автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Разработка технологии белкового модуля и напитков на его основе

На правах рукописи

ТИТОВА МАРИЯ ЕВГЕНЬЕВНА

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ БЕЛКОВОГО МОДУЛЯ И НАПИТКОВ

НА ЕГО ОСНОВЕ

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

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

1 5 МАЙ 2014

Москва-2014

005548095

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет пищевых производств»

Научный руководитель доктор технических наук, профессор

Тихомирова Наталья Александровна .

Официальные оппоненты:

Петров Андрей Николаевич, доктор тех!гаческих наук, член-корреспондент Россельхозакадемии, ГНУ Всероссийский научно-исследовательский институт консервной и овощесушилыгой промышленности Россельхозакадемии (ГНУ ВНИИКОП Россельхозакадемии), директор.

Смирнова Елена Александровна, кандидат технических наук, ФГБУ Научно-исследовательский институт питания РАМН, старший научный сотрудник лаборатории «Технология новых специализированных продуктов профилактического действия».

Ведущая организация: ГНУ Научно-исследовательский институт детского питания Россельхозакадемии.

Защита состоится «¿У» 2014 г вчасов

на заседании диссертационного совета ДМ 006.021.01 при Государственном научном учреждении Всероссийский научно-исследовательский институт мясной промышленности им. В.М. Горбатова Российской академии сельскохозяйственных наук по адресу 109316, Москва, ул. Талалихина, д.26.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ГНУ ВНИИМП им. В.М. Горбатова Россельхозакадемии.

Автореферат разослан «¿У » Ш^АеигА 2014 г.

Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук, старший научный сотрудник

А. Н. Захаров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Разработка специализированных продуктов питания для детерминированных групп потребителей является одной из наиболее актуальных проблем современной науки о питании и пищевой технологии. В рамках Государственных Программ по развитию здравоохранения особое внимание уделяется здоровому питанию населения, в частности детей раннего, школьного и подросткового возраста.

В последнее время в области разработки и применения специализированных продуктов для питания школьников наблюдается стремительное развитие, особенно за рубежом. Однако разработка и промышленное производство данной группы продуктов в нашей стране весьма ограничено, как по объему выпускаемой продукции, так и по ассортименту. Основными направлениями в области разработки и производства подобных продуктов до настоящего момента, в основном, являлось обогащение традиционных молочных продуктов питания витаминно-минеральными премиксами, создание витаминизированного молока для школьников, однако известные продукты не обладают повышенной биодоступностью и улучшенной переваримостью. Для оптимального и здорового питания при современном уровне жизни необходимо повысить долю легкоусвояемого белка. Для этих целей наиболее подходят белки с высокой биологической ценностью, главным образом животного происхождения.

На современном этапе актуальным и инновационным считается использование в технологии пищевых продуктов минорных биологически активных белков животного происхождения и их комплексов, выполняющих защитную, антимикробную, регенерирующую, антиоксидантную, регуляторную и другие физиологические функции в организме человека.

В связи с вышеизложенным является актуальной разработка на основе комплекса биологически активных белков животного происхождения, повышения их биодоступноста и с учетом медико-биологических требований для детерминированной группы потребителей, состава и технологии белкового модуля для производства на его основе специализированных продуктов питания.

Степень разработанности темы исследований. Теоретические и практические основы в области создания специализированных продуктов питания и исследования биологически активных веществ сырья животного происхождения заложены в трудах таких отечественных и зарубежных ученых как: Антипова Т.А., Ганина В.И., Донская Г.А., Зобкова З.С., Липатов Н.Н.мл., Лисицин А.Б., Комолова Г.С., Кочеткова A.A., Радаева И.А., Рогов И.А., Тихомирова H.A., Токаев Э.С., Устинова A.M., Храмцов А.Г., Чернуха И.М., Albera Е., Carrol MD., Kankofer М., Zulueta А., и др..

Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы являлась разработка состава и технологии белкового модуля на основе биологически активных белков сырья животного происхождения и повышения их

з

биодоступности для производства на его основе продуктов питания для школьников среднего возраста.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие основные задачи:

1. провести оценку фактического рациона школьников среднего возраста с учетом тендерного и регионального принципа для формулирования требований к белковому модулю и продуктам на его основе для учащихся средних общеобразовательных школ от 11 до 14 лет;

2. разработать рациональный состав белкового модуля с учетом медико-биологических требований и результатов собственных исследований для производства продуктов школьного питания;

3. на основе современных методов исследования провести скрининг состава и свойств белкового модуля;

4. разработать технологию белкового модуля и выработать лабораторную и опытную партию белкового модуля и напитков на его основе;

5. разработать и утвердить комплекты технической документации на разработанные продукты и провести апробацию в производственных условиях.

Научная новизна

- На основе параметрической модели спроектирован состав, свойства и потребительские характеристики продукта для корректировки рациона среднестатистического школьника 11-14 лет с учетом тендерного признака.

Доказано in vivo и in vitro, что разработанный белковый модуль обладает антиоксидантными свойствами, высокой биологической ценностью и повышенной переваримостью.

- Установлена зависимость микро- , нано- структуры и размера минорных белков животного происхождения, входящих в состав белкового модуля, от режимов его измельчения на шаровой мельнице.

Теоретическая и практическая значимость

Теоретическая значимость работы заключается в вьщвижении гипотезы о возможности разработки состава и технологии продукта специализированного питания на основе комплексного использования биологически активных белков сырья животного происхождения, а именно: молочного сырья, крови убойных животных, куриного лизоцима и увеличения их биодоступности путем измельчения до наноразмеров.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

- Разработаны научно обоснованные составы и технологические схемы производства белкового модуля и молочного напитка на его основе.

- Разработаны и утверждены комплекты технической документации на «Белковый модуль» ТУ 9223-190-10514645-13 и «Напиток молочный» ТУ 9223-192-10514645-13.

- Проведена промышленная апробация разработанных продуктов в производственных условиях ООО НВЦ «Новые биотехнологии», ЗАО «Озерецкий молочный комбинат».

- Подана заявка на патент «Способ производства функционального продукта» №2013126936 от 13.06.2013.

Методология и методы исследования

Методологической основой диссертации являются труды отечественных и зарубежных ученых, установивших актуальность разработок специализированных продуктов питания на основе биологически активных нутриентов для повышения биологической ценности рациона питания различных групп населения.

При организации и проведении экспериментальных исследований применяли физико-химические, реологические, микроскопические, микробиологические, органолептические методы определения показателей исследуемых объектов, а также анкетно-опросный метод и компьютерное моделирование рецептуры, статистическую обработку.

Степень достоверности результатов работы подтверждается проведением экспериментов в 5-7 кратной повторности с применением стандартных и оригинальных методов исследований, а также современных приборов и оборудования, статистической обработкой данных при доверительной вероятности 0,95 для технических и технологических исследований; 0,80 для микробиологических и медико-биологических исследований и использованием компьютерных программ Microsoft Excel, MathCAD.

Апробация работы

Основные положения и результаты научной работы доложены и представлены на VIII, IX, X международных конференций студентов и молодых ученых «Живые системы и биологическая безопасность населения», (Москва, 2010, 2011, 2012), XIV международной научно-практической конференции «Перспективные направления исследований в области переработки мясного сырья и создания конкурентоспособных продуктов питания» (Москва, 2011), конференции ВНИИ пищевой биотехнологии «Перспективные ферментные препараты и биотехнологические процессы в технологиях продуктов питания и кормов» (Москва, 2012), международной научно-практической конференции «Фармацевтические и медицинские биотехнологии» и X специализированной выставке «Мир биотехнологии» (Москва, 2012), X Международной научной конференции студентов и молодых ученых «Технологии и продукты здорового питания. Функциональные пищевые продукты» (Москва, 2012), XIV Всероссийском Конгрессе диетологов и нутрициологов с международным участием «Алиментарно-зависимая патология: предикативный подход» (Москва, 2012), VII Московском международном конгрессе «Биотехнология: состояние и перспективы развития», (Москва, 2013).

Научная работа отмечена наградами: Стипендией Президента РФ за 2012 -2014 гг.; Медалью на конкурсе молодых ученых в рамках VII Московского международного конгресса «Биотехнология: состояние и перспективы развития», (Москва, 2013); грамотой на VIII Международной научной

конференции студентов и молодых ученых «Живые системы и биологическая безопасность населения» (Москва, 2010); грамотой на X Международной научной конференции студентов и молодых ученых «Технологии и продукты здорового питания. Функциональные пищевые продукты» (Москва, 2012).

Публикации. По материалам исследований опубликовано 14 печатных работ, в том числе 4 статьи в журналах, входящих в перечень ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы, включающей 205 источников (в том числе 32 на иностранных языках). Работа изложена на 133 страницах текста, содержит 23 таблицы, 22 рисунка и 13 приложений.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность проблемы, определена цель и задачи исследования, научная новизна и практическая значимость работы, сформулированы основные положения, выносимые на защиту.

В первой главе «Аналитический обзор» представлен анализ научной, технической и патентной информации по теме диссертации. Рассмотрены основные принципы и особенности питания детей школьного возраста, в частности среднего, от 11 до 14 лет. Показана роль биологически активных веществ в адекватном развитии школьника, особенно в условиях повышенных психоэмоциональных и физических нагрузок, характерных для современного ритма жизни. Обосновано использование специализированных продуктов в рационе школьников от 11 до 14 лет, а также приведены примеры существующих в настоящее время на отечественном и зарубежном рынке функциональных продуктов питания. Показана целесообразность увеличения биодоступности пищевых нутриентов, в частности путем их измельчения до наноразмеров. На основании анализа и обобщения информации аналитического обзора сформулированы цель и задачи диссертационной работы.

Во второй главе «Организация эксперимента, материалы и методы исследования» представлены объекты и методы исследований. Исследования проводили на кафедре «Технология мясных и молочных продуктов», отдельные эксперименты в лаборатории ПНИЛЭФМОПП ФГБОУ ВПО МГУПП, Институте биохимии им. А.Н. Баха РАН, в отделе физической химии ГНУ ВНИИМС Россельхозакадемии, г. Углич. Общая схема эксперимента представлена на рис. 1.

б

Рисунок 1 - Схема проведения исследований

В соответствии с целью и задачами работы объектами исследований являлись компоненты, входящие в состав разработанного модуля: концентрат сывороточных белков; сухое обезжиренное молоко; сыворотка молочная сухая подсырная деминерализованная; препараты белков крови убойных животных; лизоцим куриный; препарат йода на основе молочного белка; концентрат низкомолекулярных катионных сывороточных белков; витаминно-минеральный премикс Элевит К для обогащения школьного питания; а также готовые продукты «Белковый модуль» и «Напиток молочный».

При оценке состава и свойств исследуемых объектов определяли следующие показатели: 1) массовую долю влаги - ГОСТ 29246-91; 2) индекс растворимости - ГОСТ Р ИСО 8156-2010; 3) динамическую вязкость на вискозиметре Брукфильда ; 4) насыпную плотность - ГОСТ 51462-99; 5) массовую долю белка - ГОСТ 23327-98; 6) активную кислотность - ГОСТ Р 53359-2009; 7) анализ фактического рациона питания школьников - расчетным способом с использованием данных о химическом составе блюд и продуктов питания по справочнику Тутельяна В.А. и Скурихина И.М.; 8) переваримость белков «in vitro» - ферментным гидролизом белка по методу Покровского А.А.

7

и Ертанова И.Д.; 9) органолептические показатели готового продукта - ГОСТ 29245-91; 10) микробиологические показатели - ГОСТ 10444.15-94, ГОСТ Р 52815-2007, ГОСТ Р 52816-2007, ГОСТ Р 52814-2007, ГОСТ Р 51921-2002 в аккредитованном испытательном лабораторном центре «Биотест».

Исследование фактического рациона питания школьников проводилось в период с 2011 по 2012 гг. анкетно-опросным методом среди учащихся г. Москвы и Московской области, представляющие собой сверхкрупный мегаполис, а также г. Чебоксары и г. Новочебоксарска, представляющие собой средние по численности города со средним уровнем урбанизации.

Микро- и наноструктуру образцов, морфометрические признаки частиц белкового модуля (11) исследовали с помощью трансмиссионного электронного микроскопа ЕМ-410 («Филипс», Нидерланды) методом прямого микроскопирования, с контрастированием тяжелыми металлами, при инструментальном увеличении 157000х, а также с помощью сканирующего зондового микроскопа Солвер Некст™ («NT-MDT», Россия).

Применяли методы статистической обработки экспериментальных данных и методы математического моделирования. Для обработки экспериментальных данных и построения графических зависимостей использовали программу Microsoft Excel 2007 для Windows 7.

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

В третьей главе «Анализ фактического рациона питания детей школьного возраста» представлены результаты исследования по определению фактического суточного рациона учащихся СОШ. В результате, анализировали средневзвешенный суточный рацион школьника среднего возраста по соответствию его пищевой, энергетической и биологической ценности Методическим Рекомендациям, разработанным НИИ Питания РАМН «МР 2.3.1.2432-08» и СанПиН 2.4.5.2409-08 «Санитарно-эпидемиологические требования к организации питания обучающихся в общеобразовательных учреждениях, учреждениях начального и среднего профессионального образования».

Полученные результаты свидетельствуют о недостаточной адекватности рационов, как по общей калорийности, так и по соотношению основных нутриентов: белков, жиров, углеводов. Средняя суточная энергетическая ценность фактического рациона школьников в возрасте от 11 до 14 лет составила 1868,6±177,4 ккал, что на 25,3±2,3% ниже рекомендуемой физиологической нормы. При этом разница по тендерному принципу составляла около 26,0%, а по региональному у мальчиков около 10,0%, а у девочек около 7,6%. Аналитическая оценка пищевой ценности представлена в процентах от рекомендуемой суточной потребности (РСП) на рисунке 2а для мальчиков, на рисунке 26 для девочек.

г.Москва и Московская обл. г.Чебоксары и г.Новочебоксарск

Белок Жир УВ ПВ Ыа К Са Р Ре I А В1 В2 В6 Е С

(Б)

Рисунок 2 - Содержание основных пищевых компонентов, витаминов и минеральных веществ в средневзвешенном суточном рационе мальчиков (а) и девочек (б) в возрасте 11-14 лет

Из представленных гистограмм видно, что фактический рацион школьников среднего возраста как крупного мегаполиса, так и промышленного города со средней численностью населения разбалансирован по содержанию белков, жиров, углеводов, макро- и микронутриентов. Во всех исследуемых группах школьников наблюдался дефицит общих белков, который составил у мальчиков 15,45±1,46%, у девочек 7,0±0,5%, при этом дефицит полноценных животных белков составлял 30% у школьников московского региона и 70% у школьников г.Чебоксары и г. Новочебоксарска. Потребление жиров у мальчиков на 43±4% выше рекомендуемой нормы, в то время как у девочек дефицит жиров в рационе составляет 38,57±3,66%. Во всех группах потребление пищевых волокон практически соответствует физиологическим

9

нормам, а доля легкоусвояемых углеводов удовлетворяется только в среднем на 50%. Практически отсутствуют региональные и тендерные различия по потреблению усвояемых и неусвояемых углеводов. Отмечено превышающее в 2 раза и более потребление натрия и калия, что может быть объяснено большой долей фаст-фуда и гастрономических продуктов в рационе питания. Анализ суточного рациона во всех исследуемых группах также выявил недостаток микронутриентов, в частности кальция, железа, йода и витаминов, в частности, А, Е, группы В, а витамина С - в трех группах, у девочек московского региона доля витамина С превышает норму более чем на 50%, что можно объяснить социально-экономическими причинами, культурой питания и вкусовыми предпочтениями.

Результаты мониторинга позволили сформулировать пути коррекции рациона детей школьного возраста на основе медико-биологических рекомендаций и фактического анализа. Для разработки адекватного суточного рациона питания среднестатистического школьника возраста 11-14 лет (учитывая тендерные различия), ведущего здоровый и активный образ жизни, занимающегося спортом и фитнесом, следует внести следующие корректировки: увеличить на 20±1,9% долю полноценных белков животного происхождения, богатых незаменимыми аминокислотами; увеличить содержание углеводов до 320±28 г в сутки; довести содержание жиров до 77-83 г в сутки в зависимости от пола; увеличить энергетическую ценность рациона питания на 25±2% в сутки; повысить содержание кальция на 40% в сутки; повысить содержание железа на 4 мг в сутки; дополнительно внести в рацион цинк в количестве 12 мг в сутки; внести в рацион йод в количестве 0,13 мг в сутки; повысить содержание витамина С до 70 мг в сутки; повысить содержание витамина В2 на 0,25мг в сутки; внести в рацион витамин В]2 в количестве 4,0 мг в сутки. Коррекция пищевого статуса школьников должна осуществляться за счет применения системы специализированного питания, включающей в себя использование в питании продуктов заданного химического состава.

В четвертой главе «Разработка состава и технологии белкового модуля для коррекции рациона питания школьников» обоснован подбор компонентов белкового модуля. Уточнены требования к составу и качеству разрабатываемого продукта: по форме производства продукта - модуль в виде сухого порошка, что обеспечивает его длительный срок хранения, а также удобен в использовании. Для восполнения недостаточного поступления в организм с обычным рационом биологически активных нутриентов в состав модуля введен комплекс минорных белков молока (лактоферрин, РНКаза, ангиогенин, лизоцим), для удовлетворения ежедневной порцией продукта 2530% суточной потребности ребенка в них; в качестве источника белков животного происхождения и железа для предотвращения железодефицитной анемии у детей среднего школьного возраста, особенно девочек, выбраны препараты белков крови убойных животных; в качестве источника йода, для обеспечения физиологической потребности в йоде в неблагополучных по йоду

районах, в состав модуля введен препарат йода на основе молочного белка. По показателям безопасности (содержанию токсичных веществ, пестицидов, антибиотиков, радионуклидов), а также микробиологическим показателям, продукт должен соответствовать требованиям, предъявляемым к пищевым продуктам, «Гигиеническим требованиям безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов» (СанПиН 2.3.4.1078-2001, п. 1.9.2., п. 1.9.2.З., п.1.10.5.1., «Единым санитарно-эпидемиологическим и гигиеническим требованиям к товарам, подлежащим санитарно-эпидемиологическому надзору (контролю)» (ЕврАзЭс), (гл.Н, раздел 1, инд.10.8)).

На основании системного анализа результатов исследований в области питания и требований к продукту проводили компьютерное моделирование рецептуры белкового модуля. Для этого объединили данные по энергетической, пищевой и биологической ценности, групповые и индивидуальные ограничения по нутриентному составу с оценкой адекватности по комплексу биологических, технологических и экономических критериев в единую компьютерную базу знаний, отражающую всю априорно известную информацию о параметрах состояния потребителя продуктов и их связях с факторами окружающей среды, характеристиками рациона, режима и продуктов питания, условия приготовления и потребления. Основу реляционной базы данных с индексно-последовательной структурой составляют физико-химические характеристики продуктов питания - калорийность, пищевая ценность, характеризующаяся общим химическим составом (белки, жиры, углеводы), эссенциальные вещества (витаминный, макро- и микроэлементный составы), состав эссенциальных нутриентов: незаменимых аминокислот, жирных кислот, биологически активные вещества (БАВ), структурно-механические свойства и другие нутриенты на единицу массы продукта и др. Функциональная схема компьютерной системы представлена на рисунке 3.

В ходе реализации функциональной схемы компьютерной системы при определении рационального состава белкового модуля было получено по три рецептуры для девочек и мальчиков.

Рисунок 3 - Функциональная схема компьютерной системы Анализ полученных рецептур по составу, стоимости, функционально-технологическим свойствам ингредиентов позволил выделить базовые рациональные рецептуры белкового модуля, содержащие в составе необходимые функциональные компоненты, которые позволят скорректировать рацион школьника среднего возраста, учитывая различные потребности в зависимости от пола, а также в зависимости от зоны проживания, учитывая неблагоприятные по йоду территории (табл. 1).

Таблица 1 - Рациональная рецептура белкового модуля

Наименование компонента Содержание, г/100 г

Рецептура 1 (для девочек) Рецептура 2 (для мальчиков)

Сухое обезжиренное молоко 71,403 71,403

Сухая подсырная сыворотка деминерализованная 8,48 8,49

Сывороточные концентраты 20,0 20,0

Препараты белков крови убойных животных, в т.ч.: с гемоглобином, белки плазмы сыворотки 0,004 0,002 0,002 0,004 0,001 0,003

Концентрат низкомолекулярных сывороточных белков молока 0,02 0,02

Витаминно-минеральный премикс Элевит-К 0,02 0,03

Лизоцим куриный 0,05 0,05

Препарат йода на основе молочного белка 0,003 0,003

Скрининг свойств и состава белкового модуля

Одним из перспективных путей создания инновационных специализированных продуктов питания, обладающих улучшенной переваримостью, является увеличение их биодоступности путем измельчения частиц белков до наноразмеров. Целью данного этапа исследования являлась отработка рациональных режимов измельчения белкового модуля с сохранением его биологической активности и ценности. В результате подбора оборудования для тонкого измельчения сухих компонентов выбрана планетарная шаровая мельница РМ 100 («ЯейсЬ», Германия). В ходе эксперимента определяли основные параметры процесса измельчения на ней, а именно: скорость вращения чаши, время измельчения, температуру образца. Объектом измельчения служил белковый модуль. В ходе анализа экспериментальных данных и изучения кинетики измельчения получили рациональные режимы измельчения сухого белкового модуля: скорость 650±25 об/мин; время измельчения 21±1 мин; температура образца 15±5°С.

Равномерность компонентного состава в белковом модуле определяли по коэффициенту неоднородности. Ключевым минорным компонентом выбрана аскорбиновая кислота, которая входит в состав витаминно-минерального премикса. В результате расчета, коэффициент неоднородности составил 3,1%.

После измельчения сухого белкового модуля на планетарной шаровой мельнице определяли размер полученных частиц. Электронно-микроскопические исследования белкового модуля проводили в водном растворе до и после измельчения (рис. 4, 5).

Рисунок 4 - Характеристика размеров (А) и структуры (Б) белкового модуля до измельчения

Микроструктуру образца модуля после измельчения (рис. 5) можно охарактеризовать как состоящую из белковых глобул, однородную по размеру и форме, в отличие от образца до измельчения (рис. 4). Характеристические признаки структурных элементов после измельчения: средние размеры 32x21 нм, коэффициент формы - 1,4, глобулы соединяются между собой преимущественно концевыми участками, образуя цепи. Развернутые макромолекулы белков практически отсутствуют.

(А)

Рисунок 5 - Характеристика размеров (А) и структуры (Б) белкового модуля после измельчения

Исходя из полученных результатов атомно-силовой и электронной микроскопии, можно сделать вывод о том, что при измельчении сухого белкового модуля на шаровой мельнице происходит не только уменьшение размеров частиц, но и изменение наноструктуры элементов, составляющих эти частицы. Отмеченные изменения дают основание для утверждения, что технологическая операция измельчения на шаровой мельнице при оптимальных режимах способствует повышению биодоступности сухого белкового модуля и, возможно, приданию ему особых свойств вследствие эффекта механоактивации.

Изменение конформации структурных элементов влечет за собой изменение их физико-химических свойств. Поэтому были проведены исследования по определению изменения физико-химических характеристик компонентов в процессе измельчения, которые представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Сравнение фунционально-технологических свойств

белкового модуля до и после измельчения

Определяемые показатели Исходный белковый модуль Измельченный белковый модуль

Кислотность: активная, ед. рН 6,5±0,4 6,5±0,4

титруемая, °Т 19,0±1 19,0±1

Динамическая вязкость, мПа-с 2,58±0,24 3,52±0,33

Насыпная плотность, г/см3 0,53 ±0,05 0,6±0,06

(сжимаемость) 0,18 0,24

Влагоудерживающая способность 1:1 1:2

Ценообразование, см"1 Стабильность пены, мин 2,0±0,19 4,0 15±1,42 4,4

Эмульгирующая емкость, г масла/1 г белка 258±24,51 306±29,07

Исходя из данных, приведенных в табл.2, измельчение оказывает влияние на некоторые функционально-технологические свойства белкового модуля. В частности, при одинаковой массовой доле сухих веществ (10%) восстановленных образцов мы наблюдаем увеличение динамической вязкости в

среднем на 36%. Это можно объяснить тем, что вязкость зависит от размера дисперсной фазы. Измельчение сухого белкового модуля не влияет на его насыпную плотность, в свою очередь сжимаемость незначительно увеличивается. Также выявлено увеличение влагоудерживающей способности в 2 раза, а активная и титруемая кислотности образцов остаются неизменными.

Следующим этапом исследования влияния диспергирования на белковые компоненты было изучение переваримости in vitro белкового модуля до и после измельчения. Результаты исследований представлены на диаграмме (рис.6).

£ в

51

Непсином

|т J

"I

и Исходный ЕМ и Измельченный БМ

Трипсином Суммарная переваримость

Рисунок 6 - Диаграмма переваримости in vitro белкового модуля до и после измельчения

Из диаграммы видно, что атакуемость ферментами в желудке после измельчения увеличивается более, чем в 6 раз, в отделе кишечника под действием трипсина переваримость увеличивается на 10,43%, что приводит к увеличению суммарной степени переваримости (на 47,21%), это можно объяснить тем, что доступность ферментов к белкам увеличивается.

Расчетным путем определяли биологическую ценность и аминокислотный скор разработанного белкового модуля в сравнении с сухим обезжиренным молоком, который был взят за контроль. Из полученных данных следует, что аминокислотный скор белкового модуля выше в 5..7 раз аминокислотного скора контроля.

Определение антиоксидантной активности белкового модуля проводили методом in vivo на лабораторных животных и методом in vitro на модельных системах. Эксперименты in vivo проводили на крысах линии Вистар. Лабораторные животные в количестве 32 особей (16 самцов и 16 самок) были разделены на 2 группы: контрольную и опытную.

Из рациона контрольной группы было исключено молоко, как источник катионных сывороточных белков, а в рацион опытной группы вводили белковый модуль из расчета 0,6 мг/г массы тела. Эта доза была рассчитана с

учетом физиологических норм потребления молока в рационе крыс ювенального возраста. По завершению эксперимента через сутки лабораторных животных декапитировали, собирали кровь, центрифугированием получали сыворотку и в ней определяли продукты перекисного окисления липидов (ПОЛ) (рис. 7а).

100 80 60 40 20 о

1 и

I I

I

1

1

ШКонтроль

□ Опыт

□ *) Достоверное с контролем -различие (Р<0,05)-

Рисунок 7а - Содержание продуктов ПОЛ в сыворотке крови крысят: контроль - лабораторные животные находились на виварной диете; опыт -лабораторные животные получали белковый модуль в количестве 0,6 мг/г массы тела дополнительно к виварному рациону

О проявлении антиоксидантной активности белкового модуля in vivo свидетельствуют достоверно полученные данные в опытах с крысятами ювенального возраста при включении модуля в рацион их питания. Ранний период адаптации лабораторных животных сопровождается'стрессом, который, как известно, характеризуется повышенным образованием в их организме активных форм кислорода. Как следует из приведенных на рис. 7а данных, концентрация продуктов ПОЛ в крови лабораторных животных из опытной группы более чем на 20% (р<0,05) ниже, чем у животных контрольной группы.

Результаты по определению ПОЛ в модельной системе окисления липидов в зависимости от дозы белкового модуля представлены на рис.7б.

Ц

о с

р— -___ И»

90

\ 7С ВО

.........V " : ■"' ' "' ------

\ 1 50

......._.....V

—_________ XI

у = а +

[l+exp

,(1)

где у- уровень ПОЛ, %;

х - доза белкового модуля, мкг/см3; о=19,751395; 4=79,778943; е=6,367171; <*=1,3950346.

Коэффициент детерминированности г2 =0,9979178.

Максимальная относительная погрешность 5,670256%.

Доза белкового модуля, мкг/см

Рисунок 76 - Зависимость содержания продуктов ПОЛ в модельной системе от дозы белкового модуля, при р<0,80

Уровень продуктов ПОЛ анализировали по тесту с тиобарбитуровой кислотой (ТБК). При внесении в реакционную среду белкового модуля

содержание продуктов ПОЛ снижалось, причем, как следует из представленных на рис. 76 данных, эффект дозозависимый и описывается типичной Б-образной кривой. В результате анализа экспериментальных данных было получено уравнение аппроксимации (1), описывающее массовую долю ПОЛ от концентрации белкового модуля в модельной системе. Таким образом, белковый модуль достоверно оказывает антиоксидантное действие в опытных системах и, следовательно, может рассматриваться как фактор, способный регулировать интенсивность окисления липидов. В связи с этим можно полагать, что, наряду с механизмом, обусловленным связыванием компонентами белкового модуля ионов металлов, ответственных за возникновение активных форм кислорода, следует учитывать и антистрессовую активность наночастиц белкового модуля.

Разработка технологии белкового модуля. На основе проведенных экспериментальных исследований по изучению функциональных свойств компонентов продукта, рациональных режимов измельчения, разработали технологический процесс производства белкового модуля путем смешивания сухих компонентов (рис.8).

Рисунок 8 - Технологическая схема производства продукта «Белковый модуль»

17

В соответствии с разработанной технологией на кафедре «Технология мясных и молочных продуктов» МГУПП исследованы опытные партии продукта, выработанные на базе НВЦ «Новые биотехнологии», г.Волгоград. Определены основные физико-химические, органолептические и микробиологические показатели продукта (табл.4).

Показатель Значение

Норма по TP Белковый модуль

М.д. влаги, % не более, 4 4

М.д. белка, в сухом обезжиренном молочном остатке, не менее 36 38,5

М.д.жира,% не более 1,5 1,1

Индекс растворимости, см3 сырого осадка, не более 0,2 0,2

Группа чистоты, не ниже 1 1

Кислотность, °Т От 14 до 26 включ. 19

Органолептические показатели:

Внешний вид и консистенция Мелкий порошок или гранулы размером в диаметре 1-2 мм. Допускается наличие легко рассыпающихся комочков. В восстановленном виде - однородный раствор без осадка.

Вкус и запах Чистые, с характерным ароматом и вкусом молочных продуктов

Цвет Белый со светло-кремовым оттенком

Микробиологические показатели:

КМАФАнМ не более 5,0-10Ч КОЕ/г 1,5-103 КОЕ/г

БГКП (колиформы) не допускаются в 0,1 г не обнаружены

E.coli не допускаются в 1,0 г не обнаружены

Патогенные, в т.ч. сальмонеллы не допускаются в 10,0 г не обнаружены

Дрожжи и плесени не более 100 КОЕ/г Дрожжи - менее 15 КОЕ/г, Плесени - менее 5 КОЕ/г

S.aureus не допускаются в 0,1 г не обнаружены

Анализ основных характеристик продукта, представленных в табл. 4, свидетельствует о соответствии полученных характеристик ФЗ №88, №163, а также ТР 033/2013 (ТС). Микробиологические исследования показали незначительный рост микроорганизмов в исследуемых образцах, что характерно для многокомпонентного продукта, произведенным сухим смешиванием. Установлен срок хранения белкового модуля в течение 8

месяцев (в соответствии с МУК 4.2.1847-04) при температурном режиме 10±2°С. На основании проведенных исследований была разработана и утверждена нормативная документация: ТУ 9223-190-10514645-13 «Белковый модуль», проведена промышленная выработка на базе ООО НВЦ «Новые биотехнологии».

В пятой главе «Разработка технологии молочного напитка на основе белкового модуля» разработана технология и проведена оценка показателей качества и безопасности молочного напитка. Сущность технологии (рис. 9) заключается в восстановлении сухого белкового модуля в воде с последующей пастеризацией и внесением плодово-ягодных наполнителей.

Рисунок 9 - Технологическая схема производства продукта «Напиток молочный»

Определены физико-химические, органолептические и микробиологические показатели выработанных молочных напитков на основе белкового модуля (табл.5,6,7).

Наименование показателя Характеристика образца

Опытные Нормативные показатели по ТД

с ванилином с плодово-ягодным наполнителем

Массовая доля, %: Жира

1,0±0,1 1,0±0,1 0,1-6,0

Белка 3,2±0,2 3,2±0,2 Не менее 2,6

Массовая доля COMO 11,0±1,0 11,0±1,0 Не менее 7,4

Углеводов 12,0±0,5 12,0±0,5 Не более 16,0

в том числе сахарозы, не более 8,5 8,5 Не более 10,0

пищевые волокна, не менее _ 1,25

Кислотность, °Т, не более 19±1 24±1 От 19 до 26

Фосфатаза Отсутствует Отсутствует Отсутствует

Температура при выпуске с предприятия, °С 6±2 6±2 6±2

Таблица 6 - Органолептические показатели молочных напитков

Наименование Характеристика по ТД Характеристика образца

с ванилином, м.д.ж 1% плодово-ягодный, м.д.ж. 1%

Внешний вид и консистенция Консистенция жидкая, однородная. Жидкая, однородная Жидкая, с включениями плодово-ягодного наполнителя

Вкус и запах Чистый, в меру сладкий, с выраженным вкусом и ароматом добавленных вкусовых и ароматических веществ. Чистый, в меру сладкий, с выраженным вкусом и ароматом ванили Чистый, в меру сладкий, с выраженным вкусом и ароматом плодово-ягодного наполнителя

Цвет Молочно-белый или обусловленный добавленными вкусовыми или ароматическими веществами, равномерный по всей массе. Молочно-белый Розоватый, обусловленный добавленным плодово-ягодным наполнителем

Таблица 7 - Микробиологические показатели молочных напитков

Наименование определяемых показателей Гигиенический норматив Результат испытаний

КМАФАнМ не более 1,0x105 КОЕ/г Менее 1,5x10* КОЕ/г

БГКП (колиформы) не допускаются в 0,1 г Не обнаружены

S. aureus не допускаются в 0,1 г Не обнаружены

Патогенные, в т.ч. сальмонеллы не допускаются в 25 г Не обнаружены

L.monocytogenes не допускаются в 25 г Не обнаружены

На основании проведенных исследований была разработана и утверждена нормативная документация: ТУ 9223-192-10514645-13 «Напиток молочный», проведена промышленная выработка на базе ЗАО «Озерецкий молочный комбинат».

Основные заключения по работе:

1. Сформулированы пути коррекции рациона питания школьников от 11 до 14 лет на основе мониторинга фактического пищевого статуса и медико-биологических требований.

2. Разработан состав и технология белкового модуля и молочных напитков на его основе для питания школьников от 11 до 14 лет. Обоснован компонентный состав сухого модуля, включающий обезжиренное молоко, сывороточные белки, концентрат низкомолекулярных сывороточных белков молока, куриный лизоцим, препараты белков крови убойных животных, препарат йода на основе молочного белка и витаминно-минеральный премикс для школьного питания.

3. Доказана in vivo и in vitro эффективность комплексного использования биологически активных белков сырья животного происхождения, что подтверждается антиоксидантными свойствами, высокой биологической ценностью и повышенной переваримостью белкового модуля.

4. Доказано увеличение биодоступности за счет измельчения белкового модуля до наноразмеров (от 21 до 80 нм), и определены рациональные режимы измельчения: скорость измельчения 650±25 об/мин, время измельчения 21±1 мин, температура образца 15±5°С. Оригинальность технического решения положена в основу заявки на патент №2013126936 от 13.06.2013.

5. По результатам поведенных исследований разработана и утверждена техническая документация на «Белковый модуль» ТУ 9223-190-10514645-13 и «Напиток молочный» ТУ 9223-192-10514645-13, которые прошли промышленную апробацию.

Список сокращений и условных обозначений

СОШ - средняя общеобразовательная школа;

БМ - белковый модуль;

РСП - рекомендуемая суточная потребность;

ПОЛ - перекисное окисление липидов;

АСМ-микроскоп - атомно-силовой микроскоп;

ТБК - тиобарбитуровая кислота;

КМАФАнМ - количество мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов;

БГКП - бактерии группы кишечных палочек;

КОЕ - колониеобразующая единица.

ОПУБЛИКОВАННЫЕ РАБОТЫ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

Публикации в изданиях, рекомендованных перечнем ВАК:

1. Лепилкина, О.В. Влияние диспергирование на микро и наноструктуру низкомолекулярных сывороточных белков молока [Текст] / О.В. Лепилкина, И.Т. Смыков, М.Е. Титова, H.A. Тихомирова // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2013. - №6. - С. 35-39.

2. Титова, М.Е. Разработка белкового модуля для продуктов функционального питания с применением системы компьютерной оценки [Текст] / М.Е. Титова, М.А. Никитина, H.A. Тихомирова // Хранение и переработка сельхоз сырья. - 2013. - №7. - С. 41-45.

3. Титова, М.Е, Продукт из биодоступных сывороточных белков [Текст] //Молочная промышленность. -2013. -№7.-С. 69-70.

4. Титова, М.Е, Антиоксидантная активность изолята катионных сывороточных белков [Текст] / М.Е. Титова, С.А. Комолов, H.A. Тихомирова // Вопросы питания. - 2012. -№6. С. 37-40.

Публикации в сборниках научных трудов

5. Марченко, Д.М. Влияние сонохимической обработки на структурно-механические свойства кисломолочных продуктов [Текст] / Д.М. Марченко, М.Е. Титова, H.A. Тихомирова // Материалы VIII международной конференции студентов и молодых ученых «Живые системы и биологическая безопасность населения», Москва, 2010. С. 14-15.

6. Титова, М.Е. Пути сокращения отрицательных последствий повышенных физических нагрузок спортсменов [Текст] / М.Е. Титова, Г.Г. Манукьян, Э.С. Токаев // Материалы VIII международной конференции студентов и молодых ученых «Живые системы и биологическая безопасность населения», Москва, 2010. С. 94.

7. Тихомирова, H.A. Белковый модуль с антиоксидантными свойствами для инновационных продуктов функционального питания [Текст] / Тихомирова H.A., Титова М.Е. // Материалы конгресса: VI Московский международный конгресс «Биотехнология: состояние и перспективы развития», Москва, 19-22 марта 2013. Часть 3, с. 30 - 31.

Работа участвовала в конкурсе молодых ученых 2013 в рамках конгресса, присуждена Медаль.

8. Титова, М.Е. Белки с ферментативной активностью в специализированном питании [Текст] / М.Е. Титова, H.A. Тихомирова // Материалы конференции «Перспективные ферментные препараты и биотехнологические процессы в технологиях продуктов питания и кормов» ВНИИ пищевой биотехнологии, 25 -26 апреля 2012 года. С.256-258.

9. Комолова, Г.С. Влияние бычьего лактоферрина на рост клеток кожи человека [Текст] / Г.С. Комолова, И.И. Ионова, Е.А. Воротеляк, М.Е. Титова // Материалы международной научно-практической конференции «Фармацевтические и медицинские биотехнологии» и X специализированной выставки «Мир биотехнологии 2012», 20-22 марта 2012. С. 77-78.

10. Титова, М.Е. Изучение влияния размеров частиц белков на их физико-химические и функционально-технологические свойства [Текст] / М.Е. Титова // Материалы 14-й Международной научно-практической конференции памяти В.М. Горбатова «Инновационные аспекты переработки мясного сырья и создания конкурентоспособных продуктов питания» - М.: ВНИИМП - 2011. С. 212-214.

11. Титова, М.Е. Определение режимов тонкого измельчения сывороточных белковых концентратов [Текст] / М.Е. Титова, Э.С. Токаев // Материалы IX международной конференции студентов и молодых ученых «Живые системы и биологическая безопасность населения», М.: МГУПП -2011.- С. 69-70.

12. Борисова, К.Д. Компьютерная система оценки влияния новых компонентов в молочных продуктах для спортивного питания [Текст] / К.Д. Борисова, М.Е. Титова, М.Н. Никитина, H.A. Тихомирова // Материалы X международной конференции студентов и молодых ученых «Живые системы и биологическая безопасность населения», М.: МГУПП - 2012. - С. 279-281.

13. Титова, М.Е. Оценка и анализ пищевого статуса учащихся средних общеобразовательных школ [Текст] / М.Е. Титова, М.Н. Никитина, H.A. Тихомирова // Сборник материалов Юбилейной X научно-практической конференции с международным участием «Технологии и продукты здорового питания. Функциональные пищевые продукты», М.: МГУПП - 2012. - С.64-66.

14. Титова, М.Е. Мониторинг рациона питания школьников на примере г. Москвы и г.Чебоксары [Текст] / М.Е.Титова // Материалы XIV Всероссийского Конгресса диетологов и нутрициологов с международным участием «Алиментарно-зависимая патология: предикативный подход», 3-5 декабря 2012 г. Москва, С.83.

Отпечатано в типографии ООО "Франтера" Подписано к печати 14.04.2014г. Формат 60x84/16. Бумага "Офсетная №1" 80г/м2. Печать трафаретная. Усл.печ.л. 1,50. Тираж 100. Заказ 676.

WWW.FRANTERA.COM

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО

ОБРАЗОВАНИЯ

«МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПИЩЕВЫХ

ПРОИЗВОДСТВ»

На правах рукописи

04201457992

ТИТОВА МАРИЯ ЕВГЕНЬЕВНА

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ БЕЛКОВОГО МОДУЛЯ И НАПИТКОВ

НА ЕГО ОСНОВЕ

Специальность 05.18.04 - Технология мясных, молочных и рыбных продуктов

и холодильных производств

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Тихомирова H.A.

Москва 2014

ОГЛАВЛЕНИЕ

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

СТЕПЕНЬ РАЗРАБОТАННОСТИ, ЦЕЛЬ, ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ

И ПОЛОЖЕНИЯ, ВЫНОСИМЫЕ НА ЗАЩИТУ............................... 5

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ.................. 10

1.1. Питание детей школьного возраста.................................... 10

1.1.1 Особенности обмена веществ у детей школьного возраста........................................................................... 10

1.1.2 Особенности питания детей школьного возраста.............. 14

1.2. Роль биологически активных веществ в питании школьника...... 22

1.3. Современное представление о специализированных продуктах

для питания детей школьного возраста............................................ 27

1.4. Производство сухих специализированных продуктов................ 31

1.5. Измельчение как способ улучшения биодоступности биологически активных веществ........................................................................ 33

1.6. Заключение по литературному обзору. Цели и задачи исследования, положения, выносимые на защиту................................. 37

ГЛАВА 2. ОРГАНИЗАЦИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА. МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ.......................................................... 39

2.1. Организация экспериментальных исследований........................ 39

2.2. Материалы и объекты исследования....................................... 41

2.3. Методы исследований........................................................ 43

2.4. Статистическая обработка результатов............................... 53

ГЛАВА 3. АНАЛИЗ ФАКТИЧЕСКОГО РАЦИОНА ПИТАНИЯ

ДЕТЕЙ СРЕДНЕГО ШКОЛЬНОГО ВОЗРАСТА................................... 54

3.1. Сравнительный анализ фактического рациона школьников

среднего возраста с учетом тендерных и региональных особенностей..... 55

3.2 Формулирование путей коррекции рациона питания школьников среднего возраста........................................................................ 60

ГЛАВА 4. РАЗРАБОТКА СОСТАВА И ТЕХНОЛОГИИ БЕЖОВОГО

МОДУЛЯ ДЛЯ КОРРЕКЦИИ РАЦИОНА ПИТАНИЯ ШКОЛЬНИКОВ.... 62

4.1. Подбор и обоснование компонентов белкового модуля........................62

4.2. Компьютерное моделирование рецептуры белкового модуля.... 64

4.3. Скрининг состава и свойств белковых биологически активных веществ молока и сырья белкового происхождения..........................................................71

4.3.1 Определение рациональных режимов процесса измельчения 71

4.3.2 Определение коэффициента неоднородности белкового

модуля............................................................................................................................................................74

4.3.3 Определение размера частиц белкового модуля на основе трансмиссионного электронного и сканирующего зондового микроскопа..............................................................................................................................................77

4.3.4 Исследование функционально-технологических свойств белкового модуля до и после измельчения................................................................85

4.3.5 Исследование переваримости in vitro до и после измельчения 91

4.3.6 Измерение антиоксидантной активности белкового модуля... 92

4.3.7 Биологическая ценность белкового модуля................................................97

4.4 Разработка технологии белкового модуля....................................................................98

4.5 Оценка показателей качества и безопасности белкового модуля... 101

4.6 Оценка экономической эффективности производства белкового модуля..........................................................................................................................................................................103

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ МОЛОЧНОГО ПРОДУКТА

НА ОСНОВЕ БЕЖОВОГО МОДУЛЯ............................................................................................105

5.1 Разработка технологии молочного напитка................................................................105

5.2 Оценка показателей качества и безопасности..........................................................107

ОСНОВНЫЕ ЗАКЛЮЧЕНИЯ ПО РАБОТЕ....................................................................109

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК......................................................................................112

ПРИЛОЖЕНИЯ............................................................................................................................................134

ВВЕДЕНИЕ

Полноценное питание составляет основу жизнедеятельности организма детей и взрослых, определяет возможность переносить заболевания, физические и психоэмоциональные нагрузки. Питательные вещества, поступающие в организм с пищей, активно влияют на все обменные процессы, состояние иммунобиологической реактивности, функцию органов и систем организма. Однако повседневное питание не обеспечивает поступление в организм достаточного количества легкоусвояемых белков, особенно незаменимых аминокислот, а также не гарантирует необходимое их соотношение [11,17,79,143,191,195].

Повышенные умственные нагрузки в школе, в сочетании с дополнительными физическими нагрузками, особенно, у детей занимающихся спортом, требуют организации регулярного питания и высококалорийной диеты. Однако, в связи с трудностью коррекции пищевого рациона школьника с помощью традиционных продуктов питания в виду социо-культурных факторов, а также отсутствия сбалансированного организованного питания в общеобразовательных учреждениях, в последние годы уделяется все большее внимание вопросам разработки специализированных продуктов питания для детей школьного возраста с повышенной биологической ценностью, а также, удобных в употреблении. Целесообразность использования данной группы продуктов для учащихся убедительно подтверждается результатами многочисленных исследований, выполненных специалистами ФГБУ НИИ Питания РАМН, ГУ НИИ детского питания, ГНУ ВНИМИ Россельхозакадемии и ряда зарубежных лабораторий [31,109,122,142].

Включение в рацион специализированных продуктов, обладающих небольшим объемом, высокой биологической ценностью, а так же повышенной биодоступностью, позволяет, благодаря определенной направленности их химического состава, оперативно вносить корректировки в питание детей школьного возраста, обеспечивать организм необходимыми пищевыми

нутриентами и энергией, тем самым восполняя энергозатраты, способствуя адекватному росту и развитию ребенка.

В последнее время в области разработки и применения специализированных продуктов для питания школьников наблюдается стремительное развитие, особенно за рубежом. Однако разработка и промышленное производство данной группы продуктов в нашей стране весьма ограничено. Основными направлениями в области разработки и производства подобных продуктов до настоящего момента являлось обогащение традиционных молочных продуктов витаминно-минеральными премиксами, создание витаминизированного молока для школьников [17,62,107], однако известные продукты не обладают повышенной биодоступностью и улучшенной переваримостью. В то время для оптимального и здорового питания при современном уровне жизни необходимо повысить долю легкоусвояемого белка. Для этих целей наиболее подходят белки с высокой биологической ценностью, главным образом животного происхождения.

В виду интенсивного развития нанотехнологий в мировой науке и промышленности, в том числе и в России, является актуальным использование в специализированных продуктах питания наноразмерных частиц, обладающих более высокой биодоступностью, по сравнению с традиционными.

Степень разработанности темы исследований. Научные представления и практические основы в области создания специализированных продуктов питания заложены в трудах таких отечественных и зарубежных ученых как: Антипова Т.А., Ганина В.И., Донская Г.А., Зобкова З.С., Липатов H.H., Лисицин А.Б., Комолова Г.С., Кочеткова A.A., Радаева И.А., Рогов И.А., Тихомирова H.A., Токаев Э.С., Устинова A.M., Храмцов А.Г., Чернуха И.М., Albera Е., Carrol MD., Kankofer М., Zulueta А., и др..

В связи с вышеизложенным является актуальной разработка на основе сырья животного происхождения, повышения их биодоступности и с учетом медико-биологических требований для детерминированной группы потребителей состав и технологию молочной основы для производства функциональных продуктов питания.

Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы являлась разработка на основе биологически активных веществ сырья животного происхождения и повышения их биодоступности, состава и технологии белкового модуля для производства на его основе специализированных продуктов питания для детерминированной группы потребителей.

Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие основные задачи:

¡.провести оценку и анализ пищевого статуса учащихся от 11 до 14 лет средних общеобразовательных школ;

2. провести на основе современных методов исследования скрининг состава и свойств белковых биологически активных веществ животного происхождения;

3. разработать рациональный состав белкового модуля с учетом медико-биологических требований и результатов собственных исследований для производства продуктов школьного питания;

4. разработать технологию, провести оценку показателей безопасности и качества белкового модуля и напитков на его основе;

5. разработать и утвердить комплект технической документации на белковый модуль и провести апробацию в производственных условиях.

Научная новизна

- На основе параметрической модели спроектирован состав, свойства и потребительские характеристики продукта для корректировки рациона среднестатистического школьника 11-14 лет с учетом тендерного признака.

-Доказано in vivo и in vitro, что разработанный белковый модуль обладает антиоксидантными свойствами, высокой биологической ценностью и повышенной переваримостью.

- Установлена зависимость микро- , нано- структуры и размера минорных белков животного происхождения, входящих в состав белкового модуля, от режимов его измельчения на шаровой мельнице.

Теоретическая и практическая значимость

Теоретическая значимость работы заключается в выдвижении гипотезы о возможности разработки состава и технологии продукта специализированного питания на основе комплексного использования биологически активных веществ сырья животного происхождения и увеличения их биодоступности путем измельчения до наноразмеров.

Практическая ценность работы состоит в следующем:

- Разработаны научно обоснованные составы и технологические схемы производства белкового модуля и молочного напитка на его основе.

- Разработаны и утверждены комплекты технической документации на «Белковый модуль» ТУ 9223-190-10514645-13 и «Напиток молочный» ТУ 9223192-10514645-13.

- Проведена промышленная апробация разработанных продуктов в производственных условиях ООО НВЦ «Новые биотехнологии», ЗАО «Озерецкий молочный комбинат».

- Подана заявка на патент «Способ производства функционального продукта» №2013126936 от 13.06.2013.

- Результаты работы используются в учебном процессе ФГБОУ ВПО МГУПП в курсах «Научные основы технологии молочных продуктов», уровень подготовки - бакалавриат (260200.62); «Технология молока и молочных продуктов», уровень подготовки - специалитет (260303.65); «Научные основы биотехнологии молочных продуктов», уровень подготовки - магистратура (260200.68); а также в курсовом и дипломном проектировании.

Положения, выносимые на защиту:

1. Результаты мониторинга фактического рациона питания учащихся СОШ сверх мегаполиса и городов со средним уровнем урбанизации на примере г.Москвы и Московской обл., г.Чебоксары и г.Новочебоксарска.

2. Пути коррекции рациона детей школьного возраста, научно разработанные на основе медико-биологических требований, анализа энергетической, биологической, пищевой ценности фактического рациона.

3. Унифицированная форма продукта специализированного питания в виде белкового модуля на основе биологически активных веществ сырья животного происхождения, разработанная с использованием параметрической модели.

4. Рациональные режимы измельчения для получения биодоступных наночастиц белкового модуля и результаты исследования их нано- и микроструктуры.

5. Результаты оценки физико-химических, функционально-технологических свойств белкового модуля с наноразмерными частицами.

6. Результаты скрининга биологических свойств белкового модуля на основе определения биологической ценности, переваримости и антиоксидантной активности.

7. Рецептура, порядок и режимы операций получения белкового модуля и молочных напитков на основе белкового модуля.

8. Результаты оценки показателей качества и безопасности белкового модуля и молочных напитков на его основе.

Степень достоверности результатов работы подтверждается проведением экспериментов в 5-7 кратной повторности с применением стандартных и оригинальных методов исследований, а также современных приборов и оборудования, статистической обработкой данных при доверительной вероятности 0,95 для технических и технологических исследований, 0,80 для микробиологических и медико-биологических исследований и использованием компьютерных программ Microsoft Excel, MathCAD.

Апробация работы

Основные положения и результаты научной работы доложены и представлены на VIII, IX, X международных конференций студентов и молодых ученых «Живые системы и биологическая безопасность населения», (Москва, 2010, 2011, 2012), XIV международной научно-практической конференции «Перспективные

направления исследований в области переработки мясного сырья и создания конкурентоспособных продуктов питания» (Москва, 2011), конференции ВНИИ пищевой биотехнологии «Перспективные ферментные препараты и биотехнологические процессы в технологиях продуктов питания и кормов» (Москва, 2012), международной научно-практической конференции «Фармацевтические и медицинские биотехнологии» и X специализированной выставки «Мир биотехнологии» (Москва, 2012), X Международной научной конференции студентов и молодых ученых «Технологии и продукты здорового питания. Функциональные пищевые продукты» (Москва, 2012), XIV Всероссийском Конгрессе диетологов и нутрициологов с международным участием «Алиментарно-зависимая патология: предикативный подход» (Москва, 2012), VII Московском международном конгрессе «Биотехнология: состояние и перспективы развития», (Москва, 2013).

Научная работа отмечена наградами: Стипендией Президента РФ за 2012 -2014 гг.; Медалью на конкурсе молодых ученых в рамках VII Московского международного конгресса «Биотехнология: состояние и перспективы развития», (Москва, 2013); грамотой на VIII Международной научной конференции студентов и молодых ученых «Живые системы и биологическая безопасность населения» (Москва, 2010); грамотой на X Международной научной конференции студентов и молодых ученых «Технологии и продукты здорового питания. Функциональные пищевые продукты» (Москва, 2012).

Подана заявка на патент №2013126936 от 13.06.2013 «Способ производства функционального продукта».

Публикации. По материалам исследований опубликовано 14 печатных работ, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных перечнем ВАК РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 5 глав, выводов, списка литературы, включающего 205 источников (в том числе 32 на иностранных языках). Работа изложена на 133 страницах текста, содержит 23 таблицы, 22 рисунка и 13 приложений.

Глава 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Питание детей школьного возраста

1.1.1 Особенности обмена веществу детей школьного возраста

Исследования последних лет, проведенные во многих странах, в том числе и в России, с широким использованием геномных, протеомных и метаболомных технологий, позволили существенным образом расширить представления о роли фактора питания в поддержании жизнедеятельности организма и его влиянии на здоровье человека [16,50,68,117,151,178,191,195]. Правильное организованное питание является определяющим фактором в формировании здоровья подрастающего поколения, обеспечивает нормальный рост и развитие детей, особенно младшего школьного возраста, способствует формированию защитных сил организма, укреплению здоровья, повышению работоспособности школьников, профилактике заболеваний, связанных с нарушением питания.

Школьный возраст - важнейший этап развития организма, в период которого завершается формирование скелета, наряду с гормональной перестройкой, в то время как нервно-психическая сфера претерпевает существенные изменения, связанные с обучением. По физиологическим особенностям организма детей, школьный возраст делят на три этапа: младший (от 7до 11 лет), средний (от 11 до 14 лет), старший (от 14 до 18 лет). Согласно данным, описанным Артемовой Э.К., Цыганом В.Н., Бельченко Л.А., в возрасте 7-10 лет нарастание массы тела происходит плавно, но в 10-11 лет у девочек и в 12-13 лет у мальчиков она увеличивается интенсивно, что связано с на�