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



На правах рукописи

00501 ьп о

СМИРНОВА НАТАЛИЯ АНАТОЛЬЕВНА

ИССЛЕДОВАНИЕ II РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ТВОРОЖНОГО БИОПРОДУКТА

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

1 2 МАР

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005015118

На правах рукописи

СМИРНОВА НАТАЛИЯ АНАТОЛЬЕВНА

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ТВОРОЖНОГО БИОПРОДУКТА

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

Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

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

Научный руководитель

доктор технических наук, доцент Пасько Ольга Владимировна Официальные оппоненты:

Захарова Людмила Михайловна, доктор технических наук, профессор, ФГБОУ ВПО КемТИПП, профессор кафедры «Технология молока и молочных продуктов»

Мотовилов Константин Яковлевич, доктор биологических наук, профессор, член-корр. Россельхозакадемии, директор ГНУ СибНИИП Россельхозакадемии

Ведущая организация Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова»

Защита состоится « г. в /У часов на заседании диссертаци-

онного совета Д 212.089.01 при ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» по адресу: 650056, г. Кемерово, бульвар Строителей, 47, ауд. 4л., тел./факс 8(3842)39-68-88.

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

Автореферат разослан «./¿Р» £ 2012 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Н.Н. Потипаева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В последние годы структура питания населения Российской Федерации характеризуется продолжающимся снижением потребления наиболее денных в биологическом отношении пищевых продуктов. Одна из проблем нарушения пищевого статуса связана с дефицитом в рационе питания биологически активных компонентов, в том числе белков животного происхождения, достигающим от 15 % до 20 % от рекомендуемых рациональных норм потребления.

Кроме того, неблагоприятная экологическая обстановка, широкое применение антибиотиков и химических препаратов, стрессы и другие факторы приводят к нарушениям состава нормальной микрофлоры кишечника, процессов пищеварения и обмена веществ, что снижает иммунную активность организма человека и способствует росту заболеваемости.

В связи с этим разработка новых творожных биопродуктов, обладающих коррегирующим действием и содержащих в своем составе про- и пребиотики, направленных на укрепление защитных функций организма человека и снижающих риск воздействия вредных факторов, является одним из приоритетных направлений отраженных в распоряжении правительства РФ «Основы государственной политики Российской Федерации в области здорового питания населения на период до 2020 года».

Таким образом, разработка технологии нового творожного биопродукта, коррегирующие свойства которого обеспечиваются за счет совместного использования ассоциаций пробиотических культур и пребиотических ингредиентов является актуальным направлением научных исследований.

Автор диссертационной работы в своих исследованиях основывался на научных трудах таких известных учёных, как А.А Покровского, А.Г. Храмцова, H.H. Липатова (ст.), H.H. Липатова (мл.), В.Д. Харитонова, И.А. Рогова, Н.И. Дунченко, В.И. Ганиной, H.A. Тихомировой, В.Ф. Семенихиной, Н.С. Королевой, П.Ф. Крашенинина, В.Б. Спиричева, В.А. Тутельяна, Л.А. Остроумова, А.Ю. Просекова, И.А. Смирновой, Л.М. Захаровой, Н.Б. Гавриловой, И.А. Евдокимова, С.А. Рябцевой, И.С. Хамагаевой, A.A. Майорова, М.П. Щетинина, Л.Н. Шатнюк и других.

Цель диссертационной работы - исследование и разработка технологии творожного биопродукта.

Задачи исследования:

- провести аналитический обзор литературных источников и экспериментально обосновать оптимальный состав сливочно-цикориевой основы для производства ферментированного сливочного биокорректора и творожного биопродукта с его использованием;

- изучить процесс ферментации сливочно-цикориевой основы ассоциациями микроорганизмов;

- исследовать влияние пектина SLENDID® тип 200 на процесс ферментации сливочно-цикориевой основы;

- изучить процесс структурообразования ферментированного сливочного биокорректора;

- оптимизировать состав и рецептуру творожного биопродукта с использованием ферментированного сливочного биокорректора;

- определить хранимоспособность творожного биопродукта, его гарантированный срок хранения, пищевую и биологическую ценность;

- на основании комплексных исследований разработать технологию производства творожного биопродукта с использованием принципов ХАССП, нормативную документацию (СТО), представить оценку экономической эффективности разработанной технологии и провести ее промышленную апробацию.

Научная новизна работы. Научно обосновано использование в составе творожного биопродукта ферментированного сливочного биокорректора, обеспечивающего его коррегирующие свойства. Экспериментально обоснован оптимальный состав сливочно-цикориевой основы (далее СЦО) для производства ферментированного сливочного биокорректора (далее ФСБК) и творожного биопродукта с его использованием.

Изучен процесс ферментации СЦО ассоциациями микроорганизмов, разработаны математические модели, описывающие влияние цикория и продолжительности ферментации на изменение клеточной концентрации бифидобакте-рий. На основании дисперсионного анализа определена степень влияния изучаемых факторов и установлена наиболее эффективная ассоциация микроорганизмов для ФСБК.

Исследован процесс структурообразования ФСБК, установлено оптимальное количество пектина, формирующее его консистенцию. Разработаны математические модели, описывающие изменение клеточной концентрации молочнокислых микроорганизмов и бйфидобактерий от продолжительности ферментации и массовой доли пектина, оказывающего пребиотический эффект.

Оптимизирован состав творожного биопродукта, изучена хранимоспособность и установлен его гарантированный срок хранения.

Практическая ценность работы. На основании результатов проведенных исследований разработаны технологии ферментированного сливочного биокорректора и творожного биопродукта с использованием принципов ХАССП, утверждены нормативные документы для их производства (СТО 49527279-004-2011 и СТО 49527279-005-2011).

Проведена промышленная апробация разработанных технологий в условиях молочного предприятия «Манрос-М» филиал ОАО «Вимм-Билль-Данн», и подтверждена возможность их практической реализации для массового производства.

Новизна технического решения, составляющего основу технологии нового творожного биопродукта, отражена заявке на изобретение № 2011127855 «Композиция для получения пастообразного творожного продукта» (приоритет от 06.07.2011 г).

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы были представлены и обсуждены на научных конференциях различного уровня: IX региональная научно - практическая конференция молодых ученых

вузов Сибирского федерального округа «Инновации молодых ученых аграрных вузов - агропромышленному комплексу сибирского региона» (Омск, 2011 г.); V всероссийская научно-практическая конференция «Исследования и достижения в области теоретической и прикладной химии. Экология. Продукты питания» (Барнаул, 2011 г.); II Всероссийская научно-практическая конференция с международным участием «Инновационные технологии в пищевой промышленности» (Самара, 2011 г.); II международная научно-практическая конференция «Современная наука: теория и практика» (Ставрополь, 2011 г.); Сборник научных трудов с международным участием «Актуальные проблемы техники и технологии переработки молока» (Барнаул, 2011 г.); Международная научно-техническая конференция «Инновационные технологии переработки продовольственного сырья» (Владивосток, 2011 г.).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 10 работ, в том числе 3 статьи в изданиях, рецензируемых ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, аналитического обзора литературы, экспериментальной части, заключения, выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 123 страницах, содержит 46 рисунков, 50 таблиц и приложения. Список использованных источников литературы включает 169 наименований, в том числе 30 зарубежных.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Введение. Обоснована актуальность выбранного направления научных исследований.

Глава 1. Обзор литературных данных по вопросу производства творожных биопродуктов. Представлена характеристика пищевого статуса населения РФ. Рассмотрена роль микроорганизмов - пробиотиков в технологиях производства молочных продуктов. Теоретически обоснована целесообразность использования инулинсодержащего сырья в производстве кисломолочных продуктов. Обобщены сведения о современных тенденциях разработки технологий творожных биопродуктов. В результате анализа литературных источников, технической и патентной документации сформулированы цель и задачи исследований.

Глава 2. Методология проведения исследований. Приведена характеристика объектов исследований, методология проведения исследований, комплекс определяемых показателей и методы исследования.

В качестве объектов исследований в работе использовались: молоко коровье сырое не ниже 1 сорта по ГОСТ Р 52054-2003; сливки с массовой долей жира 10 % по ГОСТ Р 52091-2003; цикорий растворимый; бактериальные закваски прямого внесения ALBA BIO S-09 компании «АЛЬБА-ТИММ»; ВМС-30 компании «GENESIS laboratories», R-604 компании ООО «Хр. Хансен»; пектин SLENDID® тип 200; наполнитель «Злаки» ООО «Компания Зеленый город» по действующей нормативной документации, утвержденной в установленном порядке.

При проведении исследований использовались общепринятые математические методы планирования эксперимента, методы математического моделирования и статистики.

Экспериментальные исследования, аналитическая и математическая обработка полученных данных проводились в лабораториях кафедр «Стандартизации и сертификации пищевых продуктов» Омского государственного аграрного университета (ФГБОУ ВПО ОмГАУ им. П.А. Столыпина) (г. Омск), Института проблем переработки углеводородов Сибирского отделения Российской академии наук - ИППУ СО РАН (г. Омск), научно-образовательного центра Кемеровского технологического института пищевой промышленности (г. Кемерово), научно-исследовательского института животноводства (ГНУ СибНИИЖ, п. Краснообск, Новосибирская обл.), в аккредитованной испытательной лаборатории молочного предприятия «Манрос-М» филиал ОАО «Вимм-Билль-Данн» (г. Омск) в соответствии с поставленными задачами.

Структурно-логическая схема проведения исследований, представленная на рис. 1, предусматривает последовательную реализацию обозначенных в схеме этапов.

При составлении схемы использовали следующие условные обозначения: 1

- химический состав (белки, жиры, углеводы, зола, сухие вещества), 2 - титруемая кислотность, 3 - активная кислотность, 4 - органолептические показатели, 5

- микробиологические показатели (общее количество молочнокислых микроорганизмов и бифидобактерий), 6 - структурно-механические характеристики, 7 -биологическая ценность, 8 - пищевая и энергетическая ценность, 9 — витамины, 10 - макро- и микроэлементы, 11 - себестоимость; 12 - гарантированный Срок хранения; 13 - технологическая схема производства.

На первом этапе исследований проведён анализ научной и технической литературы, патентной информации по вопросам производства творожных биопродуктов. Изучена и проанализирована информация современного состояния пищевого статуса населения РФ. Приведены научные и практические аспекты использования пробиотических микроорганизмов и инулинсодержащего сырья в производстве молочных продуктов Определена цель и сформулированы задачи научных исследований.

На втором этапе экспериментально обоснован состав сливочно-цикориевой основы, изучен процесс ферментации СЦО ассоциациями микроорганизмов. Определена степень влияния цикория и продолжительности ферментации на клеточную концентрацию бифидобактерий.

Исследован процесс структурообразования ФСБК, в результате которого подобрано оптимальное количество пектина, позволяющее регулировать структурно-механические характеристики, органолептические и микробиологические показатели ФСБК.

Третий этап научных исследований посвящен оптимизации состава и рецептуры творожного биопродукга на основании комплекса результатов исследований.

I п ¡и! - Ана.ш< сосюяния вопроса п)нжзводства твор<>:к!1:,!\ Гжопролуктоп

Я

Обоснование направления научных исследований, постановка цели I задач исследований

2 этап - Исследование и разработка Ф< ¡>К для производства э вор«жяо( о »««продукта

Экспериментальное обоснование состава СЦО

I, 2, 3, 4

Изучение процесса ферментании СЦО

2, 3, 4, 5

Исследование процесса струюурообразования ФСБК

4,5,6

3 этап - Оптимизация сослана и рецептуры творожного биопродукта |

Разработка | творожной I основы 1 Экспериментальное обоснование композиционного состава Исследование пробиотических свойств Изучение процесса а структуро-1 образования

1,3,4 3,4 5 1 6 1

1 г 11 Т 1 '

Разработка мллодогия ФСБК н творожного бкопродукта

Управление качеством

творожного биопродукта на основе принципов ХАССП

Промышленная

апробация разработанных технологий

Разработка СТО на ФСБК и творожный биопродукт

.......' ..... : "" -

Основные результаты и выводы

Рис.1 - Схема проведения экспериментальных исследований

На заключительном - 4 этапе определена хранимоспособность творожного биопродукта, разработаны технологические параметры производства ФСБК и творожного биопродукга с использованием принципов ХАССП, исследованы его показатели качества и безопасности, определена биологическая, пищевая и энергетическая ценность.

Глава 3. Результаты исследования и их анализ. На основании обзора литературных источников, научных трудов отечественных и зарубежных учёных сформулированы основные требования к качественным показателям творожного биопродукта, коррегирующие свойства которого будут формироваться за счет использования в его составе ФСБК.

В качестве основного компонента ФСБК использованы сливки, нормализованные до массовой доли жира 10 % и 20 %.

Подбор оптимального состава СЦО осуществляли, исходя из влияния цикория на химический состав, титруемую и активную кислотности, а также на органолептические показатели СЦО. На основании анализа комплекса экспериментальных данных установлен оптимальный состав СЦО для производства ФСБК, включающий: сливки с массовой долей жира 10 % и цикорий в количестве не более 4 % от массы СЦО, что позволит прогнозировать оптимальные органолептические показатели биокорректора.

В экспериментальных исследованиях процесса ферментации СЦО использовались ассоциации микроорганизмов (В. longum, L. lactis, L. cremoris, L. diacetilactis, S. thermophilus) в составе бактериальной закваски ALBA BIO S-09 и (В. bifidum, В. infantis, В. longum, В. breve, В. adolescentes, L. lactis, L. cremoris, L. diacetilactis, Leuc. cremoris) в составе бактериального концентрата ВМС-30.

Ферментации подвергалась СЦО, состоящая из сливок с массовой долей жира 10 % и различного количества цикория от 2 % до 4 %. Исследования показали, что в процессе ферментации ассоциациями микроорганизмов наблюдалось равномерное повышение титруемой и снижение активной кислотности достаточных для образования сгустка требуемой консистенции. Кроме того, отмечалась тенденция повышения титруемой и снижения активной кислотности с увеличением массовой доли цикория в опытных вариантах СЦО.

При изучении процесса ферментации СЦО ассоциациями микроорганизмов в составе ALBA BIO S-09 и ВМС-30 разработаны математические модели, описывающие влияние цикория и продолжительности ферментации на изменение клеточной концентрации бифидобактерий (В. longum и В. bifidum, В. infantis, В. longum, В. breve, В. adolescentis). Разработку математических моделей и построение поверхностей откликов осуществляли с использованием современного программного продукта «TableCurve 3D». Поверхности откликов зависимости клеточной концентрации бифидобактерий от исследуемых факторов в процессе ферментации представлены на рис. 2 и 3.

Рис. 2 - Характеристика влияния цикория к Рис. 3 - Характеристика влияния цикория и продолжительности ферментации на продолжительности ферментации на клеточ-клеточную концентрацию бифидобактерий ную концентрацию бифидобактерий

(В. longum) (В, bifidum, В. infaiitis, В. longum, В. breve,

В. adolescentis)

Математическая модель, описывающая изменение клеточной концентрации В. longum от продолжительности ферментации и массовой доли цикория, представлена следующим уравнением регрессии:

г = 3,29 - 0,36 х + 0,94 о2 - 0,37 *3 + 0,06 х4 - ^

- 0,003 х! + 0,88 ta у - 0,26 (ta у)2 + 0,0004 (ta у )3 Математическая модель, определяющая изменение клеточной концентрации бифидобактерий (В. bifidum, В. infantis, В. longum, В. breve, В. adolescentis) от продолжительности ферментации и массовой доли цикория представлена следующим уравнением регрессии:

z = 0,53 + 5,23 х - 2,72 о2 + 0,70 л3 - 0,08 х4 + + 0,003 х5 + 0,91 ta у - 0,30 (ta yf - 0,0004 (ta yf где: x - продолжительность ферментации, ч; у - массовая доля цикория, %;

z- клеточная концентрация бифидобактерий, lgKOE/см . Двухфакторный дисперсионный анализ показал, что доля общей изменчивости клеточной концентрации бифидобактерий обусловлена в основном изменением продолжительности ферментации, в то время как степень влияния растительного ингредиента составляет до 7,4 %.

В процессе ферментации СЦО ассоциациями микроорганизмов установлено, что с увеличением массовой доли цикория отмечается незначительное увеличение количества жизнеспособных клеток микроорганизмов, что обусловлено пребиотическим эффектом инулина, входящего в состав цикория.

На основании комплекса результатов экспериментальных исследований процесса ферментации СЦО установлено, что наиболее оптимальной массовой долей цикория является 4 % в составе ФСБК, обеспечивающая высокие органо-

лептические показатели и пробиотические свойства (клеточная концентрация би-фидобактерий lgKOE/см3 > 8).

Таким образом, при ферментации опытных вариантов СЦО изучаемые ассоциации микроорганизмов позволили обеспечить требуемую клеточную концентрацию молочнокислых микроорганизмов и бифидобактерий, органолептические показатели ФСБК. При этом, для дальнейших исследований выбрана ассоциация микроорганизмов (В. bifidum, В. infantis, В. longum, В. breve, В. adolescentis, L. lactis, L. cremoris, L. diacetilactis, Leuc. cremoris) в составе BMC-30. обеспечивающая более высокую клеточную концентрацию пробиотических культур.

Одним из важных факторов, определяющих качество ФСБК, наряду со вкусом и запахом, является его консистенция. На следующем этапе научных исследований осуществлялся подбор оптимального количества пектина с целью достижения желаемой структуры, консистенции ФСБК, обеспечения пребиоти-ческого эффекта, а также повышения стойкости творожного биопродукта в процессе хранения.

Количество вносимого пектина SLENDID® Тип 200 (далее пектин) варьировали от 0,1 % до 0,4 %.

Изучено влияние различной массовой доли пектина на микробиологические показатели исследуемых вариантов ФСБК. Результаты исследования влияния пектина на клеточную концентрацию молочнокислых микроорганиз-

Сравнительная оценка влияния пектина на активность пробиотической микрофлоры в ФСБК показывает, что увеличение массовой доли пектина приводит к некоторому повышению клеточной концентрации микроорганизмов, вследствие его пребиотических свойств.

Разработаны математические модели, описывающие изменение клеточной концентрации молочнокислых микроорганизмов и бифидобактерий от продолжительности ферментации и массовой доли пектина Поверхности откликов зависимости клеточной концентрации молочнокислых микроорганизмов и бифидобактерий от исследуемых факторов в процессе ферментации ассоциацией микроорганизмов (В. bifidum, В. infantis, В. longum, В. breve, В. adolescentis, L. lactis, L. cremoris, L. diacetilactis, Leuc. cremoris) в составе BMC-30 представлены на рис. 5 и рис. 6 соответственно.

мов и бифидобактерий представлены на рис. 4.

Ют--г—-----------

□ Би^идобактерии о Молочнокислые микроорганизмы

Рис. 4 - Влияние иектина на клеточную концентрацию молочнокислых микроорганизмов и бифидобактерий ФСБК

2 = 6,39 - 2,65 .* + 2,45 х1 + 0,81 х3 + + 0,11 о" + 0,01 х5 + 2,79 у - 2,28 у1

Математическая модель, описывающая изменение• клеточной концентрации молочнокислых микроорганизмов от продолжительности ферментации и массовой доли пектина, представлена следующим уравнением регрессии (3):

Рис. 5 - Изменение клеточной концентрации молочнокислых микроорганизмов от продолжительности ферментации и массовой доли пектина

где: х - продолжительность ферментации, ч;

у - массовая доля пектина, %; г - клеточная концентрация молочнокислых микроорганизмов, ^КОЕ/см3.

Математическая модель, описывающая изменение клеточной концентрации бифидобактерий от продолжительности ферментации и массовой доли пектина, представлена следующим уравнением регрессии (4):

2 = -0,82 + 9,13 * - 5,30 х2 + 1,46 х3 -- 0,18 х4 + 0,01 х5 + 1,57 у + 0,41 у1

Рис. 6 - Изменение клеточной концентрации бифидобактерий от продолжительности ферментации и массовой доли пектина

где: х - продолжительность ферментации, ч;

у - массовая доля пектина, %; ъ -клеточная концентрация бифидобактерий, ^КОЕ/см3.

Результаты органолептической оценки консистенции исследуемых вариантов ФСБК представлены в виде пиктограммы на рис. 7.

Опыт 4 (массовая доля пектина 0.4 %)

ОлытЗ (массовая доля пектина 0.3 %)

ФСБК (контроль)

Олыт1 (массовая доля пектина 0.1 %)

Опыт?, (массовая доля пектина 0,2%)

Рис.

В результате проведения органолептической оценки консистенции исследуемых опытных вариантов ФСБК можно отметить, что использование пектина в количестве 0,3 % (по сравнению с другими опытными вариантами) имеет максимальную оценку и положительно влияет на формирование консистенции ФСБК.

. 7 - Органолет ическая оценка консистенции исследуемых вариантов ФСБК с различным содержанием пектина

Реологические исследования структурно-механических свойств проводили на ротационном вискозиметре «Реотест-2». Показания регистрировали при увеличении и последующем уменьшении градиента скорости сдвига в интервале от 3,0 до 1312 с"'. Результаты проведенных исследований предельного напряжения сдвига от градиента скорости в ФСБК с различным содержанием пектина представлены на рис. 8.

-*-&№гг2(маса)ШЯ>ля псшнаОДУ«) -о-Опьп 4 (массовая доля 1!егана0,4%)

-й-Ошт I (маковая пекана 0,1 %| Опыт 3 (массовая доля поляна 03 % |

Рис. 8 - Зависимость напряжения сдвига от градиента скорости сдвига в ФСБК с различным содержанием пектина

Исследования зависимости напряжения сдвига от градиента скорости, представленные на рис. 8, демонстрируют, что с увеличением массовой доли пектина в составе ФСБК увеличивается значение предельного напряжения сдвига и, соответственно, степень структурированности исследуемых опытных вариантов, что обусловлено его высокой во-досвязывающей способностью.

Кроме того, кривые течения имеют форму петель гистерезиса, свидетельствующих о частичном восстановлении структуры ФСБК после ее разрушения.

Результаты исследований изменения эффективной вязкости от скорости сдвига в исследуемых опытных вариантах представлены на рис. 9.

При анализе экспериментальных данных, представленных на рис. 9 установлено, что количество вносимого пектина в значительной степени влияет на эффективную вязкость и степень структурированности исследуемых образцов.

Повышение эффективной вязкости наблюдается при скорости сдвига от 3,0 до 437 с"1, когда структура исследуемых образцов не разрушена. При больших нагрузках

скорости сдвига в ФСБК с различным содержанием пектина (скорости сдвига ОТ 437

до 1312 с") каркас системы

разрушается, что приводит к уменьшению эффективной вязкости.

Таким образом, на основании комплекса исследований микробиологических показателей, органолептических свойств, структурно-механических характеристик и их последующего анализа было установлено, что использование пектина с массовой долей 0,3 % оказывает ростостимулирующее влияние на клеточную концентрацию молочнокислых микроорганизмов и бифидобактерий в ФСБК (не менее 9,75 и 8,54 ^КОЕ/см3 соответственно), на консистенцию ФСБК и процесс его структурообразования. Кроме того, способность пектина связывать и удерживать свободную воду в системе повышает ее гидрофиль-ность, за счет чего структура ФСБК при последующем механическом воздействии будет сохраняться дольше и снизит тенденцию к синерезису.

На следующем этапе научных исследований при разработке и оптимизации композиционного состава творожного биопродукта учитывали, что формирование пробиотических свойств, органолептических показателей и структурно-механических характеристик осуществляется за счет использования в его составе разработанного ФСБК. В свою очередь, использование творожной основы, полученной методом ультрафильтрации, позволит корректировать состав основных нутриентов в биопродукте.

Для производства творожной основы выбрана технология концентрирования сухих веществ ферментированного молочного сгустка (м.д.ж. 0,1 %) методом ультрафильтрации, при коэффициенте концентрирования - 3. Качествен-

500 750

Сирость сдвига, с.1

-■-ФШС(шпроль) —^-Опыт! (массовая дом пепина 0,1%)

-*-0пыт2 (массовая доза пшпнаОД'/») -*-0пытЗ(массош доля пектина 0,3%) -о— 0пыт4(м«ссоеаядоля пектина 0,4%)

Рис. 9 - Зависимость эффективной вязкости от градиента

ные показатели творожной основы, полученные методом ультрафильтрации, представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Качественные показатели творожной основы

Показатель Характеристика и нормы

Внешний вид и консистенция Мягкая мажущаяся

Вкус и запах Чистый кисломолочный

Цвет Белый, равномерный по всей массе

Массовая доля белка, % 9,0

Массовая доля жира, % 0,3

Активная кислотность, ед. рН 4,65±0,10

Количество ФСБК в составе творожного биопродукта варьировали в пределах от 10 % до 40%. Микробиологические показатели опытных вариантов творожного биопродукта представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Микробиологические показатели опытных вариантов творожного биопродукта_

Варианты исследования Активная кислотность, ед. рН Клеточная концентрация

молочнокислых микроорганизмов бифидобактерий

КОЕ/см" КОЕ/см3 КОЕ/см3 КОЕ/см

Контроль 4,65±0Д0 2,6-10* 9,42 - -

Опыт 1 90:10) 4,64±0,10 4,0-10ч 9,60 1,4-10' 7,15

Опыт 2 (80:20) J 4,60±0,10 6,1-10* 9,78 3,6-10' 7,56

Опыт 3(70:30) 4,58±0,10 8,4-10" 9,92 7,2-10' 7,86

Опыт 4 (60:40) "4,55±0,10 1,0-101и 10,00 1,6-10" 8,20

Анализируя результаты исследований, представленные в таблице 2, можно заключить, что с увеличением количества ФСБК происходит незначительное снижение активной кислотности и отмечена тенденция повышения клеточной концентрации молочнокислых микроорганизмов и бифидобактерий.

Результаты органолептической оценки творожного биопродукта позволили сделать вывод, что с увеличением количества вносимого ФСБК в опытных вариантах биопродукта по сравнению с контролем наблюдается усиление вкуса и аромата растительного ингредиента - цикория, входящего в состав биокорректора, происходит интенсификация цвета, но в опыте 4 при добавлении к творожной основе ФСБК в количестве 40 % отмечено появление легкого привкуса горечи.

При изучении влияния различного количества ФСБК на структурно-механические характеристики опытных вариантов творожного биопродукта показания ротационного вискозиметра «Реотест-2» регистрировали при увеличении и последующем уменьшении градиента скорости сдвига в интервале от 0,33 до 185,8 с"1.

-Копр» -4-0«ит|(М:10) -»-0»и2(Шв) -»-0пп1(70л)) -О-0пп4(«1:4»)

Рис. 10 - Зависимость напряжения сдвига от градиента скорости сдвига в творожном биопродукте с различным содержанием ФСБК

Результаты проведенных исследований предельного напряжения сдвига от градиента скорости в опытных вариантах биопродукта представлены на рис. 10.

Представленные на рис. 10 зависимости напряжения сдвига от градиента скорости, позволяют заключить, что кривые течения имеют форму петель гистерезиса, свидетельствующих о наличии тиксот-пропных связей творожного биопродукта.

Результаты исследования изменения эффективной вязкости от количества ФСБК в творожном биопродукте представлены на рис. 11.

Анализ экспериментальных данных, представленных на рис. 11 показывает, что с увеличением массовой доли ФСБК в составе творожного биопродукта уменьшается значение эффективной вязкости исследуемых образцов и, соответственно, степень их структурированности.

Таким образом, можно сделать вывод о

Рис. 11 - Зависимость эффективной вязкости от том, что творожный

градиента скорости в творожном биопродукте с биопродую- имеет тик-

различным содержанием ФСБК сотропную структуру

коагуляционного типа, в котором наличие жидкостных прослоек между частицами обуславливает меньшую прочность структуры, придавая ей пластичность.

Результаты экспериментальных исследований позволили установить, что наиболее оптимальным количественным соотношением творожной основы и ФСБК является (70:30) %, позволяющее получить творожный биопродукт с высокими органолептическими показателями, структурно-механическими характери-

Скорооъсдвип, в-1

-Кмприь —й—Опыт 1 (90:10) -»-Они 2(80:20) -Х-Ошг 1 (70Д0) -о-Олыт4 (60:40)

стоками и пробиотическими свойствами (клеточная концентрация бифидобакте-рий 7,86 ^ КОЕ/см3).

На данном этапе научных исследований был осуществлен подбор оптимального количества наполнителя «Злаки» в составе творожного биопродукга. На основании анализа комплекса экспериментальных данных рекомендовано использование данного наполнителя в количестве 10 % от массы компонентов рецептуры творожного биопродукта.

Изучение качественных характеристик творожного биопродукга осуществлялось с целью определения гарантированного срока хранения при установленных температурно-временных условиях. Определение срока хранения нового биопродукта проводилось на основании МУК 4.2.1847-04 при стандартном режиме хранения (4±2) °С.

На основании фактических результатов исследований органолептических, химических, микробиологических показателей и показателей безопасности творожного биопродукта с учетом коэффициента запаса (1,3) установлен срок хранения -14 суток при температурном режиме (4+2) °С.

Определены пищевая, биологическая и энергетическая ценность ФСБК и творожного биопродукта. Результаты исследования аминокислотного скора в сравнении со шкалой ФАО/ВОЗ разработанного ФСБК и творожного биопродукта и представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Аминокислотный скор ФСБК и творожного биопродукта

Аминокислоты Шкала ФАО/ВОЗ ФСБК Творожный биопродукт

А С А С А С

Валин 50,0 100 84,72 169,44 95,42 190,84

Изолейцин 40,0 100 65,45 163,633 75,63 189,06

Лейцин 70,0 100 105,45 150,64 138,60 198,00

Лизин 55,0 100 81,09 147,43 108,44 197,16

Метионин+цистин 35,0 100 34,50 98,57 46,61 133,17

Треонин 40,0 100 44,36 110,90 69,14 172,85

Триптофан 10,0 100 14,54 145,40 22,59 225,90

Фенилаланин+тирозин 60,0 100 104,72 174,53 173,56 289,27

А - аминокислота в 1 г белка продукта, мг

С - скор по отношению к шкале ФАО/ВОЗ, %

Анализ представленных в таблице 3 результатов исследования значения аминокислотного скора позволяет заключить, что разработанный ФСБК содержит лимитирующую аминокислоту (метионин+цистин - 98,57). Следует отметить, что подобранное оптимальное количество творожной основы и ФСБК в составе биопродукта позволило оптимизировать состав незаменимых аминокислот в результате чего разработанный творожный биопродукт сбалансирован как по количественному, так и по качественному составу аминокислот, не содержит лимитирующих аминокислот, и, следовательно, является биологически полноценным.

Глава 4. Практическая реализация результатов исследований. Проведенные экспериментальные исследования позволили обосновать последова-

тельность и параметры технологических операций производства творожного ¡биопродукта, технологическая схема которого представлена на рис. 12.

Приемка молока

Охлаждение и промежуточное хранение

Не более б час нри Н4±2) "С

Подогрев и сепарирование 1=(43±2) "С

Бастофугирование обезжиренного молока

1=(39±1)°С

Нормализация молока по содержанию жира и белка

Промежуточное хранение

Не более 12 час при 1={4±2) "С

11-604 «Хр. Хансен»

Термическая обработка

подогрев Р=(63±2) "С, деаэрация не менее 50 кПа пастеризация ^=(96±1) "С, выдержка 5 мин охлаждение 1=(38±2) "С

Заквашивание и фермеитирование

1=(25±2) °С до рН 4,6 - 4,7

Перемешивание и охлаждение Т= 5 —10 мин, 1=Ч[5±1) "С

Ультрафнльтрация творожного сгустка (колье)

Подогрев, выдержка И(60±1) °С, 3 мин Охлаждение Г=(50±1) °С, Ультрафильтрация Н42±2) "С

Концентрат (творожная основа)

Охлаждение до 1=(12±2) "С

Фильтрат (Пермеат) * -

Охлаждение и промежуточное хранение

доН8±2)°С

Внесение ФСБК и наполнителя «Злаки»

Последующая переработка

Фасование, маркирование

* ::'■.:У..::

Доохлаждение Т = 3-4 час, £=(4±2)°С У

Хранение не более 14 суг, 1=(4±2) "С

Рис. 12 - Схема технологического процесса производства творожного биопродукта Эффективное управление качеством творожного биопродукга, основанное на принципах ХАССП является актуальным направлением и позволяет обеспечить высокое качество и безопасность его производства.

На основании доступной информации по всему жизненному циклу творожного биопродукта проведен анализ опасных факторов и выделены, как рациональные для управления и эффективного контроля, пять объединенных ККТ, оказывающие значительное влияние на качество и безопасность творожного биопродукга. Результаты определения критических контрольных точек при производстве творожного биопродукта представлены в таблице 4.

Таблица 4 - Критические контрольные точки при производстве

творожного биопродукта

ККТ (этап технологического процесса) Учитываемые факторы

ККТ 1 (приемка молока) Биологические: БГКП, КМАФАнМ, сальмонеллы, возбудители туберкулеза, возбудители бруцеллеза, соматические клетки; Химические: токсичные элементы, микоток-сины, антибиотики, пестициды, ингибирующие вещества радионуклиды

ККТ 2 (приемка немолочных компонентов) Биологические: дрожжи, плесени, КМАФАнМ, сальмонеллы, патогенные стафилококки, БГКП, ГММ; Химические: токсичные элементы, микотоксины, антибиотики, пестициды, радионуклиды, ГМО

ККТ 3 (охлаждение и промежуточное хранение) Биологические: БКГП, КМАФАнМ, листерия, сальмонеллы, патогенные стафилококки

ККТ 4 (пастеризация) Биологические: БКГП, КМАФАнМ, листерия, сальмонеллы, патогенные стафилококки, дрожжи, плесени

ККТ 5 (фасование) Биологические: БКГП, КМАФАнМ, дрожжи, плесени

Творожный биопродукт выпускается в следующем ассортименте: творожный биопродукт и творожный биопродукт с наполнителем «Злаки».

На творожный биопродукт разработана нормативная документация и утверждена в установленном порядке (СТО 49527279-005-2011). Производственная апробация технологии творожного биопродукта проведена на действующем молочном предприятии «Манрос-М» филиал «ОАО «Вимм-Билль-Данн».

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ И ВЫВОДЫ

1. Экспериментально обоснован оптимальный состав сливочно-цикориевой основы для производства ферментированного сливочного биокорректора (%) -сливки с массовой долей жира 10 % не менее 96 % и цикорий в количестве не более 4 %;

2. Изучен процесс ферментации сливочно-цикориевой основы ассоциациями микроорганизмов (В. longutn, L. Lactis, L. cremoris, L. diacetilactis, S. thermophilus) в составе бактериальной закваски ALBA BIO S-09 и (В. bifidum, В. infantis, В. longum, В. breve, В. adolescentis, L. lactis, L. cremoris, L. diacetilactis, Leuc. cremoris) в составе бактериального концентрата ВМС-30. Разработаны математические модели, описывающие влияние цикория и продолжительности ферментации на изменение клеточной концентрации бифидо-бактерий. На основании дисперсионного анализа определено, что степень влияния цикория составляет (6,8 - 7,4) %, продолжительности ферментации (92,5 - 93,1) %. Установлено, что наиболее эффективной является ассоциация микроорганизмов в составе бактериального концентрата ВМС-30, обеспечивающая более высокую клеточную концентрацию молочнокислых микроорганизмов и бифидобактерий в ФСБК (не менее 9,25 и 8,20 lgKOE/см3 соответственно);

3. Исследовано влияние пектина SLENDID® Тип 200 на процесс ферментации СЦО ассоциацией микроорганизмов в составе бактериального концентрата ВМС-30. Разработаны математические модели, описывающие изменение клеточной концентрации молочнокислых микроорганизмов и бифидобактерий от продолжительности ферментации и массовой доли пектина. Установлено рос-тостимулирующее влияние пектина на клеточную концентрацию молочнокислых микроорганизмов и бифидобактерий в составе ФСБК (не менее 9,75 и 8,54 lgKOE/см3 соответственно);

4. Изучен процесс структурообразования ФСБК и установлено, что с увеличением массовой доли пектина повышаются структурно-механические характеристики ФСБК, при этом зависимость напряжения сдвига от градиента скорости имеет форму петель гистерезиса, свидетельствующих о частичном восстановлении структуры ФСБК после разрушения. Определено оптимальное количество пектина SLENDID® Тип 200 (0,3 %), положительное влияющее на консистенцию ФСБК;

5. Оптимизирован состав и разработана рецептура творожного биопродукта. Установлено рациональное количество ФСБК в составе творожного биопродукта (30 % от массы основных компонентов рецептуры), что позволяет получить биопродукт с высокими органолептическими показателями, структурно-механическими характеристиками и пробиотическими свойствами (клеточная концентрация бифидобактерий не менее 7,86 lg КОЕ/см3);

6. Определена хранимоспособность творожного биопродукга, установлен его гарантированный срок хранения 14 суток при температурном режиме (4±2) °С, определена пищевая и биологическая ценность;

7. Разработана технология производства творожного биопродукга с использованием принципов ХАССП и нормативная документация (СТО 49527279-004-2011 Биокорректор ферментированный сливочный), (СТО 49527279-005-2011 Биопродукт творожный). Проведена оценка экономической эффективности разработанной технологии и ее промышленная апробация на молочном предприятии «Манрос-М» филиал «ОАО «Вимм-Билль-Данн».

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Пасько, О.В. Разработка технологии творожного биопродукта / О.В. Пасько, ILA. Смирнова // Пищевая промышленность. - 2012. - № 1. -С. 42-43.

2. Смирнова, H.A. Ферментированный сливочный биокорректор / H.A. Смирнова//Молочная промышленность.-2012.-№ 1.-С.69 - 70.

3. Смирнова, H.A. Влияние пектина на свойства ферментированного сливочного биокорректора / H.A. Смирнова // Молочная промышленность. - 2012. -№2.-С. 67-68.

4. Смирнова, H.A. Перспективы использования творожных биопродуктов в питании детей школьного возраста / H.A. Смирнова, О.В. Пасько // Инновации молодых ученых аграрных вузов - агропромышленному комплексу сибирского региона: материалы IX региональной науч.-практ. конф. молодых ученых вузов Сибирского федерального округа. - Омск, 2011. - С. 233 - 236.

5. Пасько, О .В. Пробиотические DVS - культуры в производстве творожных биопродуктов / О.В. Пасько, H.A. Смирнова // Актуальные проблемы техники и технологии переработки молока: сб. науч. тр. с междунар. участием. -Барнаул, 2011.-Вып. 8.-С. 203 - 206.

6. Смирнова, H.A. Современное состояние и перспектвы производства творожных биопродуктов / H.A. Смирнова // Инновационные технологии в пищевой промышленности: материалы П Всеросс. науч.-практ. конф. с междунар. участием. - Самара, 2011. - С. 6 - 8.

7. Смирнова, H.A. Перспективы использования пектина при производстве ферментированного сливочного биокорректора / H.A. Смирнова, О.Н. Бакланова // Современная наука: теория и практика: материалы П междунар. науч.-пракг. конф. - Ставрополь, 2011. - С. 156 - 160.

8. Смирнова, H.A. Инулинсодержшцее сырье в производстве кисломолочных продуктов / H.A. Смирнова // Исследования и достижения в области теоретической и прикладной химии. Экология. Продукты питания: сб. статей и докладов V Всеросс. науч.-практ. конф. / под ред. МЛ. Щетинина, Л.Е. Мелёшкиной. - Барнаул: Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова, 2011. - С. 111 -115.

9. Смирнова, H.A. Пробиотики в технологии творожного биопродукта / RA. Смирнова // Исследования и достижения в области теоретической и прикладной химии. Экология. Продукты питания: сб. статей и докладов V Всеросс. науч.-практ. конф. / под ред. MIL Щетинина, JLE. Мелёшкиной. - Барнаул: Алтайский государственный технический университет им. И.И. Ползунова, 2011. —С. 115-118.

10. Смирнова, H.A. Творожный биопродукт с пробиотическими свойствами / H.A. Смирнова // Инновационные технологии переработки продовольственного сырья: материалы междунар. науч.-техн. конф. - Владивосток, 2011. -С. 208.

Подписано в печать 07.02.12. Формат 60x84 1/16. Гарнитура «Тайме». Печать на ризографе. Усл. печ. л. 1,16. Тираж 100 экз.

Отпечатано в типографии ИП Макшеевой Е.А. 644034, Омск, ул. Долгирева, 126, тел. 351-445

61 12-5/1885

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖИШЬ иБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ

ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «ОМСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АГРАРНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ П.А. СТОЛЫПИНА»

СМИРНОВА НАТАЛИЯ АНАТОЛЬЕВНА

ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ТВОРОЖНОГО БИОПРОДУКТА

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

на соискание ученой степени кандидата технических наук

На пюавах рукописи

ДИССЕРТАЦИЯ

Научный руководитель:

доктор технических наук, доцент О.В. Пасько

Омск 2012

СОДЕРЖАНИЕ

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

ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ ПО ВОПРОСУ ПРОИЗВОДСТВА ТВОРОЖНЫХ БИОПРОДУКТОВ, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ ССЛЕДОВАНИЙ...................................................... 7

1.1 Характеристика пищевого статуса населения Российской Федерации................................................................... 7

1.2 Использование микроорганизмов - пробиотиков в технологиях производства молочных продуктов................... 11

1.3 Научные и практические аспекты использования инулинсодержащего сырья в производстве кисломолочных продуктов.................................................................... 29

1.4 Современные тенденции разработки технологий творожных продуктов.................................................................... 34

1.5 Заключение по главе 1. Цель и задачи исследований............... 42

ГЛАВА 2 МЕТОДОЛОГИЯ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ....... 44

2.1 Постановка экспериментальных исследований..................... 44

2.2 Объекты и методы исследований....................................... 47

2.2.1 Методы исследования органолептических и физико-химических показателей........................................ 48

2.2.2 Биохимические методы.......................................... 49

2.2.3 Микробиологические методы................................... 51

2.2.4 Реологические методы............................................ 52

2.2.5 Методы математического анализа............................ 53

ГЛАВА 3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ........... 54

3.1 Разработка сливочно-цикориевой основы для производства ферментированного сливочного биокорректора..................... 55

3.2 Изучение процесса ферментации сливочно-цикориевой основы ассоциациями микроорганизмов.............................. 61

3.3 Исследование процесса структурообразования ферментированного сливочного биокорректора........................................74

3.4 Разработка творожной основы биопродукта..........................86

3.5 Оптимизация состава и рецептуры творожного биопродукта.... 88

3.6 Формирование вкусовой композиции творожного биопродукта.. 95

3.7 Изучение хранимоспособности творожного биопродукта................98

3.8 Определение пищевой ценности ферментированного сливочного биокорректора и творожного биопродукта........................103

ГЛАВА 4 ПРАКТИЧЕСКАЯ РЕАЛИЗАЦИЯ РЕЗУЛЬТАТОВ

ИССЛЕДОВАНИЙ..................................................................................................................................107

4.1 Разработка технологии и нормативной документации для производства ферментированного сливочного биокорректора... 107

4.2 Разработка технологии и нормативной документации для производства творожного биопродукта..............................................................109

4.3 Применение принципов ХАССП при разработке технологии производства творожного биопродукта..............................................................114

4.4 Определение экономических показателей производства творожного биопродукта..................................................................................................119

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ................................................................122

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ..........................................124

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

ВВЕДЕНИЕ

В последние годы структура питания населения Российской Федерации характеризуется продолжающимся снижением потребления наиболее ценных в биологическом отношении пищевых продуктов. По мнению отечественных ученых, одна из проблем нарушения пищевого статуса населения связана с дефицитом в рационе питания биологически активных компонентов, в том числе белков животного происхождения, достигающим от 15 % до 20 % от рекомендуемых рациональных норм потребления.

Кроме того, неблагоприятная экологическая обстановка, широкое применение антибиотиков и химических препаратов, стрессы и другие факторы приводят к нарушениям состава нормальной микрофлоры кишечника, процессов пищеварения и обмена веществ, что снижает иммунную активность организма человека и способствует росту заболеваемости [53, 70, 117].

В связи с этим разработка новых творожных биопродуктов, обладающих коррегирующим действием, содержащих в своем составе про- и пребиотики, направленных на укрепление защитных функций организма человека и снижающих риск воздействия вредных факторов, является одним из приоритетных направлений отраженных в распоряжении правительства РФ «Основы государственной политики Российской Федерации в области здорового питания населения на период до 2020 года» [99].

В наибольшей степени таким требованиям отвечают творожные биопродукты на основе совместного использования сырья животного и растительного происхождения. Творог и творожные продукты считаются незаменимыми продуктами питания для всех возрастных групп населения, благодаря значительному содержанию в них полноценных белков, минеральных веществ - кальция, фосфора, магния, железа, серосодержащих соединений - метионина, лизина, холина и других веществ, которые обуславливают его высокую пищевую и биологическую ценность.

Современные технологии производства творога и творожных продуктов основаны на использовании различных видов сырья, в том числе и нетрадиционного, новых методов его обработки, применении высокотехнологичного оборудования, что привлекает к себе пристальное внимание исследователей и практиков.

Таким образом, разработка технологии нового творожного биопродукта, коррегирующие свойства которого обеспечиваются за счет совместного использования ассоциаций пробиотических культур и пребиотических ингредиентов является актуальным направлением научных исследований.

Автор диссертационной работы в своих исследованиях основывался на научных трудах таких известных учёных, как А.А Покровского,

A.Г. Храмцова, H.H. Липатова (ст.), H.H. Липатова (мл.), В.Д. Харитонова, И. А. Рогова, Н.И. Дунченко, В.И. Ганиной, H.A. Тихомировой,

B.Ф. Семенихиной, Н.С. Королевой, П.Ф. Крашенинина, В.Б. Спиричева, В.А. Тутельяна, Л.А. Остроумова, А.Ю. Просекова, И.А. Смирновой, Л.М. Захаровой, Н.Б. Гавриловой, И.А. Евдокимова, С.А. Рябцевой, И.С. Хамагаевой, A.A. Майорова, М.П. Щетинина, Л.Н. Шатнюк и других.

На основе проведенного аналитического обзора литературных источников, сформулирована цель диссертационной работы, которая заключается в исследовании и разработке технологии творожного биопродукта.

Научная новизна работы. Научно обосновано использование в составе творожного биопродукта ферментированного сливочного биокорректора, обеспечивающего его коррегирующие свойства. Экспериментально обоснован оптимальный состав сливочно-цикориевой основы (далее СЦО) для производства ферментированного сливочного биокорректора (далее ФСБК) и творожного биопродукта с его использованием.

Изучен процесс ферментации СЦО ассоциациями микроорганизмов, разработаны математические модели, описывающие влияние цикория и продолжительности ферментации на изменение клеточной концентрации

бифидобактерий. На основании дисперсионного анализа определена степень влияния изучаемых факторов и установлена наиболее эффективная ассоциация микроорганизмов для ФСБК.

Исследован процесс структурообразования ФСБК, установлено оптимальное количество пектина, формирующее его консистенцию. Разработаны математические модели, описывающие изменение клеточной концентрации молочнокислых микроорганизмов и бифидобактерий от продолжительности ферментации и массовой доли пектина, оказывающего пребиотический эффект.

Оптимизирован состав творожного биопродукта, изучена хранимоспособность и установлен его гарантированный срок хранения.

Практическая ценность работы. На основании результатов проведенных исследований разработаны технологии ферментированного сливочного биокорректора и творожного биопродукта с использованием принципов ХАССП, утверждены нормативные документы для их производства (СТО 49527279-004-2011 и СТО 49527279-005-2011).

Проведена промышленная апробация разработанных технологий в условиях молочного предприятия «Манрос-М» филиал ОАО «Вимм-Билль-Данн», и подтверждена возможность их практической реализации для массового производства.

Новизна технического решения, составляющего основу технологии нового творожного биопродукта, отражена заявке на изобретение № 2011127855 «Композиция для получения пастообразного творожного продукта» (приоритет от 06.07.2011 г).

ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРНЫХ ИСТОЧНИКОВ ИО ВОПРОСУ ПРОИЗВОДСТВА ТВОРОЖНЫХ БИОПРОДУКТОВ, ЦЕЛЬ И ЗАДАЧИ

ИССЛЕДОВАНИЙ

1.1 Характеристика пищевого статуса населения Российской Федерации

В условиях экономической нестабильности структура питания претерпевает существенные изменения в сторону дисбаланса основных компонентов рациона. По мнению большинства зарубежных и отечественных исследователей, ошибки в структуре питания стали одной из причин развития многих тяжелых заболеваний [102, 116].

Эпидемиологические исследования, проводимые в последние десятилетия экономически развитыми странами мира и Россией в области оценки состояния питания, энергозатрат и здоровья населения, свидетельствуют о существенном изменении структуры питания современного человека. Научно-техническая революция XX столетия привела к повсеместной автоматизации, компьютеризации производства, широкому внедрению разнообразной техники в быт населения и социальную сферу его жизни. Энергозатраты людей существенно снизились и в настоящее время составляют в среднем около 2000 - 2300 ккал/сут. Следствием этого явилось снижение объема и изменение ассортимента потребляемой человеком пищи. В результате в неблагоприятную сторону изменилась реальная обеспеченность человека эссенциальными пищевыми, веществами, в первую очередь, микронутриентами и биологически активными компонентами пищи [71, 115].

За последние 10 - 15 лет структура питания населения России не соответствует рекомендуемым нормам и изменяется преимущественно в сторону уменьшения потребления животных продуктов. Эти изменения сопровождаются снижением средних уровней потребления белка - на 18

г/сут. и жира - на 42 г/сут., а также уменьшением калорийности фактического питания на 660 ккал/сут. В целом, потребление жира уменьшилось, однако у трети населения избыточность его потребления сохраняется, причем соотношение в рационе животных и растительных жиров не сбалансировано. Отмечается высокий уровень потребления в составе рационов питания насыщенных жирных кислот и холестерина и недостаток ненасыщенных, особенно эссенциальных. У 55 % взрослых людей старше 30 лет наблюдается избыточная масса тела и ожирение [121].

Одновременно снизилось потребление овощей и фруктов - важных источников эссенциальных микронутриентов, биологически активных веществ и пищевых волокон.

Ведущие специалисты оценивают ситуацию, сложившуюся в питании населения России, как кризисную в отношении обеспеченности микронутриентами [36, 115].

На рис. 1.1.1 представлены наиболее распространенные нарушения питания среди различных групп населения России, установленные в результате оценки пищевого статуса [35].

Таким образом, анализ фактического питания и оценка пищевого статуса населения в различных регионах Российской Федерации свидетельствуют о том, что основные нарушения пищевого статуса различных групп россиян, выявленные в ходе эпидемиологических исследований Института питания РАМН, таковы:

- население в целом потребляет избыточное количество животных жиров, при этом испытывая дефицит полиненасыщенных жирных кислот (омега-3 и омега-6);

- содержание в рационах питания полноценных (животных) белков не соответствует нормам потребления;

- соотношение потребляемых углеводов имеет выраженный перевес в сторону потребления простых быстро усвояемых Сахаров перед медленно усвояемыми;

Рис. 1.1.1 - Причины и последствия нарушений структуры питания

- содержание в рационах растворимых и нерастворимых пищевых волокон, в среднем на 30 % ниже рекомендуемых норм потребления (пектин, камеди, слизи, целлюлоза и др.);

- содержание в рационах большинства витаминов и макро- и микроэлементов, в среднем, на (15 - 55) % ниже расчетных величин потребности в них (витамины группы В, Е и др., широкий спектр витаминоподобных веществ природного происхождения (Ь-карнитин, убихинон, холин, метилметионинульфоний, липоевая кислота и др.), макроэлементы (кальций и др.);

- большая часть населения во всех регионах страны в течение всего года находится в состоянии постоянного витаминного дефицита;

- недостаточное потребление кальция, железа, йода, фтора, селена, цинка [8, 53,58, 70, 113, 130].

Нарушение пищевого статуса является серьезным фактором риска возникновения и развития многих заболеваний (рис. 1.1.2) [45].

а Болезни эндокринной системы, расстройства питания, обмена веществ

■ Болезни нервной системы

□ Болезни глаз

□ Болезни системы кровообращения

■ Болезни органов дыхания

■ Болезни органов пищеварения

■ Болезни костно-мышечной системы

В Болезни мочеполовой системы

■ Другие болезни

Рис. 1.1.2- Структура общей заболеваемости взрослого населения

Российской Федерации

Необходимо отметить, что в последние годы наблюдается рост сердечно-сосудистых и онкологических заболеваний, сахарного диабета 2 типа. При недостаточном или неполноценном питании происходит снижение иммунореактивности и устойчивости к воздействию естественных и техногенных факторов окружающей среды.

Как следствие всего перечисленного, нарушение пищевого статуса вносит ощутимый вклад в такую негативную тенденцию, как низкая продолжительность жизни и высокий уровень смертности россиян [36].

Несбалансированность рационов по пищевой и энергетической ценности служит основанием для их пересмотра и разработки с использованием научно-обоснованных физиологических норм потребностей в пищевых веществах й энергии [108].

С целью обеспечения населения оптимальным и здоровым питанием Правительство РФ утвердило 25 октября 2010 г. «Основы государственной политики Российской Федерации в области здорового питания на период до 2020 года». Одной из основных задач, определенных этим документом, является развитие производства пищевых продуктов, обогащенных незаменимыми компонентами, специализированных продуктов детского питания, продуктов функционального назначения, диетических пищевых продуктов и биологически активных добавок к пище, в том числе для питания в организованных коллективах [99].

В Российской Федерации государственная политика в области здорового питания представляет собой комплекс мероприятий, направленных на создание условий, обеспечивающих удовлетворение потребностей различных групп населения в оптимальном, здоровом питании с учетом их традиций, привычек и экономического положения, в соответствии с требованиями медицинской науки [71, 130].

Таким образом, с целью повышения пищевого статуса населения наиболее целесообразным является производство и обогащение общедоступных продуктов массового потребления, в том числе и на творожной основе, недостающими витаминами, минеральными веществами, пищевыми волокнами, пробиотическими микроорганизмами и другими функциональными ингредиентами, обладающие способностью оказывать позитивное воздействие на организм человека при систематическом употреблении их в составе продукта и обеспечивать потребность в основных пищевых веществах и энергии.

1.2 Использование микроорганизмов - пробиотиков в технологиях производства молочных продуктов

Одной из задач, стоящих в настоящее время перед молочной промышленностью, является расширение ассортимента продуктов

направленного действия с одновременным повышением их качества. Большое внимание уделяется продуктам, обогащенным витаминами, белковыми и другими компонентами повышенной биологической и пищевой ценности. Важное значение в решении этого вопроса придается молочным продуктам, в частности, кисломолочным, которые, являясь одним из основных составных элементов пищевого рациона человека, служат важным фактором профилактики и лечения различных желудочно-кишечных заболеваний.

Стабильность микробных ассоциаций в кишечнике имеет чрезвычайно важное значение для жизнедеятельности человека и является одним из показателей его здоровья [13, 54, 118, 159, 161, 167]. Это обусловлено тем, что нормальная микрофлора является обязательным и полноправным участником многих физиологических процессов, протекающих в организме. В частности, она участвует в процессах пищеварения, дифференцировки клеток эпителия же�