автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Исследование и разработка технологии пенообразователя из плазмы свиной крови

На правах рукописи

Изгарышева Наталья Владимировна

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПЕНООБРАЗОВАТЕЛЯ ИЗ ПЛАЗМЫ СВИНОЙ КРОВИ

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

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

10 СКТ 2013

005534551

Кемерово 2013

005534551

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Кемеровский технологический инсппут пищевой промышленности» (ФГЪОУ ВПО «Кем ТИПП»)

Научный руководитель: кандидат технических наук, доцент

Кригер Ольга Владимировна

Официальные оппоненты: Гуринович Галина Васильевна

доктор технических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности», зав. кафедрой технологии мяса и мясных продуктов

Курбанова Марина Геннадьевна

доктор технических наук, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кемеровский государственный сельскохозяйственный институт», зав. кафедрой технологии хранения и переработки сельскохозяйственной продукции

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

Защита диссертации состоится «22» октября 2013 г. в 12-00 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-я лекц. ауд., тел./факс: (8-384-2)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» (http://www.kemtipp.ru).

Автореферат разослан «20» сентября 2013 г.

Ученый секретарь

диссертационного -/'//* Буянова Ирина Владимировна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Состояние здоровья современного человека все больше зависит от качества рациона его питания. Здоровое питание становится приоритетной задачей, требующей новых подходов к разработке пищевых продуктов. Неотъемлемой задачей также является использование нетрадиционных ресурсов как сырья для получения основы функционально значимых продуктов.

Аэрируемые продукты пользуются большим спросом у потребителей. Они имеют большой объем при нежной и привлекательной консистенции, не требуют дополнительной обработки перед употреблением, хорошо усваиваются организмом. В качестве пенообразователей в настоящее время применяются вещества, для которых характерны недостатки, снижающие функциональную значимость продукта. К числу известных эффективных природных пенообразователей относятся агар-агар, мыльный корень, но наиболее устойчивые пены образуются на основе белковых пенообразователей, которые получают из разнообразных веществ, либо полностью состоящих из белка, либо содержащих его в значительных количествах.

Плазма крови убойных животных является богатым источником высокомолекулярных белковых соединений и обладает высоким потенциалом ценообразования. Белки плазмы крови являются незаменимыми по аминокислотному составу, их применение позволит повысить функциональную значимость продуктов. Использование плазмы, а не цельной крови позволяет избежать железистого привкуса у готового продукта.

Все эти факты подтверждают актуальность исследования и разработки технологии получения эффективного пенообразователя из плазмы крови убойных животных. Наличие такого пенообразователя в продукте позволит расширить спектр его полезного действия.

Степень проработки темы исследований. Исследования по получению функциональных продуктов на основе белков плазмы крови убойных животных обобщены в трудах В.М. Горбатова, В.Г. Горбатова, Л.В. Антиповой, И.А. Рогова, P.E. Киселева, M.J1. Файвишевского, Л.С. Пожариской, А.Б. Лисицына, И.П. Энг-лин и др. Исследования в области получения пенных систем на основе готовых пенообразователей в пищевой промышленности приводятся в трудах Л.А. Остроумова, А.Ю. Просекова, М.Г. Курбановой и др.

Анализ научных литературных данных позволяет сделать вывод о том, что теоретические и практические исследования способствуют разработке технологии пенообразователя, направленного на повышение функциональной значимости продуктов, получаемых на его основе.

Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы явилось исследование и разработка технологии пенообразователя из плазмы свиной крови.

Для реализации поставленной цели при выполнении работы поставлены следующие основные задачи:

- изучить фракционный состав белков крови крупного рогатого скота и крови свиньи;

- исследовать влияние параметров стабилизации цельной крови на фракционный состав белков плазмы;

- оптимизировать параметры обезвоживания плазмы крови;

- исследовать пенообразующую способность плазмы свиной крови

- разработать технологию получения пенообразователя из вторичного сырья

мясной промышленности;

- исследовать состав и свойства пенообразователя из плазмы свиной крови.

Научная новизна работы:

- подобраны параметры стабилизации цельной крови, обуславливающие максимальный выход высокомолекулярных белковых фракций;

- обоснован метод обезвоживания плазмы свиной крови и подобраны технологические режимы процесса обезвоживания;

- исследованы основные показатели ценообразования плазмы;

- разработана технология получения пенообразователя из плазмы свиной крови.

Теоретическая и практическая значимость работы. Разработан способ стабилизации свиной крови, обеспечивающий максимальное содержание высокомолекулярных белковых фракций в плазме. Определен качественный состав реактива для стабилизации и концентрация его внесения в кровь перед ее фракционированием. Установлены технологические режимы сублимационной сушки плазмы свиной крови. Разработана рецептура и технологическая схема производства пенообразователя из плазмы свиной крови, исследованы физико-химические показатели и показатели безопасности готового продукта, определены сроки и условия хранения готового продукта, разработана техническая документация, исследована экономическая эффективность выработки продукта. Получен патент РФ № 2457847 (дата приоритета 30.12.2010 г.) «Способ разделения свиной крови на плазму и эритроцитарную массу».

Методология и методы исследования.

При проведении исследований применяли комплекс общепринятых, стандартных и модифицированных методов исследований физико-химических, микробиологических, реологических свойств сырья и готовой продукции. Молекулярно-массовое распределение белков и пептидов в плазме крови оценивали электрофоре-тическим способом в полиакриламидном геле (ПААГ) методом Лэмли. Обезвоживание выделенной плазмы производили на сублимационной установке модели «ИНЕЙ - 6М». Разделение крови проводили на центрифуге модели СМ-50. Кратность пенообразования определяли как отношение объема пены к объему раствора, пошедшего на ее образование. Устойчивость определяли двумя методами: по продолжительности времени до полного (или частичного при необходимости) разрушения пены, измеряя в минутах, либо относительно высоты столба пены, где максимальная высота принята за 100%, остальные образцы имели показатели менее 100% в зависимости от размеров (измеряли в %). Для определения дисперсности пены использовали микроскоп, имеющий окулярный микрометр. Реологические характеристики образцов определяли на ротационном вискозиметре УТ550. Для проведения стендовых испытаний характеристик пенообразования использовали гидродинамический измельчитель-диспергатор ГИД-100/1. Для осуществления

процесса газонасыщения использовали взбивальную машина МВ-60 (диспергатор-взбиватель). Общую бактериальную обсемененность исследуемых образцов рассчитывали как среднее арифметическое число колоний микроорганизмов на 1 г препарата для всех разведений. Определение общего количества дрожжей и плесневых грибов проводили в соответствии с ГОСТ 10444.12-88 путем посева в чашки Петри на сусло-агар. Для определения бактерий группы кишечной палочки использовали метод накопления путем посева на среде Кесслера с последующей идентификацией на среде Эндо согласно ГОСТ 9225-84. Определение сальмонелл проводили по ГОСТ Р 50480-93 путем посева на накопительную среду Кауфмана с последующим посевом на среде Эндо. Определение содержания токсичных элементов, пестицидов, антибиотиков и радионуклидов определяли по соответствующим ГОСТам.

Положения, выносимые на защиту.

- параметры стабилизации свиной крови для обеспечения сохранности высокомолекулярных белков плазмы;

- параметры обезвоживания плазмы крови;

- основные показатели пенообразования восстановленной плазмы;

- описание технологии получения пенообразователя из плазмы свиной крови.

Степень достоверности и апробация работы. Основные положения диссертации получили одобрение на научно-практических конференциях, симпозиумах, семинарах и конгрессах, в том числе на Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи (Кемерово, 2010), на VI Всероссийской научно-практической конференции с международным участием (Магнитогорск, 2011), на III Международной научно-практической конференции преподавателей, молодых ученых, аспирантов и студентов, посвященной 50-летию образования аграрного факультета РУДН «Инновационные процессы в АПК» (Москва, 2011), на Международной молодежной конференции «Биокаталитические технологии и технологии возобновляемых ресурсов в интересах рационального природопользования» (Кемерово, 2012).

По материалам диссертационных исследований опубликовано 11 печатных работ, из них три в журналах, рекомендованных ВАК РФ. Получен патент РФ на «Способ разделения свиной крови на плазму и эритроцитарную массу». Разработаны и утверждены технологическая инструкция и технические условия.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора, экспериментальной части, выводов, списка использованных источников и приложений. Основной текст работы изложен на 129 страницах, включает 39 рисунков и 24 таблицы. Список использованных источников включает 178 российских и зарубежных авторов.

ОРГАНИЗАЦИЯ И ПРОВЕДЕНИЕ РАБОТЫ

Теоретические и экспериментальные исследования выполнены в соответствии с поставленными задачами на кафедре «Бионанотехнология» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Кемеровский технологический институт пищевой про-

мышленности» (ФГБОУ ВПО «КемТИПП»), Общая схема исследований представлена на рисунке 1.

Исследование и разработка технологии пенообразователя из плазмы свиной крови - і

Анализ отечественных и зарубежных литературных данных, формулировка цели и задач собственных исследований

Исследование фракционного состава белков крови убойных животных - массовая доля белков - молекулярная масса белков - содержание аминокислот ' "1

1

Исследование влияния параметров стабилизации цельной крови на фракционный состав белков плазмы свиной крови -- - состав стабилизатора - фракционный состав белков плазмы крови - эффективность пенообразования

|

Подбор параметров обезвоживания плазмы свиной крови - температура сушки - продолжительность процесса - массовая доля влаги - толщина слоя сушки

1 1

Изучение показателей ценообразования плазмы свиной коови - кратность пены - стабильность пены - дисперсность пены - вязкостные характеристики

|

Разработка технологии пенообразователя из плазмы свиной крови - физико-химические показатели - микробиологические показатели - технологические характеристики

Практическая реализация результатов исследований

Рисунок 1. Общая схема исследований

Весь цикл исследований состоял из нескольких взаимосвязанных этапов. На первом этапе для формулировки цели и задач собственных исследований проводили анализ доступной отечественной и зарубежной литературы.

На втором этапе исследовали фракционный состав белков крови убойных животных (свинья породы ландрас, крупнорогатый скот породы чернопестрая). Провели исследования нестабилизированной цельной крови обоих пород животных на наличие в них высокомолекулярных белковых фракций. Осуществляли исследования массовой доли белков, молекулярной массы белков, а также аминокислотный состав. На третьем этапе исследовали влияние применяемых стабилизаторов на фракционный состав белков плазмы свиной крови. Разрабатывали рациональные условия стабилизации крови, позволяющие сохранить наибольшее количество высокомолекулярных белковых фракций, выполняющих роль поверхностно-активных веществ. На четвертом этапе осуществляли подбор параметров обезвоживания плазмы свиной крови. В качестве метода обезвоживания выбрана сушка способом сублимации. Подобраны параметры сушки: температура процесса, давление и продолжительность, осуществлен выбор толщины слоя объекта сушки. На пятом этапе проводили исследования показателей пенообразования сухой плазмы. Изучены кратность и стабильность пены, дисперсность, а также ее вязкостные характеристики. Проведен сравнительный анализ характеристик пенообразователя из плазмы крови, пищевого желатина и яичного белка. На заключительном этапе разрабатывали технологию пенообразователя из плазмы свиной крови. Разработана технологическая схема производства, подобрана рецептура, изучены органолептические, физико-химические и микробиологические показатели пенообразователя. Обоснованы сроки и условия хранения готового продукта.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ Исследование фракционного состава белков крови убойных животных

Для определения потенциала пенообразования крови убойных животных проводили исследования нестабилизированной цельной крови крупнорогатого скота (КРС) породы чернопестрая и крови свиней породы ландрас на наличие в них высокомолекулярных белковых фракций. Для свиной крови характерно более высокое содержание белков. Прежде всего, это касается альбумина, содержание которого заметно больше по сравнению с кровью КРС. Фракционный состав белков крови обоих видов животных (рисунок 2) представлен белками, имеющими различные массы и концентрации, при этом, в обоих случаях высокомолекулярный состав (белки массой более 200 кДа) представлен тремя фракциями. Для свиной крови их общая концентрация находится на уровне 13,42%, в то время как концентрация фракций с массой более 200 кДа для крови КРС составляет 7,12%.

' -е- .-«-

Рисунок 2. Фракционный состав белков свиной крови и крови КРС

Исследования аминокислотного состава показали, что для белков крови обоих видов животных характерно наличие всего спектра заменимых и незаменимых аминокислот. На рисунке 3 представлены электрофореграммы образцов.

а) б)

Рисунок 3. Электрофореграмма для крови свиньи (а) и крови КРС (б)

Максимальное содержание приходится на лейцин, лизин, аспарагиновую кислоту - 9,0 - 9,9 г/100 г белка. В наименьшем количестве содержатся такие аминокислоты как изолейцин и триптофан - 1,5 1,8 г/100 г белка.

Наличие в крови свиньи большего количества белков и высокомолекулярных фракций, содержание всех незаменимых аминокислот обуславливает ее большую перспективность как сырья для получения пенообразователя.

Исследование влияния параметров стабилизации цельной крови на фракционный состав плазмы свиной крови

В качестве стабилизаторов пищевой и технической крови используют растворы солей фосфорной кислоты, цитрат натрия, препараты на основе слюнных желез крупного рогатого скота, а также поваренную соль. Применяемые стабилизаторы эффективно воздействуют на ферментную систему крови и тем самым предотвращают ее свертывание, однако при стабилизации крови определенная часть белковых соединений подвергается разрушению. В связи с чем, были проведены исследования влияния состава стабилизатора на содержание высокомолекулярных белковых соединений в плазме свиной крови.

В качестве основы стабилизатора приняли 0,75%-ный раствор натрия фосфат трехзамещенного, в который добавляли 4%-ный раствор цитрата натрия, при этом его доля была различна. Так было получено 6 вариантов стабилизаторов, которые представлены в таблице 1. Доза внесения стабилизаторов в кровь составляла 1:10.

Предполагалось, что применение различных пропорций этих реактивов в общем составе стабилизатора будет оказывать положительный эффект при предотвращении свертывания крови, а также даст возможность определить наиболее подходящий вариант состава стабилизатора, позволяющего сохранить наибольшее количество высокомолекулярных белковых фракций, выполняющих функцию ПАВ в разрабатываемом пенообразователе.

Таблица 1 - Варианты стабилизаторов свиной крови

Применяемый реактив Вариант стабилизатора и доля применяемых компонентов

1 2 3 4 5 6

0,75%-ный раствор Ма3Р04 50% 40% 30% 20% 10% -

4%-ный раствор Ма3С6Н507 50% 60% 70% 80% 90% 100%

Для этого выделенную после стабилизации крови плазму исследовали на состав белковых фракций при помощи электрофореза. Было получено шесть образцов плазмы, которые условно можно разделить на две группы. В первую группу (плазма, полученная с применением стабилизаторов № 1, 2, 4 и 5, из таблицы 1) входила плазма, белковый состав которой содержит тяжелые фракции, массой свыше 800 кДа. Ко второй группе относились образцы плазмы, полученные с применением стабилизаторов под № 3 и 6 (таблица 1), белковый состав которых не содержит тяжелых фракций.

Для подтверждения эффективности выбора стабилизатора все образцы плазмы исследовали на кратность пенообразования. Наилучший результат пенообразова-ния показала плазма, полученная с использованием стабилизаторов №1и №2.

Таким образом, наиболее перспективными являются стабилизаторы, содержащие в своем составе 0,75%-ный раствор Ыа3Р04 и 4%-ный раствор ЫазСбНгСЬ в соотношении 1 : 1 или 1 : 1,5. Применение стабилизаторов данной концентрации позволяет получить плазму, содержащую наибольшую концентрацию высокомолекулярных белковых соединений и обладающую наиболее высоким потенциалом пенообразования.

Подбор параметров обезвоживания плазмы крови убойных животных

Для повышения устойчивости к порче плазму, полученную после фракционирования стабилизированной крови, подвергали сублимационной сушке. При подборе параметров обезвоживания плазмы свиной крови исследовали влияние температуры на объект сушки. При этом главным критерием оценки эффективности применения температуры являлась динамика изменения массовой доли влаги.

На рисунке 4 представлена динамика изменения массовой доли влаги при различных температурах сушки. Наилучший результат получен при использовании температуры 40°С, в течение семи часов массовая доля влаги достигает величины 7,9%. Наибольшее количество влаги в продукте наблюдается при использовании температуры 25°С. В течение семи часов сушки массовая доля влаги при этой температуре достигает величины 13,6%. Динамика изменения массовой доли влаги при температурах 30°С и 35°С дает промежуточные результаты, 8,1% для 35°С и 13,2% для 30°С.

В целом динамика изменения массовой доли влаги имеет два характерных периода сушки. Первый период, период постоянной скорости сушки, соответствует диапазону значений продолжительности процесса - 0,5-^-4,5 часа. Этот участок кривой характеризуется удалением свободной влаги и характеризует основное ко-

100

90

ч8

5х 80

Я и 70

л ч 60

£0

Я 50

о 40

С! 30

я

я а 20

о

и и 10

л 2 0

0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 4,5 5 5,5 6 6,5 7 Продолжительность, час -в-1 2 -Н-3 —®-4

Рисунок 4. Динамика изменения массовой доли влаги при различных температурах сушки 1 - 25°С; 2 - 30°С; 3 - 35°С; 4 - 40°С

личество влаги. В данной серии опытов в течение постоянного периода сушки было удалено влаги с первоначального состояния с 91 ±2 до 1 К22%.

Второй период сушки характеризуется падающей скоростью. В этот период удаляется связанная влага, которая образуется в результате взаимодействия воды с молекулами вещества. В течение второго периода сушки влага удаляется менее интенсивно, ее содержание по массовой доле меняется с 11-Н22 до 7,9-И3,6%. Учитывая, что малые значения массовой доли влаги достигаются уже в течение четырех часов сушки и в последующие три часа изменяются не менее чем на 2,5%, было принято проводить сушку в течение четырех часов при температуре 40°С до остаточной массовой доли влаги 9,0%.

При использовании сублимационной сушки важным параметром является толщина слоя высушиваемого продукта. На рисунке 5 представлены результаты исследований зависимости продолжительности процесса от толщины слоя плазмы при сушке.

При увеличении слоя сушки увеличивается продолжительность процесса достижения принятого значения массовой доли влаги. Увеличение толщины слоя сушки с 5 мм до 20 мм позволяет обезвоживать в четыре раза больше плазмы, а продолжительность процесса изменяется не более чем в 2 раза. Такой факт подтверждает целесообразность сушки слоем в 20 мм.

Толщина слоя, мм

Рисунок 5. Зависимость продолжительности процесса от толщины слоя сушки Подводя итоги настоящего этапа исследований можно сделать следующее заключение: для увеличения эффективности процесса обезвоживания плазмы установить следующие параметры сублимационной сушки: температура в камере сушки - 40°С; продолжительность процесса - 240 минут; остаточное давление в

5 10 15 20

камере сушки- 600 Па, толщина слоя плазмы при сушке - 20 мм, конечное значение массовой доли влаги - 9,0%.

Изучение показателей пенообразования плазмы свиной крови

Проведены исследования по изучению пенообразующих свойств двух вариантов плазмы, полученных при стабилизации крови стабилизаторами №1 и №2 (таблица 1), и других пенообразователей. В полученных образцах исследовали кратность пены, устойчивость во времени, дисперсность, вязкостные характеристики (рисунки 6-5-9).

Использование концентраций 0,5-5-3,0 г/дм3 позволяет добиться положительных результатов пенообразования для всех образцов. Применение больших концентраций приводило к незначительному увеличению кратности пенообразования, что не является целесообразным.

Наименьшие значения кратности пенообразования характерны для желатина. Самые высокие значения характерны для яичного белка. Плазма характеризуется несколько меньшей кратностью пенообразова-7 _ ния при 3,0 г/дм3, чем яичной белок и при этом имеет более высокие показатели при малых концентрациях.

На рисунке 7 представлены результаты исследования устойчивости пены при использовании концентрации пенообразователя 3,0 г/дм3.

Анализируя устойчивость пены, можно заключить, что степень падения высоты столба пены находится

Белок Желатин Плазма 1 Плазма 2 Вариант пенообразователя □1 Ш2 аЗ

Рисунок 6. Кратность пенообразования плазмы свиной и аналогов: 1 - 0,5 г/дм3

1,5 г/дм , 3 - 3,0 г/дм

Продолжительность, схЮ3

Рисунок 7. Условная устойчивость пены, формируемой плазмой и аналогами при концентрации 3,0 г/дм3: 1 - белок яичный; 2 - плазма 1; 3 - плазма 2; 4 - желатин

При концентрации 1,5-5-2,5 г/дм3 - на 25^-55%. Использование концентраций более 3,0 г/дм3 незначительно влияло на устойчивость пены, происходило повышение не более чем на 3%.

на одном уровне для всех вариантов пенообразователей и составляет 20-5-23%. Использование меньших концентраций пенообразователя показало, что устойчивость пены снижается.

При исследовании дисперсности формируемых пен установлено, что пена из яичного белка представляет собой монодисперсную структуру пены, т.к. дисперсные частицы одного порядка. Средний радиус дисперсной частицы сформированной пены из яичного белка 0,99 мм. Пена при использовании желатина представляет собой полидисперсную систему. Для нее характерно наличие дисперсных частиц, размеры которых имеют различный порядок. Средний радиус дисперсной частицы сформированной пены из желатина 1,51 мм. Пена для обоих вариантов плазмы представляет собой так же, как и желатин, полидисперсную систему, при этом средний радиус дисперсной частицы сформированной пены из плазмы 1,39 мм.

На рисунке 8 представлены результаты исследования влияния газонасыще- I ния на напряжение сдвига. Данные, представленные на рисунке 8, подтверждают увеличение сил трения при увеличении доли воздушной фазы. Под действием гид- ' ромеханической нагрузки происходит дробление пузырьков, что и оказывает влия- ! ние на вязкость. Кроме того, можно утверждать, что при повышении вязкости сис- 1 темы увеличиваются значения пенообразующей способности.

Также можно констатировать факт влияния состава стабилизатора на вязкостные характеристики получаемой плазмы. Образец №1 содержит большую долю 0,75%-ного раствора №3Р04, а также и большую долю высокомолекулярных белковых фракций, что по всей види- I мости и повлияло на показа- ' тели напряжения сдвига.

В дальнейшем проводили исследования влияния газонасыщения на прочность коагуляционного контакта. Результаты отображены на рисунке 9.

Силы сцепления воздушных пузырьков также зависят от доли воздушной фазы, что подтверждает влияние гидромеханической нагрузки вследствие дробления пузырьков. Прочность коагуляционного контакта при различной доле воздушной фазы также зависит от состава применяемого стабилизатора при получении плазмы из цельной свиной крови. |

Таким образом, анализируя характеристики пенообразования плазмы свиной крови и аналоговой продукции (желатин, яичный белок), можно сделать следующие выводы.

Доля воздушной фазы

Рисунок 8. Зависимость напряжения сдвига от газонасыщения (скорость сдвига у=16,0 с"1): 1 -для образца №1; 2 - для образца №2.

■а и.

I §

3 3

= 0.

ОД 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 Доля воздушной фачы

0,7

Плазма обладает относительно высокими показателями пенообразова-ния при использовании концентраций (2,0-^3,5 г/дм3) и самыми высокими показателями пенообразования при использовании малых концентраций - 0,5 г/дм3; При этом, существенного различия в показателях кратности пенообразования между образцом №1 и №2 не выявлено. При использовании концентраций 3,0 г/дм3 и 3,5 г/дм3 полученная пена обладает хорошей устойчивостью.

Рисунок 9. Зависимость прочности коагуляционного контакта от газонасыщения

Пена плазмы свиной сублимированной в обоих случаях (образец №1 и образец №2) характеризуется одинаковой дисперсностью, пена представляет собой полидисперсную систему. Прочность коагуляционного контакта и напряжение сдвига при различных долях воздушной фазы также зависит от состава применяемого стабилизатора при получении плазмы из цельной свиной крови.

Технология пенообразователя из плазмы свиной крови

Технология получения пенообразователя из свиной крови представлена на рисунке 10 и включает ряд операций.

Обязательным этапом технологии является этап подготовки животных к убою. Убойные животные, подвергнутые ветеринарному осмотру и оказавшиеся здоровыми, поступают в цех предубойной подготовки, где они находятся до подачи их на убой.

При убое животных кровь непрерывно откачивается. При этом соблюдается обязательное условие отсутствия контакта с воздухом атмосферы, поэтому сбор крови осуществляется бесконтактно во избежание активации процесса свертывания крови. Процесс осуществляется при помощи полых ножей. Откачиваемая кровь поступает в емкости для стабилизации, где перемешивается со стабилизатором. В качестве стабилизатора используется один из двух вариантов реактивов, либо смесь двух растворов в соотношении 1:1: 0,75%-ный раствор Ыа3Р04 и 4%-ный раствор №зСбН507, либо смесь двух растворов в соотношении 2:3: 0,75%-ный раствор Ыа3Р04 и 4%-ный раствор МазС6Н507. Выбор того или иного реактива не влияет на конечный результат. При этом, доза внесения (стабилизатор:кровь) должна составлять 1:10.

После стабилизации кровь охлаждается до температуры 18±1°С. Осуществляется в пластинчатом охладителе при температуре хладоносителя 4±1 °С. Затем кровь дополнительно подвергается проверке ее качественных показателей согласно действующей документации.

Рисунок 10. Технологическая схема производства пенообразователя из плазмы

свиной крови

Сепарирование крови осуществляется при стандартных общепринятых уело- 1 виях. Частота вращения выбирается исходя из паспорта сепаратора при условии, что фактор разделения не будет превышать Рг =2000. После сепарирования плазма собирается в специальных емкостях (сборочный резервуар), откуда направляется по системе трубопроводов в цех сушки.

Сушка проводится сублимационным способом на холодильно-сушильном агрегате. При этом, важным является контроль значения температуры, которое должно быть на уровне 40°С. Общая продолжительность процесса 240 минут.

Упаковка готового продукта является заключительным этапом. Осуществляется в отдельном цехе, с обязательным условием соблюдения стерильности про-

цесса. Материалом упаковки является полимерный материал (пакеты). Затем упакованный продукт поступает на склад хранения, в котором поддерживаются следующие параметры хранения: температура не более 20±2 °С, относительная влажность воздуха не более 75%. Со склада хранения готовая продукция поступает на реализацию.

Физико-химические показатели пенообразователя из плазмы свиной крови представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Физико-химические показатели пенообразователя

Наименование показателя Значение показателя

Образец № 1 Образец №2

Массовая доля влаги, % 9,0±0,45 9,0±0,45

Массовая доля сухого вещества, % 91,0±0,45 91,0±0,45

Массовая доля жира, % 0,3±0,45 0,3±0,45

Массовая доля белка, % 84,0±0,45 83,0±0,45

Массовая доля золы, % 7,0±0,45 6,5±0,45

Ниже представлены результаты исследований влияния технологических параметров на качественные характеристики готового пенообразователя.

15 25 35 45 55 Температура, °С

Рисунок 11. Влияние температуры на устойчивость пены: 1 - плазма 1; 2 — плазма 2

Рисунок 12. Влияние активной кислотности на устойчивость пены: 1 — плазма 1; 2 - плазма 2

Результаты исследований влияния температуры технологического процесса на устойчивость пены, представленные на рисунке 11, доказывают положительный эффект применения высоких температур.

Устойчивость при изменении активной кислотности от 4,5 до 9 характеризуется разнонаправленной зависимостью. Кривые, представленные на рисунке 12, имеют два периода. Первый период соответствует более кислой среде, значения рН=4,5-ИЗ,5, при этом, устойчивость сначала имеет рост значений (до рН 5,5) с последующим падением значений. Второй период соответствует нейтрально-щелочной среде, рН=6,5^9,0, где устойчивость имеет более высокие значения, чем в кислой среде.

о ч с

Также разнонаправленной зависимо-

5,5

6,5

рН

стью от активной кислотности характеризуется плотность формируемой пены (рисунок 13). Наименьшие показатели плотности пены соответствуют области значений, близких к нейтральной среде, рН=5,5+7,0. При этом, в бо- ' лее кислой среде пена характеризуется большей устойчивостью, чем в нейтральной. Наилучшие показатели | плотности соответствуют нейтральной среде (при рН 8+9). В дальнейшем исследовали влияние активной кислотно- [ сти на дисперсность формируемой пе- ¡' ны.

Было установлено, что при изменении кислотности от рН=6,5 до рН=9,0 содержание в формируемой пене мелкодисперсных пузырьков растет. Кислая среда обуславливает формирование в пене пузырьков больших размеров, а щелочная среда - более мелких. |

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ И ВЫВОДЫ

Рисунок 13. Влияние активной кислотности на плотность пены: 1 - для образца №1; 2 - для образца №2

По результатам работы получены следующие результаты и выводы.

1. Исследован фракционный состав белков плазмы свиной крови и крови КРС. Свиная кровь представлена тремя высокомолекулярными фракциями: массой 854,23 кДа и концентрацией 3,24%; массой 311,80 кДа и концентрацией 5,76%; массой 208,93 кДа и концентрацией 4,42%. При этом, низкомолекулярные фракции , практически отсутствуют, наименьшая фракция представлена белком массой 26,36 кДа, концентрация которого находится на уровне 1,43%.

2. Исследовано влияние параметров стабилизации на фракционный состав плазмы свиной крови. Установлено, что при стабилизации свиной крови для достижения эффекта максимального сохранения высокомолекулярных белковых фракций следует применять стабилизаторы, содержащие в своем составе 0,75%-ный раствор Na3P04H 4%-ный раствор №зС6Н507 в соотношении 1 : 1 или 1 : 1,5. Доза внесения обоих стабилизаторов в кровь - 1:10.

3. Подобраны параметры обезвоживания плазмы свиной крови. Обезвоживание осуществляется способом сублимационной сушки при давлении в камере 600±5 Па, температура сушки - 40°С, продолжительность процесса - 240 минут, толщина наливаемого слоя - 20 мм.

4. Исследованы показатели пенообразования плазмы свиной крови. Плазма обладает относительно высокими показателями кратности пенообразования при использовании концентраций (2,0+3,5 г/дм3) и самыми высокими показателями пенообразования по сравнению с аналогами при использовании малых концентраций - 0,5 г/дм3. Установлено, что устойчивость пены зависит от концентрации пенообразователя. Наибольшее падение столба пены соответствует концентрации 1,5+2,5

г/дм3. При использовании концентраций более 3,0 г/дм3 устойчивость повышается не более чем на 3%. Определено, что пена, формируемая плазмой свиной крови, представляет собой полидисперсную систему, средний радиус дисперсной частицы при этом соответствует 1,39 мм. Также установлено, что прочность коагуляцион-ного контакта и напряжение сдвига при различных долях воздушной фазы зависит от состава применяемого стабилизатора при получении плазмы из цельной свиной крови.

5. Разработана технология получения пенообразователя из вторичного сырья мясной промышленности. Установлен срок годности для сухого протеинового пенообразователя, который составляет 29 суток.

6. Исследовано влияние технологических параметров на качественные характеристики пенообразователя. Доказано положительное влияние применения высоких температур на устойчивость пены. В нейтральной и слабощелочной среде устойчивость и плотность пены имеют наибольшие показатели. Утверждены технические условия и технологическая инструкция на разработанный продукт: «Протеиновый пенообразователь из крови сельскохозяйственных животных» (ТУ 9219180-020683315-2013).

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Изгарышева, Н.В. Перспективы использования крови сельскохозяйственных животных в производстве продуктов специального назначения // Проведение научных исследований под руководством приглашенных исследователей в 2010 году: материалы Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи, Кемерово, 18-22 октября 2010 г. - С. 29-32.

2. Кригер, О.В. Преимущества использования вторичного сырья мясной промышленности в технологии кислородных коктейлей / О.В. Кригер, В.А. Жданов, Н.В. Изгарышева // Техника и технология пищевых производств. - 2011. -№1 -С.27-31.

3. Кригер, О.В. Сравнительный анализ состава и свойств протеиновых пенообразователей из вторичного сырья мясной промышленности / О.В. Кригер, Н.В. Изгарышева // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2011. - №9 - С.48-50.

4. Изгарышева, Н.В. Применение некоторых сельскохозяйственных культур и плазмы крови сельскохозяйственных животных в технологии кислородных коктейлей как альтернативное направление их переработки // Сборник статей III Международной научно-практической конференции преподавателей, молодых ученых, аспирантов и студентов, посвященной 50-летию образования аграрного факультета РУДН «Инновационные процессы в АПК». Москва 2011. - С. 112 -113.

5. Изгарышева, Н.В. Исследование качественных показателей пенообразователей, полученного из вторичного сырья мясной промышленности / Н.В. Изгарышева, О.В. Кригер // Материалы VI Всероссийской конференции научно-практической конференции с международным участием. - Магнитогорск: Мини-Тип, 2011.-С. 159-162.

6. Изгарышева, H.B. Использование белков плазмы крови убойных животных в качестве пенообразующих элементов // Материалы IV Всероссийской конференции с международным участием студентов, аспирантов и молодых ученых «Пищевые продукты и здоровье человека». - Кемерово, 2011. - С. 15-16.

7. Изгарышева, Н.В. Ферментирование белков плазмы крови сельскохозяйственных животных // Материалы Инновационного конвента «Кузбасс: образование, наука, инновации». - Кемерово, 24-25 ноября 2011 г. - С. 111-112.

8. Изгарышева, Н.В. Варианты использования белков плазмы крови сельскохозяйственных животных // Материалы Международной научно-технической конференции «Инновационные технологии переработки продовольственного сырья». — Владивосток, 2011. — С.111-112.

9. Кригер, О.В. Влияние ферментативного гидролиза на молекулярную массу и концентрацию белков плазмы боенской крови / О.В. Кригер, Н.В. Изгарышева // Известие ВУЗов. Пищевая технология. — 2012. - №1. - С.66-68.

10. Иванова, A.B. Исследование пенообразующих свойств протеиновых пенообразователей из вторичного сырья мясной промышленности / A.B. Иванова, Н.В. Изгарышева, О.В. Кригер // Техника и технология пищевых производств: материалы VIII международной конференции студентов и аспирантов. - Могилев, 2012.-С. 76.

11. Изгарышева, Н.В. Основные аспекты переработки крови убойных животных для функциональных молочных продуктов / Н.В. Изгарышева, Кригер О.В., Лапин А.П. // Биокаталитические технологии и технологии возобновляемых ресурсов в интересах рационального природопользования: материалы Международной молодежной конференции. - Кемерово, 2012. - С. 119-123.

Патенты

12. Патент (РФ) № 2457847 (дата приоритета 30.12.2010 г.) «Способ разделения свиной крови на плазму и эритроцитарную массу» / А.Ю. Просеков, A.B. Изгарышев, Н.В. Изгарышева.

Подписано в печать 18.09.2013. Формат 60x86/16. Тираж 80 экз. Объем 1,1 п.л. Заказ Кемеровский технологический институт пищевой промышленности. 650056, г. Кемерово, б-р Строителей, 47. Отпечатано в лаборатории множительной техники КемТИПП. 650002. г. Кемерово, ул. Институтская, 7

Министерство образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности»

(ФГБОУ ВПО «КемТИПП»)

04201362566 Изгарышева Наталья Владимировна

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПЕНООБРАЗОВАТЕЛЯ ИЗ ПЛАЗМЫ СВИНОЙ КРОВИ

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

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

кандидат технических наук, доцент О.В. Кригер

Кемерово 2013

СОДЕРЖАНИЕ

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

ГЛАВА 1 АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРЫ....................................................................................7

1.1 Профилактические продукты питания на основе протеина......................7

1.2 Разновидности способов и устройств формирования пены......................16

1.3 Анализ состава и свойств белков крови убойных животных как сырья для получения пенообразователя..................................................................................26

1.4 Заключение по обзору литературы и задачи собственных

исследований..................................................................................................................................................34

ГЛАВА 2 ОРГАНИЗАЦИЯ, ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ

ИССЛЕДОВАНИЙ..................................................................................................................................36

2.1 Организация выполнения работы..........................................................................................36

2.2 Объекты исследований....................................................................................................................38

2.3 Методы исследований......................................................................................................................39

ГЛАВА 3 РЕЗУЛЬТАТЫ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ 52

3.1 Исследование фракционного состава белков крови убойных животных............................................................................................................................................................52

3.2 Исследование влияния параметров стабилизации на фракционный состав плазмы свиной крови............................................................................................................58

3.3 Подбор параметров обезвоживания плазмы свиной крови............................68

3.4 Изучение показателей пенообразования плазмы свиной крови и

аналоговой продукции..............................................................................................................................72

ГЛАВА 4 ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ

ИССЛЕДОВАНИЙ....................................................................................................................................86

4.1 Изучение состава пенообразователя и аналоговой продукции..............86

4.2 Технологическая схема производства и рецептура пенообразователя

из плазмы свиной крови ........................................................................................................................94

4.3 Исследование показателей безопасности готового продукта........................98

4.4 Исследование сроков и условий хранения готового продукта ........................................................................................................................................................................................100

4.5 Разработка технической документации на пенообразователь из плазмы свиной крови..................................................................................................................................103

4.6 Исследование экономической эффективности выработки готового

продукта в производственных условиях................................................................................103

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ 106

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 108

ПРИЛОЖЕНИЯ 126

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Состояние здоровья современного человека все больше зависит от качества рациона его питания. Здоровое питание становится приоритетной задачей, требующей новых подходов к разработке пищевых продуктов. Неотъемлемой задачей также является использование нетрадиционных ресурсов как сырья для получения основы функционально значимых продуктов.

Аэрируемые продукты пользуются большим спросом у потребителей. Они имеют большой объем при нежной и привлекательной консистенции, не требуют дополнительной обработки перед употреблением, хорошо усваиваются организмом. В качестве пенообразователей в настоящее время применяются вещества, для которых характерны недостатки, снижающие функциональную значимость продукта. К числу известных эффективных природных пенообразователей относятся агар-агар, мыльный корень, но наиболее устойчивые пены образуются на основе белковых пенообразователей, которые получают из разнообразных веществ, либо полностью состоящих из белка, либо содержащих его в значительных количествах.

Плазма крови убойных животных является богатым источником высокомолекулярных белковых соединений и обладает высоким потенциалом пе-нообразования. Белки плазмы крови являются незаменимыми по аминокислотному составу, их применение позволит повысить функциональную значимость продуктов. Использование плазмы, а не цельной крови позволяет избежать железистого привкуса у готового продукта.

Все эти факты подтверждают актуальность исследования и разработки технологии получения эффективного пенообразователя из плазмы крови убойных животных. Наличие такого пенообразователя в продукте позволит расширить спектр его полезного действия.

Степень проработки темы исследований. Исследования по получению функциональных продуктов на основе белков плазмы крови убойных животных обобщены в трудах В.М. Горбатова, В.Г. Горбатова, JI.B. Антиповой, И.А. Рогова, P.E. Киселева, M.JI. Файвишевского, JI.C. Пожариской, А.Б. Лисицына, И.П. Энглин и др. Исследования в области получения пенных систем на основе готовых пенообразователей в пищевой промышленности приводятся в трудах JI.A. Остроумова, А.Ю. Просекова, М.Г. Курбановой и др.

Анализ научных литературных данных позволяет сделать вывод о том, что теоретические и практические исследования способствуют разработке технологии пенообразователя, направленного на повышение функциональной значимости продуктов, получаемых на его основе.

Целью настоящей работы явилось исследование и разработка технологии пенообразователя из плазмы крови сельскохозяйственных животных.

Для реализации поставленной цели при выполнении работы поставлены следующие задачи: изучение белкового состава крови убойных животных, исследовать процесса стабилизации цельной крови, подбор параметров обезвоживания плазмы крови, разработка технологии получения пенообразователя из вторичного сырья мясной промышленности, исследование состава и свойства пенообразователя из плазмы свиной крови.

Научная новизна работы:

- подобраны параметры стабилизации цельной крови сельскохозяйственных животных, обуславливающие максимальный выход высокомолекулярных белковых фракций;

- обоснован метод и технологические режимы процесса обезвоживания плазмы свиной крови;

- исследованы основные показатели пенообразования плазмы свиной крови;

- разработана технология получения пенообразователя из плазмы свиной крови.

Теоретическая и практическая значимость работы. Разработан способ

стабилизации свиной крови, обеспечивающий максимальное содержание высокомолекулярных белковых фракций в плазме. Определен качественный состав реактива для стабилизации и концентрация его внесения в кровь перед ее фракционированием. Установлены технологические режимы сублимационной сушки плазмы свиной крови. Разработана рецептура и технологическая схема производства пенообразователя из плазмы свиной крови, исследованы физико-химические показатели и показатели безопасности готового продукта, определены сроки и условия хранения готового продукта, разработана техническая документация, исследована экономическая эффективность выработки продукта.

Положения, выносимые на защиту:

- параметры стабилизации свиной крови для обеспечения сохранности высокомолекулярных белков плазмы;

- параметры обезвоживания плазмы крови;

- основные показатели пенообразования восстановленной плазмы;

- описание технологии получения пенообразователя из плазмы свиной крови.

Методология и методы исследования. При проведении исследований применяли комплекс общепринятых, стандартных и модифицированных методов исследований физико-химических, микробиологических, реологических свойств сырья и готовой продукции.

Степень достоверности и апробация работы. По материалам диссертационных исследований опубликовано 11 печатных работ, из них три в журналах, рекомендованных ВАК РФ. Получен патент РФ на «Способ разделения свиной крови на плазму и эритроцитарную массу». Разработаны и утверждены технологическая инструкция и технические условия.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ ЛИТЕРАТУРЫ

В данной главе проанализированы основные тенденции в производстве продуктов функционального назначения, обогащенных протеином, рассмотрены способы и устройства формирования пены, проведен анализ состава и свойств белков крови сельскохозяйственных животных. На основании приведенных литературных данных сформулирована цель и задачи собственных исследований.

1.1. Профилактические продукты питания на основе протеина

Современные продукты питания должны наилучшим образом соответствовать естественным процессам усвоения пищевых веществ человеком, выработавшимся в ходе эволюции.

Практическое питание человека в естественных условиях обусловлено оптимальными нормами и реальными возможностями. В ходе длительной эволюции живой природы вырабатывались типы обмена веществ, которые определяют незаменимость отдельных компонентов пищи и соответствующую ферментную организацию клеток и тканей организма [32].

Поэтому научной основой современной стратегии производства пищи является изыскание новых ресурсов незаменимых компонентов пищи, использование нетрадиционных видов сырья, создание новых прогрессивных технологий, позволяющих повысить пищевую и биологическую ценность продукта, придать ему заданные свойства, увеличить срок хранения. Вопросы производства здоровой пищи находятся в центре внимания специалистов, занимающихся разработкой современных технологий производства и критериев качества продуктов питания, которые продиктованы изменившимися условиями труда и экологией [39, 62].

Недостаточное потребление витаминов и жизненно необходимых минеральных веществ и микроэлементов наносит существенный ущерб здоро-

вью человека. Это снижает физическую и умственную работоспособность, сопротивляемость к различным заболеваниям, усиливает отрицательное воздействие на организм неблагоприятных экологических условий, вредных факторов производства, нервно-эмоционального напряжения и стресса, повышает профессиональный травматизм, чувствительность организма к воздействию радиации, приводит к преждевременному изнашиванию организма, сокращает продолжительность активной трудоспособной жизни [12].

Широкое распространение получило производство так называемых «здоровых» продуктов: низкокалорийных, с повышенной пищевой и биологической ценностью. В условиях ухудшения экологической ситуации особое значение приобретает производство комбинированных молочно-растительных, обогащенных ценными пищевыми добавками защитного действия. Среди разнообразия молочных продуктов значительным спросом пользуются молочно-белковые пасты, обладающие высокими органолепти-ческими показателями и значительным содержанием белка. По технологии, составу и органолептическим характеристикам молочно-белковые пасты очень разнообразны [38, 82].

Для здоровья человека стала чрезвычайно важна не только полноценность питания, но и его профилактическая и детоксицирующая функция. Это в большей степени определяет современные требования к структуре рационального питания [11,37].

Удовлетворить эти требования, используя традиционные продукты питания, практически невозможно. Поэтому создаются комбинированные продукты с использование животного и растительного сырья, обогащенные определенными витаминами и биологически активными добавками, несомненная полезность которых в том, что они могут сбалансировать и улучшить рацион благодаря введению пептидов, аминокислот, витаминов, микро-и макроэлементов, пищевых волокон и других полезных веществ. [70, 84].

Как показывает обширный мировой и отечественный опыт, наиболее эффективным и экономически доступным путем улучшения обеспеченности

населения микронутриентами в общегосударственном масштабе является дополнительное обогащение ими продуктов питания массового потребления до уровня, соответствующего физиологическим потребностям человека [29, 73, 80].

Питание должно полностью удовлетворять потребности организма в белках, жирах, углеводах, витаминах, микроэлементах и других необходимых компонентах нормального развития и существования. Особенно важно это для детского питания, чтобы обеспечить правильное развитие организма, формирование еще не созревших ферментативной и иммунной систем [46,51].

Более 50 процентов населения страдают белковой недостаточностью. В России также сохраняется тенденция увеличения людей, страдающих этим заболеванием. Так, в расчете на 100 тыс. населения России, число заболевших людей (взрослых) в 2000 г. - 392,8, в 2003 г. - 412,7 и в 2006 г. - 468,3. Таким образом, заболеваемость возросла более чем на 20%. Дефицит белка в первую очередь сказывается на тех тканях и органах, где эти молекулы играют особенно важную роль и составляют значительный удельный вес. Так, быстро становится заметной гипотония мышц и их дистрофия. Рано появляются отеки (вначале скрытые, затем явные), что маскирует падение массы тела при белковой недостаточности [18].

Характерны изменения кожи - она теряет свою упругость, становится сухой и дряблой, образуются преждевременные морщины, появляется вялость, гиперпигментация и слоистое шелушение в местах наибольшего трения об одежду, депигментация на месте предшествующего потемнения или после десквамации, иногда генерализованная депигментация. Волосы становятся редкими, тонкими, теряют эластичность [58, 60].

При тяжелой белковой недостаточности также могут иметь место глубокие изменения в печени, нарушение деятельности желез внутренней секреции, изменение гормонального фона, ухудшение усвоения питательных веществ, проблемы с сердечной мышцей, ухудшение памяти и работоспособ-

ности. Дефицит белка уменьшает устойчивость организма к инфекциям, так как снижается уровень образования антител [54, 63].

Нарушается синтез и других защитных факторов - лизоцима и интерферона, из-за чего обостряется течение воспалительных процессов. Кроме того, белковая недостаточность часто сопровождается авитаминозом В12, А, Б, К и других витаминов, что также влияет на состояние здоровья. Нарушается выработка ферментов и соответственно - усвоение важнейших питательных веществ. При нехватке белка ухудшается усвоение некоторых витаминов, полезных жиров, многих микроэлементов. Так как гормоны являются белковыми структурами, недостаток белка может привести к серьезным гормональным нарушениям [40].

При недостатке белка в пище происходит использование белка мышц для поддержания эффективной работы различных систем организма, так как мышцы менее важны для обеспечения жизненных функций организма, чем многие другие органы. В свою очередь, в мышцах сгорает больше всего калорий и соответственно уменьшение мышечной массы снижает энергетические траты организма и основной обмен. Для поддержания жизнедеятельности организму требуется 20 ккал на каждый 1 кг мышечной массы. Если снижается мышечная масса, то снижаются и затраты на основной обмен [35, 96].

Высококалорийная пища без достаточного содержания белка приводит к отложению жира в органах и тканях и одряхлению мышечных структур. Чтобы попасть в организм, белки расщепляются в просвете желудочно-кишечного тракта на аминокислоты, которые всасываются в кровь. Лишь после этого происходит синтез собственных протеинов. Чрезмерные физические нагрузки требуют введения в организм дополнительного белка. Если этого не происходит, мышечная ткань не может адекватно противостоять физическим нагрузкам, возникает белковое истощение и критическое снижение быстроты, силы, выносливости [139].

Профилактика и лечение белковой недостаточности заключается в первую очередь в коррекции диеты с целью включения в ежедневный рацион белковых продуктов, причем желательно с полноценным белком [68, 69, 79].

Однако обратный процесс невозможен, поэтому белок можно и необходимо получать только из пищи. При этом ошибочно считается, что в нашем рационе достаточно белка. Ряд исследований показывает, что в России в рационе питания недостаточно полноценного белка. К сожалению, природа не изобрела такого натурального продукта, где содержался бы чистый белок [64].

Не существует пищевых белков, которые бы идеально усваивались организмом человека. Ученые считают, что триптофан, метионин, лизин в условно идеальном пищевом белке должны соотноситься как 1,0 : 3,5 : 5,5. Для белков мяса это соотношение близко к 1,0 : 2,5 : 8,5; для белков рыб