автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.15, диссертация на тему:Обоснование и разработка биотехнологии пищевой продукции из полисахаридов дальневосточных бурых водорослей и её товароведная характеристика

На правах рукописи

Семилетова Елена Викторовна

ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА БИОТЕХНОЛОГИИ ПИЩЕВОЙ ПРОДУКЦИИ ИЗ ПОЛИСАХАРИДОВ ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫХ БУРЫХ ВОДОРОСЛЕЙ И ЕЁ ТОВАРОВЕДНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Специальности: 05.18.15 - Технология и товароведение пищевых продуктов и функционального и специализированного назначения и общественного питания

05.18.07- Биотехнология пищевых продуктов и биологических активных веществ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

12 ДЕК 2013

Владивосток - 2013

005543554

005543554

Работа выполнена на кафедре биотехнологии продуктов из животного сырья и функционального питания Федерального государственного автономного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Дальневосточный федеральный университет»

Научные руководители: заслуженный работник высшей школы РФ,

доктор биологических наук, профессор Каленик Татьяна Кузьминична

кандидат технических наук, доцент Елисеева Татьяна Ивановна

Официальные оппоненты: Позняковский Валерий Михайлович, заслуженный

деятель науки РФ, доктор биологических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности», профессор кафедры «Товароведение и управление качеством»

Бойцова Татьяна Марьяновна, доктор технических наук, профессор, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Владивостокский государственный университет экономики и сервиса», руководитель лаборатории мониторинга и экспертизы

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Камчатский государственный технический университет»

Защита состоится 24 декабря 2013 года в 13.30 часов на заседании диссертационного совета Д 212.056.16 при Дальневосточном федеральном университете по адресу: 690922, г. Владивосток, о. Русский, б. Аякс-10, корп. 24 (В), 10 этаж, зал заседаний диссертационных советов.

С диссертацией можно ознакомиться в Научной библиотеке Дальневосточного федерального университета по адресу: 690090, г. Владивосток, ул. Алеутская, 65-6.

Автореферат разослан 22 ноября 2013 года.

Ученый секретарь диссертационного совета, кандидат технических наук, доцент

Л.О. Коршенко

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы Биологические ресурсы морского происхождения, в том числе и водоросли, издавна используются человеком в пищу. На Дальнем Востоке в морской среде эти растения распространены повсеместно. Они имеют огромное значение в хозяйственной деятельности региона, однако имеющиеся возможности практического использования водорослей еще не исчерпаны (Кизеветтер, 1981; Суховеева, 2006; Скрипцова, 2008; Крупнова, 2012).

В настоящее время в пищевой промышленности по-прежнему весьма актуален поиск новых высокоэффективных, технологических добавок из сырьевых источников морского происхождения. Наибольшее признание в качестве таких веществ получили соединения полисахаридной природы.

Так, известно, что некоторые полисахариды со свойствами растворимых пищевых волокон используются в технологиях в качестве добавок с технологическими функциями загустителей, стабилизаторов и гелеобразовате-лей. К ним относят, в частности, агар, каррагинаны и альгинаты (Хотимченко и соавт., 2001, 2005; Аминина и соавт., 2005; Кадникова, 2009, 2010; Phillips et al., 2006; Draget et al., 2011).

В качестве базового сырья для производства альгинатов в России используются, в основном, водоросли семейства ламинариевых и фукусовых, которые повсеместно встречаются в морях, омывающих российское побережье. Однако в последнее время обнаружено, что у дальневосточных берегов произрастают два малоизученных представителя бурых водорослей: ундария перистонадрезная (Undaria pinnatifida) и костария ребристая^Со-у/ап'а costata), в тоже время являющиеся богатым и легко возобновляемым сырьевым источником интересных по структуре и биологической активности полисахаридов (Кулепанов, 2005; Потишук и соавт., 2007; Сафина и соавт. 2007; Каленик и соавт., 2011). Исследования химического состава данных водорослей, возможностей их практического использования изучены рядом авторов, такими

как Подкорытовой, Усовым, Звягинцевой, Шевченко, Беседновой, Имбс и многими другими.

Вместе с тем биопотенциал бурых водорослей ундарии и костарии глубоко не исследован, не определена роль полисахаридного состава в образовании пищевых гелевых систем. В этой связи разработка новых технологий желейной и кондитерской продукции на основе загустителей морского происхождения является актуальной для пищевой отрасли экономики РФ.

Целью диссертационного исследования является обоснование использования малоизученного пищевого сырья - бурых водорослей ундарии и костарии в технологии желейной и кондитерской продукции и её товароведная оценка.

В соответствии с поставленной целью были реализованы следующие задачи:

- разработка биотехнологических приемов получения полисахаридов бурых водорослей ундарии и костарии;

- исследование особенностей полисахаридного состава бурых водорослей ундарии и костарии;

- исследование структурных характеристик альгинатов бурых водорослей ундарии и костарии методом "С-ЯМР для их использования в гелеоб-разующих системах;

- исследование реологических характеристик гелевых систем на основе полисахаридов бурых водорослей ундарии и костарии;

- разработка рецептур и технологий желейной и кондитерской продукции с использованием полисахаридов бурых водорослей ундарии и костарии;

- проведение товароведной оценки качества и безопасности пищевых продуктов из ундарии и костарии;

- разработка и утверждение технической документации на желейную и кондитерскую продукцию на основе полисахаридов бурых водорослей ундарии и костарии.

Научная новизна работы заключается в том, что с помощью современных высокотехнологичных методов исследования получены новые знания о биохимических особенностях и структурно-функциональных характеристиках полисахаридного состава бурых водорослей ундарии и костарии. Установлено, что альгинаты бурой водоросли костарии ребристой, богатые гулу-роновой кислотой, образуют прочные гели, что расширяет ассортимент пищевых добавок морского происхождения для гелеобразования пищевых систем. Выявлены закономерности влияния отдельных компонентов гелевых систем на изменение физико-химических и органолептических показателей качества готовой желейной и кондитерской продукции.

На основании комплексных исследований полисахаридов бурых водорослей ундарии и костарии научно обоснована технология производства пищевой продукции, базирующаяся на биохимических, технохимических особенностях сырья, обеспечивающая высокий уровень качества и безопасности готовой продукции. Новизна, положенная в основу технологических решений, подтверждена патентом РФ № 2461227 от 20.09. 2012 г «Композиция для приготовления желейной заливки»

Практическая значимость Разработаны способы получения пищевой продукции из полисахаридов бурых водорослей ундарии и костарии, позволяющие получить продукцию с высокими органолептическими показателями качества.

Разработана и утверждена нормативная документация на новую желейную продукцию: СТО 9120-02067942-030-2013 Продукты желейные «Желейная заливка»; СТО 922287-02067942-032-2013 Молочное желе «Фрутомилк».

Результаты научных и экспериментальных исследований использованы в учебном процессе на кафедре биотехнологии продуктов из животного сырья и функционального питания Школы биомедицины Дальневосточного федерального университета в учебно-методических комплексах дисциплин «Пищевые и биологические активные добавки», «Биотехнология рыбо- и море-

продуктов», «Основные принципы переработки сырья» по направлению 240700.62 «Биотехнология».

Новый пищевой продукт «Композиция для приготовления желейной заливки» удостоен диплома Международной ярмарки инноваций, эко-идей, продуктов и технологий в сельском хозяйстве и пищевой промышленности Agra ARCA-2012 (Слатина, Хорватия, 2012) и золотой медали VI Международной биотехнологической выставки-ярмарки «Росбиотех 2012» (Москва, 2012).

Основные положения, выносимые на защиту:

- биотехнология переработки бурых водорослей ундарии и костарии и получение полисахаридов для технологических целей;

- реологические исследования пищевых гелевых систем на основе альгинатов бурых водорослей ундарии и костарии;

- технология желейной и кондитерской продукции на основе полисахаридов бурых водорослей ундарии и костарии;

- товароведная оценка качества и безопасности разработанной продукции из ундарии и костарии.

Апробация работы Основные положения работы и результаты исследований докладывались на: III Международной научно-технической конференции молодых ученых «Актуальные проблемы технологии живых систем» (Владивосток, 2009); Международной конференции «Новые технологии переработки сельскохозяйственного сырья в производстве продуктов общественного питания» (Владивосток, 2010); VI Московском международном конгрессе «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (Москва, 2011); VI и VII Всероссийских научно-практических конференциях «Качество продукции, технологий и образования» (Магнитогорск, 2011, 2012); IV Научно-практической конференции «Пищевая и морская биотехнология - для здорового питания и решения медико-социальных проблем» (Светлогорск, 2011); II Всероссийской научно-практической конференции «Биотехнология в интересах экологии и экономики Сибири и Дальнего Востока» (Улан-Удэ, 2012);

Международной научно-технической конференции «Инновации и современные технологии пищевых производств» (Владивосток, 2013).

Публикации По материалам диссертации опубликовано 11 научных работ в периодических изданиях, трудах всероссийских и международных симпозиумов и конференций, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.

Структура и объём работы Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, изложения результатов и их обсуждения, выводов, списка используемых источников и приложений. Работа изложена на 160 страницах, содержит 32 таблицы и 36 рисунков. Список используемых литературных источников включает 243 наименования российских и зарубежных авторов.

Благодарности Автор искренне благодарит научных руководителей д.б.н., профессора Каленик Т.К., к.т.н., доцента Елисееву Т.И. за всестороннюю помощь и поддержку на всех этапах работы, к.х.н., старшего научного сотрудника Шевченко Н.М. за помощь в проведении экспериментальной части диссертационной работы. Автор выражает глубокую признательность заведующей лабораторией д.м.н., профессору Шульгиной Л.В. за помощь в работе с тестовыми культурами Те1га1гутепа руп/оптя. Данная работа выполнена в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (госконтракт № 02.740.11.0740, лот «Новые технологии - продуктов питания направленного действия на основе комплексной переработки морского, сельскохозяйственного и дикорастущего сырья»),

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность проблемы, обозначены основные направления технологии производства пищевой продукции из полисахаридов бурых водорослей ундарии и костарии, сформулированы цель и задачи, науч-

ная новизна, основные положения, выносимые на защиту и практическая значимость исследования.

В первой главе анализируются данные литературы, отражающие современное состояние биотехнологий пищевой продукции из бурых водорослей. Дана классификация веществ, регулирующих консистенцию продуктов. Проанализирован механизм образования гелей как пищевых систем. Представлена биология бурых водорослей ундарии и костарии, особенности поли-сахаридного состава бурых водорослей, приемы получения полисахаридов бурых водорослей. Показаны перспективы применения полисахаридов бурых водорослей в пищевой биотехнологии и медицине.

Во второй главе представлены схема проведения исследований (рисунок 1), иллюстрирующая взаимосвязь поставленных задач и определяемых показателей, объекты, направления и методы исследований. В качестве объектов исследований использованы бурые водоросли ундария перистонадрез-ная (Undaria pinnatifida) и костария ребристая (Costaría cosíala). Образцы водорослей ундарии были собраны в биологической экспедиции с личным участием автора в бухте Троица (июнь 2009 и 2010 гг.) и костарии в бухте Баклан (июнь 2009 и 2010 гг.) Японского моря. Также в качестве объектов для исследований использовали неочищенный альгинат натрия, извлеченный из бурой водоросли ундарии; неочищенный альгинат натрия, извлеченный из бурой водоросли костарии; фукоидан, извлеченный из бурой водоросли ундарии; k-каррагинан пищевой, соответствующий СанПиН 2.3.2. 1293-03. В качестве материалов использовали сахар-песок, соответствующий ГОСТ 533962009; стевиозид, соответствующий ГОСТ Р 51074-2003, сахарную пудру, соответствующую ГОСТ 22-94; лимонную кислоту, соответствующую ГОСТ 908-2004; соки плодовые и ягодные, соответствующие ГОСТ 657-79, молоко коровье, соответствующее ГОСТ 52090-2003; ядро миндаля сладкого, соответствующее ГОСТ 16831-71; воду питьевую, соответствующую СанПиН 2.1.4. 1074-01.

Рисунок 1 - Схема проведения диссертационных исследований

Моносахаридный состав водорослей определяли с помощью метода высокоэффективной жидкостной хроматографии на хроматографе Agilent (США) с использованием колонки Asahipak (элюент - ацетонитрил / Н20: 60/40/) и углеводном анализаторе IC-5000 Biotronik (Германия). Обнаружение моносахаридов проводили бицинхонинатным методом; интегрирующая система - Shimadzu C-R2 АХ (Япония). Индивидуальные моносахариды: рамноза, манноза, фукоза, галактоза, ксилоза и глюкоза использовали как стандарты для ВЭЖХ. Соотношение блоков уроновых кислот в альгинате натрия определяли методом ядерно-магнитнорезонасной спектроскопии на 13С-ЯМР-спектрометре Bruker-Physic (Германия).

Физико-химические показатели качества альгинатов исследовали стандартными методами согласно ГОСТ 26185-84. Полученные данные сравнивали с ТУ 15-544-83. Титруемую кислотность желейных заливок и марципановых конфет определяли согласно ГОСТ 6442-89; массовую долю сухих веществ рефрактометрическим методом согласно ГОСТ 28562-90; содержание редуцирующих Сахаров согласно ГОСТ 5903-89; массовую долю жира согласно ГОСТ 54053-2003; массовую долю белка определяли согласно ГОСТ Р 53951-2010; массовую долю общей сернистой кислоты согласно ГОСТ 26811; массовую долю золы согласно ГОСТ 5901-87; массовую долю крахмала, клетчатки, растворимых пищевых волокон согласно руководства по методам анализа качества и безопасности пищевых продуктов (Скурихин, 1998). Ор-ганолептические показатели желейных заливок определяли согласно ТУ 9136-014-79036538-10; марципановые конфеты согласно ГОСТ 4570-93.

Определение микробиологических показателей безопасности сырья и готовой продукции проводили согласно действующей нормативной документации: ГОСТЮ444.15-94; ГОСТ Р 50474-93; ГОСТ Р 50480-93; ГОСТ 104444.12.-88 Содержание токсичных элементов определяли: мышьяк согласно ГОСТ 26930-86; ртуть согласно ГОСТ 26927-86; кадмий согласно ГОСТ 26933-86; свинец согласно ГОСТ 26932-86; определение активности радионуклидов согласно МУК 2.6.1.1194-03; СанПиН 2.3.2.1078-01. Определение

биологической безопасности проводили на тест-культуре Tetrahymena pyriformis (Шульгин и др., 2006). Прочность гелевых систем определяли на приборе Валента (Россия) методом, описанным в ГОСТ 26185-84; динамическую вязкость - на ротационном вискозиметре Брукфильда (Россия). Суммарное содержание антиоксидантов определяли на приборе «Цвет Яуза-01-АА» (Россия) амперометрическим методом. Исследования потребительских предпочтений желейных и кондитерских изделий проводили с помощью метода интервьюирования с предварительным расчетом квотной выборки респондентов (Светуньков, 2003). Для обеспечения достоверности полученных экспериментальных данных аналитические определения проводились в 3-х кратной повторности с последующей обработкой полученных результатов методами математической статистики с привлечением современных программных средств. Расчеты, построение графиков и их описание выполнены с помощью прикладных программ MicroCall ORIGIN (v.5.0) и Microsoft Office 2010 для Windows ХР.

В третьей главе представлены результаты исследования полисахаридного состава бурых водорослей ундарии и костарии, а также исследованы структурные характеристики альгинатов. С помощью дробных экстракций из каждого образца водоросли были получены индивидуальные фракции полисахаридов. В результате экстракции при рН 3,0-3,2 были получены фукозосодержащие полисахариды (фукоидан) с содержанием 0,64,8%, а с помощью щелочной экстракции (1 % №2СОз, 50 °С, рН 10) -альгиновая кислота с содержанием 18-24 %.

Таблица 1 - Содержание полисахаридов, выделенных из водорослей ундарии и костарии (июнь 2009 г), % от массы сухой водоросли_

Название водоросли Фукоидан Альгиновая кислота

Костария ребристая 0,6±0,01 24± 0,3

Ундария перистонадрезная 4,8±0,2 18± 0,3

Анализируя полученные результаты (таблица 1), можно отметить, что в бурой водоросли ундарии содержание фукоидана достаточно высокое. При

этом доля альгиновой кислоты в бурой водоросли костарии выше, чем в ун-дарии (24 против 18%).

Исследованы полисахариды, полученные из образцов ундарии и костарии в июне 2009 г., с целью определения статистически достоверных различий в моносахаридном составе и их процентном содержании в каждом виде водоросли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии. Присутствие и доли отдельных моносахаридов в гидролизатах определяли по времени выхода и площадям пиков стандартных образцов.

Моносахаридный состав бурой водоросли костарии представлен 6 видами моносахаридов: фукозой, галактозой, маннозой, рамнозой, ксилозой и глюкозой (таблица 2). Динамика их содержания укладывается в ряд по убыванию: манноза > фукоза > рамноза > галактоза > ксилоза > глюкоза. Обнаружено, что фукоидан является гетерогенным по моносахаридному составу полисахаридом. Необходимо отметить высокое содержание рамнозы, характерное для моносахаридного состава фукоидана только этой водоросли. В то же время ламинаран присутствует в следовых долях, это хорошо видно из моносахаридного состава экстракта полисахаридов выделенных при рН 3,03,2, т.е. в кислых средах.

Таблица 2 - Моносахаридный состав полисахаридов, выделенных из водорослей костарии и ундарии при рН 3,0-3,2._

Название водоросли Нейтральные моносахариды, моль %

Фукоза Галактоза Манноза Рамноза Ксилоза Глюкоза

Костария ребристая 25,2±0,2 18,0 ±0,2 26,6±0,1 20,1±0,1 9,6±0,1 0,5± 0,01

Ундария пери-стонадрезная 36,9±0,4 10,2±0,3 21,9±0,3 0 15,3±0,3 15,7±0,4

Моносахаридный состав бурой водоросли ундарии представлен 5 видами моносахаридов: фукозой, галактозой, маннозой, ксилозой и глюкозой. Динамика их содержания укладывается в ряд по убыванию: фукоза > манноза > глюкоза > ксилоза > галактоза. Содержание ламинарана в бурой водоросли

ундарии значительно выше, чем в костарии (15,7 против 0,5 моль %). Рамноза практически отсутствует.

Соотношение блоков уроновых кислот - основных функциональных единиц в альгинатах натрия бурых водорослей костарии и ундарии, определяли методом ядерно-магнитнорезонасной спектроскопии на 13С-ЯМР-спектрометре Вгикег-РЬувіс \VM-300 (Германия) (таблица 3).

Таблица 3 - Описание 13С-ЯМР-спектров бурых водорослей костарии и ундарии__

№ атома углерода Сигнал, м.д.

Костария ребристая

Интенсивные сигналы полиманнуроновой кислоты

С-1 101,5

С-2 71,5

С-3 72,9

С-4 79,4

С-5 77,4

Менее интенсивные сигналы полигулуроновой кислоты

С-1 102,3

С-2 66,5

С-3 70,5

С-4 81,5

С-5 68,7

Ундария перистонадрезная

Интенсивные сигналы полиманнуроновой кислоты

С-1 101,1

С-2 71,07

С-3 72,5

С-4 79,0

С-5 76,9

С-6 176,4

Менее интенсивные сигналы полигулуроновой кислоты

С-1 101,8

С-4 79,0

Из результатов, представленных в таблице 3 видно, что спектры "С-ЯМР альгинатов очень наглядны и уже по характеру сигналов аномерных атомов углерода возможно отличить полимеры с преобладанием L-гулуроновой кислоты от полимеров с преобладанием D-маннуроновой кислоты. Соотношение M/G блоков бурой водоросли костарии составило 1,5:1. Это свидетельствует о высоком содержании гулуроновой кислоты. Известно, что блоки гулуроновой кислоты ответственны за силу геля и специфическое

связывание двухвалентных ионов металлов (Хотимченко и др., 2001). Обнаружено, что в бурой водоросли ундарии величина отношения маннуроновой и гулуроновой кислот составила 3:1. Это говорит о высоком содержании маннуроновой кислоты в ундарии. На основании литературных данных о том, что блоки полиманнуроновой кислоты придают вязкость альгинатным растворам (Хотимченко и др, 2001), было сделано заключение о группировках альгинатов ундарии, как способных связывать молекулы воды так и образовывать вязкие растворы, применимые для стабилизации консистенции пищевых продуктов. Полученные результаты хорошо согласуются с литературными данными и позволяют рекомендовать альгинаты бурой водоросли ундарии для загущения консистенции в пищевых технологиях, а альгинаты костарии для образования жидких гелевых систем.

Для технологических целей был получен пищевой альгинат натрия с остаточным содержанием полифенолов, который представлял собой порошок темно бежевого цвета, без запаха. Традиционная биотехнология предусматривает очистку альгинатов с целью достижения высоких органолептических показателей. Однако во время очистки альгинатов удаляются полифенольные соединения (придают альгинатам бурый цвет), которые представляют одну из наиболее значимых групп биологически активных веществ, характеризующих фармакологическую ценность водорослей (Кондратьева, 2010).

С целью установления антиоксидантной активности было определено общее содержание полифенолов в альгинатах натрия бурых водорослей костарии и ундарии. Обнаружено, что остаточная концентрация полифенолов бурой водоросли костарии соответствует суммарному содержанию антиокси-дантов не менее 2,7 мг/г (в пересчете на галловую кислоту), в ундарии - 6,99 мг/г. Таким образом, на основании проведенных исследований обосновано использование альгината натрия с остаточным содержанием полифенолов бурых водорослей костарии и ундарии концентрацией от 2,7 мг/кг до 6,99 мг/кг в технологии производства пищевых систем.

В четвертой главе исследовано влияние компонентов гелевых систем на их реологические характеристики. Структурно-механические свойства гелей определяли по предельному напряжению сдвига. Для этого приготавливались гелевые системы альгинатов бурых водорослей костарии и ундарии, альгината натрия пищевого (ТУ 15-544-83) в доле 1,2; 1,4; 1,6; 1,8; 2; 2,5% с добавлением суспензии фосфата кальция в доле 0,2 %. Влияние концентраций альгинатов натрия бурых водорослей на прочность гелевых систем представлено на рисунке 2.

Альгинат натрия ундарии

115

110

Я

о

105

ч <и 100

и

л

н о 95

о

я

¡г 90

о

а.

С

Альгинат натрия пищевой (ТУ 15544-83)

Альгинат натрия костарии

I 1,5 2 2.5 3

Концентрация альгината натрия, %

Рисунок 2 - Кривая зависимости прочности гелевых систем от концентраций альгината натрия бурых водорослей

Установлено, что прочность гелевых систем возрастает с повышением концентрации альгината натрия, однако при концентрации 2,5 % начинает образовываться зернистая консистенция желе, вследствие чего, надо вводить соли модификаторы, такие как цитраты натрия. Обнаружено, что самые прочные студни дают гели, образованные альгинатом натрия костарии. В результате гели, образованные альгинатом бурой водоросли костарии охарактеризованы как упруго-вязкие. Поэтому данную гелевую систему можно рекомендовать в пищевых технологиях в качестве студнеобразователя.

Значения динамической вязкости определяли на ротационном вискозиметре Брукфильда (Россия). Для этого приготавливали 3% гелевые системы альгинатов бурых водорослей костарии и ундарии, альгината натрия пищевого (ТУ 15-544-83). Самое высокое значение динамической вязкости придает гелевым системам альгинат ундарии (98700 сПз). Таким образом, гелевая система, образованная альгинатом бурой водоросли ундарии охарактеризована как высоковязкая. Поэтому альгинаты данной водоросли рекомендуется использовать в качестве загустителя консистенции пищевых продуктов.

Для изучения влияния вкусовых добавок (сахар, лимонная кислота) на прочность желе в желирующую смесь вводили альгинат натрия концентрацией 1,4 %, фосфат кальция концентрацией 0,2 % и сахар - 42 %. Содержание лимонной кислоты в различных образцах колебалось 0,1...0,3 %. Влияние концентрации лимонной кислоты на прочность желейных систем представлено на рисунке 3.

« х

5 с.

I

о.

о ч о га

0,01 0.14

0.2

0.25

0.3

Концентрация лимонной кислоты, %

Рисунок 3 - Зависимость рН среды гелевой системы от концентрации лимонной кислоты

На основании полученных данных, при составлении желирующих смесей на альгинате натрия рекомендуется лимонную кислоту добавлять в доле 0,14 %. Оптимальная концентрация сахара в гелевых системах составляет 3642 %. С целью расширения ассортимента продукции функционального назна-

чения разработана гелевая система с добавкой стевиозида. Безопасность неочищенного альгината натрия с добавкой стевиозида в рекомендуемых концентрациях определяли на стабилизированной тест-культуре Те(гаИутепа руп/огпт. В ходе эксперимента было отмечено отсутствие признаков токсичности на простейших: инфузория была подвижна, замедления роста и гибели единичных клеток не наблюдалось. В результате проведенного биологического эксперимента было установлено, что в желейные заливки на основе альгината натрия рекомендуется вносить стевиозид в доле 10-25 мг.

Рекомендованные концентрации вкусовых добавок достаточны для приобретения изделием максимальной прочности.

В пятой главе изучена возможность приготовления желейных заливок на основе альгината натрия из бурой водоросли костарии и марципановых конфет на основе альгината натрия из бурой водоросли ундарии. Разработана технология их получения, подобрано оптимальное содержание компонентов кондитерских изделий (таблицы 4, 5, 6).

Таблица 4 - Рецептуры желейных заливок для тортов и пирожных на основе полисахаридов бурой водоросли костарии_

Наименование сырья Содержание компонентов в желейной заливке, %

брусничная молочная апельсиновая

Альгинат натрия из костарии 1,4 1,0 1,6

Фосфат кальция 0,26 - 0,2

к- Каррагинан - 0,5 -

Брусничный сок 20 - -

Апельсиновый сок - - 20

Сливки - 32 -

Цикорий - 0,15 -

Стевиозид - - 0,04

Лимонная кислота 0,14 - -

Сорбиновая кислота 0,1 0,1 0,1

Сахар 42 36 32

Вода 44 36 48

Выход полуфабриката 107,9 105,75 101,94

Выход 100 100 100

Учитывая, что альгинаты ундарии перистонадрезной, богатые поли-маннуроновой кислотой, дают вязкие гели, разработана технология приготов-

ления марципановых конфет функционального назначения. В результате проведенного эксперимента установлено, что с уменьшением содержания миндаля путем замены его вязкими растворами альгината натрия консистенция модельной системы «миндаль - альгинат натрия» ухудшалась: марципановая масса прилипала к инвентарю, плохо поддавалась формованию, увеличивалось время её охлаждения. Это объясняется уменьшением доли жира, содержащего в миндале (54,2 %), именно он придаёт марципановым изделиям пластичность, а значит, и высокие технологические свойства. Для определения минимально возможного содержания миндаля в марципановой массе было решено изготовить шесть опытных образцов с различным содержанием миндаля и альгината.

Таблица 5 - Рецептуры марципановых масс с различным содержанием миндаля ___

Наименование сырья Компоненты рецептуры, %

1 2 3 4 5 6

Альгинат натрия из ундарии 0,82 1,92 1,98 1,05 1,11 1,2

Лактат кальция 0,26 0,26 0,26 0,26 0,26 0,26

Миндаль 16 13 11 9 7 5

Брусничный сок 8 8 8 8 8 8

Сахарная пудра 47 47 47 47 47 47

Вода 27,82 30,72 32,66 34,59 36,53 38,44

Сорбиновая кислота 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1 0,1

Итого: 100 100 100 100 100 100

По результатам органолептических исследований наивысший балл получил образец № 4. Данный образец имел однородную консистенцию без адгезионных свойств с высокими технологическими характеристиками. В дальнейшем, на базе рецептуры № 4 было решено разработать опытные образцы с добавлением сока дальневосточных дикоросов, известных своими полезными качествами.

Известно, что альгинат, обогащенный полиманнуроновой кислотой, более эффективно защищает печень от ожирения, чем альгинат, обогащенный полигулуроновой кислотой (Хотимченко, 2001). Учитывая, что альгинаты ун-дарии, богатые полиманнуроновой кислотой, дают вязкие, гели, разработана технология приготовления марципановых конфет функционального назначе-

ния. В рецептуру конфет вводили фукоидан в доле до 0,1 г на 100 г продукта. Рекомендуемая доза не более 100 мг на 1 кг веса (Патент РФ 2315487). Фукоидан является сульфатированным полисахаридом (Имбс и др., 2010). При совместном использовании его с альгинатами проявляется эффект синергизма, что вызывает заметное возрастание вязкости гелевой системы. Однако при кипячении гелеобразующая способность у фукоидана исчезает, поэтому рекомендуется вводить его после снижения температуры гелевой системы до 70 °С.

Таблица 6 - Рецептура конфет «Клюква в марципане»

Наименование сырья Содержание, %

Альгинат натрия из ундарии 1,1

Сахарная пудра 63,8

Миндаль 12

Фукоидан 0,08

Клюква 10

Сок брусники 8

Сорбиновая кислота 0,1

Вода 5

Выход: 100

В шестой главе проведены исследования потребительских предпочтений в отношении желейных и кондитерских изделий с помощью метода интервьюирования с предварительным расчетом квотной выборки респондентов (Светуньков, 2003). При расчете выборки принималось во внимание, что ошибка выборки равна 0,05, при доверительной вероятности 95 %. Значение статистики Стьюдента (1) при данном значении ошибки выборки равно 1,96 человек. Доля потребителей, предпочитающих данный товар другим (р), в статистике обозначается как ожидаемая доля признака, для которого рассчитывается ошибка. Если данные о доле признака отсутствуют, используют значение равное 50 % (0,5), при котором достигается максимальная ошибка. За генеральную совокупность (Ы) было взято зарегистрированное количество населения г. Владивостока, которое составляет 597476 человек. Так как приобретение и потребление кондитерской продукции может быть ограничено для людей с заболеваниями сахарным диабетом, то объем генеральной сово-

купности уменьшится на 10 % от общего количества населения. В выборку так же не включены респонденты в возрасте до 7 лет (36479 чел.), так как процедура опроса детей имеет свою специфику. Объем генеральной совокупности составил 501249 человек. Таким образом, объем выборки из всей генеральной совокупности равен 385 человек. Полученное число респондентов было проанализировано с помощью квотной выборки (таблица 7).

Таблица 7 - Квотная выборка для интервьюирования респондентов г. Владивостока, февраль 2013 г.__ ■_

Возрастное квотирование Население города Мужчины Женщины

Мужчины, чел. Женщины, чел Доля демографической группы, % Количество, чел. Доля демографической группы, % Количество, чел.

7-13 лет 15549 14945 6 11 5 10

14-19 лет 19859 18692 7 13 6 12

20-29 лет 61564 58966 23 42 20 41

30-39лет 49913 50212 19 34 17 35

40-49 лет 43598 43122 17 30 14 29

50-54 лет 19594 22 879 8 14 8 16

55 и выше лет 52432 89672 20 36 30 62

Всего 262509 298488 100 180 100 205

Выборка, чел. 385

Источник: официальный сайт территориального органа Федеральной службы государственной статистики по Приморскому краю http://www.primstat.ni

В ходе исследования было выявлено, что 87 % мужчин и 99 % женщин, предпочитают покупать кондитерские изделия. Основной критерий выбора кондитерских изделий для потребителей - это полезность 21 %, хорошие вкусовые качества 20 %, приемлемая цена 19 %. Повышенным спросом у потребителей пользуются конфеты - 32 %, мармелад - 41 %, зефир -14 %. Рынок желейных кондитерских продуктов представлен изделиями на основе пектина - 40 %, агара - 35 %. Большинство потребителей (более 50 %), покупали бы новые виды кондитерских изделий, на основе функциональных добавок морского происхождения, хотя и по более высокой цене. Поэтому, для успеха продвижения кондитерской продукции должны быть обеспечены не только качество и безопасность, но и их лечебно — профилактическое действие.

Органолептическая оценка по 20-балльной системе образцов желе на основе альгината натрия бурой водоросли костарии показала, что разработанные желейные заливки по органолептическим показателям не уступают контрольному образцу, приготовленному на желатине, соответствующему ТУ 9136-014-79036538-10. По результатам проведенного органолептического анализа марципановых конфет были построены профилограммы комплексной оценки качества готовой продукции по следующим показателям: внешнему виду, запаху, вкусу, цвету, консистенции. В результате проведенных органо-лептических исследований готовых изделий установлено, что все образцы имеют хорошие вкусовые качества и привлекательный внешний вид (ГОСТ 4570-93). Результаты оценки находятся в интервале от 4 до 5 баллов. Максимальную оценку получил образец «Марципановые конфеты с соком брусники».

В соответствии с рекомендуемыми величинами суточного потребления пищевых и биологически активных веществ для взрослых адекватный уровень потребления альгината натрия составляет 2 г. Согласно ГОСТ Р 523492005 «Продукты пищевые и функциональные», однократный прием альгината в составе пищевого продукта должен составлять не менее 15 % от адекватного уровня потребления. В 100 г желейной заливки содержится 1,4 г альгината натрия. Порция желейной заливки в рецептуре одного пирожного составляет 25 г. При таком содержании адекватный уровень потребления альгината составляет 0,35 г, что соответствует 17,5 %, т.е. данная цифра превышает адекватный уровень потребления на 2,5 %. Это свидетельствует о том, что желейную заливку на альгинате натрия бурой водоросли костарии ребристой можно отнести к функциональному продукту питания. Однократный прием марципановых конфет составляет 50 г. При такой массе адекватный уровень потребления альгината составляет 0,41 г (100г конфет содержат 0,82 г альгината натрия), что соответствует 20,5 % и превышает адекватный уровень потребления на 5,5 %. Таким образом, расчет на основе нормативных уровней по-

требления пищевых волокон (альгината натрия ундарии) показал, что марципановые конфеты относятся к функциональным продуктам питания.

На основании данных экспериментальных исследований установлено, что желейные заливки и марципановые конфеты являются безопасными, содержание токсичных элементов в них не превышают допустимые нормы, регламентируемые СанПиН 2.3.2. 1078-01. Результаты испытаний показывают, что микробиологические показатели безопасности через 120 ч хранения во всех видах разработанных марципановых конфет не превышают нормируемого санитарными правилами значения. Установленные сроки хранения для желейных заливок составляют 96 часов при температуре хранения +4 - +2 °С. Разработанная кондитерская и желейная продукция рекомендуется для использования на предприятиях общественного питания.

ВЫВОДЫ

1 Разработаны биотехнологические приемы получения фукоиданов и альгиновых кислот без последующей очистки от фенольных соединений полисахаридов бурых водорослей костарии ребристой и ундарии перистонад-резной. Установлено, что бурая водоросль ундария перистонадрезная отличается высоким содержанием фукоидана (4,8 %), однако летние образцы этой водоросли содержат меньше альгинатов, чем образцы бурой водоросли костарии ребристой (18 % против 24 %).

2. Установлено, что динамика содержания моносахаридов бурых водорослей ундарии перистонадрезной укладывается в ряд по убыванию: фукоза > манноза > глюкоза > ксилоза > галактоза; бурой водоросли костарии ребристой: манноза > фукоза > рамноза > галактоза > ксилоза > глюкоза. В бурой водоросли костарии ребристой обнаружено высокое содержание рамнозы (20,1 моль%).

3. Методом "С-ЯМР выявлено, что альгинаты бурой водоросли ундарии перистонадрезной, полученные щелочной экстракцией, состоят, в основном, из блоков маннуроновой кислоты с небольшим содержанием гулу-роновой кислоты в соотношении 3/1. Соотношение M/G блоков альгинатов бурой водоросли костарии ребристой составило 1,5:1, что свидетельствует о высоком содержании гулуроновой кислоты.

4. Установлена зависимость между составом уроновых кислот альгината натрия бурых водорослей костарии ребристой и ундарии перистонадрезной и реологическими свойствами гелевых систем, приготовленных на его основе. При прочих равных условиях гели, образованные альгинатом на-

трия бурой водоросли костарии ребристой более прочнее, чем гели, приготовленные из пищевого альгината (ТУ 15-544-83) и альгината ундарии пери-стонадрезной. Гели, образованные альгинатом натрия бурой водоросли ундарии перистонадрезной отличаются высокой вязкостью (98700 сПз).

5. Реологические свойства исследуемых систем послужили основанием для технологического использования альгината натрия из бурой водоросли костарии ребристой для производства желейных заливок, а альгината натрия из бурой водоросли ундарии перистонадрезной - в качестве загустителя консистенции марципановых конфет.

6. На основании данных о влиянии различных компонентов на органо-лептические, реологические и физико-химические показатели получаемых гелевых систем разработаны рецептуры и технологии приготовления кондитерских изделий - желейных заливок для тортов и пирожных и марципановых конфет.

7. Проведена товароведная оценка качества и безопасности желейных заливок и марципановых конфет из ундарии и костарии. Полученная продукция имеет высокие органолептические показатели и соответствует гигиеническим и микробиологическим показателям безопасности.

8. Разработана техническая документация на 2 новых продукта: СТО 9120-02067942-030- 2013 Продукты желейные «Желейная заливка», СТО 922287-02067942-2013 Молочное желе «Фрутомилк».

СПИСОК РАБОТ, ОПУБЛИКОВАННЫХ ПО МАТЕРИАЛАМ ДИССЕРТАЦИИ

1. Семилетова, Е.В. Уникальность бурых водорослей залива Петра Великого Японского моря: особенности состава и использование в технологиях продуктов питания / Е.В. Семилетова, Л.О. Коршенко, Т.К. Каленик, Т.П. Елисеева // Актуальные проблемы технологии живых систем: материалы III Международной научно-технической конференции молодых ученых. -Владивосток, 2009. - С. 124-125.

2. Каленик, Т.К. Исследование углеводного состава бурых водорослей Костарии ребристой и Ундарии перистонадрезной и разработка производства желейных покрытий на основе альгинатов / Т.К. Каленик, Е.В. Семилетова, Т.И. Елисеева // Новые технологии переработки сельскохозяйственного сырья в производстве продуктов общественного питания: материалы международной конференции с элементами научной школы для молодежи. - Владивосток, 2010.-С. 350-353.

3. Каленик, Т.К. Использование полисахаридов бурых водорослей Costaría costata в производстве тортов и пирожных / Т.К. Каленик, Е.В. Семилетова, Т.И. Елисеева // Кондитерское производство. - 2011. - №1. - С. 11-13.

4. Каленик, Т.К. Бурые водоросли Тихоокеанского шельфа для производства лечебно-профилактических продуктов // Т.К. Каленик, Е.В. Семиле-

това, Т.И. Елисеева, Н.М. Шевченко // Пищевая промышленность. - 2011. -№ 2. - С. 20-22.

5. Каленик, Т.К. Биотехнологическое обоснование использования бурых водорослей в производстве желейных продуктов / Т.К. Каленик, Е.В. Се-милетова, Т.И. Елисеева // Товаровед продовольственных товаров. - 2011. -№8.-С. 6-10.

6. Каленик, Т.К. Изучение полисахаридов бурых водорослей Приморского края / Т.К. Каленик, Е.В. Семилетова, Т.И. Елисеева // Биотехнология: состояние и перспективы развития: материалы VI Международного Конгресса. -М„ 2011.-С. 216-217.

7. Семилетова, Е.В. Использование альгината натрия бурой водоросли Костарии ребристой в технологии получения желейных заливок / Е.В. Семилетова, Т.К. Каленик, Т.И. Елисеева // Качество продукции, технологий и образования: материалы VI Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. - Магнитогорск, 2011. - С. 316-317.

8. Каленик, Т.К. Структурная идентификация полисахаридов бурых водорослей Японского моря в биотехнологии пищевых систем / Т.К. Каленик, Е.В. Семилетова, Т.И. Елисеева, Е.В. Медведева, С.М. Миненко // Пищевая и морская биотехнология - для здорового питания и решения медико-социальных проблем: материалы IV научно-практической конференции. -Светлогорск, 2011. - С. 70-72.

9. Семилетова, Е.В. Технология производства продукта. Использование альгината натрия с остаточным содержанием полифенолов в технологии получения пищевых систем / Е.В. Семилетова, Т.К. Каленик, Т.И. Елисеева // Качество продукции, технологий и образования: материалы VII Всероссийской научно-практической конференции с международным участием. - Магнитогорск, 2012. - С. 407-409.

10. Семилетова, Е.В. Биотехнологические аспекты производства кондитерской продукции на основе загустителей морского генеза / Е.В. Семилетова, Т.К. Каленик, Т.И. Елисеева // Биотехнология в интересах экологии и экономики Сибири и Дальнего Востока: материалы II Всероссийской научно-практической конференции (с международным участием). - Улан-Удэ: Изд-во ВСГУТУ, 2012. - С.156-157.

11.Семилетова, Е.В. Использование альгината натрия в производстве кондитерских изделий функциональной направленности / Е.В. Семилетова, Т.К. Каленик, Т.И. Елисеева // Инновационные и современные технологии пищевых производств: материалы международной научно-технической конференции. - Владивосток: Дальрыбвтуз, 2013.-С. 147-149.

Патент

12. Пат. 2461227, Российская Федерация, МПК А23Ы/0532. Композиция для приготовления желейной заливки / Т.К. Каленик, Е.В. Семилетова, Т.И. Елисеева; заявитель и патентообладатель Дальневосточный федеральный университет (Щ). - № 2011111693/13; заявл. 28.03.2011, опубл. 20.09.2012, Бюл. № 26. - 9 с.

Семилетова Елена Викторовна

ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА БИОТЕХНОЛОГИИ ПИЩЕВОЙ ПРОДУКЦИИ ИЗ ПОЛИСАХАРИДОВ ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫХ БУРЫХ ВОДОРОСЛЕЙ И ЕЁ ТОВАРОВЕДНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Автореферат диссертации

Подписано в печать 20.11.13. Формат 60><84/1б. Усл. печ. л. 1,45. Уч.-изд. л. 1,35. Тираж 100 экз. Заказ № 653.

Отпечатано в Дирекции публикационной деятельности ДВФУ 690990, г. Владивосток, ул. Пушкинская, 10

04201454849

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ ФГАОУ ВПО «ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫЙ ФЕДЕРАЛЬНЫЙ

УНИВЕРСИТЕТ»

На правах рукописи

СЕМИЛЕТОВА ЕЛЕНА ВИКТОРОВНА

ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА БИОТЕХНОЛОГИИ ПИЩЕВОЙ ПРОДУКЦИИ ИЗ ПОЛИСАХАРИДОВ ДАЛЬНЕВОСТОЧНЫХ БУРЫХ ВОДОРОСЛЕЙ И ЕЁ ТОВАРОВЕДНАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА

Специальности: 05.18.15 - Технология и товароведение пищевых продуктов

и функционального и специализированного назначения и общественного питания 05.18.07 -Биотехнология пищевых продуктов и биологических активных веществ

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научные руководители: доктор биологических наук, профессор Т.К. Каленик; кандидат технических наук, доцент Т.И. Елисеева

Владивосток -2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ...................................................................................5

ГЛАВА 1. НАУЧНЫЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОЛИСАХАРИДОВ БУРЫХ ВОДОРОСЛЕЙ ДЛЯ ПИЩЕВЫХ ЦЕЛЕЙ .....................................................................10

1.1 Классификация веществ, регулирующих консистенцию пищевых продуктов....................................................................................10

1.2 Механизм образования гелей как пищевых систем............................22

1.3 Биология бурых водорослей ундарии перистонадрезной и костарии ребристой, особенности полисахаридного состава бурых водорослей .......28

1.4 Способы получения полисахаридов бурых водорослей......................38

1.5 Перспективы применения полисахаридов бурых водорослей в области

пищевой биотехнологии и медицине.....................................................41

ГЛАВА 2. НАПРАВЛЕНИЯ, ОБЪЕКТЫ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ........................................................................49

2.1 Направления исследований..........................................................49

2.2 Объекты и материалы исследований.............................................46

2.3 Методы исследований................................................................52

ГЛАВА 3. НАУЧНО-ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ БИОТЕХНОЛОГИИ ПОЛИСАХАРИДОВ БУРЫХ ВОДОРОСЛЕЙ..........56

3.1 Биотехнологический процесс извлечения полисахаридов бурых водорослей ундарии перистонадрезной и костарии ребристой........................56

3.2 Исследование особенностей состава полисахаридов бурых водорослей ундарии перистонадрезной и костарии ребристой.............................................62

3.3 Исследование структурных характеристик альгинатов бурых водорослей ундарии перистонадрезной и костарии ребристой................................65

3.4 Обоснование использования альгинатов бурых водорослей ундарии перистонадрезной и костарии ребристой с остаточным содержанием полифенолов в пищевых системах....................................................70

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОМПОНЕНТОВ ГЕЛЕВЫХ СИСТЕМ НА ИХ РЕОЛОГИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ...........................74

4.1 Реологическое обоснование и подбор концентрации альгината натрия бурых водорослей ундарии перистонадрезной и костарии ребристой для технологии производства желейных изделий........................................74

4.2 Исследование влияния концентрации солей кальция и к-каррагинана на реологические показатели желейных заливок.......................................77

4.3 Влияние концентрации вкусовых добавок на реологические показатели

желейных заливок.........................................................................79

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОДУКТОВ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ПИТАНИЯ НА ОСНОВЕ АЛЬГИНАТОВ БУРЫХ ВОДОРОСЛЕЙ............................................................................84

5.1 Технология приготовления желейных заливок.................................84

5.2 Обоснование рецептуры марципановых конфет функционального назначения с добавлением полисахаридов морского происхождения.........90

5.3 Определение оптимального содержания функциональных ингредиентов в рецептуре конфет «Клюква в марципане»............................................95

5.4 Расчет себестоимости желейных заливок и марципановых конфет

функционального назначения..........................................................102

ГЛАВА 6. ТОВАРОВЕДНАЯ ОЦЕНКА КАЧЕСТВА И БЕЗОПАСНОСТИ ЖЕЛЕЙНЫХ ИЗДЕЛИЙ НА ОСНОВЕ АЛЬГИНАТОВ БУРЫХ ВОДОРОСЛЕЙ.............................................................................106

6.1 Исследования потребительских предпочтений в отношении желейных и кондитерских изделий...................................................................106

6.2 Органолептическая оценка качества разработанных желейных заливок на основе полисахаридов бурых водорослей..........................................115

6.3 Органолептическая оценка качества марципановых конфет функционального назначения.........................................................119

6.4 Исследование взаимосвязи органолептических факторов с физико-химическими показателями желейных заливок и марципановых конфет ... 123

6.5 Результаты исследования показателей безопасности разработанных желейных заливок и марципановых конфет и определение сроков

хранения....................................................................................127

ВЫВОДЫ..................................................................................131

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ, ИСПОЛЬЗУЕМЫХ В РАБОТЕ....................133

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ................................134

Приложение А - Патент № 2461227 «Композиция для приготовления желейной заливки»

Приложение Б - Стандарт организации «Желейная заливка» Приложений В - Стандарт орагнизации на молочное желе «Фрутомилк» Приложение Г- Диплом VI Международной биотехнологической выставки-ярмарки «Росбиотех 2012»

Приложение Д - Диплом Международной ярмарки инноваций, эко-идей, продуктов и технологий в сельском хозяйстве и пищевой промышленности Agra ARCA-2012

Приложение Е - Акт выпуска опытной партии

Приложение Ж - Акт о внедрении в учебный процесс основных положений диссертационной работы

ВВЕДЕНИЕ

Биологические ресурсы морского происхождения, в том числе и водоросли, издавна используются человеком в пищу. На Дальнем Востоке в морской среде эти растения распространены повсеместно. Они имеют огромное значение в хозяйственной деятельности региона, однако имеющиеся возможности практического использования водорослей еще не исчерпаны (Кизеветтер, 1981; Суховеева, 2006; Скрипцова, 2008; Крупнова, 2012).

В настоящее время в пищевой промышленности по-прежнему весьма актуален поиск новых высокоэффективных, технологических добавок из сырьевых источников морского происхождения. Наибольшее признание в качестве таких веществ получили соединения полисахаридной природы.

Так, известно, что некоторые полисахариды со свойствами растворимых пищевых волокон используются в технологиях в качестве добавок с технологическими функциями загустителей, стабилизаторов и гелеобразователей. К ним относят, в частности, агар, каррагинаны и альгинаты (Хотимченко и соавт., 2001, 2005; Аминина и соавт., 2005; Кадникова, 2009, 2010; Phillips et al., 2006; Draget et al., 2011).

В качестве базового сырья для производства альгинатов в России используются, в основном, водоросли семейства ламинариевых и фукусовых, которые повсеместно встречаются в морях, омывающих российское побережье. Однако в последнее время обнаружено, что у дальневосточных берегов произрастают два малоизученных представителя бурых водорослей: ундария перистонадрезная (Undaria pinnatifida) и костария ребристая(Costaria costata), в тоже время являющиеся богатым и легко возобновляемым сырьевым источником интересных по структуре и биологической активности полисахаридов (Кулепанов, 2005; Потишук и соавт., 2007; Сафина и соавт. 2007; Каленик и соавт., 2011). Исследования химического состава данных водорослей, возможностей их практического

использования изучены рядом авторов, такими как Подкорытовой, Усовым, Звягинцевой, Шевченко, Беседновой, Имбс и многими другими.

Вместе с тем биопотенциал бурых водорослей ундарии и костарии глубоко не исследован, не определена роль полисахаридного состава в образовании пищевых гелевых систем. В этой связи разработка новых технологий желейной и кондитерской продукции на основе загустителей морского происхождения является актуальной для пищевой отрасли экономики РФ.

Целью диссертационного исследования является обоснование использования малоизученного пищевого сырья - бурых водорослей ундарии и костарии в технологии желейной и кондитерской продукции и её товароведная оценка.

В соответствии с поставленной целью были реализованы следующие задачи:

- разработка биотехнологических приемов получения полисахаридов бурых водорослей ундарии и костарии;

- исследование особенностей полисахаридного состава бурых водорослей ундарии и костарии;

- исследование структурных характеристик альгинатов бурых водорослей ундарии и костарии методом 13С-ЯМР для их использования в гелеобразующих системах;

- исследование реологических характеристик гелевых систем на основе полисахаридов бурых водорослей ундарии и костарии;

- разработка рецептур и технологий желейной и кондитерской продукции с использованием полисахаридов бурых водорослей ундарии и костарии;

- проведение товароведной оценки качества и безопасности пищевых продуктов из ундарии и костарии;

- разработка и утверждение технической документации на желейную и кондитерскую продукцию на основе полисахаридов бурых водорослей ундарии и костарии.

Научная новизна работы заключается в том, что с помощью современных высокотехнологичных методов исследования получены новые знания о биохимических особенностях и структурно-функциональных характеристиках полисахаридного состава бурых водорослей ундарии и костарии. Установлено, что альгинаты бурой водоросли костарии ребристой, богатые гулуроновой кислотой, образуют прочные гели, что расширяет ассортимент пищевых добавок морского происхождения для гелеобразования пищевых систем. Выявлены закономерности влияния отдельных компонентов гелевых систем на изменение физико-химических и органолептических показателей качества готовой желейной и кондитерской продукции.

На основании комплексных исследований полисахаридов бурых водорослей ундарии и костарии научно обоснована технология производства пищевой продукции, базирующаяся на биохимических, технохимических особенностях сырья, обеспечивающая высокий уровень качества и безопасности готовой продукции. Новизна, положенная в основу технологических решений, подтверждена патентом РФ № 2461227 от 20.09. 2012 г «Композиция для приготовления желейной заливки»

Практическая значимость Разработаны способы получения пищевой продукции из полисахаридов бурых водорослей ундарии и костарии, позволяющие получить продукцию с высокими органолептическими показателями качества.

Разработана и утверждена нормативная документация на новую желейную продукцию: СТО 9120-02067942-030-2013 Продукты желейные «Желейная заливка»; СТО 922287-02067942-032-2013 Молочное желе «Фрутомилк».

Результаты научных и экспериментальных исследований использованы в учебном процессе на кафедре биотехнологии продуктов из животного сырья и функционального питания Школы биомедицины Дальневосточного федерального университета в учебно-методических комплексах дисциплин «Пищевые и биологические активные добавки», «Биотехнология рыбо- и морепродуктов», «Основные принципы переработки сырья» по направлению 240700.62 «Биотехнология».

Новый пищевой продукт «Композиция для приготовления желейной заливки» удостоен диплома Международной ярмарки инноваций, эко-идей, продуктов и технологий в сельском хозяйстве и пищевой промышленности Agra ARCA-2012 (Слатина, Хорватия, 2012) и золотой медали VI Международной биотехнологической выставки-ярмарки «Росбиотех 2012» (Москва, 2012).

Основные положения, выносимые на защиту:

- биотехнология переработки бурых водорослей ундарии и костарии и получение полисахаридов для технологических целей;

- реологические исследования пищевых гелевых систем на основе альгинатов бурых водорослей ундарии и костарии;

- технология желейной и кондитерской продукции на основе полисахаридов бурых водорослей ундарии и костарии;

- товароведная оценка качества и безопасности разработанной продукции из ундарии и костарии.

Апробация работы Основные положения работы и результаты исследований докладывались на: III Международной научно-технической конференции молодых ученых «Актуальные проблемы технологии живых систем» (Владивосток, 2009); Международной конференции «Новые технологии переработки сельскохозяйственного сырья в производстве продуктов общественного питания» (Владивосток, 2010); VI Московском международном конгрессе «Биотехнология: состояние и перспективы развития» (Москва, 2011); VI и VII Всероссийских научно-практических

конференциях «Качество продукции, технологий и образования» (Магнитогорск, 2011, 2012); IV Научно-практической конференции «Пищевая и морская биотехнология - для здорового питания и решения медико-социальных проблем» (Светлогорск, 2011); II Всероссийской научно-практической конференции «Биотехнология в интересах экологии и экономики Сибири и Дальнего Востока» (Улан-Удэ, 2012); Международной научно-технической конференции «Инновации и современные технологии пищевых производств» (Владивосток, 2013).

Публикации По материалам диссертации опубликовано 11 научных работ в периодических изданиях, трудах всероссийских и международных симпозиумов и конференций, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.

Структура и объём работы Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследования, изложения результатов и их обсуждения, выводов, списка используемых источников и приложений. Работа изложена на 160 страницах, содержит 32 таблицы и 36 рисунков. Список используемых литературных источников включает 243 наименования российских и зарубежных авторов.

Благодарности Автор искренне благодарит научных руководителей д.б.н., профессора Каленик Т.К., к.т.н., доцента Елисееву Т.И. за всестороннюю помощь и поддержку на всех этапах работы, к.х.н., старшего научного сотрудника Шевченко Н.М. за помощь в проведении экспериментальной части диссертационной работы. Автор выражает глубокую признательность заведующей лабораторией д.м.н., профессору Шульгиной Л.В. за помощь в работе с тестовыми культурами ТеКакутепа руп/огтгя. Данная работа выполнена в рамках Федеральной целевой программы «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» (госконтракт № 02.740.11.0740, лот «Новые технологии - продуктов питания направленного действия на основе комплексной переработки морского, сельскохозяйственного и дикорастущего сырья»).

ГЛАВА 1. НАУЧНЫЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ ПРЕДПОСЫЛКИ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПОЛИСАХАРИДОВ БУРЫХ ВОДОРОСЛЕЙ

ДЛЯ ПИЩЕВЫХ ЦЕЛЕЙ

1.1 Классификация веществ, регулирующих консистенцию пищевых продуктов

Термин «консистенция» определяется как характерный признак продукта, воспринимаемый ощущениями, которые возникают при возбуждении зрительных, механических и осязательных рецепторов (Кантере, 2003).

Термин «структура» является составляющим понятия «консистенция» и характеризует макроструктуру продукта. Макроструктура изделий определяется восприятием размера, формы и пространственного расположения отдельных частиц, воспринимаемых осязательными рецепторами. В зависимости от состава рецептурных компонентов и технологии производства кондитерские полуфабрикаты и готовые изделия могут иметь разнообразную структуру, например, кристаллическую, аморфную, плотную, твердую, жесткую, пластичную, эластичную, упругую, слоистую, слоисто-волокнистую, пористую, рассыпчатую, затянутую, мягкую, нежную, пенообразную, желеобразную и другие (Оболкина, 2008).

В пищевой промышленности к веществам, регулирующим консистенцию пищевых продуктов, относят следующие группы добавок: эмульгаторы, пенообразователи, загустители, гелеобразователи, стабилизаторы, наполнители.

Наряду с этим широко применяются стабилизационные системы, состоящие из комплекса компонентов: эмульгатора, стабилизатора и загустителя. Действие этих веществ направлено на создание необходимых или изменение существующих реологических свойств пищевых продуктов. Это позволяет расширять ассортимент эмульсионной и гелевой продукции -

маргаринов, спредов, майонезов, дрессингов, мороженого, соусов, желе, пастилы, зефира, мармелада (Нечаев и др., 2001; Филипс и др., 2006).

Химическая природа веществ, регулирующих консистенцию продуктов достаточно разнообразна. Среди них имеются продукты природного происхождения и получаемые искусственным путем, в том числе химическим синтезом (Нечаев и др., 2007; Текутьева, 2008).

Загустители и гелеобразователи по химической природе представляют собой линейные или разветвлённые полимерные цепи с гидрофильными группами, которые вступают в физическое взаимодействие с имеющейся в продукте водой. За исключением микробных полисахаридов - ксантана Е 415 и геллановой камеди Е 418, а также желатина (животный белок) -гелеобразователи и загустители являются углеводами (полисахаридами) растительного происхождения, растительными гидроколлоидами. Их получают из наземных растений или водорослей. Из бурых водорослей получают альгиновую кислоту