автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Исследование и разработка технологии кисломолочного продукта смешанного брожения для функционального питания

На правах рукописи

(¿Г

Рожкова Ирина Валерьевна

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ КИСЛОМОЛОЧНОГО ПРОДУКТА СМЕШАННОГО БРОЖЕНИЯ ДЛЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ПИТАНИЯ

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

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степепи кандидата технических наук

6 СЕН 2015

005562357

Кемерово 2015

005562357

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

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, профессор, заслуженный работник ВШ РФ Гаврилова Наталья Борисовна

Николаева Евгения Анатольевна,

доктор технических наук, генеральный директор ООО «ПчЧЗЯЕОГСО»

Кольтюгина Оксана Владимировна,

кандидат технических наук, доцент, заместитель заведующего кафедрой технологии продуктов питания, ФГБОУ ВПО «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова»

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования Дальневосточный государственный аграрный университет»

Защита диссертации состоится «30» октября 2015 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.089.01 в ФГБОУ ВО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности (университет)» по адресу: 650056, г. Кемерово, бульвар Строителей, 47, 4 лекц. ауд (тел./факс 8(3842) 39-05-37).

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

Автореферат разослан «31» августа 2015 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

О.В. Кригер

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Питание за всю историю существования человека всегда было и остается наиболее существенным фактором, оказывающим постоянное влияние на состояние его здоровья. В процессе эволюции и в результате социально-экономических преобразований изменялся и характер питания человека. В последние годы особенно актуальной становится проблема безопасности продовольственного сырья и продуктов питания. Это подтверждается принятием Федеральных Законов «О продовольственной безопасности РФ» (1998 г.), «О качестве и безопасности пищевых продуктов» (2000 г.), введением в действие Технического регламента Таможенного союза TP ТС 021/2011 «О безопасности пищевой продукции» (2011 г.) и др.

Питание современного человека характеризуется: увеличением потребления калорий при снижении затрат энергии; увеличением потребления общих жиров при снижении потребления полиненасыщенных жирных кислот семейства омега-3; снижением потребления сложных углеводов и пищевых волокон при значительном увеличении потребления сахара и простых углеводов; увеличением потребления зерновых при снижении потребления фруктов и овощей; снижением потребления белков, антиоксидаптов и кальция. Существенное значение для организации здорового питания имеют биопродукты со смешанным брожением, в технологии которых используются как молочнокислые бактерии, так и молочные дрожжи.

Так как основной целью государственной политики в области технологий является переход к инновационно,му пути развития на основе избранных приоритетов, которые формулируются научным сообществом с учётом мировых тенденций развития науки, техники, технологий, при этом главный приоритет государственной политики - жизнь и здоровье нации, учитывая вышеизложенное проведение исследований и разработка технологии кисломолочного продукта смешанного брожения обогащенного функциональными ингредиентами является актуальным.

Степень разработанности темы. Автор в своих исследованиях основывался на результатах фундаментальных и прикладных исследований в области биотехнологии и безопасности функциональных продуктов питания отражённых в научных трудах российских и зарубежных учёных А.Г. Храмцова, В.Д. Харитонова, Ю.Я. Свириденко, Л.А. Остроумова, A.A. Майорова, И.А. Евдокимова, В .И. Ганиной, В.Ф. Семенихиной, Н.И. Дунченко, И.С. Хамагаевой, Г.Б. Гаврилова, АЛО. Просекова, И.А. Смирновой, JI.B. Терещук, JI.M. Захаровой, Н.Б. Гавриловой, БА. Шендерова, H.A. Тихомировой, С.Б. Юдиной, Д. Килкаст, П. Субраманиам, Р. Стеле и др.

Цель работы и задачи исследований. Цель работы - научное обоснование и разработка технологии кисломолочного продукта смешанного брожения для функционального питания. Для достижения поставленной цели сформулированы следующие научные задачи:

- установить нормативные требования к составу и свойствам кисломолочного продукта для функционального питания;

-исследовать антагонистическую активность и антибиотическую устойчивость заквасочных DVS культур;

-оптимизировать, на основании результатов математического моделирования процесса ферментации, вид закваски для кисломолочного продукта смешанного брожения;

- изучить процесс подготовка молочной основы для низколактозного кисломолочного продукта смешанного брожения;

- провести аргументированный скрининг функционального ингредиента , на основе продуктов переработки амаранта;

- изучить влияние культур бактериального концентрата, иммобилизованных в гель биополимеров, на пробиотические свойства кисломолочного продукта;

- определить пищевую, биологическую, энергетическую ценность и срок годности нового кисломолочного продукта;

- разработать технологию и нормативную документацию для нового кисломолочного продукта и провести их промышленную апробацию.

Научная новизна работы. Впервые проведён комплексный анализ антагонистической активности и антибиотической устойчивости DVS культур, содержащих молочнокислые культуры и молочные дрожжи на примере заквасок KEFIR - S new, KEFIR - G, KLM. Определён биотехнологический потенциал DVS культур в сравнении с кефирными грибками, традиционной закваской кисломолочного продукта смешанного брожения - кефира. Разработаны математические модели, позволяющие прогнозировать результаты процесса ферментации в зависимости от вида заквасочных культур. Определены параметры частичного гидролиза для подготовки молочной основы низколактозного кисломолочного продукта. На основании аргументированного скрининга выбран функциональный ингредиент - амарантовое масло, что позволило обогатить новый продукт непредельными жирными кислотами. Для обогащения кисломолочного продукта смешанного брожения пробиотическими микроорганизмами экспериментально установлен вид и количество концентрата бифидобактерий, иммобилизованных в гель биополимеров. Разработан ассортиментный ряд, определена пищевая, биологическая, энергетическая ценность и установлен срок годности кисломолочного продукта смешанного брожения для функционального питания.

Теоретическая н практическая значимость работы. Научно обоснована и практически разработана технология кисломолочного продукта смешанного брожения. Утверждена в установленном порядке нормативная документация для его производства СТО 88621052-001-2015 «Продукт кисломолочный смешанного брожения «Кефирный». Проведена промышленная апробация технологии в соответствии с нормативной документацией на ООО «ТПК «Мол-продукт» (Омская обл.).

Новизна технического решения технологии нового продукта отражена в патенте РФ на изобретение № 2534349 «Способ получения кисломолочного продукта смешанного брожения».

Диссертационная работа выполнена в рамках реализации научной темы «Разработка теоретических основ, создание новых технологий и техники для производства безопасных продуктов питания с функциональными свойствами» (номер гос. регистрации 01.200609463).

Методология и методы исследования. При организации и проведении исследований применялся комплекс общепринятых, стандартных и модифицированных методов, 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:

-научно-обоснованный выбор вида заквасочных культур для кисломолочного продукта смешанного брожения, состоящий из комплекса исследований антагонистической активности и антибиотической устойчивости, химических, микробиологических и органолептических показателей;

-математические модели, позволившие прогнозировать результаты процесса ферментации производства кисломолочного продукта смешанного брожения;

- использование функционального ингредиента - амарантового масла, аргументированный скрининг, позволивший скорректировать жирно-кислотный состав нового кисломолочного продукта и обогатить его непредельными жирными кислотами;

-степень влияния концентрата бифидобактерий, иммобилизованных в гель биополимеров с использованием пребиотика «Лактулозы ».

Степень достоверности результатов подтверждается достаточной по-вторностыо и воспроизводимостью экспериментальных данных, полученных с использованием современных физико-химических, микробиологических, реологических методов исследований, 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» подтверждены исследованиями в аккредитованных лабораториях.

Апробация результатов. Основные положения диссертационной работы и результаты исследований были предметом обсуждения и докладов на конференциях и форумах различного уровня, в том числе на втором международном научно-техническом форуме «Реализация Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирование рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия: инновации, проблемы, перспективы» (Омск, 2013 г.), международных научно-практических конференциях: «Пищевая и перерабатывающая промышленность Казахстана: современное состояние и перспективы развития» (Семей, 2013 г.); «Исторические аспекты, состояние и перспективы развития земледелия в Сибири и Казахстане» (Омск, 2014 г.); «Пища. Экология. Качество» (Екатеринбург, 2014 г.); «Современные достижения биотехнологии» (Ставрополь, 2014 г.); VIII международной научно-практической конференции «Технологии и продукты здорового питания» (Саратов, 2014 г.).

Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 10 печатных работ, в том числе 3 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ. Получен патент РФ на изобретение № 2534349.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, основной части, заключения, списка литературы и приложений. Основной текст работы изложен на 146 страницах, содержит 37 таблиц, 24 рисунка, 203 литературных источников и приложения.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Введение. Обоснована актуальность выбранного направления исследований, приведена научная новизна, теоретическая и практическая значимость работы.

Глава 1. Представлен аналитический обзор научно-технической литературы по проблеме «Состояние и перспективы совершенствования технологии кисломолочных продуктов для функционального питания», который включает в себя такие важные научные вопросы, как: традиции и инновации технологии производства кисломолочных продуктов; кисломолочные продукты смешанного брожения, перспективы совершенствования их технологии; закваски и их роль в формировании функциональных свойств кисломолочных продуктов; функциональные ингредиенты растительного и животного происхождения и их использование в технологии кисломолочных продуктов. В заключении главы 1 определена цель исследования и сформулированы научные задачи.

Глава 2. Методология и методы исследований. Экспериментальные исследования проводились в лабораториях: кафедры продуктов питания и пищевой биотехнологии ФГБОУ ВПО «Омский государственный аграрный университет им. П.А. Столыпина» (г. Омск), научно-образовательного центра ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» (г. Кемерово), аккредитованной лаборатории (Омская областная ветеринарная лаборатория), аккредитованной испытательной лаборатории ООО ЦСЭ «Омск-тест» в соответствии со схемой, представленной на рисунке 1.

При составлении схемы использовали следующие условные обозначения: 1 - кислотность, титруемая и активная, 2 - массовая доля сухих веществ, 3 -массовая доля лактозы, 4 - массовая доля жира, 5 - массовая доля белка, 6 - количество минеральных веществ, 7 - количество витаминов, 8 - общее количество молочнокислых микроорганизмов, 9 - массовая доля влаги, 10 - температура, 11 - органолептические показатели, 12 - время, 13 - количество аминокислот, 14 - количество жирных кислот, 15 - энергетическая ценность, 16 - антибиотическая устойчивость; 17 - общее количество белка; 18 - количество молочных дрожжей; 19 - количество пробиотической микрофлоры; 20 - вязкость; 21 - показатели безопасности продукта; 22 - антагонистическая активность.

На первом этапе, на основании системного анализа научно-технической литературы и патентной информации определено направление собственных исследований. Сформулированы цель работы и научные задачи для её достижения.

Рис. 1 - Схема проведения и практической реализации исследований

На втором этапе выбраны объекты исследования для изучения биотехнологических параметров процесса смешанного брожения и его контроля. На основании результатов математического моделирования комплексных результатов исследований определен вид культур закваски для кисломолочного продукта.

На третьем этапе экспериментально изучали процесс формирования функциональных свойств кисломолочного продукта путём аргументированного

скрининга функциональных ингредиентов. Установлены: срока годности, пищевая, энергетическая ценность нового кисломолочного продукта.

Четвёртый этап посвящен практической реализации результатов исследования. Разработка технологии, нормативная документация, определены экономические показатели производства нового продукта. Проведена промышленная апробация его технологии.

Все экспериментальные исследования проводились в трех-пятикратной повторности с использованием общепринятых и модифицированных методов исследований физико-химических и микробиологических показателей основного сырья-молока, функциональных ингредиентов и готовых продуктов.

Глава 3. Результаты исследований и их анализ. В процессе обоснования направления собственных исследований отмечается, что самым востребованным кисломолочным продуктом смешанного брожения является кефир, в процессе производства которого наряду с молочной кислотой образуется большое количество этилового спирта и углекислого газа. Качество кисломолочных продуктов - вкус, консистенция, лечебно-профилактические свойства зависят от состава и свойств молоко, технологических параметров производства, среди которых следует особо выделить вид, количество бактериальных заквасок, которые регламентируют процессы сквашивания, созревания и их результаты.

Закваска, используемая в технологии биопродуктов, предназначенных для профилактического и лечебно-профилактического питания, должна содержать культуры, нормализующие деятельность желудочно-кишечного тракта человека, а также обладать антагонистической активностью по отношению к патогенной микрофлоре. Антагонистическую активность устанавливали методом диффузии в агар в отношении шести тест-микроорганизмов (в т.ч. Е. coli -2 штамма). В работе применяли стандартные методы исследования.

Первоначально исследовали традиционные культуры - кефирные грибки. В состав микрофлоры кефирных грибков входят - мезофильные молочнокислые бактерии; уксусные бактерии; дрожжи, сбраживающие лактозу (Saccharo-myces (actis, рода Tomlopsis); ацидофильные бактерии; болгарская палочка и др. Среды пастеризовали при температуре (80,0±2,0) °С, охлаждали до оптимальной температуры культивирования (22,0±1,0) °С. Среды культивирования: молоко цельное; молоко концентрированное УФ.

Результаты исследования антагонистической активности закваски кефирных грибков представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Антагонистическая активность кефирных грибков в различных средах (мм)

Среда культивирования S. typhi-murium Е. coli ВКМ-125 Sh. sonnei Р. aeruginosa S. aureus 209„ B. subtilis ATCC 6633

Молоко цельное - 4 11 - 10 -

Молоко концентрированное УФ - 6 16 - 15 -

Так как в настоящее время в молочной промышленности применяются закваски - аналоги кефирных грибков: KEFIR - S new, KEFIR - G, KLM и др., актуальным является проведение исследований данных заквасок и определение их антагонистической активности, повторность исследований трёхкратная (табл. 2).

Таблица 2 - Антагонистическая активность DVS культур - исследуемых биообъектов (мм) _____

Среда культивирования S. typhi-murium Е. coli ВКМ-125 Sh. sonnei P. aeruginosa S. aureus 209p В. subtilis ATCC 6633

KEFIR - S new

Молоко цельное - 5 12 2 12 -

Молоко концентрированное УФ - 8 16 2 15 -

KEFIR - G

Молоко цельное - 4 10 2 11 -

Молоко концентрированное УФ - 6 14 2 14 -

KLM

Молоко цельное - 2 9 - 9 -

Молоко концентрированное УФ - 4 12 - 10 -

Анализ данных экспериментальных исследований приведённых в таблице 2, свидетельствует о том, что два исследуемых биообъекта проявили антагонистическую активность по отношению к четырём тест-культурам и один (KLM) - проявил антагонистическую активность по отношению к трем тест-культурам.

Предположительно, что большая активность биообъектов KEFIR - S new и KEFIR - G объясняется их многовидовым составом, сходным с видовым составом кефирных грибков. Следует отметить, что контрольный образец (кефирные грибки) и опытные биопрепараты проявили более выраженную активность по отношению к патогенным культурам в среде культивирования - молоко концентрированное УФ благодаря его химическому составу и биологической ценности, что позволило активно развиваться всем видам культур исследуемых биообъектов.

В работе изучена природная антибиогикоустойчивость всех исследуемых биообъектов и контрольного образца - кефирных грибков к основным антибиотикам используемых в антибиотикотерапии: пенициллин, ампицилин, эритромицин, геитамицин, левомицитин, стрептомицин и др.

Анализ результатов исследований позволил выявить следующие данные: — кефирные грибки и KEFIR - S new проявили высокую антибиотическую устойчивость по отношению к 5 антибиотикам: пенициллину (100 тыс. ед./см ), ампициллину (50 мкг/см3), эритромицину (2 тыс. мкг/см3), левомицин (2,5 тыс. мкг/см3), гентамицин (80 мкг/см3). Среднюю антибиотическую устойчивость к

ампициллину (2 тыс. ед.); стрептомицину (1 тыс. ед.); тетрациклину (100 ед.); оксациллину (0,5 ед.). Близкие к вышеперечисленным показателям проявил биообъект KEFIR - G. Несколько ниже были данные у четвёртого биообъекта KLM, тем не менее, к отдельным антибиотикам он проявил среднюю устойчивость.

Проведена сравнительная оценка результатов исследования в баллах и предложен условный показатель. Условный показатель — суммарная устойчивость биообъектов по отношению к 9 антибиотикам, по статистике наиболее часто используемых в антибиотикотерапии, представлен на рисунке 2.

Кефирные KEFIR- S KEFIR-G KLM

Рис. 2 - УсловнТш^юказатель - суммарная антибиотическая

устойчивость биообъектов по отношению к 9 антибиотикам

Полученные данные свидетельствуют об актуальности проведения дальнейших исследований для определения перспективности использования ОУ8 культур в технологии кисломолочного продукта.

Характерный вкус кисломолочных продуктов, в т.ч. кефира является результатом сложного взаимодействия молочной основы и соединений, образующихся в результате метаболизма используемых бактериальных культур и, особенно, дрожжей. Видовой состав заквасочных культур и их активность, важные факторы, обуславливающие эффективность метаболизма бактерий и их участие в образовании вкуса кисломолочного продукта.

Учитывая вышеизложенное, проведены комплексные исследования биохимических и технологических свойств исследуемых биообъектов для определения их биотехнологического потенциала.

Исследование кефирных грибков проводили на молочной основе, как среде культивирования: молоко цельное; молоко концентрированное УФ, которые пастеризовали при температуре 95-98 "С, охлаждали до оптимальной температуры деятельности биообъектов - кефирных грибков 22-25 °С.

Все закваски ОУБ в экспериментальных исследованиях, в соответствии с инструкцией, активизировали на обезжиренном молоке, пастеризованном при температуре 95-98 °С и охлажденном до температуры инокулирования закваски 22-23 °С, с последующей выдержкой в термостате, при периодическом перемешивании в течение 1,0-1,5 ч.

Активизированную закваску вносили в опытные образцы продуктов в количестве 5 % от массы молочной основы. Контроль - закваска кефирных грибков. опыт 1 - заквасочная культура KEFIR - S new. опыт 2 - заквасочная культура KEFIR - G, опыт 3 - заквасочная культура KLM.

В качестве основных критериев исследования биотехнологического потенциала выбраны: титруемая и активная кислотность; органолептические показатели; время образования и качественные характеристики сгустка; микробиологические показатели исследуемых продуктов смешанного брожения, количество лактозы.

Результаты исследований титруемой кислотности и микробиологических показателей опытных продуктов в процессе ферментации представлены на рисунках 3 и 4.

Рис. 3 -Динамика титруемой кислотности исследуемых продуктов в зависимости от времени ферментации

100

-Контроль -Опыт 1 -Опыт 2 -Опыт 3

6 9 12 15 18 Время ферментации, ч

Рис. 4 -

Общее количество молочнокислых микроорганизмов, КОЕ/см1

6 18 24 Дрожжи, KOF/cm*

I Контроль ■ Опыт 2 I Опыт 1 I ОпытЗ

Микробиолавдмвфк^иввашгели исследуемых продуктов в процессе ферментации

В ферментированных продуктах определили массовую долю углеводов (лактозы): контроль - (3,5±0,1) мас.%; опыт 1 - (3,2±0,1) мас.%; опыт 2 — (3,4±0,1) мас.%; опыт 3 - (2,95±0,10) мас.%.

Полученные данные позволяют считать, что эффективность деятельности исследуемых биообъектов недостаточна для низколактозных кисломолочных продуктов. Необходимы дополнительные мероприятия по снижению количества лактозы в молочной основе для кисломолочного продукта.

Цель данного этапа работы - на основании анализа комплекса экспериментальных данных, полученных в процессе исследования влияния различных биообъектов на свойства и качественные характеристики биотехнологических систем (БТС). При этом учитывалось то, что БТС - это сложные физико-биологические системы, имеющие двойственную детерминированно-стохастическую природу, переменные в пространстве и времени. То есть молочная основа под действием биообъектов изменяет свои физические, химические, микробиологические, органолептические показатели в течение определённого времени.

Для оптимизации вида биообъекта - заквасочной ОУ5 культуры разработана структурная модель (рис. 5).

6).

Рис. 5 - Структурная модель оптимизации вида биообъекта Определена целевая функция комплекса экспериментальных данных (рис.

БТС 1 - 6ТС2- БТС3 - БТС4-Контроль 0пыт1 0пыт2 ОпытЗ

Рис. 6 - Значения управляемых факторов БТС, сформированных в зависимости от вида биообъекта

На основании математического анализа совокупности экспериментальных данных построены математические модели, получены регрессионные уравнения, которые позволили оптимизировать вид биообъектов, максимально способствующего формированию БТС с высокими качественными показателями - DVS KEFIR - S new. Разработка математических двухфакгорных моделей осуществлялась с помощью компьютерных математических систем Table Curve 3D v4.0, MathCAD и Excel. Система Table Curve 3D позволяет разрабатывать

регрессионную зависимость, проводить статистическую оценку модели и определять ее адекватность.

На рисунке 7 представлена поверхность отклика изменения титруемой кислотности кисломолочного продукта в процессе ферментации в зависимости от времени и вида заквасочных культур.

Рис. 7 - Поверхность отклика изменения титруемой кислотности кисломолочного продукта в зависимости от времени ферментации и вида заквасочной культуры

Регрессионная зависимость модели имеет следующий вид:

Ъ = а+Ь-Х+с-У+с1-У2+е-У3+ГУ4, где Z - титруемая кислотность кисломолочного продукта, °Т;

X - вид заквасочной культуры;

У — время ферментации продукта, ч. Коэффициенты регрессионной зависимости равны:

а = 19,523 Ь = 0,382 с = -3,263

а = 1,587 е = -0,123 5=0,003

Коэффициент детерминации (прогнозирования) регрессионной модели близок к единице и равен 0,986, что характеризует высокий уровень адекватности разработанной регрессионной модели.

На рисунке 8 изображена математическая модель изменения общего количества молочнокислых микроорганизмов в продукте.

Рис. 8 — Поверхность отклика изменения логарифма общего количества молочнокислых микроорганизмов (МКБ) в кисломолочном продукте

Регрессионная зависимость изменения общего количества молочнокислых микроорганизмов в кисломолочном продукте имеет вид:

г = а+Ь-Х+с/У+(1-Х2+е/У2+РХ/У, где Ъ - общее количество молочнокислых микроорганизмов в кисломолочном продукте, КОЕ/см3;

X - вид заквасочной культуры;

У - время ферментации продукта, ч. Коэффициенты регрессионной зависимости равны:

а = 6,412 Ь = 0,252 с = 9,159 <1 = -0,007 е = -1,364 5=1,887 Коэффициент детерминации (прогнозирования) регрессионной модели близок к единице и равен 0,907, что также характеризует высокий уровень адекватности разработанной модели.

Разработанные математические модели позволяют прогнозировать процесс ферментации кисломолочного продукта в зависимости от вида заквасочных культур, а также оптимизировать вид заквасочной культуры для кисломолочного продукта смешанного брожения. Анализ активноеги используемых заквасочных культур при производстве продукта показал, что заквасочная куль-

тура KEFIR - S new обладает более высокой активностью по сравнению с контрольной и заквасками типа KEFIR - G и KLM.

При решении научной задачи по технологической подготовке молочной основы для низколактозного кисломолочного продукта смешанного брожения, для экспериментальных исследований выбран жидкий энзим Ha-Lactase - нейтральный препарат (3-галактозидазы (лактазы) произведённый путем ферментации отобранного штамма дрожжей kluyveromyces fragüis. Диапазон активности препарата: температуре 40-60 °С; активная кислотность 6-7 ед. рН.

Так как необходимая доза Ha-Lactase зависит от желаемого уровня гидролиза, рН молочной основы и времени процесса, исследована минимальная доза фермента 0,2-0,4 мл/л молочной основы и температура реакции гидролиза (ЗШ)°С.

Молоко коровье-сырьё нагревали до температуры 45 °С, сепарировали для получения обезжиренного молока и сливок, которые пастеризовали раздельно:

- обезжиренное молоко при температуре (82±1) °С и охлаждали до температуры (39±1) °С;

- сливки с массовой долей жира 30 % при температуре (90±1) °С, охлаждали до температуры (4±2) °С и направляли на промежуточное хранение.

Условия эксперимента - желательно обеспечить снижение дозы лактозы не менее чем на 50 % при минимальном времени процесса гидролиза, при концентрации фермента: I серия - 0,2 мл/л молочной основы; II серия - 0,3 мл/л молочной основы; III серия - 0,4 мл/л молочной основы.

Каждая серия опытов выполнялась в трёхкратной повторное™. Периодичность определения лактозы и расчёта степени гидролиза осуществлялось через 1 ч, температура гидролиза была постоянной (39±1) °С. Результаты исследований обработаны методами математической статистики и представлены графически на рисунке 9.

Рис. 9 - Степень гидролиза лактозы в молочной основе — молоке обезжиренном в зависимости от концентрации жидкого энзима На-Еайаве и продолжительности процесса

Анализ экспериментальных данных, представленных на рисунке 10, позволяет считать, что при минимальной дозе фермента 0,2 мл/л молочной основы темп динамики процесса гидролиза низкий и даже через 12 ч степень гидролиза составляет 58 %. При дозе фермента 0,3 мл/л молочной основы уже через 3 ч, степень гидролиза достигает 52 %, а через 4 ч - 57 %. При дозе фермента 0,4 мл/л молочной основы темп динамики процесса гидролиза такой, что через

3 ч степень гидролиза достигает 56 %, а через 4 ч - 62 %. При этом количестве фермента через 12 ч можно достичь степени гидролиза 80 %.

С учётом желаемых параметров процесса частичного гидролиза и экономии ферментного препарата установлены следующие параметры процесса: температура процесса гидролиза (39±1) °С; время процесса гидролиза (3,5±0,5) ч; количество фермента 0,3 мл/л молочной основы; степень гидролиза лактозы в молочной основе 52-57 %, в среднем 55 %, что позволяет обеспечить в молочной основе (2,15*0,05) % лактозы.

Так как основная цель создания молочных продуктов функционального назначения заключается в корректировке их белкового, липидного, минерального и витаминного состава, а также в обогащении продуктов биологически активными веществами, растительные ингредиенты, которые в последнее время активно используются в технологии молочных и молокосодержащих продуктов могут играть различную роль: обогатителей продукта основными пищевыми веществами, а также стимуляторов роста пробиотической микрофлоры.

В качестве растительного ингредиента обладающего уникальным химическим составом выбрано амарантовое масло. Изучена степень влияния растительного ингредиента - амарантового масла на биотехнологические параметры процесса ферментации и качественные показатели кисломолочного продукта, что позволило установить его положительное воздействие на корректировку жирнокислотного состава продукта и обогащение его непредельными жирными кислотами (табл. 3).

Таблица 3 - Жирнокислотный состав кисломолочного продукта с амарантовым маслом

Жирнокислотный состав Количество, % от суммы Жирнокислотный состав Количество, % от суммы

Масляная кислота 0,2 Пальмитолеиновая кислота 0,2

Капроновая кислота 0,2 Гептадекановая кислота 0.1

Каприловая кислота 0,1 Стеариновая кислота 4,3

Каприновая кислота 0,2 Олеиновая кислота 26,5

Лауриновая кислота 0,3 Линолевая кислота 56,8

Миристиновая кислота 1,1 Линоленовая кислота 0,1

Миристолеиновая кислота 0,1 Арахиновая кислота 0,2

Пентадекановая кислота 0,1 Бегеновая кислота 0,6

Пальмитиновая кислота 8,7 Лигноцериновая кислота 0,2

Молоко является биологически полноценным продуктом, жирнокислотный состав которого представлен на рисунке 11. Соотношение жирных кислот в кисломолочном продукте с амарантовым маслом представлено на рисунке 12.

Исследования комплексных показателей: физических, химических, биохимических, микробиологических и органолептических позволили установить положительное влияние амарантового масла на биологическую ценность кисломолочного продукта. Количество амарантового масла должно составлять не менее 50 % от массовой доли жира кисломолочного продукта.

■ мононенасыщенмые жирные кислоты

■ полиненасыщенные жирные кислоты * насыщенные жирные кислоты

■ мононснасыщскныс жирные кислоты

■ полимомасыщенные мирные кислоты

■ насыщенные жирные кислоты

Рис. 11 - Жирнокислотный Рис. 12 - Жирнокислотный

состав молока пастеризованного с состав кисломолочного продукта массовой долей жира 2,5 % (м.д. ж. 2,5 %) с амарантовым

маслом

Для обогащения нового кисломолочного продукта пробиотическими микроорганизмами и их защиты выбраны концентраты бифидобактерий: ВВ-46, штамм Bifidobacterium longum; ВВ-12, штамм Bifidobacterium lactis, которые исследовали в соотношении 1:1. Изучен процесс иммобилизации про-биотических культур в сочетании с пребиотиком «Лактулоза» в гель биополимеров.

Для определения необходимого количества бактериального концентрата пробиотических культур в иммобилизованном виде, его дозы варьировали от 0,01 до 0,07 %. Шаг варьирования 0,02 %. Бактериальный концентрат вводили (инокулировали) в ферментированный продукт при перемешивании в течение 15-20 мин, после чего его охлаждали до температуры (10±2) °С и расфасовывали в асептических условиях. Хранили при температуре (4±2) °С.

В опытных кисломолочных продуктах определяли микробиологические показатели, на основании которых установили количество концентрата бифидобактерий - 0,05 % от объёма смеси.

В соответствии с целью исследований, на основании полученных экспериментальных данных разработана рецептура кисломолочного продукта смешанного брожения, химический состав и энергетическая ценность которых в ассортименте представлена в таблице 4. Продукту присвоено условное название «Кефирный».

Таблица 4 - Химический состав и энергетическая ценность кисломолочного продукта «Кефирный» __

Продукт Массовая доля, % Энергетическая ценность

жира белка углеводов ккал кДж

«Кефирный» с м.д.ж. 2,5 % 2,5 3,2 3,4 53,4 223,212

«Кефирный» с м.д.ж. 3,2 % 3,2 3,2 3,4 56,2 234,916

«Кефирный» с м.д.ж. 2,5 %, низ колактоз н ы й 2,5 за 0,8 30,0 125,400

«Кефирный» с м.д.ж. 3,2 %, низколактозный 3,2 3,2 0,8 32,8 137,104

Биологическая ценность, характеризуемая аминокислотным скором белков кисломолочного продукта, приведена в таблице 5.

Таблица 5 - Аминокислотный скор белков кисломолочного продукта

Незаменимые Шкала ФАО/ВОЗ Кисломолочный продукт

аминокислоты «Кефирный»

А С А С

Изолейцин 40,0 100 87 217

Лейцин 70,0 100 109 155

Лизин 55,0 100 100 180

Метионин+цистин 35,0 100 41 118

Фенилаланин+тирозин 60,0 100 117 144

Треонин 40,0 100 70 175

Валин 50,0 100 80 160

Триптофан 10,0 100 14 140

Продукт обогащен жирорастворимыми витаминами А, Е, Д (табл. 6).

Таблица 6 — Массовая концентрация жиро- и водорастворимых витаминов в кисломолочном продукте «Кефирный» (мг/100 г)_

Определяемый параметр Массовая доля НД на метод испытания

Витамин Д 0,035 ГОСТ Р 54637-2011

Витамин А 0,541 ГОСТ Р 54635-2011

Витамин Е 0,521 ГОСТ Р 54634-2011

Витамин В2 (рибофлавин) 0,016 Р.4.1.1672-03

Витамин В5 (никотиновая кислота) 0,066 РА 1.1672-03

Витамин В6 (пиридоксин) 0,100 Р.4.1.1672-03

Результаты испытаний хранимоспособности нового продукта в соответствии с МУК 4.2.1847-04 позволили установить срок его годности 7 сут при температуре (4±2) °С.

Глава 4 Практическая реализация результатов исследования. Разработана технологии кисломолочного продукта смешанного брожения и нормативная документация для его производства. Основная блок-схема технологического процесса производства продукта представлена на рисунке 13.

Научная новизна технологии нового кисломолочного продукта смешанного брожения «Кефирный» отражена в патенте 2534349 РФ «Способ получения кисломолочного продукта смешанного брожения».

Апробация технологии кисломолочного продукта смешанного брожения «Кефирный» проводилась на молочном предприятии ООО ТПК «Молпродукт» (Омская обл.).

1 Приёмка, оценка качества молока 1 ГОСТ Р 5204-2003

*

1 Подогрев, очистка, нормализация 1 t = (55±l)°C

Внесение функционального ингредиента - амарантового масла Гомогенизация t = (55±1) °С. Время диспергирования т= 15-20 мин р = 6,5-1,5 МПа

Пастеризация смеси t = 82-85 "С, т = 3-5 мин

Охлаждение до температуры иннокулирования закваски t = (29±l)°C

i

Внесение DVS-культур по норме Время диспергирования т = 15-20 мин

Ферме!гтация (сквашивание) т = (6,0±0,5)ч

i

Перемешивание и внесение концентрата пробиотических культур в иммобилизованном виде Время диспергирования т = 15-20 мин

Охлаждение готового продукта t = (10±2)°С

Расфасовка в асегггических условиях Доохлаждение t = (4±2) "С

1

1 Хранение и реализация 11 = (4±2) °С

Рис. 13 — Блок-схема технологического процесса производства кисломолочного продукта «Кефирный»

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате теоретических и экспериментально-аналитических комплексных исследований решены все научные задачи и достигнута цель работы - дано научное обоснование и разработана технология кисломолочного продукта смешанного брожения для функционального питания. На основании экспериментальных данных и их математической обработки сделаны следующие выводы.

1. Системный анализ научно-технической литературы по обсуждаемой проблеме позволил обосновать направление собственных исследований и нормативные требования к новому кисломолочного продукта смешанного брожения.

2. Дано научное обоснование выбора вида заквасочных культур, путём исследования антагонистической активности DVS культур: KEFIR - S new, KEFIR - G, KLM в сравнении с лабораторной закваской кефирных грибков по отношению к б тест-культурам. Установлено соответствие показателей антагонистической активности DVS культур KEFIR - S new, KEFIR - G и кефирных грибков по отношению к 4 тест-культурам от 4 до 16 мм. Изучение антибиотической устойчивости DVS культур и кефирных грибков к 9 основным антибиотикам, позволило установить, что высокую степень антибиотической устойчивости к 5 антибиотикам и среднюю к 4 антибиотикам проявили культура KEFIR - S new и кефирные грибки. Для сравнительной оценки полученных результатов предложен условный показатель - суммарная антибиотическая устойчивость биообъектов (баллы): кефирные грибки - 39; KEFIR - S new - 42; KEFIR - G - 27; KLM-22.

3. Установлено, что наилучшее сочетание органолептических, химических, микробиологических показателей в ферментированных молочных средах получено при инокулировании в них биообъекта DVS культуры KEFIR - S new.

4. Разработаны математические модели, позволившие прогнозировать результаты процесса ферментации молочных сред в зависимости от вида заква-сочных культур. Анализ активности исследуемых заквасочных культур позволил рекомендовать для производства кисломолочного продукта смешанного брожения DVS культуру KEFIR - S new ( Debaryomyces hansenii, Kluyveromyces marxianus subsp. marxianus, Lactococcus lactis subsp. cremoris, Lactococcus lactis subsp. lactis, Streptococcus thermophilus).

5. Определены параметры процесса подготовки молочной основы (частичный гидролиз) для низколактозного кисломолочного продукта: температура процесса гидролиза (39±1) °С; время процесса гидролиза (3,5±0,5) ч; количество жидкого фермента Ha-Lactase 0,3 мл/л от объёма молочной основы; степень гидролиза лактозы в молочной основе 52-57 %, в среднем 55 %, что позволяет обеспечить в молочной основе (2,15±0,05) % лактозы, а в низколактозном продукте после ферментации — 0,8 % лактозы.

6. На основании аргументированного скрининга выбран функциональный ингредиент - амарантовое масло, определено его количественное соотношение с молочным жиром, как 50:50, что позволило скорректировать жирнокислотный состав кисломолочного продукта: НЖК - 16,3 %; МНЖ - 26,8 %; ПНЖК -56,9 % от массовой доли жира.

7. Изучено влияние концентрата бифидобактерий, иммобилизованных в гель биополимеров с использованием пребиотика «Лактулозы» на микробиологические показатели кисломолочного продукта смешанного брожения. Установлено, что количество концентрата бифидобактерий 0,05 % от массы продукта способствует не только его обогащению пробиотическими микроорганизмами до 7,5-10 КОЕ/см3, но и сохранности объема пробиотической микрофлоры на протяжении всего срока годности кисломолочного продукта. Предложен ассортиментный ряд и определена пищевая, биологическая, энергетическая ценность кисломолочного продукта смешанного брожения. Установлен срок годности нового продукта 7 суток при температуре (4±2) °С.

8. Разработана технология кисломолочного продукта смешанного брожения для функционального питания и нормативная документация для его производства СТО 88621052-001-2015 «Продукт кисломолочный смешанного брожения «Кефирный». Проведена промышленная апробация технологии в соответствии с нормативной документацией на молочном предприятии ООО «ТПК «Молпродукт» (Омская обл.).

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ Статьи в журналах, рекомендованных ВАК

1. Гаврилова, Н. Б. Использование амарантового масла в технологии кисломолочного продукта для функционального питания / Н. Б. Гаврилова, И. В. Рожкова, Н. Л. Чернопольская // Молоч. пром-сть. - 2015. - № 3. - С. 3233.

2. Рожкова, И. В. Экспериментальный скрининг функционального компонента для кефирного продукта / И. В. Рожкова, Н. Б. Гаврилова // Вестник алтайской науки,-2015.-№ 1.-С. 474-479.

3. Гаврилова, Н. Б. Технология кисломолочного продукта смешанного брожения / Н. Б. Гаврилова, И. В. Рожкова // Молоч. пром-сть. - 2014. - № 9. -С. 20-21.

Материалы российских симпозиумов, конгрессов, конференций

4. Рожкова, И. В. Использование плодов переработки амаранта в технологии функциональных молочных продуктов / И. В. Рожкова, Н. Б. Гаврилова // Технологии и продукты здорового питания : материалы VIII междунар. науч.-практ. конф. - Саратов, 2014. - С. 292-295.

5. Гаврилова, Н. Б. Биотехнология молочного продукта смешанного брожения / Н.Б. Гаврилова, И.В. Рожкова // Современные достижения биотехнологии : материалы междунар. науч.-практич. конф. - Ставрополь, 2014. - С. 59-64.

6. Гаврилова, Н. Б. Обоснование и выбор специальных ингредиентов для функциональных молочных продуктов / Н. Б. Гаврилова, И. В. Рожкова // Пища. Экология. Качество : тр. XI междунар. науч.-практ. конф. - Екатеринбург, 2014.- С. 55-56.

7. Гаврилова, Н. Б. Экспериментальный выбор заквасочных культур со специальными свойствами для биопродуктов / Н. Б. Гаврилова, И. В. Рожкова // Исторические аспекты, состояние и перспективы развития земледелия в Сибири и Казахстане : материалы междунар. науч.-практ. конф. - Омск, 2014. -С. 146-148.

8. Гаврилова, Н. Б. Теоретическое и практическое обоснование выбора закваски для молочного продукта смешанного брожения / Н. Б. Гаврилова, И. В. Рожкова // Пищевая и перерабатывающая промышленность Казахстана: современное состояние и перспективы развития : материалы междунар. науч.-практ. конф. - Семей, 2013. - С. 55-56.

9. Рожкова, И. В. Современные тенденции развития технологии функциональных кисломолочных продуктов / И. В. Рожкова // Реализация Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирование рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия: инновации, проблемы, перспективы : материалы II междунар. науч.-техн. форума. - Омск, 2013.-С. 218-220.

10. Рожкова, И. В. Разработка биотехнологии молочного продукта смешанного брожения / И. В. Рожкова, Н. Б. Гаврилова // Актуальные проблемы техники и технологии переработки молока : сб. науч. тр. с междунар. участием. - Вып. 10. - Барнаул, 2013. - С. 120-122.

Патент РФ

11. Пат. 2534349 Российская Федерация, МПК А23С9/127, А23С9/13. Спо-оэб получения кисломолочного продукта смешанного брожения / И.В. Рожкова, Н.Б. Гаврилова, Н,Л. Чернопольская ; заявитель и патентообладатель ФГБОУ ВПО. «Омский государственный аграрный университет имени П.А. Столыпина»,—№ 2013113077/10 ; заявл. 22.03.2013 ; опубл. 21.11.2014. Бюл. № 33.

Подписано к печати 20.08.2015. Формат бумаги 60 х 90, 1/16.

Печать оперативная. Гарнитура Times New Roman. Усл. печ. л. 1,0 Тираж 100 экз. Издательство ООО «ЛИТЕРА»