автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Разработка и исследование технологии функционального кисломолочного продукта с экстрактом шиповника и пищевыми волокнами

На правах рукописи

ЛОЗМАЫОВА СОФЬЯ СЕРГЕЕВНА

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО КИСЛОМОЛОЧНОГО ПРОДУКТА С ЭКСТРАКТОМ ШИПОВНИКА И ПИЩЕВЫМИ ВОЛОКНАМИ

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

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005549198

Кемерово 2014

005549198

Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования

«Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» (ФГБОУ ВПО КемТИПП)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Захарова Людмила Михайловна

Официальные оппоненты: Курбанова Марина Геннадьевна

доктор технических наук, Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Кемеровский государственный сельскохозяйственный институт», заведующая кафедрой «Технология храпения и переработки сельскохозяйственной продукции»

Васильев Кирилл Иванович

кандидат технических наук, заместитель начальника департамента сельского хозяйства и перерабатывающей промышленности Кемеровской области

Ведущая организация: Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Омский государственный аграрный университет им. П. А, Столыпина».

Защита диссертации состоится « 26 » июня 2014 г. часов на заседании диссертационного совета Д 212.089.01 при ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» по адресу: 650056, г. Кемерово, бульвар Строителей, 47, (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 официальных сайгах ВАК Ми-нобрнауки РФ (http.vak.ed.gov.ru) и ФГБОУ ВПО КемТИПП (www.kemtipp.ru).

Автореферат разослан « 14 » мая 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

О.В.Кригер

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Состояние здоровья современного человека характеризуется ухудшением, связанным в большей степени с нарушением питания и нехваткой биологически активных веществ. Продукты питания снабжают организм человека не только энергией, необходимой для нормального функционирования и жизнедеятельности, но и необходимыми нутриентами, выполняющими ряд важных функций. Адекватное питание обеспечивает нормальный рост и развитие людей от рождения и способствует повышению работоспособности и продлению полноценной жизни в зрелом возрасте.

Большое значение, в обеспечении здорового питания, имеет молочная промышленность, которая производит функциональные продукты на молочной основе. Производство функциональных продуктов питания является новым перспективным направлением, так как они содержат в своем составе и биологически активные вещества (витамины, антиоксиданты и минеральные вещества) и продукты, стимулирующие рост и развитие микрофлоры кишечника (пробиотики, пребиотики и пищевые волокна).

Для обогащения продуктов биологически активными веществами активно используются растительные компоненты. Среди растений Сибирского региона, в качестве функционального компонента наибольший интерес вызывает шиповник, так как он является цепным источником витаминов и микроэлементов.

Функциональные кисломолочные продукты, обогащенные витаминами незаменимы для питания.

Исходя из вышеизложенного, актуальной задачей молочной промышленности является создание продуктов, которые будут улучшать здоровье человека. А именно, это функциональные молочные продукты, обогащенные витаминами, пищевыми волокнами, пробиотиками, нребиотиками.

Степень разработанности темы. Теоретические и практические положения создания функциональных продуктов, предназначенных для здорового питания разработаны в научных трудах фундаментального и прикладного характера отечественных и зарубежных ученых: Н.П. Липатова (мл), И. А. Рогова, В.Д. Харитонова, А.Г. Храмцова, И.А Евдокимова, A.A. Покровского, JI.A. Остроумова,И.А. Смирновой, JI.M. Захаровой, И.С. Хамагаевой, A.A. Майорова, В.И. Круглик, М.Г. Курбановой, М.Б. Данилова, Г.Б. Гаврилова, Н.Б. Гаври-ловой и других.

Цель работы и задачи исследований. Целью настоящей работы явилось исследование и разработка технологии функционального кисломолочного продукта с экстрактом шиповника и пищевыми волокнами. В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи исследований:

— изучить температурно-временные параметры процесса экстракции плодов шиповника и влияние предварительной обработки измельченных плодов шиповника электромагнитным излучением на содержание биологически активных веществ в экстракте.

- изучить вид и соотношение заквасочной микрофлоры, установить дозу экстракта шиповника и пищевых волокон для производства функционального кисломолочного продукта;

- исследовать комплексное влияние пищевых волокон и экстракта шиповника на формирование функционального кисломолочного продукта;

- определить показатели качества нового функционального кисломолочного продукта и установить допустимые сроки годности;

разработать технологию производства функционального кисломолочного продукта с экстрактом шиповника и пищевыми волокнами

Научная новизна работы. Изучен процесс экстракции измельченных плодов шиповника. Установлено положительное влияние предварительной обработки измельченных плодов шиповника электромагнитным излучением.

На основании изучения химического состава экстракта шиповника обоснована целесообразность его использования в производстве кисломолочных продуктов функционального назначения.

Исследовано влияние пищевых волокон на физико-химические, органо-лептические, микробиологические и реологические показатели готового продукта.

Практическая значимость работы. Разработана технология и составлена техническая документация на производство нового функционального кисломолочного продукта с экстрактом шиповника и пищевыми волокнами «Лакто-биф».

Методология и методы исследования. В процессе реализации экспериментальных исследований использовались общепринятые, стандартные и модифицированные методы определения физико-химических, микробиологических и реологических характеристик. Для обработки полученных данных применялись методы математической статистики.

Основные положения выносимые па защиту:

- обоснование использования экстракта шиповника для производства функционального кисломолочного продукта;

- установление рациональных параметров экстрагирования биологически активных веществ из плодов шиповника;

- определение состава заквасок, влияние заквасочной микрофлоры на процесс ферментации и органолептические показатели кисломолочных сгустков;

- результаты исследований органолептических и микробиологических показателей функционального кисломолочного продукта;

- данные пищевой и биологической ценности нового вида функционального кисломолочного продукта.

Достоверность результатов подтверждается достаточной повторностью и воспроизводимостью экспериментальных данных, полученных с использованием современных физико-химических, микробиологических методов исследований и их математической обработкой.

Качество и безопасность разработанного продукта на соответствие требованиям ФЗ №88 «Технический регламент на молоко и молочную продукцию» (в ред. Федерального закона от 22.07.2010 № 163-Ф3) подтверждены исследованиями в аккредитованной испытательной лаборатории ФГБУ «Кемеровская межобластная ветеринарная лаборатория».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы являлись предметом докладов и обсуждений на научно-практических конференциях различного уровня: международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых «Пищевые продукты и здоровье человека» (Кемерово, 2012), всероссийской научно-практической конференции «Инновации в развитии сферы общественного питания. Проблемы формирования инновационного продукта в области пищевых технологий и здорового питания» (Красноярск, 2013), IV международной научно-практической конференции «Управление инновациями: теория, методология, практика» (Новосибирск, 2013), международной научно-технической конференции молодых ученых «Современный взгляд на производство продуктов здорового питания» (Омск, 2013), международном научно-практическом семинаре «Научные и практические аспекты применения лекарственных растений в производстве пищевых продуктов» (Семей, 2013), международной научно-практической конференции «Перспективы развития нау-ки»(Уфа, 2014).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ, в том числе 2 в рекомендованных ВАК РФ журналах «Техника и технология пищевых производств» и «Молочная промышленность».

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, литературного обзора, методологии исследований, результатов исследований и их анализа, выводов, списка литературы и приложений. Содержание работы изложено на 100 страницах основного текста, содержит 16 рисунков и 26 таблиц. Список литературы включает 114 наименований.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Введение. Обоснована актуальность направления научных исследований.

Глава 1. Обзор литера1урных данных по вопросу производства функциональных кисломолочных продуктов. В главе представлены данные, характеризующие состояние производства функциональных продуктов. Дан обзор функциональных компонентов, которые используются в технологии функциональных кисломолочных продуктов.

Глава 2. Методология проведения исследований. Экспериментальные исследования проводились в лабораториях кафедр «Органическая химия» и «Технология молока и молочных продуктов» ФГБОУ ВПО « Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» и в аккредитованной испытательной лаборатории ФГБУ «Кемеровская межобластная ветеринарная лаборатория».

Схема организации и проведения исследований представлена на рисунке 1.

б

На первом этапе изучали температурно-временные параметры процесса экстракции плодов шиповника и влияние предварительной обработки измельченных плодов шиповника электромагнитным излучением на содержание биологически активных веществ в экстракте. В готовом экстракте определяли массовую долю витамина С, редуцирующих Сахаров, каротиноидов, полифе-нольных соединений, а также органолептические показатели.

На втором этапе изучали вид и соотношение заквасочной микрофлоры. Определяли влияние соотношений на рост клеток молочнокислых микроорганизмов, бифидобактерий, а также на органолептические показатели сгустков. Установили дозы экстракта шиповника и пищевых волокон для производства функционального кисломолочного продукта.

На третьем этапе изучали комплексное влияние экстракта шиповника и пищевых волокон на формирование функционального кисломолочного продукта.

Этапы исследований Изучаемые факторы Контролируемые параметры

Рисунок 1 — Общая схема проведения исследований

Определяли влияние установленных доз экстракта и пищевых волокон на титруемую кислотность, эффективную вязкость и органолептические показатели продукта.

Заключительный этап работы состоял в разработке технологии, изучении качества, безопасности, микробиологического состава, биологической, пищевой ценности и химического состава функционального кисломолочного оро-дукта с экстрактом шиповника и пищевыми волокнами и установлении гарантированного срока годности.

Глава 3. Результаты исследований и их анализ. Параметры экстракции оказывают значительное влияние на содержание биологически активных веществ в получаемом экстракте. В связи с этим было исследовано влияние температуры и продолжительности процесса экстрагирования на содержание витамина С, каротиноидов, редуцирующих Сахаров и полифенольных соединений в экстракте.

Для экстрагирования в термостатном шкафу были выбраны два фактора, оказывающих влияние на извлечение эксграктивных веществ: температура экстрагирования (X,) и продолжительность экстрагирования (Х2). Цель данного этапа исследования — установление оптимальных температурно-временных параметров экстрагирования плодов шиповника. Уровни всех факторов определялись технологическими условиями и возможностями эксперимента: температура экстрагирования варьировалась от 45 до 95 °С с шагом 25 °С; продолжительность экстрагирования - от 2,5 до 7,5 часов с шагом 2,5 часа. В качестве результирующих параметров выбраны: У]- массовая доля витамина С в экстракте, У2 - массовая доля Сахаров и У3- органолептические показатели.

По результатам проведенных исследований получили уравнения регрессии:

Уг= 0,2741 + 0,0006-Х, - 0,0025-Хг + 1,9467 - 5ХЛ 0.0004Х ,Х 2+0.002Х2, (1)

У2=4,1156+0,564X1-3,1467Х2-0,0029Х,2+0,024Х,Х2+0,1067Х22, (2)

У3= 33,35547 - 0,7801X1 - 4,4667Х2 +0,0071Х12 + 0,036 Х,Х2 + 0,352 Х22, (3)

Из уравнений регрессии (1-3) видно, что на массовую долю витамина С (УО в наибольшей степени оказывает влияние продолжительность экстрагирования (Х2); на массовую долю Сахаров (У2) температура экстрагирования (X]); и на органолептические показатели экстракта (Уз) - все технологические параметры. Причем они влияют во взаимосвязи, определяя б конечном итоге состав и свойства готового экстракта шиповника.

Учитывая комплексное воздействие всех факторов, установлена температура экстрагирования 95 0 С и продолжительность 2,5 часа.

После установления температурно-временных параметров экстракции исследовали влияние электромагнитного излучения на измельченные плоды шиповника. Сравнительный анализ экстракта с предварительной обработкой и без нее представлены в таблице 1.

Таблица 1 — Содержание биологически активных веществ в образцах экстракта шиповника

Содержание

Образец Витамин С, Каротиноиды, Биофдавоноиды, Редуцирующие

мг/ЮОг мг/ЮОг мг/100 г сахара мг/ЮОг

1 59,8 ± 1 15 ± 1 32 ±1 41,2± 1

2 40,1 ± 1 11 ± 1 25± 1 37,3± 1

Как видно из таблицы, содержание витамина С в образце 2 ннже, чем в образце 1 и составляет 59,8 мг/100 г, каротиноидов в образце 1 выше на 0, 124 мг, бисфлавоноидов больше на 7 мг, а редуцирующих Сахаров больше на 4,9 мг, что может быть связано с положительным влиянием предварительной обработки измельченных плодов электромагнитным излучением.

Таким образом, предварительная обработка измельченных плодов шиповника электромагнитным излучением перед экстракцией положительно влияет на содержание биологически активных веществ, способствуя их большему экстрагированию.

На следующем этапе исследований осуществляли подбор заквасочных культур для производства функционального кисломолочного продукта.

Руководствуясь требованиями при подборе заквасочных культур, проведены исследования по определению состава заквасок и их влияния на прирост биомассы микроорганизмов, нарастание кислотности, органолептические показатели кисломолочных сгустков. Для проведения эксперимента использовалось два варианта заквасок. Первый вариант состоял из видов Streptococcus thermo-philus, Lactobacillus acidophilus и Bifidobacterium bifidum, второй вариант — Streptococcus thermophilus, Lactobacterium casei subsp. casei и Bifidobacterium bifidum. Результаты исследований влияния вида и соотношения заквасочных культур на процесс кислотообразования и количество жизнеспособных клеток представлены в таблице 2.

Таблица 2 — Влияние вида и соотношения заквасочных культур на процесс сквашивания и прирост биомассы микроорганизмов__

Соотношение заквасочных культур Титруемая кислотность, °Т Продолжительность сквашивания, ч Количество клеток, КОЕ/см3

молочнокислых бактерий бифидобактерий

вариант 1

1:1:1 64±2 8,0±0,2 510у 2-107

3:1:1 69±2 7,0±0,2 7-Ю4 2-10s

4:1:1 73±2 4,0±0,2 1-10ш 3-Ю8

вариант 2

1:1:1 62±2 9,0±0,2 з-юа 8107

3:1:1 66±2 8,0±0,2 5-104 3-108

4:1:1 70±2 5,0±0,2 8-Ю4 5-Ю8

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

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

По результатам проведенных исследований доказана целесообразность использования обоих вариантов заквасок при соотношениях культур 4:1:1

После установления соотношения заквасочных культур исследовали влияние экстракта шиповника на качество функционального кисломолочного продукта.

Дозу экстракта шиповника устанавливали с учетом обогащения готового функционального продукта витамином С на 15 - 30 % от суточной нормы их потребления (при условии, что недостающее количество пополняется за счет других продуктов питания). Рекомендуемая суточная доза в витамине С составляет до 70 мг.

На данном этапе было исследовано влияние следующих доз вносимого экстракта шиповника на активную кислотность сгустка: 3 %, 6 %, 9 % и 12 %. Контролем служил сгусток, полученный из нормализованного сквашенного молока без добавления экстракта. В данных образцах исследовали зависимость активной кислотности от дозы внесенного ингредиента. Данные эксперимента представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Динамика активной кислотности в процессе сквашивания

Продолжительность, час Активная кислотность при дозе экстракта, ед. pH

Контроль 3% 6% 9% 12%

0 6,64±0,02 6,58±0,02 6,58±0,02 6,60±0,02 6,65±0,02

Через 1,0 6,64±0,02 5,33±0,02 5,30±0,02 5,30±0,02 5,33±0,02

Через 2,0 6,29±0,02 5,25±0,02 4,89±0,02 4,79±0,02 4,77±0,02

Через 3,0 5,85±0,02 4,90±0,02 4,68±0,02 4,75±0,02 4,77±0,02

Через 4,0 5,28±0,02 4,74±0,02 4,69±0,02 - -

Через 5,0 4,94±0,02 4,67±0,02 4,62±0,02 - -

Через 6,0 4,65±0,02 - - - -

Анализ данных по влиянию дозы экстракта шиповника на активную кислотность показывает, что с увеличением дозы компонента ускоряется процесс ферментации. Через три часа в образцах с внесенным экстрактом в количестве 9 и 12 % активная кислотность достигла 4,75 и 4,77 , а 3 % и 6 % - 4,90 и 4,68. Это может быть связано с положительным влиянием экстракта шиповника на развитие микрофлоры закваски.

На следующем этапе исследовали влияние пищевых волокон на качество

функционального кисломолочного продукта.

В качестве добавки использовали пищевые волокна «Цитри - Фай» компании «Джорджия» (США).

Для исследования влияния пищевых волокон (ПВ) на качество функционального кисломолочного продукта установили дозу ПВ. Так как важную роль при производстве играет консистенция продукта, определили зависимость си-неретических свойств и реологических характеристик кисломолочного сгустка от внесенной дозы. Результатом проведенных исследований стали кривые течения, построенные в координатах «напряжение сдвига т - скорость сдвига у» с минимальным разрушением структуры образцов при получении каждой экспериментальной точки (рисунок 1).

В качестве реологического параметра для исследованных участков кривых течения кисломолочного сгустка была принята эффективная вязкость, рассчитываемая для этих участков при фиксированной скорости сдвига у; по формуле:

= ф (4)

где т ,у[ - напряжение сдвига и скорость сдвига, соответсвенно.

400

350

300

250

«

200

са

ч

о 150

л

н

о 100

&

о

^ О 50

0

Рисунок 1

20 40 60

Напряжение сдвига Т,Па

Кривые течения образцов кисломолочного продукта при дозе ПВ

С практической значимости рекомендуется выбирать у в диапазоне, в котором фактически закончилось лавинообразное разрушение структуры продукта.

В качестве реологического параметра для исследованных участков кривых течения кисломолочного сгустка была принята эффективная вязкость, рассчитываемая для этих участков при фиксированной скорости сдвига у, по формуле:

= (4)

где т ,у, - напряжение сдвига и скорость сдвига, соответсвенно.

В таблице 4 приведены результаты исследований влияния дозы пищевых волокон на эффективную вязкость и синеретическую способность сгустков функционального кисломолочного продукта.

Таблица 4 - Характеристики функционального кисломолочного продукта в зависимости от дозы пищевых волокон_

Доза Вязкость сгустка, Объем выделившейся сыворотки

ПВ мПа' с в процессе центрифугирования, см3

Контроль 37,2 ±2 11,5± 2

0,5% 40,0 ±2 9,8±2

0,6% 44,2± 2 6,7±2

0,7 % 60, ±2 5,2±2

0,8 % 63,3± 2 4,3±2

0,9 % 74,2± 2 3,8±2

1,0% 74,8± 2 3,4±2

1,1 % 76,7± 2 2,4±2

1,2% 77,6± 2 1,7±2

1,3 % 78,7± 2 1,5±2

1,4% 80,3± 2 1,3±2

1,5 % 82, 5± 2 1,1±2

Анализируя полученные данные, можно судить о том, что внесение цитрусовых волокон значительно снижает синерезис, что является очень важным показателем при производстве кисломолочных продуктов (йогурт,кефир, ряженка и т.д.). Так, например, в образце с дозой ПВ 0,5 % количество выделившейся сыворотки было меньше на 22 % , чем в контрольном образце. При дозе 0,7 % на 33,3 % и на 88,9 % при дозе ПВ 1,5 %

Вязкость исследуемых образцов возрастала с увеличением дозы ПВ. По сравнению с контролем вязкость в образце с дозой 1,5 % возросла в 2,2 раза.

При внесении ПВ, обладающих высокими гидрофильными свойствами, происходит стабилизация молочного сгустка, хорошо удерживающего влагу, что является важным показателем в производстве.

Следующим этапом работы было исследование комплексного воздействия дозы экстракта шиповника и дозы ПВ на формирование кисломолочного продукта. В качестве основных технологических параметров производства функционального были выбраны: титруемая кислотность, органолептические показатели и эффективная вязкость.

Факторы, оказывающие влияние на выбранные показатели в производстве функционального продукта - доза экстракта шиповника и доза ПВ. Факторы варьировали следующим образом: доза экстракта - от 3 до 12 % с шагом 3% и доза ПВ - от 0,5 до 1,0 % с шагом 0,1 %.

Диапазон исследуемых параметров производства выбирали с учетом предварительных экспериментальных исследований.

Обработка экспериментальных данных проводилась методом статистического планирования с помощью пакета 8ТАТ18Т1СА, в результате получены

уравнения регрессии, описывающие зависимость контролируемых параметров от выбранных факторов.

По результатам проведенных экспериментов получили уравнения регрессии, описывающие зависимость дозы экстракта шиповника (Х|), дозы ПВ (Х2), а также их парные влияния на титруемую кислотность (У1), органолептические показатели (У2) и эффективную вязкость (Уз).

У, = 46,1845+1,6004*Х1+67,4554*Х2-0,0509*Х12-0,619*Х1*Х2-46,875*Х22 (5)

У2 - -6,8601+0,5724*Х1+25,9464*Х2-0,0255*Х12-0,2429*Х1*Х2-16,9643*Х22 (6)

Уз=-36,5435+3,1916*Х1+144,0134*Х2-0,1458*Х12+1,3419*Х1*Х2-49,8661*Х22 (7)

Из уравнения регрессии 5 видно, что наибольшее влияние на титруемую кислотность (У0 оказывает доза ПВ, и в меньшей степени - доза экстракта шиповника (X]). На эффективную вязкость (У3) наибольшее влияние оказывает доза ПВ (Х2), а на органолептические показатели (У2) влияние оказывает все факторы.

По результатам комплексного влияния, подтверждены рациональные дозы экстракта шиповника 9 % и ПВ 0,7 %.

На заключительном этапе работы осуществили практическую реализацию результатов исследований.

На основании проведенных исследований разработана технология кисломолочного продукта «Лактобиф».

Биологическая ценность кисломолочного продукта «Лактобиф» и кисломолочного продукта без добавок представлена в таблице 5.

Таблица 5- Содержание аминокислот в контрольном образце и функциональном кисломолочном продукте «Лактобиф»_

Наименование аминокислоты Концентрация аминокислоты, мг/100г продукта

Контроль «Лактобиф»

Аспарагиновая кислота 194 228

Серии 212 291

Треонин 189 224

Глутаминовая кислота 401 412

Пролин 475 511

Глицин 68 85

Алании 124 145

Валин 326 354

Цистеин 26 44

Метионин 85 111

Изолейцин 254 270

Лейцин 445 450

Тирозин 183 219

Как видно из таблицы 5, в опытных образцах кисломолочного продукта произошло повышение количества всех аминокислот, особенно серосодержащих, которыми богаты сывороточные белки, по сравнению с контролем.

Необходимо отметить, что сумма всех аминокислот увеличилась на 0,46 мг/100г, незаменимых аминокислот - на 0,26 мг/100г по сравнению с контрольным образцом.

Таблица 6 - Содержание витаминов в контрольном образце и функциональном

Наименование Количество, мг/100 г

Контроль «Лактобиф»

Вг (рибофлавин) 0,30 0,42

С (аскорбиновая кислота) 1,8 4,88

А (ретинол) не обнаружено 0,43

В-каротин не обнаружено 0,36

В3 (пантотеновая кислота) 1,2 2,82

В« (пиридоксип) 0,98 2,89

В| (тиаминхлорид) 0,32 0,82

Вс (фолиевая кислота) не обнаружено не обнаружено

В5 (никотиновая кислота) не обнаружено не обнаружено

Анализируя данные таблицы 6 , можно сказать о повышении содержания всех водорастворимых витаминов и макроэлементов в образце кисломолочного продукта «Лактобиф» по сравнению с контрольным образцом.

Для установления срока годности нового вида функционального кисломолочного продукта изучали изменение органолептических и микробиологических показателей в течение 13 суток при температурах (4+2) и (9±1) "С. Результаты проведения исследований микробиологических показателей в процессе хранения представлены в таблице 7.

Таблица 7- Микробиологические показатели продукта в процессе хранения

Показатель Значение показателя

Продолжительность хранения, сут

0 4 8 12

Количество молочнокислых микроорганизмов, КОЕ/г, не менее 1,4-109 1,4-109 1,5-108 1,2-Ю7

Бифидобактерии, КОЕ/г, не менее 1,9-10* 1,9-10" 1,6-106 1,4-105

Дрожжи, КОЕ/г менее 10 менее 10 10 60

Плесени, КОЕ/г менее 10 менее 10 30 50

В качестве контроля использовали кисломолочный продукт без добавок. В течение 10 суток хранения органолептическая оценка опытных образцов не изменялась и оставалась на уровне свежевыработанных, на 13-е сутки сенсорные показатели ухудшились: появился посторонний привкус и запах. Учитывая коэффициент резерва, гарантированный срок годности кисломолочных напитков «Лактобиф» составил 7 суток при температуре (4±2) °С.

ВЫВОДЫ

1. Изучен процесс экстракции плодов шиповника и влияние предварительной обработки электромагнитным излучением на содержание биологически активных веществ в экстракте. Установлена температура экстракции 95 ° С и продолжительность процесса 2,5 часа. Доказано, что предварительная обработка измельченных плодов шиповника электромагнитным излучением способствует наилучшему извлечению биологически активных веществ при экстракции.

2. Изучены вид и соотношение заквасочной микрофлоры для производства функционального кисломолочного продукта. Выбрано соотношение Streptococcus thermophilus, Lactobacillus acidophilus и Bifidobacterium bifidum (4:1:1).

3. Изучено влияние экстракта шиповника на качество функционального кисломолочного продукта. Установлена доза внесения экстракта шиповника в количестве 9 %, при которой наблюдались наилучшие физико-химические, синеретические и органолептические показатели.

4. Исследовано влияние дозы ПВ на формирование функционального кисломолочного продукта. Проанализировано совместное использование би-фидобактерий и пищевых волокон в производстве функционального кисломолочного продукта. Определена оптимальная доза ПВ - 0,7 %, при которой количество бифидобактерий увеличилось в 2,7 раза по сравнению с контрольным образцом.

5. Изучено комплексное влияние дозы экстракта шиповника и дозы ПВ на формирование функционального кисломолочного продукта. На основании математического моделирования и совокупности показателей, характеризующих качество функционального кисломолочного продукта, определено влияние на физико-химические и органолептические показатели продукта, наиболее рациональные показатели соответствовали установленным дозам экстракта шиповника й ПВ.

6. Изучена пищевая ценность функционального кисломолочного продукта. За счет внесения экстракта шиповника продукт обогатился витаминами группы А, В, С, а также макро- и микроэлементами, содержание которых в 100 г продукта обеспечивает 30 % суточной потребности в них организмом человека. Установлен гарантийный срок годности функционального кисломолочного продукта — 7 суток при температуре (4±2) "С.

7. Разработана технология производства нового вида функционального кисломолочного продукта «Лактобиф» и техническая документация на его производство (ТУ 9224-192-020-683315-2014 и ТИ 9224-192-020-6833152014).

Основные результаты исследований опубликованы в работах:

Статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ

1. Захарова, JI.M. Исследование технологических параметров производства функционального кисломолочного продукта /JI.M. Захарова, С.В.Орехова, М.А. Захаренко, С.С. Лозманова // Техника и технология пищевых производств. - 2012. - №2. - С. 37-42.

2. Захарова, JT.M. Функциональный кисломолочный продукт с экстрактом шиповника и пищевыми волокнами / JI.M. Захарова, С.С. Лозманова //Молочная промышленность. — 2014. — №4. — С. 58.

Статьи, тезисы в научных изданиях

3. Захарова, Л.М. Использование пребиотиков и растительного сырья в производстве функциональных кисломолочных продуктов / Л.М. Захарова, С.С. Лозманова, М.А. Захаренко // Сборник научных трудов с международным участием «Актуальные проблемы техники и технологии переработки молока»; вып.10. Барнаул: АЗБУКА, 2013. - С. 80-81.

4. Лозманова, С.С. Обогащение кисломолочных продуктов витамином С / С.С, Лозманова // «Пищевые продукты и здоровье человека»: сборник материалов международной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых,— Кемерово, 2012. - С. 80-81.

5. Захарова, Л.М. Использование дикорастущего сырья в производстве функциональных молочных продуктов / Л.М. Захарова, С.С. Лозманова, М.А. Захаренко // «Инновации в развитии сферы общественного питания. Проблемы формирования инновационного продукта в области пищевых технологий и здорового питания»: сборник материалов Всероссийской научно-практической конференции. — Красноярск, 2013. - С.32-33.

6. Захарова, Л.М. Изучение технологических характеристик функционального кисломолочного продукта и его пищевой ценности / Л.М. Захарова,С.С.Лозманова // «Управление инновациями: теория, методология, практика»: материалы VII научно-практической конференции. - Новосибирск, 2013. -С. 118- 123.

7. Захарова, Л. М. Исследование возможности использования пищевого волокна в производстве кисломолочного продукта / Л.М. Захарова, С.С. Лозманова // «Современный взгляд на производство продуктов здорового питания»: материалы международной научно-технической конференции молодых ученых - Омск, 2013. - С 182- 185.

8. Захарова, Л.М. Использование экстракта шиповника в производстве функциональных молочных продуктов / Л.М. Захарова, С.С. Лозманова // «На-

учные и практические аспекты применения лекарственных растений в производстве пищевых продуктов»: материалы международного научно-практического семинара. — Семей, 2013. - С. 81-83.

9. Лозмапова, С.С. Исследование влияния экстракта шиповника и пищевых волокон на формирование кисломолочного продукта / Лозманова С.С. // Перспективы развития науки: сборник статей международной научно-технической конференции. — Уфа, 2014,- С.48-49

Подписано в печать 06.05.2014 г. Формат 60x84, 1/16. Объем уч,-изд. л. 1,25. Тираж 80 экз. Заказ № 607 Кемеровский технологический институт пищевой промышленности 650056, г. Кемерово, бульвар строителей, 47. Отпечатано в рекламно-полиграфической компании «Радуга», 650000, г. Кемерово, ул. Соборная, 6.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности»

РАЗРАБОТКА И ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕХНОЛОГИИ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО КИСЛОМОЛОЧНОГО ПРОДУКТА С ЭКСТРАКТОМ ШИПОВНИКА И ПИЩЕВЫМИ ВОЛОКНАМИ

Специальность 05.18.04 - технология мясных, молочных и рыбных продуктов

и холодильных производств

вах рукописи

ЛОЗМАНОВА СОФЬЯ СЕРГЕЕВНА

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Л.М. Захарова

Кемерово 2014

Оглавление

Введение.............................................................................. 4

Глава 1. Литературный обзор..................................................... 9

1.1. Роль функциональных ингредиентов в питании

современного человека................................................................................................................9

1.2. Ингредиенты функционального назначения для кисломолочных продуктов............................................................................. 17

1.2.1. Источники и состояние потребления пищевых волокон.......... 29

1.3. Растительное сырье как источник биологически активных

веществ................................................................................. 31

Заключение............................................................................ 38

Глава 2. Методология и методы 40 исследований.................................

2.1. Организация проведения эксперимента................................... 40

2.2. Объекты исследований........................................................ 42

2.3. Методы исследований........................................................ 42

Глава 3 Результаты исследований и их анализ..........................................................45

3.1. Определение температурно-временных параметров

экстракции............................................................................ 45

3.1.1.Определение параметров при обработке в термостатном шкафу.................................................................................. 47

3.1.2. Определение параметров при обработке электромагнитным излучением........................................................................... 53

3.2. Исследование влияния параметров производства на качество

функционального кисломолочного продукта............................... 57

3.2.1. Подбор заквасочных культур для производства функциональных кисломолочных продуктов....................................................... 57

3.2.2. Исследование влияния экстракта шиповника на качество функционального кисломолочного продукта............................... 61

3.2.3. Исследование влияния пищевых волокон на качество функционального кисломолочного продукта.............................. 67

3.2.4. Исследование комплексного влияния дозы экстракта шиповника и дозы ПВ на формирование функционального кисломолочного

продукта.............................................................................. 75

Глава 4. Практическая реализация результатов

исследований.......................................................................... 82

4.1. Разработка технологии нового вида функционального кисломолочного продукта с экстрактом шиповника и пищевыми волокнами............................................................................. 82

4.2. Пищевая ценность функционального кисломолочного продукта с экстрактом шиповника и пищевыми волокнами «Лактобиф»............ 90

4.3. Установление гарантированных сроков годности

функционального кисломолочного продукта «Лактобиф»................. 94

4.4. Расчет стоимости сырья и основных материалов для производства

функционального кисломолочного продукта «Лактобиф»................ 100

Выводы................................................................................ 102

Список литературы.................................................................. 104

Приложения........................................................................... 115

ВВЕДЕНИЕ

Состояние здоровья современного человека характеризуется ухудшением, связанным в большей степени не с инфекционными заболеваниями, а с нарушением питания и недостаточной физической активностью. Здоровье каждого человека, а соответственно и нации, определяется типичным рационом питания. Продукты питания снабжают организм человека не только энергией, необходимой для нормального функционирования и жизнедеятельности, но и необходимыми нутриентами, выполняющими ряд важных функций. Наиболее важные из них, это профилактика ряда заболеваний, в основном связанных с нарушением нормальной деятельности желудочно-кишечного тракта. Адекватное питание обеспечивает нормальный рост и развитие людей от рождения и способствует профилактике заболеваний, повышению работоспособности и продлению полноценной жизни в зрелом возрасте.

Большое значение, в обеспечении здорового питания, имеет молочная промышленность, которая производит функциональные продукты на молочной основе для детерминированных групп потребителей. Производство функциональных продуктов питания является новым перспективным направлением.

На сегодняшний день эффективно используются 7 основных видов функциональных ингредиентов: пищевые волокна (растворимые и нерастворимые), витамины, минеральные вещества (кальций, йод, селен, железо и др.), антиоксиданты (каротин, биофлавоноиды, токоферол и др.), полиненасыщенные жирные кислоты, пребиотики (инулин, лактоза, молочная кислота и др.), пробиотики (бифидо- и лактобактерии и др.).

Функциональные кисломолочные продукты обладают высокой пищевой ценностью, важными диетическими и профилактическими свойствами. Они содержат в своем составе все основные пищевые вещества в хорошо сбалансированной форме, вследствие чего легко перевариваются в желудочно-кишечном тракте и быстро усваиваются организмом человека.

содержат в своем составе все основные пищевые вещества в хорошо сбалансированной форме, вследствие чего легко перевариваются в желудочно-кишечном тракте и быстро усваиваются организмом человека.

В своем составе функциональные кисломолочные продукты содержат широкий спектр заквасочной микрофлоры. Продукты метаболизма заквасочной микрофлоры играют важную роль в профилактике различных заболеваний, связанных в основном с заболеваниями желудочно-кишечного тракта.

Для стимуляции роста и развития микрофлоры вводятся функциональные ингредиенты, такие как пищевые волокна и пребиотики.

Особое место в адекватном питании отводится продуктам, содержащим пищевые волокна. Пищевые волокна являются питательной средой для микроорганизмов кишечника человека. А также необходимы для нормального функционирования поджелудочной железы, печени, желчного пузыря, участвуя в удалении из организма конечных продуктов обмена веществ.

В последнее время также возрос интерес к обогащению продуктов биологически активными веществами, в качестве источника которых выступают растительные компоненты.

Среди различных растений Сибирского региона наибольший интерес вызывает шиповник, так как он является ценным источником витаминов и микроэлементов.

Функциональные кисломолочные продукты, обогащенные витаминами, незаменимы для питания. Они могут применяться как при заболеваниях, связанных с витаминной недостаточностью, также и для повышения защитных функций организма. Потребление продуктов, обогащенных витаминами, снижает риск развития многих широко распространенных заболеваний, таких как сахарный диабет, онкологических патологий, гипертонической болезни.

Исходя из вышеизложенного, актуальной задачей пищевой промышленности является создание продуктов, которые будут улучшать здоровье человека. Это функциональные молочные продукты, обогащенные витаминами, пищевыми волокнами, пробиотиками, пребиотиками.

Цель и задачи исследований. Целью настоящей работы явилось исследование и разработка технологии функционального кисломолочного продукта с экстрактом шиповника и пищевыми волокнами. В соответствии с поставленной целью определены следующие задачи исследований:

- изучить температурно-временные параметры процесса экстракции плодов шиповника и влияние предварительной обработки измельченных плодов шиповника электромагнитным излучением на содержание биологически активных веществ в экстракте;

- изучить вид и соотношение заквасочной микрофлоры, установить дозу экстракта шиповника и пищевых волокон для производства функционального кисломолочного продукта;

- исследовать комплексное влияние пищевых волокон и экстракта шиповника на формирование функционального кисломолочного продукта;

- определить показатели качества нового функционального кисломолочного продукта и установить допустимые сроки годности;

- разработать технологию производства функционального кисломолочного продукта с экстрактом шиповника и пищевыми волокнами.

Научная новизна. Изучен процесс экстракции измельченных плодов шип овника. Установлено положительное влияние предварительной обработки измельченных плодов шиповника электромагнитным излучением.

На основании изучения химического состава экстракта шиповника обоснована целесообразность его использования в производстве кисломолочных продуктов функционального назначения.

Исследовано влияние пищевых волокон на физико-химические, органолептические, микробиологические и реологические показатели готового продукта.

Практическая значимость работы. Разработана технология и составлена техническая документация на производство нового функционального кисломолочного продукта с экстрактом шиповника и пищевыми волокнами «Лактобиф».

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

Основные положения, выносимые на защиту:

- обоснование использования экстракта шиповника для производства функционального кисломолочного продукта;

- установление рациональных параметров экстрагирования биологически активных веществ из плодов шиповника;

- определение состава заквасок и их влияние на продолжительность ферментации и органолептические показатели кисломолочных сгустков;

- результаты исследований органолептических, физико-химических, структурно- механических и микробиологических показателей функционального кисломолочного продукта;

- данные пищевой и биологической ценности нового вида функционального кисломолочного продукта.

Достоверность результатов подтверждается достаточной повторностью и воспроизводимостью экспериментальных данных, полученных с использованием современных физико-химических, микробиологических, биохимических методов исследований и их математической обработкой, апробацией нового технологического решения в производственных условиях.

Качество и безопасность разработанного продукта на соответствие требованиям ФЗ №88 «Технический регламент на молоко и молочную продукцию» (в ред. Федерального закона от 22.07.2010 № 16Э-ФЗ) подтверждены исследованиями в аккредитованной испытательной лаборатории ФГБУ «Кемеровская межобластная ветеринарная, лаборатория».

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы являлись предметом докладов и обсуждений на научно-практических

конференциях различного уровня: Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Пищевые продукты и здоровье человека» (Кемерово, 2012), Всероссийская научно-практическая конференция «Инновации в развитии сферы общественного питания. Проблемы формирования инновационного продукта в области пищевых технологий и здорового питания» (Красноярск, 2013), IV международная научно-практическая конференция «Управление инновациями: теория, методология, практика» (Новосибирск,2013), Международная научно-техническая конференция молодых ученых «Современный взгляд на производство продуктов здорового питания» (Омск, 2013), Материалы международного научно-практического семинара «Научные и практические аспекты применения лекарственных растений в производстве пищевых продуктов» (Семей, 2013), международная научно-практическая конференция «Перспективы развития науки» (Уфа, 2014).

ГЛАВА 1. ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1. Роль функциональных ингредиентов в питании современного

человека

Питание - один из самых важных и надежных способов улучшения здоровья, регуляции жизнедеятельности, профилактики и исцеления хронических дегенеративных заболеваний. С древних времен люди понимали огромное значение питания для здоровья. Мыслители древности Гиппократ, Парацельс, Гален и другие посвящали целые трактаты лечебным свойствам различных видов пищи и разумному ее потреблению. Выдающийся ученый Востока Абу Али Ибн Сина (Авиценна) считал пищу источником здоровья, силы, бодрости. И.И. Мечников полагал, что люди преждевременно стареют и умирают в связи с неправильным питанием и что человек, питающийся рационально, может жить 120-150 лет [82, 92].

Правильное, рациональное питание - непременное условие здоровья и благополучия человека [82].

Организованный институтом РАМН мониторинг состояния питания свидетельствует о том, что структура питания населения в последнее время не соответствует теории рационального питания. Ведущим по степени негативного влияния на здоровье является дефицит животных белков, растительных жиров и микронутриентов, что приводит к ослаблению сопротивляемости организма воздействию неблагоприятных факторов окружающей среды. Это указывает на необходимость совершенствования научно-практических подходов к созданию продуктов питания [4].

Недостаточное поступление с пищей витаминов и жизненно необходимых минеральных веществ и микроэлементов наносит существенный ущерб здоровью: снижается физическая и умственная работоспособность, сопротивляемость различным заболеваниям, усиливается отрицательное воздействие на организм неблагоприятных экологических условий, вредных факторов производства,

нервно-эмоционального напряжения и стресса, повышается профессиональный травматизм, чувствительность организма к воздействию радиации, развиваются различные нарушения обмена веществ, быстро изнашивается организм.

Среди субъективных причин, приводящих к нарушению адекватности питания, в первую очередь необходимо отметить слабую грамотность населения в отношении требований, предъявляемых к рациональному питанию в отношении пищевой ценности отдельных продуктов питания, технологических приёмов приготовления пищи, которые позволяют обеспечивать сохранение в ней незаменимых нутриентов и т.д. [3,9].

Ухудшение экологической ситуации во многих регионах России, повсеместное ухудшение структуры питания делают очень важной и актуальной проблему изыскания природных средств, растительного сырья, богатого биологически активными веществами, повышающими неспецифическую резисцентность организма к действию неблагоприятных факторов окружающей среды и предотвращающих развитие ряда хронических заболеваний. Кроме того, одним из важнейших приоритетов пищевой промышленности являются экологическая чистота и безопасность продуктов питания. Результаты мониторинга, проводимого в нашей стране, свидетельствуют о высоком уровне загрязнения продуктов питания токсичными элементами [3, 93].

В соответствии с принятой в нашей стране концепцией государственной политики в области здорового питания населения одним из важнейших направлений научных разработок является создание технологий производства качественно новых разработок с направленным изменением химического состава, соответствующим физиологическим потребностям человека.

Проблемы питания современного человека тесно связаны с вопросами качества и безопасности пищевых продуктов. Понятие качества подразумевает интегральную совокупность свойств, способных через этот продукт доставить все необходимые элементы питания человека. Накопленный в настоящее время опыт и обобщение имеющихся результатов по рассматриваемому вопросу

позволили определить следующие важнейшие нарушения пищевого статуса населения России:

- избыточное потребление животных жиров;

- дефицит полиненасыщенных жирных кислот;

- дефицит полноценных (животных) белков;

- дефицит витаминов: С, Вь В2, фолиевой кислоты, ретинола, Е, бета-каротина и др.;

- дефицит минеральных веществ: Са, Ре;

- дефицит микроэлементов: I, Б, 8е,

- дефицит пищевых волокон [71].

Оптимальное питание определяется количеством и соотношением макро- и микронутриентов а также большого числа других биологически активных веществ (БАВ). Многие из таких веществ современная теория позитивного питания позиционирует как физиологически функциональные ингредиенты [53].

Макронутриенты, или основные пищевые вещества, - белки, жиры и углеводы - нужны человеку в количествах, измеряемых несколькими десятками и сотнями граммов. Основными пищевыми веществами они называются потому, что при их окислении в организме происходит выделение энергии, используемой для выполнения всех жизненно важных функций организма [59, 94].

Б�