автореферат диссертации по , 05.00.00, диссертация на тему:Разработка технологии энтеральной смеси с использованием коровьего молозива

На правах рукописи

КОРОБЕЙНИКОВА ТАТЬЯНА ВИКТОРОВНА

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ЭНТЕРАЛЬНОЙ СМЕСИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОРОВЬЕГО

МОЛОЗИВА

г 8 НОЯ 2013

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

005539856

Ставрополь 2013

005539856

Работа выполнена в НИЛ пищевой биотехнологии ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств»

Научный руководитель: кандидат технических наук

Краснова Ирина Станиславовна

Официальные оппоненты: Кочеткова Алла Алексеевна

доктор технических наук, профессор ФГБОУ "НИИ питания" РАМН

Орлова Татьяна Александровна

доктор технических наук, доцент ФГБОУ ВПО «Ставропольский государственный аграрный университет», кафедра технологии производства и переработки сельскохозяйственной продукции,доцент

Ведущая организация: Государственное научное учреждение

Научно-исследовательского института детского питания Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ НИИДП Россельзакадемии)

Защита диссертации состоится «18» декабря в 10:00 часов на заседании учёного совета Д 212.245.05 при ФГАОУ ВПО "Северо-Кавказский федеральный университет" по адресу: 355009, г. Ставрополь, ул. Пушкина, 1, корп.З, ауд. 506

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГАОУ ВПО СКФУ. С авторефератом диссертации можно ознакомиться на сайтах СКФУ www.ncfu.ru и ВАК Министерства образования и науки РФ www.vak.ed.gor.ru/ru/dissertation/

Автореферат разослан ноября 2013 года.

Ученый секретарь д

Диссертационного совета, >/¿7

доктор технических наук, профессор ' Н.И. Шипулин

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Адекватная нутритивная поддержка больных при различных патологиях требует создания новых видов продуктов клинического питания, соответствующих современным научным парадигмам в питании больного. Необходимость в полноценном питании пациента, находящегося в лечебном учреждении, отражена в приказе МЗ РФ № 330 от 05.08.2003 г. "О мерах по совершенствованию лечебного питания в лечебно-профилактических учреждениях Российской Федерации".

Значительный вклад в разработку продуктов энтерального питания (ЭП) внесли отечественные и зарубежные ученые, такие как Рогов И.А., Токаев Э.С., Попова Т.С., Тихомирова H.A., Гурова Н.В., Круглик В.И., Сажинов Г.Ю., Лекманов А.У., Лященко Ю.Н., Calder Philip С., Heyland D., Xu .f., Atkinson M., Beale R.J., Jones N.E., Kotzampassi К. и другие.

Современная стратегия в клинической практике использования раннего ЭП является доказанным фактом для больных в критических состояниях. Состав смесей для раннего ЭП требует обязательного наличия иммуномодулирующих компонентов, обладающих благоприятным комплексным воздействием на иммунитет, слизистую желудочно-кишечного тракта и окислительный стресс.

Данная работа посвящена созданию энтералыгой смеси для раннего питания на основе белкового иммуномодулятора в соответствии с современными медико-биологическими требованиями.

Диссертационная работа выполнена в рамках НИР научно-исследовательской лаборатории пищевой биотехнологии ФГБОУ ВПО МГУПП «Создание научно-методических подходов к обоснованию механизма взаимодействия модифицированного животного белка с продуктами растительного происхождения для использования в технологии пищевых систем», а также в рамках гранта Президента Российской Федерации для государственной поддержки молодых российских ученых - «Комплексное исследование свойств биологически активных композиций и разработка продуктов для людей в повышенными физическими и нервно-эмоциональными нагрузками» (МК -1411.2011.4).

Цель работы: создание технологии сухого энтерального продукта с использованием коровьего молозива на основе комплексных исследований реологических характеристик, осмолярности и интегральной антиоксидантной активности пищевой системы

Задачи диссертационного исследования:

- обобщить и систематизировать современные медико-биологические и технологические требования к энтеральному продукту;

- обосновать выбор компонентов энтеральной смеси;

определить соотношение компонентов продукта, обеспечивающее наибольшую антиоксидантную активность;

выявить количество введения гидроколлоидов с учетом требуемых реологических характеристик продукта, необходимых для создания седиментационно устойчивого продукта;

выбрать рациональное количественное соотношение минеральных солей, обеспечивающее создание изотоничной смеси (осмотическое давление которой равно осмотическому давлению плазмы крови организма человека) с помощью математического моделирования;

разработать технологию и определить режимы сухого смешивания готового энтерального продукта;

изучение влияния продолжительности хранения на показатели качества; - разработать проект технической документации на продукт.

Научные положения, выносимые на защиту:

- перспективность использования коровьего молозива в составе энтеральных продуктов;

- антиоксидантная активность коровьего молозива и созданных на его основе композиций;

- рецептура и технология сухого энтерального продукта

Научная новизна. Выявлен антиоксидантный синергетический эффект между коровьим молозивом, витамином С, бета-каротином по масс. %: 98,73 : 1,26 : 0,012 соответственно, обусловленный взаимным влиянием редокс-активных аминокислот КМ и витамина С с бета-каротином, приводящим к их совместной регенерации или рециклизации.

Обосновано использование ксантановой камеди как эффективного стабилизатора продукта в жидком виде для энтерального питания. Определено, что введение ксантановой камеди с массовой долей 0,1 % обеспечивает 100%-ную седиментационную устойчивость системы, содержащей коровье молозиво, мальтодекстрин, пищевые волокна и антиоксиданты.

Показано влияние массовых долей хлорида калия и хлорида натрия на величину осмолярности энтеральной смеси. Определено, что значение осмолярности соответствующее медико-биологическим требованиям достигается при введении хлорида натрия и хлорида калия с массовой долей 0,27 % и 0,32 % соответственно, при постоянном значении температуры и величины рН.

По аминокислотному, витаминному составу и степени перевариваемое™ разработанная смесь для лечебного питания отвечает современным требованиям к энтеральным продуктам.

Практическая значимость. Разработана рецептура и технология энтерального изотоничного продукта с включением коровьего молозива, обладающего антиоксидантной активностью.

Предложена технология поэтапного сухого смешивания компонентов, обеспечивающая их равномерное распределение в общей массе продукта в условиях промышленного производства.

Подготовлен проект нормативной документации на энтеральную смесь «Энтерал Иммун». Экономическая и технологическая целесообразность и

социальная значимость предложенной технологии подтверждена опытно-промышленной апробацией на ООО «Витапром» (Москва).

Техническая новизна предложенных решений отражена в заявке на патент № 2013118632/15 (027544) от 23.04.2013 г. «Антиоксидантная иммуЕШмодулирующая композиция на основе «колострума».

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертационное исследование соответствует п. 2 и п. 7 паспорта специальности 05.18.04 «Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств».

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на всероссийских и международных конференциях. По материалам конференций опубликованы тезисы объемом 2,50 п. л., в которых вклад соискателя составляет 2,16 п. л.

Научные публикации. По основным материалам исследований опубликовано 14 работ, в т. ч. 3 статьи, рекомендованных ВАК РФ и 11 тезисов докладов.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 6 глав, выводов, списка использованной литературы, содержащего 190 источников информации, в том числе 111 зарубежных авторов. Основная часть работы изложена на 120 страницах, содержит 22 таблицы, 27 рисунков и 4 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ

Введение. Обоснована актуальность темы, определены цели и задачи теоретических и экспериментальных исследований.

Глава 1. Обзор литературы. Описаны виды энтеральных смесей, применяемых в лечебных учреждениях. Обобщены данные о нарушениях метаболизма при критических состояниях. Рассмотрена информация об известных веществах иммуномодулирующего действия. Описана технология производства энтеральных смесей.

Глава 2. Объекты и методы исследований. Исследования проводили в условиях НИЛ пищевой биотехнологии ФГБОУ ВПО «МГУПП».

Обоснованы и даны характеристики объектов исследований; определен комплекс изучаемых показателей энтерапьного продукта и изложены методики их определения; представлена методология и схема экспериментальных исследований (рис. 1).

Объекты исследования: сухие препараты коровьего молозива (КМ) -«100C%lostrum» (Functional Nutraceuticals Ltd., Новая Зеландия), «W150» (ALI, США); витамин С и водорастворимый препарат бета-каротина (DSM, Швейцария), ксантановая камедь - «Xanthan gum» (Wenda Со, Ltd., Китай), «Ziboxan F80» (Deosen, США); гуаровая камедь - «Guar gum» (Gitaf, Судан), «Guar gum» (Shree Savariya, Индия); камедь тары - «Tara gum» (Starlight Products, Франция), «Moligum 5000» (MASAC, Перу), растворимое пищевое волокно на основе гуммиарабика и фруктоолигосахаридов «Floracia»

Рисунок 1. Схема проведения исследований

(«Nexira», Франция), мальтодекстрин «Risimaldex» (Riddhi Siddhi Gluco Biols Ltd., Индия), а также растворы, содержащие композиции из препарата молозива с различным содержанием витамина С, бета-каротина, гидроколлоидов и минеральных солей и готовая сухая смесь.

Массовая доля КМ в растворах составила 2,3 %, 3,5 % и 4,7 % из расчёта потребностей организма человека в иммуноглобулине G, содержащемся в больших количествах в молозиве. Массовые доли витаминов, пищевых волокон выбраны согласно MP 2.3.1.2432-08 и составили для витамина С - 0,018, 0,03 и 0,05 %; для бета-каротина - 0,0003, 0,0006 и 0,0009 %; для ПВ 2 %.

При оценке состава и свойств исследуемых объектов определяли следующие показатели: массовую долю влаги [1] - по ГОСТ 29246-91, белка [2]

- на приборе Къельтек, жира [3] - по ГОСТ 29247-91, золы [4] - по ГОСТ 15113.8-77, растворимых пищевых волокон [5] - по ГОСТ Р 54014-2010; динамическую вязкость - на ротационном визкозиметре Brookfield [6]; седиментационную устойчивость - по методу Гуровой Н.В. [7]; гранулометрический анализ - с помощью бинокулярного микроскопа для светлого поля Olympus СХ-31 с использованием системы анализа изображений «ImageScope Color» (Германия) [8]; осмолярность - гигрометрическим методом на приборе осмометр Vapro 5520 [9]; интегральную антиоксидантную активность - методом кулонометрического титрования на приборе «Эксперт -006» по МВИ 01-44538054-07 [10]; насыпную плотность [11] - по ГОСТ Р 51462-99; индекс растворимости [12] - по ГОСТ 30305.4-95; коэффициент неоднородности смеси [13] - по содержанию бета-каротина в пробах; величину pH - потенциометрическим методом на рН-метре «Mettler Toledo AG» [14]; микробиологические показатели [15] - по МУК 4.2.577-96; массовую долю ртути - по ГОСТ 26927-86 [16]; свинца и кадмия - по МУК 4.1.986-00 [17]; мышьяка - по ГОСТ Р 51766-2001 [18]; содержание бета-каротина - по ГОСТ Р 51181-98 [19]; иммуноглобулинов - по авторской методике Самбурова Н.В. [20]; хлорорганических пестицидов - по ГОСТ 23452-79 [21]; афлатоксина -ГОСТ 30711-01 [22]; радионуклидов - по МУК 2.6.1.1194-03[23]; антибиотиков

- по МУК 4.2.026-95 [24]; левомицетина по МУК 4.1.1912.04 [25]; витамина С -по ГОСТ Р 30627.2-98 [26]; витамина Е - по ГОСТ 30627.3-98 [27]; витамина В, -по ГОСТ 30627.5-98 [28]; витамина В 2- по ГОСТ 30627.6-98 [29]; витамина Вб и фолиевой кислоты - по ГОСТ 31483-2012 [30]; фосфора - по ГОСТ 315842012 [31]; кальция, магния, калия и натрия - по Р 4.1.1672-03 [32]; переваримость белков in vitro по авторской методике Юдиной С.Б. и Липатова H.H. [33]; общий аминокислотный состав - на аминокислотном анализаторе фирмы "Hitachi" (Япония) [34].

Исследования проводили в 3-5 кратной повторности. Для обработки экспериментальных данных и построения графических зависимостей использовали программу Microsoft Excel 2007 для Windows ХР. Результаты исследований обрабатывали с помощью методов статистического анализа с определением среднего арифметического значения и средней квадратичной ошибки. Рациональное количество вводимых солей хлорида калия и натрия определяли с помощью метрических и неметрических мер сравнения.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Глава 3. Обобщение требований к разрабатываемому продукту

В последние годы выдвинута новая парадигма в клинической практике использования продуктов энтерального питания. Согласно установленным требованиям по питанию больным при критических состояниях (КС) в течение не более 6 ч после травмы или операции необходимо использование раннего энтерального питания. Энтеральная смесь должна представлять собой раствор, содержащий иммуномодулятор, витамины и 5-10 % энергетических субстратов (мальтодекстрины) без добавления белков, жиров и углеводов, как в ранее применяемых продуктах.

Современные исследования доказывают, что использование только комплекса иммуномодулятора с витаминами в раннем периоде после травмы или операции способствует нормализации деятельности желудочно-кишечного тракта, что позволяет избежать полиорганной недостаточности при КС.

В России в настоящее время разработка и выпуск смесей соответствующих новым требованиям практически не проводятся, в связи с чем, создание такой энтералыюй смеси является актуальной.

Изучение литературных данных, характеризующих изменения метаболизма у больных в критических состояниях, показало, что при этих состояниях наблюдается неконтролируемая выработка свободных радикалов, в связи с чем, смесь должна обладать антиоксидантным действием. Для предотвращения дисбиоза в организме в продукт необходимо включать вещества с пребиотическим действием.

Осмолярность энтералыюй смеси - 285-295 мОсмоль/л для облегчения процесса всасывания и усвоения, а также для устранения возможной осмотической диареи. Активная кислотность восстановленной смеси в пределах 6-7 ед. рН для кислотного щажения желудочно-кишечного тракта.

Динамическая вязкость продукта не должна превышать 15 мПа-с, так как это облегчает прохождение смеси через зонд. Величина седиментационной устойчивости энтеральной смеси - 100 %. В 500 г восстановленной смеси должна содержаться суточная норма потребления иммуномодулятора. При проектировании смеси учитывали, что время восстановления сухого продукта, должно составлять не более 5 минут.

Глава 4. Подбор рецептуры сухой энтеральной смеси

КМ, оказывает доказанное повышение барьерной функции кишечной трубки, стимуляцию иммунитета, улучшение процесса заживления ран, снижение антиоксидантного стресса и устранение дисбиоза за счет богатого состава, включающего более 90 биологически активных веществ.

На основе анализа научной литературы в качестве основного иммуномодулирующего компонента продукта выбраны препараты коровьего молозива «100C%lostrum» (Новая Зеландия) и «W150» (CIIIA), с содержанием IgG не менее 25 % в расчете на общую массу белка.

У выбранных образцов исследовали физико-химические показатели и интегральную антиоксидантную активность препаратов КМ (табл. 1).

В ходе экспериментальных исследований, в качестве компонента продукта выбран препарат КМ марки «100С%1оз№ит», имеющий более высокое содержание белка, иммуноглобулинов и антиоксидантов, лучше растворимый и более седиментационно устойчивый. Отмечено, что изученные образцы КМ обладают ИАОА.

Таблица 1 - Физико-химические показатели и интегральная антиоксидантная активность коровьего молозива__

Показ агели «Ю0С%1о51гит», Новая Зеландия «\V150», США

Массовая доля белка, % 68,110,13 46.410,11

Массовая доля иммуноглобулинов, % 18,1±0,1 16,210,1

Массовая доля жира, % 4,93±0,05 10,32±0.04

Массовая доля влаги, % 3,82±0,02 8,21±0.03

Индекс растворимости, см* сырого осадка 0,1 0,3

Активная кислотность восстановленного продукта, ед. рН 6,71±0,02 6,4510,03

Седиментационная устойчивость 85,3±0,5 7910,4

ИАОА при массовой доле в растворе [ %, мг/мл |,!9±0,07 0,84±0,09

В состав смеси введена композиция пищевых волокон, состоящая из фруктоологисахаридов и гуммиарабика - «Р1огааа» («Кехта», Франция). Выбранная композиция обладает синергетическим пребиотическим эффектом, что обусловлено их ферментацией в разных отделах кишечника и соответственно большим увеличением полезной микрофлоры.

С целью снижения последствий окислительного стресса в продукт добавлены витамин С и бета-каротин, обладающие не только антиоксидантными свойствами, но и иммуномодулирующим действием.

В качестве энергетической составляющей продукта включены углеводы в виде мальтодекстринов. Для снижения нагрузки на ферментную систему организма в состав продукта введен мальтодекстрин марки «ги^таЫех», Индия с декстрозо-эквивалентом 24, который характеризует его высокую степень гидролиза.

Таким образом, в состав энтеральной смеси вошли следующие компоненты: коровье молозиво, витамин С, бета-каротин, пищевое волокно, мальтодекстрин.

Поскольку энтеральная смесь должна снижать окислительный стресс, определяли рациональные соотношения компонентов смеси, обладающие максимальной интегральной антиоксидантной активностью (ИАОА).

Первым этапом работы являлось определение аддитивной АОА растворов коровьего молозива, витамина С, бета-каротина. Установлено, что АОА растворов КМ с массовой долей 2,3 % составила 2,85 ± 0,14 мг/мл, при повышении массовой доли до 3,5 %, АОА препарата увеличилась в 2 раза, при максимальной массовой доле КМ в растворе интегральная АОА - 8,47 ± 0,2 мг/мл, что связано с большим содержанием активных АО в растворе.

ИАОА растворов витамина С (с массовой долей - 0,018, 0,03 и 0,05 %) и бета-каротина (с массовой долей - 0,0003, 0,0006 и 0,0009 %) повышалась с увеличением их массовых долей.

Известно, что использование одновременно нескольких АО может приводить к синергетическому или антагонистическому эффекту, поэтому далее изучали возможность совместного использования КМ, витаминов и определяли рациональные концентрации, при которых наблюдается максимальная ИАОА.

Исследовали растворы, содержащие композиции КМ (с массовой долей 2,3, 3,5 и 4,7 %) с витамином С (с массовой долей - 0,018, 0,03 и 0,05 %); с бета-каротином (с массовой долей - 0,0003, 0,0006 и 0,0009 %) (рисунок 2,3).

1- км (2,3 %) +бета-каротин (0,0003 %)

2- КМ (2,3 %) + бета-каротик (0,0006 •/.)

3- КМ (2,3 %) + бета-каротин (0,0009 %)

4- КМ (3,5 %) + бета-каротин (0,0003 %)

5- КМ (3,5 %) + бета-каротин (0,0006 %)

6- КМ (3,5 %) + бета-каротин (0,0009 %)

7- КМ (4,7 %) + бета-каротин (0,0003 %)

8- КМ (4,7 %) + бегта-карогин (0,0006 %)

9- КМ (4,7 %) + бета-каротин (0,0009 %)

Рис. 2. Интегральная антиоксидантная активность в композициях КМ и бета-

каротина

1- КМ (2,3

2- км (2,3

3- км (2.3

4- КМ (3,5

5- КМ (3,5

6- КМ (3,5

7- КМ (4,7

8- КМ (4,7 9. КМ (4,7

%) +витамин С (0,018 %) %) + витамин С (0,03 %) %) + витамин С (0,05 %) %) +вотамик С (0,018 %) %) + витамин С (0,03 %) %) + витамин С (0,05 %) %) +витамин С (0,018 %) %) + витамин С (0,03 %) %) + витамин С (0,05 %)

Рис. 3. Интегральная антиоксидантная активность в композициях КМ и витамина С

При минимальном содержании КМ наибольшая ИАОА выявлена в композициях с витамином С (0,03 %) и с бета-каротином - 0,0003 %. Показано, что ИАОА в данных растворах значительно превышала аддитивную АОА растворов исследуемых веществ измеренных по отдельности.

В растворах, содержащих 3,5 % КМ, усиление АОА наблюдалось при массовой доле витамина С - 0,03 % ; бета-каротина - 0,0003 %. Наибольшая

ИАОА в растворах с максимальным содержанием КМ отмечена при введении 0,018 % витамина С; 0,0003 % бета-каротина.

Для проведения сравнительного анализа полученных данных рассчитывали процент синергизма (таблица 2).

Таблица 2 - Процент синергизма в композициях КМ с витамином С и с бета-каротином

Состав композиции % синергизма Состав композиции % синершзма

КМ (2,3 %) + виг. С (0,018 %) 16,5 •/. КМ (2,3 %) + бета-каротин (0,0003 %) 71,6 %

КМ (2,3 %) + вит. С (0,03 %) 56,4 % КМ (2,3 %) + бета-каротин (0,0006 %) 38'/.

КМ (2,3 %) + виг С (0,05 %) 12,2 % КМ (2,3 %) + бета-каротин (0,0009 %) 43,6 %

КМ (3,5 %) + виг. С (0,018 %) 12% КМ (3,5 %) + бета-каротин (0,0003 %) 24,9 %

КМ (3,5 %) + ъит. С (0,03 %) 27% КМ (3,5 %) + бета-каротин (0,0006 %) 14,6 %

КМ (3,5 %) + вит. С (0,05 %) 21 % КМ (3,5 %) + бета-каротин (0,0009 %) 6,7%

КМ (4,7 %) + вит. С (0,018 %) 6,9 % КМ (4,7 %) + бета-каротин (0,0003 %) 6,6 %

КМ (4,7 %) + вит. С (0,03 %) 0,6 % КМ (4,7 %) + бета-каротин (0,0006 %) -0,14%

КМ (4,7 %) + вит. С (0,05 %) -6% КМ (4,7 %) + бета-каротин (0,0009 %) - 0,44 %

Полученные значения процента синергизма позволили создать 3 композиции с минимальным, средним и максимальным количеством КМ с добавлением витамина С, бета-каротина с массовыми долями, при которых отмечен наибольший процент синергизма.

Полученные данные позволили создать три рецептуры энтерального продукта с минимальной, средней и максимальной массовой долей КМ:

1. КМ - 2,3 %; витамин С - 0,03 %, бета-каротина-0,0003 %;

2. КМ - 3,5 %; витамин С - 0,03 %, бета-каротин - 0,0003 %;

3. КМ - 4,7 %; витамин С - 0,018 %, бета-каротин - 0,0003 %.

Наибольший процент синергизма (64,8 %) отмечен в композиции,

содержащей КМ с массовой долей 2,3 %.

По всей видимости, наличие эффекта синергизма обусловлено тем, что составные части КМ (пептиды) при совместном введении аскорбиновой кислоты могут выступать в качестве первичных АО (доноров водорода), и затем редокс-активные радикалы аминокислот полипептида (белка) вступают в реакцию с аскорбиновой кислотой для регенерации или рециклизации. При введении бета-каротина происходит взаимодействие со свободными радикалами посредством полиеновой структуры и процессы, где бета-каротин выступает в роли донора водорода в реакциях с радикалами редокс-активных аминокислот полипептидов, приводя к их регенерации или рециклизации и тем самым усилению АОА.

На основе полученных данных выбрана рациональная композиция с массовой долей КМ 2,3 % с массовой долей витамина С - 0,03 %, бета -каротина - 0,0003 % или по масс. %: 98,73:1,26:0,012 соответственно.

Выдвинутые требования к энтеральному продукту предполагают проектирование необходимых показателей седиментационной устойчивости, динамической вязкости и величины рН.

При изучении энтеральной смеси, содержащей КМ с витамином С, бета-каротином (в соотношениях установленных выше), ПВ и мапьтодекстрином, определено, что динамическая вязкость составляет 2,45±0,21 мПас, величина рН - 6,24±0,2 и седиментационная устойчивость - 86,2±0,5 %.

Для повышения седиментационной устойчивости смеси использовали гидроколлоиды. Изучали влияние на седиментанионную устойчивость 3 видов гидроколлоидов - камеди тары, гуара и ксантановой камеди, способных к растворению в воде при температуре 20±2 С.

Поскольку в лечебном учреждении энтеральную смесь вводят больному при комнатной температуре (20±2 С) или постоянно подогреваемую до 36±2 С, исследования проводили при данных температурах (рисунок 4,5).

Рис. 4. Динамическая вязкость энтеральной смеси при температуре 20±2 С

-гуароаая камедь - ксактановая камедь камедь тары

0,08 0,13 0,18 0,23

массовая доля камеди, %

Рис. 5. Динамическая вязкость энтеральной смеси при температуре 36±2 С

Как видно на рисунках 5 и 6, с увеличением в составе продукта гидроколлоидов наблюдается повышение динамической вязкости, что связано со снижением подвижности молекул воды за счет процессов сольватации камедей. Полученные данные но показателю вязкости позволили ранжировать изученные камеди в следующей последовательности: ксантановая камедь > гуаровая камедь > камедь тары.

Отмечено, что повышение температуры снижает влияние гидроколлоидов на показатель вязкости, в связи с чем, необходимо увеличить массовую долю камедей для достижения требуемой вязкости (не более 15 мПа с). Вероятно,

данные изменения происходят в результате снижения энергии межмолекулярных взаимодействий, препятствующих перемещению молекул.

Значения величины рН полученных систем составили от 6,1 до 6,3, что соответствует требуемым значениям для данного вида продуктов.

В таблице 3 приведены результаты определения седиментационной устойчивости при введении в продукт камеди ксантана. Продукт считали седиментационно устойчивым при 100 % объеме эмульсии.

Таблица 3 - Седиментационная устойчивость смеси с введением ксантановой камеди при температуре 20±2 С __

Массовая концентрация камеди, % Объем эмульсии. % Объем жировой фазы. % Объем осадка. % Объем водной фазы, %

0,075 97,2±0,2 2±0.03 1±0.02

0.08 97.8±0,1 1,7±0.05 0.5±0,01 -

0,085 94.2±0.4 1.6±0.04 - -

0.09 99,1±0,2 1±0,02 - -

0.095 99.3±0,1 0,6±0.01 -

0.1 100 - • -

0,105 100 - - -

0,11 100 - - -

0,115 100 - - -

0.12 100 - - •

При введении в смесь ксантановой камеди при 20±2 С наблюдали увеличение седиментационной устойчивости. При массовой доле ксантановой камеди 0,1 % седиментационная устойчивость составила 100 %, при последующем увеличении массовой доли камеди ксантана система оставалась седиментационно устойчивой.

Изучение седиментационной устойчивости системы при температуре 36±2 С показало, что во всех смесях с ксантаном при значении вязкости от 7 до 15 мПа*с, наблюдается процесс комплексной коацервации. Отмечено, что увеличение температуры приводит к значительному ускорению протекания всех реакций в системе и способствует процессу образования макромолекулярных комплексов.

При изучении показателя седиментационной устойчивости продукта с камедью тары и гуара при температуре 20±2 °С и 36±2 С также обнаружен процесс комплексной коацервации из-за избытка в системе нейтральных полисахаридов (мапьтодекстрин, гуар или тара), что приводит к появлению изоэлектрических условий для макромолекул.

Проведенные исследования позволили выбрать в качестве стабилизатора ксантановую камедь с массовой долей 0,1 %.

Согласно медико-биологическим требованиям к разрабатываемой смеси для облегчения процесса всасывания и усвоения её осмолярность должна составлять 285-295 мОсмоль/л. Поскольку осмолярность исследуемой смеси составила 78 ± 3 мОсмоль/л, то следующим этапом исследований явилось придание необходимой осмолярности разрабатываемому продукту.

Исследуемый показатель регулировали путём добавления солей хлорида натрия и хлорида калия (рисунок 6), которые необходимо включать в ранние энтеральные смеси.

Массовые доли хлорида

натрия/хлорида калия, %

1-0,091/0,162; 2-0,091/0,242; 3-0,091/0,324; 4-0,091/0,404; 5-0,091/0,486; <-0,091/0,568; 7-0,136/0,162; 8-0,136/0,242; 9-0,136/0,324, 10-0,136/0,404; 11-0,136/0,486; 12-0,136/0,568; 13-0,182/0,162; 14-0,182/0,242, 15-0,182/0,324; 16-0,182/0,404, 17-0,182/0,486; 18-0,182/0,568; 19-0,226/0,162, 20-0,226/0,242; 21-0,226/0,324; 22-0,226/0,404, 23-0,226/0,486, 24-0,226/0,568; 25-0,272/0,162; 26-0,272/242; 27-0,272/0.324; 28-0,272/0,404, 29-0,272/0,486; 30-0,272/0,568; 31-0,318/0,162; 32-0,318/0,242; 33-0,318/0,324; 34-0,318/0,404, 35-0,318/0,486; 36-0,318/0,568

Рис. 6. Влияние солей хлорида натрия и калия на осмолярность смеси

Данные рисунка показывают, что при добавлении минимального количества солей осмолярность смеси составила 170 мОсмоль/л, при увеличении массовой доли солей до 0,7 % осмолярность смеси - 350 мОсмоль/л. Введение максимального количества солей способствовало повышению данного показателя до 460 мОсмоль/л, что связано с большим количеством осмотически активных веществ в составе.

Добавление солей в состав смеси оказывает влияние на реологические свойства продукта, поэтому одновременно с осмолярностью определяли изменения динамической вязкости, седиментационной устойчивости и величины рН.

Выявлено, что добавление солей приводит к незначительному снижению показателя вязкости. Увеличение массовой доли солей не оказало влияния на величину рН и седиментационную устойчивость. Смесь обладала 100 %-ной седиментационной устойчивостью, величина рН составила 6,26±0,02.

Для определения рационального уровня введения солей в продукт использовали метрические и неметрические меры сравнения. С их помощью сравнивали значения реологических показателей и осмолярность каждой из исследуемых рецептур со значениями показателей идеального продукта (моделью) (осмолярность 285-295 мОсмоль/л, вязкость 15 мПа'С, седиментационная устойчивость 100 % и величина рН в пределах 6-7 единиц).

Проведённые преобразования позволили определить массовую долю хлорида натрия (0,27 %) и хлорида калия (0,32 %), необходимые для получения энтеральной смеси с требуемыми реологическими характеристиками и осмолярностью.

Рецептура энтеральной смеси показана в таблице 4.

Таблица 4 - Рецептура энтеральной смеси на 1000 кг

Название компонента Содержание компонента, кг

Коровье молозиво 305,2

Растворимое пищевое волокно 259,66

Мальтодекстрин 341

Витамин С 3,91

Бета-каротин 0,039

Хлорид натрия 42

Хлорид калия 35,3

Ксантановая камедь 12,9

Определено, что разовая суточная порция сухого энтерапьного продукта составляет 38,5 г., при которой в организм поступит суточная норма потребления иммуномодулятора.

Глава 5. Разработка технологии производства сухой энтеральной смеси

Технологию производства энтеральной смеси осуществляли путем смешивания сухих компонентов. Для получения многокомпонентного продукта смешивание необходимо проводить по трехстадийной схеме.

На первом этапе смешивали минорные компоненты (витамины и минеральные соли), что составляет 8 % от массы всей смеси. Впервые предложено параллельное приготовление смеси из малътодекстрина и ксантановой камеди (загустителя) - 1/3 всех компонентов продукта для того, чтобы частицы камеди разделяли частицы диспергирующего вещества для увеличения скорости гидратации. По завершению процесса, в нее вводили смесь, полученную на первом этапе. На третьем этапе в смеситель добавляли остальные компоненты.

О равномерности распределения компонентов судили по результатам как прямого определения содержания ключевого компонента - бета-каротина и расчета коэффициента неоднородности смеси, так и по косвенному параметру -осмолярности, который должен составлять 285-295 мОсмоль/л, и его точное значение можно получить только при наличии в составе пробы точного количества минеральных солей, которые содержатся в продукте в минимальных количествах.

Смесь перемешивали с помощью барабанного смесителя периодического действия «Турбула» С 2.0. При определении параметров смешивания, в качестве рабочих выбраны изученные в работе Мироедова Р.Ю., приемлемые для сухих молочных продуктов, по которым:

- на 1,2 этапах время смешивания составило 30 мин, коэффициент-загрузки смесительной камеры - 0,6, частота вращения чаши - 50 об/мин;

- на 3-ем этапе время смешивания - 60 мин, коэффициент загрузки смесительной камеры - 0,6, частота вращения чаши - 50 об/мин.

Коэффициент неоднородности энтеральной смеси, полученной по ранее описанным параметрам смешивания, составил 1,1 %, что соответствует смеси сыпучих материалов высокого качества. Изучение осмолярности точно дозированного и полученного на смесителе продукта свидетельствует о равномерности распределения компонентов в смеси.

На рисунке 7 приведена аппаратурно-технологическая схема производства энтерального продукта.

+ Коровье молозиво + Мальтсдекстрин

► Пищевое волокло

► Смесь из витаминов и минеральных сс

► Готовая смесь

1 - бункер для приемки сухого КМ, ПВ и мальтодекстрина; 2 - агрегат для просеивания сухого КМ, ПВ и мальтодекстрина; 3 - весовой дозатор; 4 - магнитоуловитель, 5- барабанный смеситель; 6 - бункер для готового продукта; 7 - автомат для асептической фасовки в пакеты из металлизированного полипропилена.

Рис. 7. Аппаратурно-технологическая схема производства сухой энтеральной смеси

На основе проведенных исследований показано, что выбранные режимы смешивания на «Турбуле» С 2.0 приемлемы для энтеральной смеси.

Глава 6. Определение показателей качества и срока хранения энтеральной смеси

В соответствии с разработанной рецептурой и технологией в НИЛ пищевой биотехнологии ФГБОУ ВПО «МГУПП» выработаны и исследованы показатели качества партии энтеральной смеси (табл. 5).

Показатели Значения показателей

Массовая доля влаги. %, 3,7±0,23

Массовая доля белка, % 20,74±0,21

Массовая доля жира, % 1,53±0,02

Массовая доля углеводов, % 61,1±0Д5

в т.ч. массовая доля пищевых волокон, % 27,1±0,08

Массовая доля золы, % !3,07±0,09

Насыпная плотность, г/см3 0,72±0,2

Индекс растворимости, см*сырого осадка 0,1

Вязкость, мПа с 12,92±0,21

Осмолярность, мОсмоль/л 295,3±3

ИАОА, мг/мп 5,52±0,П

Седиментационная устойчивость, % 100

Активная кислотность восстановленного продукта, ед. рН 6,26±0,02

Гранулометрический состав, массовая доля часгац (%) от

общей массы при их размере, мм

>1 м

>0,5 3

>0,25 12

<0,25 87,6

Энергетическая ценность продукта в сухом виде, ккал/ЮО г 233

По результатам изучения общего аминокислотного состава энтеральной смеси выявлено высокое содержание аминокислоты глютамин (38 мг/г белка), которая оказывает иммуномодулирующее воздействие на организм и повышает барьерную функцию кишечника (рис.8). Данный результат является наглядным доказательством правильности выбора молозива в качестве основного

Изучение степени переваримости белков in vitro коровьего молозива и энтеральной смеси показало, что этот показатель остается практически неизменным. Изменение этого показателя не превысило 0,2 мг тирозина / г белка (табл.6).

Таблица 6. Степень переваримости белков in vitro коровьего молозива и энтеральной смеси________

Объект исследования Степень протеолиза, мг тирозина / г белка

пепсин трипсин Пепсин + трипсин

Коровье молозиво 5,376 ± 0,245 4,75 ±0,17 10,1 ±0,43

Энтеральная смесь 5,108 ±0,263 4,69 ±0,21 9,79 ± 0,49

В готовой смеси указанный уровень содержания витаминов и минеральных веществ соответствовал медико-биологическим требованиям «НИИ Питания» РАМН, при употреблении разовой порции покрывается суточная потребность в витамине С и бета-каротине.

Таблица 7. Содержание витаминов и минеральных веществ в энтеральной смеси _ _ ___

Название элемента Содержание, мг/100 г продукта Название элемента Содержание, мг/100 г продукта

Бета-каротин 5,2 ± 0,2 Кальций 124 ±3

Витамин С 395,0 ±0,3 Форфор 91,6 ±0,5

Витамин Е 4,1 ± 0,1 Магний 15,2 ±0,2

Витамин В | 12,09 ±0,1 Калий 2295 ± 0,9

Витамин В2 4,66 ± 0,2 Натрий 1910 ± 1

Витамин Вб 3,21 ±0,09

Витамин В9 0,032 ±0,02

Определено, что энтеральный продукт соответствовал СанПиН 2.3.2.1078-01 по микробиологическим показателям и показателям безопасности.

Допустимый срок хранения энтералыюй смеси определяли согласно МУК 4.2.1847-04. С учетом коэффициента резерва продукт хранили в течение 14 месяцев при температуре (20+2) °С, относительной влажности воздуха 65 % и определяли физико-химические, микробиологические показатели и ИАОА. Смесь упаковывали в пакеты-саше из металлизированного полипропилена массой 38,5 г.

Изучение физико-химических показателей и интегральной антиоксидантной активности продукта в процессе хранения показали, что их изменения не превышали 3 % (табл. 8).

Таблица 8 - Изменение физико-химических показателей и интегральной антиоксидантной активности в процессе хранения_

Продолжительности, хранения, мес. Изучаемые показатели

Массовая доля влаги, %, Массовая доля белка, % Активная кислотность, ед. pH ИАОА, мг/мл Индекс растворимости Сырого осадка, см3

0 3,7±0,1 20,6610,2 6,26±0,02 5,5210,11 0.1

2 3,6±0,21 20,6710,13 6,2510,04 5,5110,11 0,1

4 3,610,22 20,6510,09 6,2610,03 5,5110,1 0,1

6 3,68±0,1 20,67±0.1 6,2510,04 5,5310,09 0,1

8 3,64*0,14 20,6510,08 6,2510,03 5,5010,15 0,1

10 3,63±0,2 20,64±0,12 6,2410,04 5,5210,12 0.1

12 3,6±0,12 20,6710,11 6,2610,02 5,5410,08 0,1

14 3,621.0,09 20.6510,06 6,2510,01 5,5310,13 0,1

В таблице 9, 10 представлены результаты определения показателей безопасности и микробиологических показателей на конец срока хранения.

Таблица 9 - Показатели безопасности на конец срока хранения в энтеральной смеси___

Наименование вещества (элемента) Допустимый уровень по СанПин 2.3.2 107801 Значение показателя

Токсичные элементы, мг/л, не более Свинец 0,1 0,03410,004

Кадмий 0,03 0,002810,0003

Мышьяк 0,05 0,001010,0004

Ртуть 0,005 Менее 0,005

Антибиотики, мг/л левомицетин Не допускается Не обнаружено

тетрациклиновая группа Не допускаются Не обнаружено

пенициллин Не допускаются Не обнаружено

стрептомицин Не допускается Не обнаружено

Миксттоксины, мг/л, не более афлатоксин М1 0,0005 Не обнаружено

Пестициды, мг/кг, не бол« (в пересчете на жир) гексахлорциклогексан (а, р, у-изомеров) 1,25 0,000310.0001

ДДТ и его метаболиты I <0,001

Радионуклиды, не более, Бк/кг Цезий-137 500 10,35±0,02

Стронций-90 200 7,93±3,48

Таблица 10 - Результаты изучение микробиологических показателей на конец срока хранения

Микробиологические показатели Нормируемые показатели по МУК 4.2.577-96 Полученные значения

Количество мезоф ильных аэробных и факультативно анаэробных микроорганизмов (КМАФАнМ), КОЕ/г не более 2-Ю3 <45

Бактернн группы кишечной палочки (БГКП) в 1,0 г не допускаются Не обнаружены

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

В. cereus, КОЕ/г <200 Не обнаружены

Плесневые грибы, КОЕ/г <100 <5

Дрожжи, КОГУг <50 <15

Патогенные микроорганизмы, в т.ч. сальмонеллы в 100 г не допускаются Не обнаружены

Значения микробиологических показателей и показателей безопасности па конец срока хранения соответствовали СанПин 2.3.2.1078-01 и МУК 4.2.57796.

Определено, что срок хранения энтералыгой смеси составляет 14 месяцев.

ВЫВОДЫ

1. На основании медико-биологических требований «НИИ Питания» РАМН, методических рекомендаций Минздравсоцразвития РФ к лечебным продуктам, а также анализа научной и патентной литературы, сформулированы основные принципы создания энтеральных продуктов с использованием коровьего молозива;

2. Выявлен антиоксидантный синергетический эффект (процент синергизма 64,8 %) между коровьим молозивом, витамином С и бета-каротином, обусловленный проявлением совместных процессов регенерации или рециклизации. Наилучший результат достигается при соотношениях компонентов по масс. %: 98,73:1,26:0,012 соответственно, которое выбрано для разработки продуктов с антиоксидантной направленностью;

3. На основе изучения реологических характеристик энтеральной смеси в зависимости от массовой доли гидроколлоидов выбран стабилизатор, позволяющий создать седиментационно устойчивый продукт, состоящий из КМ, мальтодекстрина и ПВ. Определена массовая доля внесения ксантановой камеди (0,1 %), при которой смесь имеет 100 % устойчивость при температуре введения 20±2 °С.

4. Введение хлорида калия и натрия в энтеральный продукт в соотношениях по массовым долям 0,27 % : 0,32 % соответственно, обеспечивает рациональный уровень, позволяющий регулировать осмолярность смеси, равную осмолярности плазмы крови, что необходимо для данного вида энтеральных продуктов;

5. Предложена технология сухого смешивания компонентов, обеспечивающая гомогенность системы в продукте. На первом этапе следует смешивать минорные компоненты, масса которых составляет порядка 8 % от общего количества смеси. Параллельно в аппарате большего объема смешивают мальтодекстрин и ксантановую камедь, составляющих по массе 1/3 продукта. На завершающей стадии (по истечении 30 минут) к ним добавляют

ранее смешанные минорные компоненты. Далее в смеситель вводят молозиво и пищевые волокна, производят окончательное перемешивание.

6. Срок хранения продукта составил 14 мес. при температуре 20±2 °С и относительной влажности воздуха 65 %. В течение этого срока хранения изменения показателей массовой доли белка, влаги, величины рН, индекса нерастворимого сырого остатка и интегральной антиоксидантной активности не превышали 3 %;

7. Разработан проект нормативной документации на энтеральную смесь на основе коровьего молозива с добавлением пищевых волокон. Предложенная технология апробирована в промышленных условиях ООО «Витапром» (г. Москва).

Основные результаты диссертации опубликованы в следующих работах Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Токаев, Э.С. Состав и клиническое использование коровьего молозива [текст] / Э.С. Токаев, И.С. Краснова, Т.В. Коробейникова // Вопросы питания.- 2012. - №3. -С.35-40

2. Краснова, И.С., Разработка антиоксидантных композиций с синергетическим эффектом из коровьего молозива и витаминов [текст] / И.С. Краснова, Т.В. Коробейникова // «Известия вузов. Пищевая технология»,-2013.-№ 1.-С. 52-55

3. Krasnova, I.S., Influence of Xanthan Gum on the Rheological Properties of the Enteral Product [текст] / I.S. Krasnova, T.V. Korobeinikova // Перспективы науки.-2013.-№ 3(42).- p.155-158

Статьи и материалы конференций:

1. Коробейникова, Т.В. Использование коровьего молозива в энтералыюм питании [текст] / Т.В. Коробейникова, И.С. Краснова // Живые системы и биологическая безопасность населения: Материалы IX международной научной конференции студентов и молодых учёных,- Москва, 2011.-С.37

2. Коробейникова, Т.В. Разработка энтерального модуля для больных в критических состояниях [текст] / Т.В. Коробейникова // XIII Всероссийский Конгресс диетологов и нутрициологов с международным участием «Персонифицированная диетология: настоящее и будущее»,- Москва , 2011,т. 1, №2.- С.50

3. Краснова, И.С. Обоснование состава энтеральной иммуномодулирующей смеси на основе «колострума» [текст] / И.С. Краснова, Т.В. Коробейникова // Фармацевтические и медицинские биотехнологии: Материалы международной научно-практической конференции. - Москва 20-22 марта 2012.- С.79-80

4. Краснова, И.С. Физико-химические свойства сухого препарата коровьего молозива [текст] / И.С. Краснова, Т.В. Коробейникова П IV Международная научно-практическая конференция преподавателей, молодых ученых, аспирантов и студентов «Инновационные процессы в АПК»,- Москва, 11-13 апреля 2012,- С.207-208

5. Краснова, И.С. Реологические и физические характеристики компонентов энтерального продукта [текст] / И.С. Краснова, Т.В. Коробейникова // Международная конференция студентов, аспирантов и молодых ученых «Пищевые продукты и здоровье человека».- Кемерово, 24 апреля 2012 г.- С.27-28

6. Краснова, И.С., Антиоксидантная активность «колострума» [текст] / И.С. Краснова, Т.В. Коробейникова // VII Всероссийская научно-практическая конференция «Качество продукции, технологии и образования».-Магнитогорск, 25 апреля 2012 г.- С.300-302

7. Семёнов, Г.В. Оценка антиоксидантной активности сухого коровьего молока и молозива [текст] / Г.В. Семёнов, Т.В. Коробейникова, И.С. Краснова // Международной научно-практической конференции «Инновационные пищевые технологии в области хранения и переработки сельскохозяйственного сырья: фундаментальные и прикладные аспекты». -Геленджик, 24-25 мая 2012 г.- С.197-199

8. Краснова, И.С. Реологические и физические характеристики сухого препарата коровьего молозива [текст] / И.С. Краснова, Т.В. Коробейникова // VI Международная молодежная научная конференция "Научный потенциал XXI века".- Ставрополь, 17 мая 2012 г.- С.331-332

9. Краснова, И.С. Антиоксидантная активность композиции коровьего молозива и витамина С для энтерального питания [текст] / И.С. Краснова, Т.В. Коробейникова // Материалы Международной научно-практической конференции «Использование электрофизических методов исследования для производства и оценки качества пищевых продуктов».-Санкт-Петербург, 4-5 сентября 2012 г.- С.172-175

10. Коробейникова, Т.В. Антиоксидантные свойства композиций из бета-каротина и коровьего молозива [текст] / Т.В. Коробейникова, И.С. Краснова // Живые системы и биологическая безопасность населения: Материалы X международной научной конференции студентов и молодых учёных.- Москва, 2012.- С.53-55

11. Краснова, И.С. Антиоксидантная активность композиций «колострума» и бета-каротина [текст] / И.С. Краснова, Т.В. Коробейникова // Пятнадцатый конгресс с международным участием «Парентеральное и энтеральное питание.- Москва, 15-16 ноября 2012.-С.30

Сокращения, принятые в работе

ЭП - энтералыюе питание; ЖКТ- желудочно-кишечный тракт; КМ - коровье молозиво;

АО - антиоксидантная активность; КС- критические состояния; ПВ - пищевое волокно;

Автор выражает особую благодарность и признательность д.т.н., проф. Г.В. Семенову и д.т.н., проф. Э.С. Токаеву за проведение технологических консультаций, ценные советы, внимание и помощь при подготовке диссертационной работы.

Отпечатано в типографии ООО "Франтера" Подписано к печати 11.11.201 Зг. Формат 60x84/16. Бумага "Офсетная №1" 80г/м2. Печать трафаретная, Усл.печ.л. 1,38. Тираж 100. Заказ 646.

WWW.FRANTERA.COM

МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПИЩЕВЫХ

ПРОИЗВОДСТВ

На правах рукописи

04201452037

Коробейникова Татьяна Викторовна

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ЭНТЕРАЛЬНОЙ СМЕСИ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ КОРОВЬЕГО МОЛОЗИВА

Специальность 05.18.04 - Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и

холодильных производств

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: к.т.н. Краснова И.С.

Ставрополь 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение 4

Глава 1. Аналитический обзор литературы 6

1.1. Особенности нарушения метаболизма при критических состояниях 6

1.2. Энтеральное питание. Виды энтеральных смесей 8

1.3.Иммуномодулирующее питание. Основные компоненты иммуномодулирующих диет 11

1.4.Пищевые волокна и антиоксиданты в энтеральных смесях 14

1.5.Коровье молозиво в энтеральном питании 17

1.6. Технология производства энтеральных смесей 22 Заключение по обзору литературы 27 Глава 2. Объекты и методы исследований 28

2.1. Характеристика объектов исследований 28

2.2. Общие методы исследований 32

2.3. Специальные методы исследований 37

2.4. Математическое моделирование 40

2.5. Статистическая обработка экспериментальных данных 44 Глава 3. Обобщение требований к разрабатываемому продукту 45 Глава 4. Подбор рецептуры сухой энтеральной смеси 49

4.1. Обоснование состава продукта 49

4.2. Определение рациональных соотношений компонентов по интегральной антиоксидантной активности и осмолярности 54

4.3. Формирование реологических показателей энтерального продукта 64

4.4. Придание изотоничной энтеральной смеси 74 Глава 5. Разработка технологии производства энтеральной смеси 86 Глава 6. Определение показателей качества и срока хранения энтеральной 92 смеси

Выводы 100

Список используемых источников 102

Приложения 121

Приложение 1. Расчет экономического эффекта 122

Приложение 2. Технические условия 128

Приложение 3. Технологическая инструкция 143

Приложение 4. Спецификации, акт опытно-промышленной выработки 152

ВВЕДЕНИЕ

Адекватная нутритивная поддержка больных при различных патологиях требует создания новых видов продуктов клинического питания соответствующих современным научным парадигмам в питании больного. Необходимость в полноценном питании пациента находящегося в лечебном учреждении отражена в приказе МЗ РФ № 330 от 05.08.2003 г. "О мерах по совершенствованию лечебного питания в лечебно-профилактических учреждениях Российской Федерации".

Значительный вклад в разработку продуктов энтерального питания (ЭП) внесли отечественные и зарубежные ученые, такие как Рогов И.А., Токаев Э.С., Попова Т.С., Тихомирова H.A., Гурова Н.В., Лекманов А.У., Лященко Ю.Н., Calder Philip С., Heyland D., Xu J., Atkinson M., Beale R.J., Jones N.E., Kotzampassi К. и другие.

Современная стратегия в клинической практике использования раннего ЭП является доказанным фактом для больных в критических состояниях. Состав смесей для раннего ЭП требует обязательного наличия иммуномодулирующих компонентов, обладающих благоприятным комплексным воздействием на иммунитет, слизистую ЖКТ и окислительный стресс.

В России в настоящее время разработка и выпуск смесей соответствующих новым требованиям практически не проводят, в связи с чем, создание энтеральной смеси для раннего питания на основе белкового иммуномодулятора в соответствии с современными медико-биологическими требованиями является актуальной.

Диссертационная работа выполнена в рамках НИР научно-исследовательской лаборатории пищевой биотехнологии ФГБОУ ВПО МГУПП «Создание научно-методических подходов к обоснованию механизма взаимодействия модифицированного животного белка с продуктами растительного происхождения для использования в технологии пищевых систем», а также в рамках гранта Президента Российской Федерации для государственной

поддержки молодых российских ученых - «Комплексное исследование свойств биологически активных композиций и разработка продуктов для людей в повышенными физическими и нервно-эмоциональными нагрузками» (МК -1411.2011.4).

Целью работы являлось создание технологии сухого энтерального продукта с использованием коровьего молозива на основе комплексных исследований реологических характеристик, осмолярности и интегральной антиоксидантной активности пищевой системы.

В соответствии с поставленной целью предусмотрено решение следующих

задач:

- обобщить и систематизировать современные медико-биологические и технологические требования к энтеральному продукту;

- обосновать выбор компонентов энтеральной смеси;

- определить соотношение компонентов продукта, обеспечивающее наибольшую антиоксидантную активность;

- выявить количество введения гидроколлоидов с учетом требуемых реологических характеристик продукта, необходимых для создания седиментационно устойчивого продукта;

- выбрать рациональное количественное соотношение минеральных солей, обеспечивающее создание изотоничной смеси (осмотическое давление которой равно осмотическому давлению плазмы крови организма человека) с помощью математического моделирования;

- разработать технологию и определить режимы сухого смешивания готового энтерального продукта;

- изучение влияния продолжительности хранения на показатели качества;

- разработать проект технической документации на продукт и рекомендации по его применению.

ГЛАВА 1. АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 1.1. Особенности нарушения метаболизма при критических

состояниях

Критические состояния - это поражение каких-либо органов или систем организма в результате неспецифической реакции на стресс, при котором организм человека не может самостоятельно восстановить гомеостаз [45].

Реакция на стресс приводит к метаболическим изменениям от анаболических к катаболическим с целью удовлетворения возросших потребностей в энергии, что наблюдается в результате стимуляции выброса катаболических гормонов или цитокинов [72,165].

В патогенезе критических состояний немалую роль играют процессы нарушения адекватного поступления (перфузия) и насыщения (оксигенация) тканей желудочно-кишечного тракта кислородом. Эти изменения приводят к снижению адекватного функционирования энтероцитов и снижению барьерной функции тонкого кишечника (повышении микробной транслокации) [33].

При критических состояниях обнаруживают нарушение микроциркуляции, гипоксию и интоксикационные расстройства.

У больных в критических состояниях показано истощение запасов глютамина, снижение которого может привести к снижению барьерной функции кишечника и иммунодефицитным состояниям.

В результате анализа современных научных исследований отмечено, что кишечник играет главную роль в патогенезе у больных при критических состояниях.

Клетки тонкого кишечника (энтероциты) представляют собой барьер между стерильной внутриклеточной и внешней бактериальной средой. Из-за нарушения функционирования энтероцитов, снижается барьерная функция кишечника и наблюдаются процессы транслокации бактерий и эндотоксинов, что приводит к повышению выработки медиаторов воспаления, вызывающих усугубление патологических состояний при критических состояниях [66]. Нормальное

функционирование энтероцитов тесно связано с поступлением пищи в тонкий кишечник.

Микробная транслокация - это процесс проникновения микроорганизмов из желудочно-кишечного тракта во внутреннюю среду организма (лимфу или кровь) под влиянием снижения барьерной функции кишечника. Транслокация микроорганизмов представлена семейством Enterobacteriaceae, такими как Escherihia coli, Enterococcus и грибы рода Candida.

В результате описанных выше патологических нарушений при критических состояниях наблюдается процесс дисбиоза изменение баланса микрофлоры в желудочно-кишечном тракте. С течением времени вызывает количественное и качественное изменение состава микрофлоры, что оказывает негативное воздействие на другие звенья метаболизма [67].

При критических состояниях наблюдаются изменения во всех звеньях иммунной системы (клеточном и гуморальном) и в фагоцитарном процессе, что может оказать негативное влияние и приводить к различным осложнениям [7,76]. Иммуносупрессия, характеризуется снижением числа моноцитов, нарушающейся способностью моноцитов стимулировать Т-клетки, сниженной Т-клеточной пролиферацией и более низким уровнем производства Т-хелперов, связанных с иммунной защитой против бактерий и вирусов. Отмечены повышенные уровни цитокинов (IL-4, IL -10), которые тормозят деятельность иммунной системы [31].

При критических состояниях возможно обнаружение окислительного стресса [105, 166, 176]. Под окислительным стрессом понимают массовое неконтролируемое образование свободных радикалов (активных форм кислорода), способное повреждать целостность клеточных структур. Источниками свободных радикалов являются электроны участвующие в митохондриальной дыхательной цепи, респираторный взрыв и связанная с ним активация нейтрофилов и метаболизм арахидоновой кислоты. А также отмечена постгипоксическая активация образования свободных радикалов, появляющаяся при реперфузии тканей [60,107].

В исследованиях на животных изучены процессы окислительного стресса после анастезии и хирургической операции. Оперативное вмешательство приводит к увеличению выработки оксида азота и малонового диальдегида, а также снижение активности антиоксидантных ферментов - супероксиддисмутазы и глутатионпероксидазы [136].

Поскольку, что при отсутствии питания больного при критическом состоянии происходит атрофия слизистой кишечника, в связи с этим необходимо использование в качестве клинического питания энтеральных смесей, поступающих непосредственно в кишечник и снижающих развитие осложнений при критических состояниях.

1.2. Энтералыюе питание. Виды энтеральных смесей

Энтеральное питание это вид нутритивной поддержки, при котором питательную смесь вводят с помощью зонда (кишечного или желудочного) при различных патологиях, при невозможности обычного приема пищи [68,74].

В последнее время, ЭП все чаще используется в клинической практике за счет его физиологичности, меньшего количества осложнений, простоты доставки и более низкой стоимости по сравнению с внутривенным (парентеральным) питанием. Основным достоинством ЭП является сохранение или восстановление слизистой оболочки кишечника, что тем самым поддерживает гомеостаз и влияет на иммунитет человека [37, 66, 68].

Виды энтеральных смесей: элементные диеты; олигомерные диеты; модули; стандартные диеты; метаболически-ориентированные диеты;

иммуномодулирующие диеты.

Элементные диеты содержат основные питательные вещества в виде гидролизатов и мономерных продуктов: свободные аминокислоты, моно и дисахариды, жиры в виде среднецепочечных и длинноцепочечных триглицеридов, минералы, витамины и микроэлементы [100]. Эти смеси легко перевариваются и усваиваются даже при дефиците пищеварительных ферментов

и сокращении объема всасывающей поверхности тонкой кишки. Данные смеси имеют повышенную осмолярность (500-900 мосм/л), в связи с чем недостатком элементных диет можно считать гиперосмолярность, которая вызывает диарею. С помощью элементных диет невозможно проведение полного адекватного питания и возможны нарушения пищеварения [72].

Олигомерные диеты производятся с использованием белкового гидролиза, с содержанием дипептидов, трипептидов и небольшого количества аминокислот; углеводы обеспечиваются низкомолекулярными мальтодекстринами и дисахаридами. В состав данных диет могут быть введены среднецепочечные и длинноцепочечные триглицериды, а также омега-3,6 жирные кислоты [100]. Их используют при частичном нарушении деятельности желудочно-кишечного тракта (ЖКТ) - в ранние сроки после травм и операций [66]. Олигомерные смеси имеют более низкий показатель осмолярности по сравнению с элементными и обладают лучшей всасываемостью [72].

Модули предполагают раздельное использование белков, жиров и углеводов, используются для избирательно нормализации белкового, жирового или углеводного обмена. Модульная система питания позволяет индивидуально подойти к составу нутритивной поддержки и изменять соотношения нутриентов, не воздействуя на другие субстраты. Показания для использования - органная недостаточность и высокие энергетические потребности [3,26,72].

Стандартные смеси включают в состав практически не гидролизованные компоненты (нативный белок, крахмал, олигосахариды и растительные масла) благодаря чему состав сбалансирован. Их вводят как в желудок так и в тонкую кишку, а также смесь может быть использована в виде сиппинга (дополнительного орального питания), в тех случаях когда больной не хочет или не может есть, или питания недостаточно, а также при выраженных нарушениях иммунного статуса. Осмолярность стандартных диет близка к изотоничной. [72,140,169].

Метаболически-ориентированные диеты включают составы, которые могут быть использованы при легочной, почечной и печеночной недостаточности

и недостаточности пищеварения, при диабете и состояниях выраженного стресса, травме или сепсисе [66]. Печеночные составы характеризуются высоким содержанием аминокислот с разветвленными цепями для предупреждения энцефалопатии, повышенным содержанием среднецепочечных триглицеридов, чаще всего печеночные составы применяют при острых и хронических печеночных недостаточностях [72].

Легочные составы имеют более высокое соотношение жиров к углеводам, что положительно влияет на газообмен в легких и параметры дыхания. Повышенное содержание липидов уменьшает дыхательный коэффициент, снижает минутный объем вентиляции легких и проницаемость легочного эпителия. Данные смеси вводят энтерально при острых и хронических заболеваниях легких, при операциях и травмах [72].

Почечные диеты - белковая составляющая обогащена незаменимыми аминокислотами, эти диеты обладают высокой энергоемкостью. Назначаются при хронической или острой почечной недостаточности, диализным больным.

При кишечной недостаточности используются олигомерные составы с добавлением глутамина и пищевых волокон (пребиотиков). Диабетические диеты вводят углеводы с низкой степенью гидролиза и пищевые волокна рекомендуются для больных с диабетом 1 и 2-го типа [72].

Илшуномодулирующие диеты предназначены для коррекции нарушений иммунного статуса, их рекомендуют применять с целью улучшения результатов проводимого клинического питания при специфических состояниях и патологических процессах, таких как травма, ожоги, обширные хирургические воздействия, сепсис, у ослабленных и истощенных больных, то есть у больных в критических состояниях [38,86,98,117]. Состав иммуномодулирующих диет направлен на гипералиментацию целью, которой является наиболее полное обеспечение организма питательными веществами.

Относительно новым направлением в клиническом питании можно считать иммуномодулирующие смеси последнего поколения, их разработка связана с неполучением серьезных доказательств о пользе гиперкалорийного

иммуномодулирующего питания, в связи с чем, выдвинута новая парадигма, по которой ЭП необходимо осуществлять в течение первых суток и начинать в ближайшие 6 часов после тяжелой травмы [158]. Энтеральная смесь должна быть направлена на защиту и восстановление слизистой желудочно-кишечного тракта [41,121,122,123], в состав обычно вводят иммуномодулятор и антиоксиданты, исключая питательную основу [42,81]. В отличии от ранних иммуномодулирующих диет, смеси нового поколения оказывают влияние на иммунную функцию организма, но при этом не вызывает нагрузки на ферментные системы организма, что соответствует современным медико-биологическим требованиям.

1.3. Иммуномодулирующее питание. Основные компоненты

иммуномодулирующих днет

Иммуномодулирующее питание за счет содержания в своем составе компонентов, которые улучшают иммунологическую защиту организма, приводит к снижению развития инфекционных осложнений. Способствует стимуляции роста слизистого слоя кишечника, повышает барьерную функцию кишечной трубки и способствует сохранению нормальной флоры кишечника [37,98,189].

В настоящее время наиболее изученными компонентами иммуномодулирующего действия являются аминокислоты (глутамин, аргинин, N-ацетил цистеин, аминокислоты с разветвленной цепью и таурин), омега-3-жирные кислоты, нуклеотиды, глюканы и другие. Они входят в состав энтеральной иммунодиеты [75].

Глутамин — это аминокислота, которая при критических состояниях становится условно-незаменимой, так как потребление глутамина резко возрастает, а синтез становится недостаточным [40,75]. В организме глутамин, как иммунонутриент является важным питательным веществом для клеток иммунной системы (лимфоцитов и макрофагов). Кроме того глутамин необходим, как субстрат для синтеза глютати�