защиту:

- обоснование использования стахиса для производства функциональных кисломолочных продуктов для людей с нарушенным углеводным обменом;

- производство криопорошка из клубней стахиса и сухого экстракта из листьев стахиса, методом сублимационной сушки;

- определение штаммового состава заквасок и их влияния на углеводный состав, продолжительность ферментации и органолептические показатели кисломолочных сгустков

- влияние криопорошка из клубней и сухого экстракта из листьев стахиса на качественные характеристики функциональных продуктов;

результаты исследований органолептических, физико-химических, структурно-механических, микробиологических показателей функциональных кисломолочных продуктов;

- данные пищевой и биологической ценности новых функциональных продуктов.

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-ФЗ «Технический регламент на молоко и молочную продукцию» (с дополнениями от 22.07.2010 № 16Э-ФЗ) подтверждены исследованиями в лицензированной лаборатории молочного предприятия ОАО «Кемеровский молочный комбинат» (г. Кемерово) и испытательной лаборатории ФГБУ «Кемеровская межобластная ветеринарная лаборатория».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы являлись предметом докладов и обсуждений на научно-практических конференциях различного уровня: VI научно-практическая конференция «Качество продукции, технологий и образования» (Магнитогорск, 2010), IV Международная научно-практическая конференция «Перспективы производства продуктов питания нового поколения» (Омск, 2011), VII конференция молодых ученых и специалистов научно-исследовательских институтов «Научный вклад молодых ученых в развитие пищевой и перерабатывающей промышленности АПК» (Москва, 2013).

ГЛАВА 1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Роль функциональных молочных продуктов в профилактике и лечении социальных болезней XXI века

Последние десятилетия прошлого века характеризовались интенсивным развитием науки о питании. Это связано с совершенствованием методов эпидемиологических исследований и аналитической базы для изучения химического состава пищевых продуктов, разработкой и широким внедрением в производство новых видов пищевых продуктов с заданным химическим составом и функциональными свойствами [109].

В результате появились концепции в области питания, направленные на улучшение здоровья путем создания новых пищевых продуктов, благоприятно воздействующих на функции организма [112]. Современной медицинской наукой в настоящий момент принята концепция оптимального питания. Это означает, что осуществлен переход от концепции адекватного питания, к концепции оптимального питания [59,97]. В рамках развития концепции оптимального питания сформировалось новое направление науки о питании - концепция функционального питания, которая включает разработку теоретических основ производства, реализации и потребления функциональных продуктов [98].

Впервые функциональные продукты питания появились в Японии и включали в свой состав бифидобактерии и пищевые волокна. Вначале 1990-х гг. была сформулирована концепция пищевых продуктов, специально используемых для поддержания здоровья, которая вскоре получила активную поддержку во многих странах. Сегодня перечень функциональных ингредиентов значительно расширен. К их числу относят пищевые волокна, минеральные вещества, витамины и другие биологически активные вещества (БАВ) [7,50,59].

В современной структуре питания функциональные продукты занимают промежуточное место между диетическими продуктами и продуктами массового

потребления, в частности, продуктами, предусмотренными для специальных медицинских целей [115,116].

Согласно ГОСТ Р 52349 [34] под функциональным продуктом питания понимают пищевой продукт, предназначенный для систематического употребления в составе пищевых рационов всеми возрастными группами здорового населения, снижающий риск развития заболеваний, связанных с питанием, сохраняющий и улучшающий здоровье за счет наличия в его составе физиологически активных функциональных ингредиентов.

Данная группа объединяет входящие в составы пищевых продуктов вещества животного, растительного и минерального происхождения, а также живые микроорганизмы, обладающие способностью оказывать благоприятное влияние на одну и несколько метаболических реакций организма человека при систематическом употреблении в количествах, сопоставимых с суточной физиологической потребностью в них. В соответствии с мировой практикой продукт считается функциональным, если регламентируемое содержание микронутриентов в нем достаточно для удовлетворения (при обычном уровне потребления) 25-50% от среднесуточной потребности в этих компонентах [34,77,110].

Как часть ежедневной диеты, функциональные продукты питания могут принимать участие в регулировании или улучшении защитных биологических механизмов, помогать в предупреждении конкретных заболеваний либо просто замедлять физически процесс старения, повышать выносливость и улучшать душевное состояние человека [9,99].

Таким образом, мировой и отечественный опыт убедительно свидетельствует, что наиболее эффективным и целесообразным с экономической, социальной, гигиенической и технологической точек зрения способом кардинального решения проблемы дефицита потребления населением необходимых микронутриентов является выпуск функциональных пищевых продуктов, обогащенных недостающими витаминами, макро- и микроэлементами до уровня, соответствующего физиологическим потребностям человека [51].

1.1.1 Сахарный диабет - причины и разновидности болезни

Потребление сахара (сахарозы) и кондитерских изделий, содержащих большое количество сахара, неуклонно возрастает, что становится опасным для здоровья. Увеличение потребления сахарозы за последние 50 лет (в среднем 90г на человека в сутки вместо нормативных 50т) привело к резко возросшему количеству случаев развития у людей кариеса, сахарного диабета, коронарных сердечных заболеваний и ожирения.

Распространенность сахарного диабета (СД) среди взрослого населения в большинстве регионов мира составляет 4-6%. Статистические данные свидетельствуют о неуклонном росте числа больных СД, приобретающем эпидемический характер. В настоящее время в мире СД болеют более 190 млн. человек и, по прогнозам, к 2010 г. их число возрастет до 230, а к 2025 г. до 300 млн. Ежегодно количество больных СД увеличивается на 5-7%, а каждые 12-15 лет удваивается. В России в 2000 г. зарегистрировано около 8 млн. больных СД или 5% населения, к 2025 г. прогнозируется увеличение числа больных до 12 млн. Выборочные эпидемиологические исследования показывают, что истинное количество больных, речь преимущественно идет о больных СД-2, в 2-3 раза превышает число зарегистрированных случаев. [94].

В настоящее время считается доказанной генетическая предрасположенность к сахарному диабету. Если болен один из родителей, то вероятность унаследовать диабет первого типа равна 10%, а диабет второго типа - 80% [72].

Сахарный диабет - это состояние продолжительного повышения уровня сахара в крови, которое может быть вызвано рядом внешних и внутренних факторов. Само заболевание обусловлено абсолютным (полным) и релятивным (относительным) недостатком инсулина, который приводит к нарушению углеводного (сахарного), жирового и белкового обмена. Если перевести на обычный язык, это значит, что сахарный диабет представляет собой не одно

заболевание, а целую группу болезней, которые возникают по различным причинам, но проявляются одинаково. [57].

Сахарный диабет не является единым заболеванием. Международная классификация выделяет несколько его видов, основная же масса больных - это больные сахарным диабетом 1 и 2 типа.

Сахарный диабет I типа чаще развивается в молодом возрасте при абсолютном недостатке в организме инсулина - гормона, отвечающего за усвоение глюкозы организмом - вследствие снижения его выработкй -клетками поджелудочной железы. Недостаточность инсулина приводит к нарушению использования глюкозы тканями и повышению уровня сахара в крови - гипергликемии [101]. Нарушается превращение глюкозы в гликоген, одновременно усиливается гликогенез (образование глюкозы из аминокислот, глицерина и др.). При этом в крови увеличивается содерж�