автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Разработка технологии функциональных эмульсионных аэрированных продуктов на основе трансформации полипептидных комплексов

На правах рукописи

АГАРКОВА ЕВГЕНИЯ ЮРЬЕВНА

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЭМУЛЬСИОННЫХ АЭРИРОВАННЫХ ПРОДУКТОВ НА ОСНОВЕ ТРАНСФОРМАЦИИ ПОЛИПЕПТИДНЫХ КОМПЛЕКСОВ

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

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

- 6 МАР 2014

Москва 2014

005545785

005545785

Работа выполнена в Государственном научном учреждении Всероссийский научно-исследовательский институт молочной промышленности Российской академии сельскохозяйственных наук. Научный руководитель: доктор технических наук, профессор,

академик РАСХН,

Харитонов Владимир Дмитриевич Официальные оппоненты: Римарева Любовь Вячеславовна

доктор технических наук, профессор, член-корреспондент РАСХН, Всероссийский научно-исследовательский институт пищевой

биотехнологии российской академии

сельскохозяйственных наук, зам. директора по научной работе

Мордвинова Валентина Александровна

кандидат технических наук, заведующая отделом сыроделия Всероссийский научно-

исследовательский институт маслоделия и сыроделия Россельхозакадемии Ведущая организация: Федеральное государственное автономное

образовательное учреждение высшего профессионального образования (ФГАОУ ВПО) «Северо-Кавказский федеральный университет» Защита диссертации состоится » 2014 г. в /3 '""часов 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 ГНУ ВНИИМП им. В.М. Горбатова Россельхозакадемии.

Автореферат разослан « » 2014 г. Ученый секретарь диссертационного совета кандидат технических наук,

старший научный сотрудник А.Н.Захаров

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы.

Анализ пищевого рынка показывает возрастание объемов производства продуктов, обогащенных пищевыми ингредиентами с различным биологическим действием. При этом белки молока, рассматриваются в качестве перспективного сырья для получения пептидных композиций, обладающих антиоксидантными, гипотензивными, иммуномодулирующими, гипохолестеремическими и другими биологическими эффектами.

Закономерности процесса образования пенных масс с участием белков молока связаны с особенностями строения белковых молекул, а также целым рядом физико-химических факторов и параметров, оказывающих влияние на ценообразование в молочно-белковых системах.

Теоретические принципы формирования структуры эмульсионных систем и использования пенообразующих свойств молочного белка для последующего создания на их основе стойких в хранении аэрированных продуктов рассмотрены в работах И.Н. Влодавца, И.А. Евдокимова, H.H. Липатова, ТЛ. Остроумовой, А.Ю. Просекова, П.А. Ребиндера, ЮЛ. Свириденко, В.Д. Харитонова, А.Г. Храмцова, Dries В. A. De Bont, Н. Gruppen, Van der Ven и других.

Одним из перспективных направлений исследований является создание нового поколения эмульсионных аэрированных продуктов, обладающих заданным комплексом свойств, за счет введения в их состав трансформированных белков, гидроколлоидов и проч. При этом, возможна реализация технологий глубокой и безотходной переработки молока.

В связи с вышеизложенным, разработка аэрированных продуктов, обладающих широким спектром биофункциональных свойств для социально значимых групп населения и массового потребления, является актуальной.

Цель и задачи.

Целью работы являлось создание технологии функциональных эмульсионных продуктов на основе трансформации полипептидных

комплексов белков молока посредством биокаталитической конверсии с их последующим аэрированием.

Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:

-исследовать возможность использования мембранных методов для получения концентрированных эмульсий, являющихся базовой основой для аэрированных белковых продуктов и определить рациональные параметры процесса;

-подобрать ферментную композицию на основе коммерчески доступных препаратов для направленного гидролиза молочного белка с получением трансформированных полипептидных комплексов (гидролизатов) с оптимальными органолептическими и функциональными свойствами; -изучить реологические, пенообразующие и биофункциональные свойства гидролизатов белков молочной сыворотки in vitro и in vivo; -разработать стабилизационную композицию гидроколлоидов, обеспечивающих функционально-технологические свойства

гидролизованных пенных систем;

-разработать рецептуры аэрированных продуктов на основе гидролизатов сывороточных белков и провести исследования полученных образцов in vitro и in vivo;

-определить рациональные технологические параметры производства эмульсионных аэрированных продуктов, полученных с использованием трансформации полипептидпых комплексов;

-разработать комплект технической документации на разработанные эмульсионные аэрированные продукты и провести их промышленную апробацию.

Научная новизна.

Исследовано суммарное влияние полипептидных комплексов и гидроколлоидов на структуру аэрированных продуктов и установлена их способность к стабилизации пенных масс в гидролизованных эмульсиях.

Установлены зависимости структуры эмульсионного аэрированного продукта от продолжительности продолжительности газонаполнения и конструктивных особенностей гидроизмельчительной установки.

Доказано in vitro и in vivo, что трансформированные в процессе гидролиза полипептидные комплексы придают готовому продукту антиоксидантные, гипотензивные и гипохолестеримические свойства.

Практическая значимость.

Разработан технологический процесс получения мусса молокосодержащего на основе биокаталитической конверсии сывороточных белков. Разработан и утвержден комплект ТД (ТУ 9222-001-02068315-2013и ТУ ТИ) на муссы для диетического профилактического питания; осуществлен выпуск опытной партии продукта на ОАО Молочный комбинат «Воронежский».

Получены патенты: «Композиция для получения взбитого творожного продукта» №2002119150; «Способ производства мусса творожного» №2005138835; «Композиция для получения мусса творожного» № 2005138835; «Композиция для взбитого белкового десерта» № 2005138831.

Поданы заявки на патент: «Способ получения ферментативного гидролизата сывороточных белков» № 2013114970/10 (022143) от 04.04.2013; «Способ получения низкогидролизованных пептидных композиций из белков молочной сыворотки» №2013126576/10 (039456) от 11.06.2013.

Диссертационная работа выполнена соискателем лично, включая анализ литературно-ипформационных источников; определение методологии проведения исследований получение и обобщение теоретических и экспериментальных данных; формулирование выводов. При участии соискателя проведено внедрение разработанной технологии на ОАО «МК Воронежский». Соавторство по ряду этапов отражено в списке публикаций и заявках на изобретение.

Апробация работы.

Основные положения и результаты работы были обсуждены в рамках ХИ Всероссийского Конгресса диетологов и нутрициологов с международным участием "Питание и здоровье" 2010 г.; 5-й Конференции молодых ученых и специалистов институтов Отделения хранения и переработки сельскохозяйственной продукции Россельхозакадемии

5

«Актуальные проблемы в области создания инновационных технологий хранения сельскохозяйственного сырья и пищевых продуктов», г. Москва, 2011г.; Международной научно-практической конференции «Современные достижения биотехнологии» на научно-практическом семинаре «Феномен молочной сыворотки: синтез науки, теории и практики», г. Ставрополь, 2011 г.; Юбилейной X Научно-практической конференции с международным участием "Технологии и продукты здорового питания, функциональные пищевые продукты", конференции молодых ученых "Инновационные технологии продуктов здорового питания», г.Москва, 2012 г.; Международной научно-практической конференции «Молочная индустрия России и мира» в рамках 12-й Международной выставки «Молочная и мясная индустрия» 2013 г., на VII Московском международным конгрессе "Биотехнология: состояние и перспективы развития" в рамках XI Международной специализированной выставки «Мир биотехнологии» 2013 г. Серебряная медаль на Всероссийском смотре-конкурсе лучших пищевых продуктов 27-28 июня 2006 год г. Волгоград за разработку взбитых молочно-белковых продуктов "Муссы творожные", на 2013 EFFoST Annual Meeting "Bio-based technologies in the context of European food innovation systems" 2013 r.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, из которых 8 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 4 патента.

Структура и объем работы.

Диссертация состоит из введения, обзора литературы, методической части, экспериментальной части, основных результатов и выводов, списка использованной литературы, содержащего 183 отечественных и зарубежных источника и приложений. Работа изложена на 156 страницах, включает 44 таблицы и 21 рисунок, 4 приложения.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность выбранного направления исследований и необходимость их проведения по выбранной теме, изложены научная новизна, практическая значимость, сформулированы цель и задачи исследований.

В первой главе проведен аналитический обзор публикаций отечественных и зарубежных. проанализированы особенности существующих способов получения аэрированных продуктов, изучены возможные сырьевые источники для получения белковых концентратов, рассмотрены приемы биоконверсии молочных белков для улучшения их пенообразующих свойств.

Сформулированы основные направления исследований по разработке технологии аэрированных продуктов на основе модифицированных молочных белков и технического воплощения данного процесса. Определена цель работы и задачи исследований.

Во второй главе изложена организация, объекты и методы проведения экспериментов. Схема проведения исследований представлена на рис. 1.

Исследования проводились в ГНУ ВНИМИ Россельхозакадемии в рамках «Плана фундаментальных и приоритетных исследований Россельхозакадемии по научному обеспечению АПК на 2011-2015 гг.», а также в рамках федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2013 годы» при поддержке Министерства образования и науки РФ.

Блок исследований биофункциональных свойств гидролизатов и разработанных продуктов in vitro и in vivo осуществляли на базе ФГБУН Института биохимии им. А.Н. Баха РАН. Промышленная апробация технологии проводилась на ОАО «Молочный комбинат Воронежский»

Объектами исследований в диссертационной работе являлись: сыворотка молочная подсырная по ГОСТ Р 53438-2009 (Россия); ферментные препараты Protamex и Alcalase 2.4 L (Novozymes, Дания); молочпо-белковые концентраты, полученные при помощи ультрафильтрации (КМБ-уф); гидролизаты сывороточных белков (ГКМБ-уф); дикрахмаладипат ацетилированный «С'Тех 06201» и крахмал кукурузный модифицированный «С'Тех 06205» (Cargill B.V., Нидерланды); желатин пищевой свиной (Italgelatine S.p.a, Италия); желатин говяжий П-19 по ГОСТ 11293-89 (ОАО «Можелит» Беларусь); гуаровая камедь («Sarda gums&Chemical», Индия); камедь рожкового дерева (ООО «Союзоптторг-МВЦ», Китай); пектины АРА 103, АРА 104, АРС 105

Рисунок 1 - Схема проведения исследований 8

(Yantai Andre Pectin); тыквенный пектин (ЗАО «НПО «Европа-Биофарм», Россия); агар-агар type QP (Panreac, Испания); агар (Helicon, Китай); продукты эмульсионные аэрированные.

Для проведения стендовых испытаний использовалось следующее оборудование: ГИД 170/70; ГИД 100/1; ультрафильтрационная установка AL 362.00.00.00.

Определение физико-химических показателей проводили с использованием стандартизованных методов: массовой доли жира по ГОСТ 5867-90; массовой доли влаги по ГОСТ 3626-73, массовой доли бежа по ГОСТ Р 53951-2010; содержание небелкового азота по ГОСТ Р 55246-2012; массовой доли сывороточных белков по ГОСТ Р 54756-2011; массовой доли углеводов по ГОСТ Р 54667-2011; массовой доли золы по ГОСТ Р 51466-99; измерение кислотности по ГОСТ Р 54669-2011; измерение величины pH по ГОСТ Р 53359-2009; определение взбитости (применительно к мороженому) по ГОСТ Р 52175-2003.

Определение количества мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов - по ГОСТ Р 53430-2009; бактерий группы кишечных палочек (колиформы) - по ГОСТ Р 53430-2009; патогенных микроорганизмов, в том числе сальмонелл-по ГОСТ Р 52814-2007; S. aureus -по ГОСТ 30347-97.

Микроскопические исследования проводили с использованием микроскопа Levenhuk 595 с объективом 100х/1.25 OIL.

Реологические характеристики модельных систем определяли вискозиметрически на ротационном вискозиметре "Реотест-2"

Анализ биофункциональных свойств in vitro и in vivo проводили в соответствии с требованиями Приказа Министерства здравоохранения и социального развития РФ № 708н от 23.08.2010. Эксперимент проводили на 80 самцах крыс линии Wistar с возрастом 2,5 месяца. Животные были бридированы в виварии ИНБИ РАН. Перед началом эксперимента животных

случайным образом распределили на 8 групп, численностью по 10 животных.

9

Обработку массивов экспериментальных данных проводили при помощи прикладных сервисных программ Statistica 8.0 (StatSoft Inc., 2007, США). Глава 3. Экспериментальная часть 3.1 Исследование процесса концентрирования подсырной сыворотки Исследован процесс концентрирования сыворотки, который включал в себя следующие операции: подготовка сыворотки, сепарирование, ультрафильтрация и тепловая обработка полученного КМБ-уф. Ультрафильтрация проходила при 20°С, экспериментально доказало, что при дальнейшем увеличении температуры до 25-30°С увеличиваются потери белка, связанные с деформацией и забиванием мембранных пор.

Установлено, что практически все фракции белков молочной сыворотки концентрируются пропорционально содержанию в исходной сыворотке. Азотистые вещества небелковой природы не концентрируются в КМБ-уф. Физико-химические показатели полученных КМБ-уф представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Физико-химические показатели КМБ-Уф

Ф.по рН Кислотность, Массовая доля Массовая доля Массовая доля

белку °Т белка, % лактозы, % жира,%

2,5 6,72 10 1,89 4,96 0,05

3,0 6,67 11 2,25 5,02 0,07

3,6 6,64 11 3,15 5,00 0,08

По результатам исследований подобраны условия проведения процесса концентрирования подсырной сыворотки для последующей ферментативной обработки: температура 20°С, фактор концентрирования Ф„ по белку 3,6; по сухим веществам 5,6.

3.2. Разработка и оптимизация процесса гидролиза концентратов сывороточных белков

Установлено, что для получения гидролизатов сывороточных белков молока с привлекательными органолептическими характеристиками целесообразно проводить их ферментативный гидролиз с использованием

ферментных препаратов А1са1азе и Рго1атех.

10

Для выбора оптимальных условий проведения ферментативного гидролиза КМБ-уф выбранными ферментными препаратами был проведен многофакторный эксперимент. Полученные результаты представлены в табл. 2.

Таблица 2 - Результаты оптимизации условий ферментативного гидролиза КМБ-уф биферментной композицией РкНатех и Л1са1азе._

№ Вариабельные факторы Горь- Конеч- Сте- Содер- Пенооб-

образца Продол- Доза фермента кий ный рН пень жание разую-

(условно) житель- % от белка прив- гидро- свобод- щая

ность, Prota- Alca- кус лиза, % ных способ-

мин mex lase амино- ность

кислот, (S),%

мг/мл

Контроль 90 0 0 - 7,0 - - 35,4

1 30 3.0 1.0 - 6,61 7,72 2,91 47,6

2 30 3.5 0.5 - 6,54 8,18 2,60 52,7

3 30 2.0 2.0 + 6,46_ 10,37 3,45 51,7

4 30 1.0 3.0 + 6,45 12,18 3,65 53,0

5 60 3.0 1.0 - 6,37 11,89 3,75 43,0

6 60 3.5 0.5 + 6,40 11,96 3,58 55,7

7 60 2.0 2.0 + 6,33 12,24 4,15 32,3

8 60 1.0 3.0 ++ 6,31 14,57 4,46 53,7

9 90 3.0 1.0 - 6,28 11,53 3,74 83,2

10 90 3.5 0.5 - 6,34 10,63 3,70 84,2

11 90 2.0 2.0 +++ 6,30 13,45 4,57 54,3

12 90 1.0 3.0 +++ 6,29 14,67 4,82 34,6

Для исследования свойств in vitro подобраны два вида ГКМБ-уф - при гидролизе которых использовалась бинарная ферментная композиция и ГКМБ-уф, полученный при оптимизации условий гидролиза одноферментной композицией препаратом Protamex. Выбранные дозы и продолжительность гидролиза образцов приведены в табл.3.

Таблица 3 - Образцы ГКМБ-уф для исследования биофункциональных свойств in vitro_ _

Наименование образца Доза фермента, % от белка Продолжительность гидролиза, мин

Protamex Alcalase

ГКМБ-уф 1 4,0 0 90

ГКМБ-уф2 3,0 1,0 90

ГКМБ-уфЗ 3,5 0,5 90

В результате проведенной оптимизации получены образцы ГКМБ-уф с минимальным количеством свободных аминокислот, отсутствием горького привкуса и наилучшей пенообразующей способностью.

3.3. Исследование биофункциональиых свойств гидролизатов in vitro и in vivo

Указанные в таблице 3 образцы гидролизатов исследовались по антиоксидантным и гипотензивным свойствам. Показано, что в процессе ферментативного гидролиза УФ-концентрата молочных сывороточных белков ферментным препаратом Protamex антиоксидантная емкость гидролизатов увеличивалась в 1,8-2,0 раза по отношению к катион-радикалу АБТС и в 1,08-1,57 раза по отношению к пероксильному радикалу.

При использовании для гидролиза КМБ-уф молочных сывороточных белков бинарной композиции, содержащей ферментные препараты Protamex и Alcalase, АОЕ полученных ГКМБ-уф возрастает по сравнению с сырьем в 1,5-3,8 раза по отношению к пероксильному радикалу и в 1,6-3,6 раза по отношению к катион-радикалу АБТС.

При анализае гипотензивных свойств КМБ-уф и ГКМБ-уф определяли концентрацию в мг белка/мл, при которой отмечалось снижение активности АПФ на 50% (IC50). Показано, что в процессе ферментативного гидролиза УФ-концентрата молочных сывороточных белков ферментным препаратом Protamex гипотензивная активность гидролизата увеличивалась в 3,9 раз. При использовании для гидролиза УФ-концентрата молочных сывороточных белков бинарной композиции, содержащей ферментные препараты Protamex и Alcalase, гипотензивная активность полученных гидролизатов возрастает по сравнению с КМБ-уф 1 в 4,16 и 7,8 раз. Таким образом, для получения из концентрата молочных сывороточных белков ГКМБ с выраженной гипотензивной активностью in vitro целесообразно применять бинарную композицию на основе ферментных препаратов Alcalase и Protamex (Protamex

3,5%, Alcalase 0,5%), поскольку минимальная величина IC50 была отмечена у образца ГКМБ-уфЗ.

При комплексной оценке полученных результатов in vitro наилучшим по антиоксидантной и гипотензивной активности был признан образец ГКМБ-уфЗ, именно этот гидролизат был в дальнейшем исследован in vivo.

Проведены эксперименты по тестированию выбранного образца ГКМБ-уфЗ по оценке гипохолестеремических, гипотензивных свойств и антиоксидантной емкости.

Таблица 4 - Дизайн эксперимента при тестировании гипохолестеремических и гипотензивных свойств ГКМБ-уфЗ /и vivo._

Группа Начальный живой вес, г Рацион в/ж введение 1-42 дни эксперимента

1 258,9±31,9 Контрольный рацион (2,2% насыщенных жирных кислот, без добавки холестерина) 1 мл питьевой воды

2 255,8±18,5 Рацион с повышенной алиментарной липндной нагрузкой (6,2% насыщенных жирных кислот, 0,2% холестерина) 1 мл питьевой воды

3 257,0±29,0 1 мл КМБ-уф

4 258,0±25,4 1 мл ГКМБ-уфЗ

По сравнению с контрольной группой животных №1 статистически значимое снижение уровня систолического давления и диастолического давления группы 4 не показано, однако учитывая положительный эффект при испытании ГКМБ-уфЗ in vitro при разработке продукта данный эффект все же будет оценен, поскольку в продукт будут добавлены другие ингредиенты, способные усилить данный эффект при составлении рецептур продукта.

Результаты анализа общего содержания холестерина, липопротеидов высокой плотности (ЛПВП), липопротеидов низкой плотности (ЛПНП) и триглицеридов (ТГ) представлены в таблице 5.

Как видно из данных, приведенных в таблице 5, для 3 и 4 групп животных показано статистически значимое снижение сывороточной концентрации триглицеридов на 38,9% (р<0,05) и 41,7% (р<0,05) соответственно по сравнению с величиной данного показателя в контрольной группе 2.

Таблица 5 - Биохимические показатели лабораторных животных в эксперименте по определению гинохолестеремических и гипотензивных свойств КМБ-уф и ГКМБ-уф in vivo._

Группа Биохимические показатели в сыворотке крови

концентрация триглицеридов, мг/дл концентрация общего холестерина, мг/дл концентрация ЛПВП, мг/дл концентрация ЛПНП, мг/дл

1 46,76±0,13 91Д5±0,07 26,16±1,03 31,09±0,94

2 63,53±0,09 103,85±0,11 30,51±0,99 32,28±1,22

3 38,82±0,06 96,54±0,07 30,46±1,35 31,63±1,12

4 30,06±0,04 92,69±0,05 29,48±0,97 27,45±0,93

При анализе данных, полученных при определении концентрации общего холестерина в сыворотке крови, установлено, что величины данного показателя у животных 2 группы были достоверно (р<0,05) выше по сравнению с контрольной группой 1, которую содержали на рационе без добавления холестерина. У животных 3 и 4 групп, получавших на фоне повышенной алиментарной липидной нагрузки соответственно КМБ-уф и ГКМБ-уф показано статистически значимое снижение сывороточной концентрации общего холестерина на 6,5% (р<0,05), и 10,7% (р<0,01) соответственно по сравнению с величиной данного показателя в контрольной группе 2.

При анализе данных, полученных при определении концентрации атерогенной фракции липопротеидов ЛПНП в сыворотке крови, показано значимое (р<0,05) снижение величин данного показателя у животных 4 группы по сравнению как с контрольной группой 2, которую содержали на рационе с добавлением холестерина, так и по сравнению с контрольной группой 1.

При исследовании антиоксидантной активности контролировали антиоксидантную емкость (АОЕ) сыворотки крови по отношению к пероксилыюму радикалу и катион-радикалу АБТС, содержание маркеров перекисного окисления липидов - ТБК-реактивных продуктов в сыворотке крови и гомогенатах печени. Установлено, что величины АОЕ сыворотки

крови у животных, принимавших ГКМБ-уфЗ были достоверно (р<0,05) ниже по сравнению с величиной данного показателя у животных контрольной группы, также на фоне приема ГКМБ-уфЗу животных отмечалось снижение содержания ТБК-реактивных продуктов в печени, при этом у животных, получавших УФ-концентрат молочных сывороточных белков, снижения содержания ТБК-реактивных продуктов в печени не выявлено.

Была высказана гипотеза, что полученный гидролизат может быть использован для разработки на его основе продуктов, обладающих гипохолестеримическим и антиоксидантным действием.

3.4. Подбор компонентов, обеспечивающих функционально-технологические свойства пенных систем

Исследованы различные гидроколлоиды на предмет пенообразующей способности, как в отдельности, так и в комбинациях.

Наилучшие результаты получены при использовании стабилизационной системы гидроколлоидов (СС) пектин: желатин в соотношении 1:3. При этом наибольшая величина начальной взбитости, составила от 79,0 до 99,0%, пена не разрушалась в течение 1,5 часов. Можно заключить, что температурный оптимум пенообразования модифицированных белков с использованием пектина находится выше, чем систем, стабилизированных агаром и гуаром.

Исследованы образцы пектинов: яблочные (П1 и П2), цитрусовый (ПЗ) и тыквенный (П4). Все исследованные образцы являются высокометоксилированными пектинами, поскольку их степень этерификации (СЭ) превышает 50%. Максимальными величинами (>70%) СЭ характеризовались тыквенный и яблочный пектин (П1).

По результатам комплексного исследования перспективным, был признан тыквенный пектин, обладающий подтвержденными антиоксидантными свойствами, несмотря на то, что его пенообразующая способность несколько

ниже, чем у яблочного (П1). Кроме того, его вязкость при температуре тепловой обработки значительно выше, чем у других образцов (рис. 2).

Рисунок 2 - Характер изменения вязкости от температуры различных образцов пектина (1- П1, 2- П2, 3- ПЗ, 4- П4).

3.5. Исследование пенообразующих свойств гидролизованных

сывороточных концентратов при различных температурах

Для более подробного исследования пенообразующей способности полученных гидролизатов были приготовлены эмульсионные системы на основе ГКМБ-уфЗ и подобранной стабилизационной системы. Проанализирована также структура пены при различных температурах аэрирования. Результаты изложены в таблице 6 и на рисунке 3.

Таблица 6. Пенообразующая способность ГКМБ-уфЗ с подобранной СС при различных температурах._________

Номер образца Температура взбивания, °С Пенообразующая способность, Б, % Стойкость пены, мин

1 7 99,0 86,6

2 10 98,0 79,6

3 12 97,5 80,3

4 15 97,4 85,2

5 17 98,3 81,4

6 20 85,7 55,8

7 22 76,5 32,0

8 25 55,9 21,5

9 30 41,4 11,0

Рис. 3. Микоструктура пены при увеличении )00х а) образец 1, б) образец 5, в) образец 9.

Как видно из представленных данных пенообразующие характеристики не претерпевают статистически значимых изменений при увеличении температуры взбивания до 17СС, в то время как при дальнейшем увеличении происходит уменьшение объема пенной массы и сокращается стойкость пены. Как видно на рисунке 3, пены полученные при 7 и 17°С, имеют сходную структуру, что говорит о том, что увеличение температуры аэрирования до 17°С не влияет на свойства пенных гидролизованных масс, стабилизированных желатином и пектином.

Таким образом, температура аэрирования для разработанных и стабилизированных гидролизованных систем составляет 17°С, что является достаточно высоким значением по сравнению с традиционными от 7 до 10°С.

3.6. Разработка рецептур аэрированного продукта на основе гидролизата сывороточных белков

Определяющим фактором при разработке рецептур являлось придание продукту функциональных свойств. Различные варианты отличались дозой внесения в продукт концентрата и гидролизата, образцы с концентратом: 170% замены КМБ-уф, 2- 50% замены КМБ-уф, 3- 25% замены КМБ-уф; образцы с гидролизагом: 1'- 70% замены ГКМБ-уфЗ, 2'- 70% замены ГКМБ-уфЗ, 3'- 70% замены ГКМБ-уфЗ (таблица 7).

Наименование компонента Номер образца

1 Г 2 2 3 3'

КМБ-уф 70,0 - 50,0 - 25,0 -

ГКМБ-уфЗ - 70,0 - 50,0 - 25,0

Творог мягкий обезжиренный - - 20,0 20,0 45,0 45,0

Сахар-песок 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0 5,0

Наполнитель «Груша-злаки» 23,0 23,0 23.0 23,0 23,0 23,0

Желатин пищевой свиной 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5

Пектин тыквенный 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5 0,5

ИТОГО 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0 100,0

В процессе приготовления образцов отмечено, что наибольшей величиной взбитости (90%) отличался образец с максимальной дозой внесения гидролизата, при этом все образцы имели привлекательные органолептические характеристики. Взбитость образца 2 достаточно высокая -75%, у образца 3 ниже - 47%, что связано с высокой вязкостью продукта (рис. 4).

Рисунок 4 - Структурно-механические характеристики аэрированных продуктов

Установлено, что структурирование проходит в течение всего срока хранения, вязкость наиболее плавно нарастает в образцах с ГКМБ-уфЗ. Все приготовленные образцы протестированы in vitro.

3.7. Исследование биофункциональных свойств аэрированных продуктов in vitro и in vivo.

Исследованы антиоксидантные, гипотензивные и

гипохолестеримические свойства образцов аэрированных продуктов (табл.8).

Таблица 8. Антиоксидантная емкость и гипотензивная активность образцов аэрированных продуктов in vitro. _

№ образца Антиоксидантная емкость, мкмоль ТЭ/г Гипотензивная активность

Концентрация белка в экстракте, мг/мл Полуингибирующая концентрация белка мг/мл

гидрофильной фракции липофильной фракции

1 4,26±0,18 2,38±0,14 7,31±0,06 10,58

1' 5,4810,44 0,58±0,16 8,32±0,12 1,04

2 3,25±0,15 2,73±0,21 6,39±0,29 8,16

2' 5,97±0,55 2,13±0,18 7,18±0Д5 0,97

3 3,77±0,56 3,59±0,17 5,60±0,01 4,26

3' 3,95±0,52 1,93±0,23 5,91±0,18 1,82

Исходя из полученных данных, наиболее выраженными антиоксидантными и гипотензивными свойствами обладают образцы l' и 2', с дозой внесения гидролизата 70 и 50 % соответственно.

По результатам тестирования данных образцов 'п vivo показан гипотензивный эффект, выражающийся в снижении систолического и среднего артериального давления на 19,47 (I7) и 13,42 (2') мм.рт.ст. по сравнению с контролем. Установлено, что введение в рацион животных образцов l' и 21 позволяет снизить концентрацию холестерина в сыворотке крови как минимум до уровня данного показателя у животных, которые содержатся на рационе без добавления холестерина. Показано статистически достоверное (р<0,05) снижение содержания ТБК-реактивных в продуктов в печени на фоне приема I1 и 2', что свидетельствует о наличии у них антиоксидантных свойств.

В дальнейших исследованиях использован образец l' , поскольку он обладает лучшими ненообразующими свойствами.

3.8. Разработка технологического процесса получения аэрированного продукта на основа МБК-уф

Основополагающим фактором при выработке аэрированных продуктов является определение параметров взбивания, которые характеризуются продолжительностью аэрирования, величиной зазора между зубьями ротора и статора и коэффициентом заполнения рабочей камеры.

Исследуемый продукт 1' подвергался разным режимам аэрирования на аппарате ГИД-100, проанализированы основные пенообразующие характеристики и внешний вид образцов (табл. 9):

Таблица 9 - Режимы диспергирования и исследование пенообразующнх характеристик полученных образцов__

№ Продолжительность Частота Межцилин- Взбитость,

образца аэрированияя, мин вращения дровый зазор,

ротора, об/мин мм

1 1 600 0,1 46

2 1 600 0,1 42

3 3 1200 0,1 84

4 1 1200 0,1 54

5 3 600 0,1 35

6 1 1200 0,1 27

В результате уточнения параметров технологии нового взбитого продукта выявлено, что этом наибольшее значение имеет величина зазора между боковыми поверхностями ротора и статора. Установлено, что использование роторно-пулъсационной установки типа ГИД, обеспечивает получение взбитого продукта с ГКМБ-уф при следующих режимах: продолжительность аэрирования 3 мин, частота вращения ротора 1200 об/мин, межцилиндровый зазор 0,1 мм, коэффициент заполнения рабочей камеры 0,3.

На основании вышеизложенного, а также с учетом особенностей технологии, связанным с выработкой продукта на основе ГКМБ-уф разработана технологическая схема получения аэрированного продукта (рис. 5).

Разработан и утвержден комплект ТД (ТУ 9222-001-02068315-2013 и ТУ ТИ) на муссы для диетического профилактического питания.

Приемка сыворотки

♦ -

Сепарирование Т=(50±5)°С

Массовая доля жира не более 0,05% ♦

Пастеризация Т=(95±2)°С ♦

УФ-концентрирование Т=(20±2)°С ♦ -

Ферментативный гидролиз

Т=(50±2)°С, 1=90 мин »

Охлаждение Т=17°С

Аэрирование Т=17°С <

♦ ~

Упаковка и доохлаждение ТК6±2)°С

Составление смеси

Рисунок 5 - Принципиальная технологическая схема производства эмульсионного аэрированного продукта

Основные результаты работы и выводы

1. Определены рациональные режимы проведения ультрафильтрационного концентрирования подсырной сыворотки для получения эмульсий, предназначенных для биокаталитической конверсии белков: температура ультрафильтрации 20°С ; фактор концентрирования по белку 3,6; по сухим веществам 5,6.

2. Установлены оптимальные условия биокаталитической трансформации УФ-концентрата молочных сывороточных полипептидов: продолжительность гидролиза 90 мин; доза ферментного препарата Alcalase 0,5% и 1,0 от содержания белка в сырье; доза ферментного препарата Protamex 4,0; 3,5% и 3,0% от содержания белка в сырье; температура 48-51°С; начальная величина рН при температуре гидролиза - 6,98-7,02.

3. Исследованы биофункциональные свойства гидролизатов сывороточных белков in vitro, показаны гипотензивный и антиоксидантный

21

эффекты. По результатам оценки in vitro выбран наилучший образец гидролизата и проведено исследование in vivo на лабораторных животных, в результате которых доказан антиоксидантный, гипотензивный и гипохолистеремический эффект.

4. Разработана стабилизационная композиция гидроколлоидов, обеспечивающая функционально - технологические свойства гидролизованных петых систем - желатин : пектин тыквенный в соотношении 1:3; взбитость, составила 99,0%, пена не разрушалась в течение 1,5 часов. Установлена температура аэрирования 17°С.

5. Разработаны рецептуры и исследованы образцы аэрированных продуктов, проведено их исследование in vitro и in vivo. Наибольшей величиной взбитости - 90% отличался образец с максимальной дозой внесения гидролизата 70%. По результатам исследования образцов in vitro и in vivo показан гипотензивный эффект, выражающийся в максимальном систолического и среднего артериального давления на 19,47 мм.рт.ст. по сравнению с контролем. Установлено снижение концентрации холестерина в сыворотке крови и содержания ТБК-реактивных в продуктов в печени на фоне приема образца с дозой внесения 50 и 70%, что свидетельствует о наличии у них антиоксидантных свойств.

6. Установлены рациональные параметры получения функциональных аэрированных продуктов с использованием гидролизованных пептидов: скорость вращения ротора равная 1200 оборотов в минуту, зазор устройства газонаполнения 0,1 мм; 0,3 - степень заполнения рабочей камеры; продолжительность газонаполнения 3 минуты. Разработан комплект ТД (ТУ 9222-001-02068315-2013 и ТУ ТИ) на муссы для диетического профилактического питания с доказанной биофункциональной эффективностью, проведено промышленное внедрение на ОАО «МК Воронежский».

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Остроумова, TJI. Новые виды взбитых продуктов [Текст] / Т.Л. Остроумова, Е.Ю. Агаркова, Е.Л. Иванцова // Молочная промышленность. -2004.-№9.-С. 41-42.

2. Харитонов, В.Д. Принцип рациональности применения мембранных процессов [Текст] / В.Д. Харитонов, С.Е. Димитриева, Г.В. Фриденберг, Г.А. Донская, А.Н. Петров, Т.Е. Блинова, Е.Ю. Агаркова, П.Н. Сперанский // Молочная промышленность. - 2009. - №12,- С. 51 - 52.

3. Агаркова, Е.Ю. Разработки ВНИМИ: технологии молочно-белковых продуктов на основе баромембранных методов [Текст] / Е.Ю. Агаркова, Г.В. Фриденберг//Молочная промышленность.-2011.- №7.-С.28-29.

4. Будрик, В.Г. Оборудование для измельчения и диспергирования [Текст] / В .Г. Будрик, Г.В. Фриденберг, Е.Ю. Агаркова, Е.М. Гусев, Г.С. Новиков, К.А, Березкина//Пищевая промышленность.-2011.— №10.-С. 18-22.

5. Агаркова, Е.Ю. Разработки ВНИМИ [Текст]: технологии молочно-белковых продуктов на основе баромембранных методов / Е.Ю. Агаркова, Г.В. Фриденберг //Молочная промышленность.- 2011.- №7-С.28-29

6. Будрик, В.Г. Оборудование для измельчения и диспергирования при производстве творожных продуктов [Текст] / В.Г. Будрик, Г.В. Фриденберг, Е.Ю. Агаркова, Е.М. Гусев, Г.С. Новиков, К.А. Березкина // Молочная промышленность. - 2012. - №7. — С. 31-35.

7. Будрик, В.Г. Эмульсионные продукты пониженной жирности [Текст] / В.Г. Будрик, Е.Ю. Агаркова, С.Е. Димитриева, ОА. Алянчикова, КА. Березкина, Т.И.Давыдова //Молочная промышленность. - 2013.-№3 —С. 71-72.

8. Королёва, О.В. Перспективы использования гидролизатов сывороточных белков в технологии кисломолочных продуктов [Текст] / О.В. Королёва, Е.Ю. Агаркова, С.Г. Ботина, И.В. Николаев, Н.В. Пономарёва, Е.И. Мельникова, В.Д. Харитонов, А.Ю. Просеков, М.В. Крохмаль, И.В. Рожкова // Молочная промышленность. - 2013. - № 7. - С. 66-68.

23

9. Агаркова, Е.Ю. Влияние различных факторов на основные технологические свойства сывороточных белков [Текст] / Е.Ю. Агаркова, Ю.В. Епифанов, O.A. Алянчикова // Международная научно-практическая конференция «Современные достижения биотехнологии»: 4.1. Научн,-практич. семинар «Феномен молочной сыворотки: синтез науки, теории и практики» Сб. мат. — Ставрополь.-2011.- С. 16-18.

10. Будрик, В.Г. Аппаратурное оформление процесса переработки творога и производства творожных продуктов [Текст] / В.Г. Будрик, Е.Ю. Агаркова // Научно-техническое обеспечение цельномолочной и молочно-консервной промышленности. Сб. научн. трудов. ГНУ ВНИМИ Россельхозакадемии. - Москва. - 2011. - С. 18-22.

11. Агаркова, Е.Ю. Актуальность разработки новых видов сырных продуктов [Текст] / Е.Ю. Агаркова, С.Е. Димитриева, Ю.В. Епифанов, Н.С. Пряничникова, АЛ. Коновалов // Мат. Всероссийской научн.-практич. конф. «Актуальные проблемы в области создания инновационных технологий хранения сельскохозяйственного сырья и пищевых продуктов» 7-8 сентября 2011 г. - Углич: ГНУ ВНИИМС Россельхозакадемии. - 2011. - С. 5-7

12. Агаркова, Е.Ю. Использование полипептидных комплексов, полученных с помощью баромембранных методов, при разработке новых видов молочных продуктов ГНУ ВНИМИ Россельхозакадемии [Текст] / Е.Ю. Агаркова, В Д. Харитонов // Научные труды 5-й Конференции молодых ученых и специалистов институтов Отделения хранения и переработки сельскохозяйственной продукции Россельхозакадемии, 12 октября 2011 г. -Москва.-С. 15-19

13. Кручинин, А.Г. Мембранные методы в технологии производства молочно-растительной белковой основы [Текст] / А.Г. Кручинин, Е.Ю. Агаркова, К.А. Березкина // Научное обеспечение молочной промышленности. Сб. научн. трудов. ГНУ ВНИМИ Россельхозакадемии. - М.: Интеллект-Центр,- 2012 .- С 114-119.

24

14. Березкина, К.А. Аспекты методов воздействия на белковые компоненты вторичного молочного сырья для создания функциональных молочных продуктов [Текст] / К.А. Березкина, Е.Ю. Агаркова, В.Г. Будрик, А.Г. Кручинин // Научное обеспечение молочной промышленности. Сб. научн. трудов. ГНУ ВНИМИ Россельхозакадемии. - М.: Интеллект-Центр. - 2012. -С. 13-19.

15. Березкина, К.А. Анализ условий проведения ферментативного гидролиза молочных белков [Текст] / К.А. Березкина, Е.Ю. Агаркова, А.Г. Кручинин, В.Г. Будрик // Сб. мат. юбилейной X научн.-практич. конф. с междунар. участием "Технологии и продукты здорового питания. Функциональные пищевые продукты", конференции молодых ученых "Инновационные технологии продуктов здорового питания". - М.: МГУПП. -2012.-С. 81 —83.

16. Агаркова, Е.Ю. Новые технологии производства молочных продуктов, разработанные на основе баромембранных методов [Текст] / Е.Ю. Агаркова, Г.В. Фриденберг, В.Г. Будрик, К.А. Березкина // Молочная река. -2012,- №1,- С. 42-43.

17. Пат. 2233093 Российская Федерация, МПК А23С. Композиция для получения взбитого творожного продукта [Текст] / Петрова С.П., Агаркова Е.Ю., Иванцовая ЕЛ., Харитонов В.Д., Будрик В.Г.; заявитель и патентообладатель Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт молочной промышленности (ЯЦ). — № 2002119150 ; заявл. 19.07.2002; опубл. 27.07.2004,Бюл.№21.-3 с.

18. Пат. 2325066 Российская Федерация, МПК А23С. Способ производства мусса творожного [Текст] / Остроумова Т.Л., Агаркова Е.Ю., Димитриева С.Е.; заявитель и патентообладатель Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт молочной промышленности (1Ш). —№2005138833 ; заявл. 14.12.2005 ; опубл. 27.05.2008, Бюл. № 15. — 4 с.

19. Пат. 2325067 Российская Федерация, МПК А23С. Композиция для получения мусса творожного [Текст] / Остроумова ТЛ., Агаркова Е.Ю., Димитриева С.Е.; заявитель и патентообладатель Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт молочной промышленности (RU). — № 2005138835 ; заявл. 14.12.2005 ; опубл. 27.05.2008, Бюл. № 15. —7 с.

20. Пат. 2325068 Российская Федерация, МПК А23С. Композиция для взбитого белкового десерта [Текст] / Остроумова ТЛ., Агаркова Е.Ю., Димитриева С.Е., Просеков А.Ю.; заявитель и патентообладатель Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт молочной промышленности (RU). — № 2005138831 ; заявл. 14.12.2005 ; опубл. 27.05.2008, Бюл. № 15. —5 с.

Список сокращений, приведенных в работе: АБТС (2-азинобис-3-этилбензтиазолин-6-сульфононат, Trolox Equivalent Antioxidant Capacity - ТЕАС) - катион-радикал; AOE - антиоксидантная емкость; АПФ-ангиотензин-1-превращающий фермент; ВЭЖХ высокоэффективная жидкостная хроматография; ГТСМБ-уф - гидролизаты сывороточных белков; КМБ-уф - молочно-белковые концентраты, полученные при помощи ультрафильтрации; ЛПВП - липопротеиды высокой плотности; ЛПНП - липопротеиды низкой плотности; ПД - пищевая добавка; САК - свободные аминокислоты; СГ - степень гидролиза белкового субстрата; СС - стабилизационная система; СЭ - степень этерификации; ТБК-2-тиобарбитуровая кислота; ТГ - триглицериды; Фк - фактор концентрирования; ФП - ферментный препарат; ФС - функциональные свойства; ORAC (Oxygen Radical Absorbance Capacity) - пероксильный радикал.

Подписано в печать:

17.02.2014

Заказ № 9336 Тираж -100 экз. Печать трафаретная. Типография «11-й ФОРМАТ» ИНН 7726330900 115230, Москва, Варшавское ш., 36 (499) 788-78-56 www.autoreferat.ru

ГОСУДАРСТВЕННОЕ НАУЧНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВСЕРОССИЙСКИЙ НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ МОЛОЧНОЙ ПРОМЫШЛЕННОСТИ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННЫХ НАУК (ГНУ ВНИМИ Россельхозакадемии)

На правах рукописи

04201456569

АГАРКОВА ЕВГЕНИЯ ЮРЬЕВНА

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ЭМУЛЬСИОННЫХ АЭРИРОВАННЫХ ПРОДУКТОВ НА ОСНОВЕ ТРАНСФОРМАЦИИ ПОЛИПЕПТИДНЫХ КОМПЛЕКСОВ

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,

академик РАСХН, профессор, главный научный сотрудник ГНУ ВНИМИ Россельхозакадемии

Харитонов В.Д.

Москва 2014

СОДЕРЖАНИЕ

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

Глава 1. Анализ состояния проблемы.......................................... 8

1.1. Характеристика состава и свойств молочной сыворотки как объекта физико-химической и биотехнологической обработки........................8

1.2. Пенообразующие свойства полипептидов молока и пути их повышения..................................................................................... 11

1.3. Понятие о трансформации белка. Использование приемов биоконверсии для получения функциональных продуктов......................................................18

1.4 Основные технологические приемы получения концентрированных

белковых систем и аэрированных молочно-белковых продуктов.......... 35

Глава 2. Объекты и методы исследований.................................... 40

2.1 Организация проведения исследований....................................... 40

2.2 Объекты исследований........................................................... 40

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

Глава 3. Экспериментальная часть.............................................. 67

3.1. Исследование процесса концентрирования подсырной сыворотки .. 67

3.2. Разработка и оптимизация процесса гидролиза концентратов сывороточных белков, предназначенных в качестве базовой основы аэрированных продуктов..................................................................... 71

3.3. Исследование биофункциональных свойств гидролизатов in vitro и

in vivo..................................................................................... 93

3.4. Подбор компонентов, обеспечивающих требуемые функционально-технологические свойства пенных систем....................................... 101

3.5. Исследование пенообразующих свойств гидролизованных сывороточных концентратов при различных температурах................................................111

3.6. Разработка рецептур аэрированных продуктов на основе гидролиза- 114

та сывороточных белков и изучение реологических свойств получен-

ных образцов...........................................................................

3.7. Исследование биофункциональных свойств аэрированных продук- 116 tob in vitro и in vivo...................................................................

3.8. Разработка технологического процесса получения аэрированного 123

продукта на основе гидролизата сывороточных белков.......................

Основные результаты работы и выводы............................................................................130

Список использованной литературы..........................................................................................132

Список сокращений, приведенных в работе....................................................................150

Приложения......................................................................................................................................................151

А Протокол лабораторных испытаний........................................................................................152

Б Титульный лист ТУ 9226-001-02068315-13........................................................................154

В Акт о внедрении........................................................................................................................................155

Г Диплом смотра-конкурса..................................................................................................................156

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы.

Анализ пищевого рынка показывает возрастание объемов производства продуктов, обогащенных пищевыми ингредиентами с различным биологическим действием. При этом белки молока, рассматриваются в качестве перспективного сырья для получения пептидных композиций, обладающих антиоксидантными, гипотензивными, иммуномодулирующими, гипохолестеремическими и другими биологическими эффектами.

Закономерности процесса образования пенных масс с участием белков молока связаны с особенностями строения белковых молекул, а также целым рядом физико-химических факторов и параметров, оказывающих влияние на пенообразование в молочно-белковых системах.

Теоретические принципы формирования структуры эмульсионных систем и использования пенообразующих свойств молочного белка для последующего создания на их основе стойких в хранении аэрированных продуктов рассмотрены в работах И.Н. Влодавца, И.А. Евдокимова, H.H. Липатова, Т.Л. Остроумовой, АЛО. Просекова, П.А. Ребиндера, Ю.Я. Свириденко, В.Д. Харитонова, А.Г. Храмцова, Dries В. А. De Bont, Н. Gruppen, Van der Ven и других.

Одним из перспективных направлений исследований является создание нового поколения эмульсионных аэрированных продуктов, обладающих заданным комплексом свойств, за счет введения в их состав трансформированных белков, гидроколлоидов и проч. При этом, возможна реализация технологий глубокой и безотходной переработки молока.

В связи с вышеизложенным, разработка аэрированных продуктов, обладающих широким спектром биофункциональных свойств для социально значимых групп населения (дети, пожилые люди, беременные женщины) и массового потребления, является актуальной.

Целью работы являлось создание технологии функциональных аэрированных эмульсионных продуктов на основе трансформации полипептидных комплексов белков молока посредством их биокаталитической конверсии

Для достижения поставленной цели было необходимо решить следующие задачи:

-исследовать возможность использования мембранных методов для получения концентрированных эмульсий, являющихся базовой основой для аэрированных белковых продуктов и определить рациональные параметры процесса; -подобрать ферментную композицию на основе коммерчески доступных препаратов для направленного гидролиза молочного белка с получением трансформированных полипептидных комплексов (гидролизатов) с оптимальными органолеп-тическими и функциональнами свойствами;

-изучить реологические, пенообразующие и биофункциональные свойства гидролизатов белков молочной сыворотки in vivo и in vitro;

-разработать стабилизационную композицию гидроколлоидов, обеспечивающих функционально - технологические свойства гидролизованных пенных систем; -разработать рецептуры аэрированных продуков на основе гидролизатов сывороточных белков и провести исследования полученных образцов in vivo и in vitro; -определить рациональные технологические параметры производства эмульсионных аэрированных продуктов, полученных с использованием трансформации полипептидных комплексов;

-разработать комплект технической документации на разработанные эмульсионные аэрированные продукты и провести их промышленную апробацию.

Научная новизна.

Доказано in vivo и in vitro что трансформированные в процессе гидролиза полипептидные комплексы придают готовому продукту антиоксидантные, гипотензивные, гипохолестеримичексие свойства.

Исследовано суммарное влияние полипептидных комплексов и гидроколлоидов на структуру аэрированных продуктов и установлена их способность к стабилизации пенных масс в исследуемой системе.

Установлены зависимости структуры эмульсионного аэрированного продукта от продолжительности газонаполнения и зазора между боковыми поверхностями зубьев ротора и статора в гидроизмельчительной установке.

Практическая значимость.

Разработан технологический процесс получения мусса молокосодержащего на основе биокаталитической конверсии сывороточных белков.

Разработан и утвержден комплект технической документации на муссы мо-локосодержащие - ТУ 9222-001-02068315-2013 и ТИ ТУ.

Осуществлен выпуск опытной партии продукта на ОАО Молочный комбинат «Воронежский».

Получены патенты: «Композиция для получения взбитого творожного продукта» №2002119150; «Способ производства мусса творожного» №2005138835;«Композиция для получения мусса творожного» № 2005138835; «Композиция для взбитого белкового десерта» № 2005138831.

Поданы заявки на патент: «Способ получения ферментативного гидролизата сывороточных белков» № 2013114970/10 (022143) от 04.04.2013; «Способ получения низкогидролизованных пептидных композиций из белков молочной сыворотки» №2013126576/10 (039456) от 11.06.2013.

Апробация работы.

Основные положения и результаты работы были обсуждены в рамках XII Всероссийского Конгресса диетологов и нутрициологов с международным участием "Питание и здоровье" 2010 г., на Международной научно-практической конференции «Молочная индустрия России и мира» в рамках 12-й Международной выставки «Молочная и мясная индустрия» 2013 г., на VII Московском международным конгрессе "Биотехнология: состояние и перспективы развития" в рамках XI Международной специализированной выставки «Мир биотехнологии» 2013 г, на 2013 EFFoST Annual Meeting "Bio-based technologies in the context of European food innovation systems" 2013 r.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 16 печатных работ, из которых 8 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, 4 патента.

Структура и объем работы. Настоящая диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, методической части, экспериментальной части, основных результатов и выводов, списка использованной литературы, содержащего 183 отечественных и зарубежных источников, и приложений. Работа изложена на 156 страницах, включает 44 таблицы и 21 рисунок, 4 приложения.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ СОСТОЯНИЯ ПРОБЛЕМЫ

1.1. Характеристика состава и свойств молочной сыворотки как объекта физико-химической и биотехнологической обработки

В трудах Евдокимова И.А.,Харитонова В.Д., и Храмцова А.Г. отмечено, что при производстве молочных продуктов образуются значительные объёмы побочного сырья, среди которого наибольший удельный вес для повторного введения в сферу обеспечения населения продуктами питания имеет молочная сыворотка [21, 51, 57] . Однако, несмотря на высокую питательную ценность, она не полностью используется в пищевых целях из-за невысокой концентрации нутриентов, в том числе белка, а также низких потребительских свойств, как изложено в статье Храмцова А.Г. [57] на сегодняшний день лишь 25-30% молочной сыворотки перерабатывается в РФ на пищевые и кормовые цели. Для сравнения в ЕС-27 на пищевые цели и для кормопроизводства перерабатывается около 40% молочной сыворотки. В Основах государственной политики Российской Федерации в сфере функциональной пищи отмечено, что для более полного вовлечения в сферу питания столь ценного, богатого белком природного продукта как молочная сыворотка, а также для выделения белков, обладающих требуемым комплексом функциональных свойств, применяют процессы баромембранного концентрирования, сепарирования и ферментативного гидролиза [30].

В трудах Липатова H.H., Фетисова Е.А., Храмцова А.Г. и других описаны биотехнологические методы фракционирования молока, использование заквасок и ферментов; возможно применять и химические методы с использованием различных кислот, щелочей и солей. В результате этого получается подсырная, творожная и казеиновая сыворотка [27, 50, 55].

В книге Храмцова А.Г. и Нестеренко П.Г. «Технология продуктов из молочной сыворотки» указаны наиболее важные характеристики различной молочной сыворотки (табл. 1.1) [55].

Как показано в работах Горбатовой К.К. и Храмцова А.Г. сывороточный белок считается наиболее ценным белком молока, его содержание в сыворотке достигает 1,5% (таблица 1.1) [17,55].

Таблица 1.1 - Молочная сыворотка и ее характеристики (физико-химические) [17,55]

Характеристика Значение характеристики для сыворотки

подсырной творожной казеиновой

сухие вещества,% от 4,5 до 7,2 от 4,2 до 7,4 от 4,5 до 7,5

Из них: Лактоза от 3,9 до 4,9 от 3,2 до 5,1 от 3,5 до 5,2

Белок от 0,5 до 1,1 от 0,5 до 1,4 от 0,5 до 1,5

Минеральные вещества от 0,3 до 0,8 от 0,5 до 0,8 от 0,3 до 0,9

Жир от 0,05 до 0,5 от 0,05 до 0,4 от 0,02 до 0,1

Титруемая кислотность,°Т от 15 до 25 от 50 до 85 от 50 до 120

л Плотность, кг/м от 1018 до1027 от 1019 до 1026 от 1020 до 1025

Белок молочной сыворотки, как считает Храмцов А.Г. и другие ученые, имеет биологическую ценность выше, чем яичный белок, чтобы обеспечить суточную потребность в незаменимых аминокислотах необходимо 28,4г белка коровьего молока (в пересчете на общий белок), 17,4г яичного; в то время как натив-ного сывороточного всего 14,5г. В молочной сыворотке содержатся все незаменимые аминокислоты [17,18, 55].

Петровским К.С., Храмцовым А.Г. и другими авторами отмечено, что основными сывороточными белками являются лактоглобулин, лактальбумин, и иммуноглобулин. Белки молочной сыворотки имеют самую высокую усваиваемость среди цельных белков в организме человека, так как быстрее всего расщепляются. Уже в течение часа после употребления сывороточных белков в крови повышается концентрация пептидов и аминокислот. При этом кислотообразующая функция желудка не меняется, что исключает образование газов и нарушение работы ЖКТ [35, 56].

В своей книге Храмцов А.Г. отмечает, что содержание 0,05-0,5% жира в сыворотке (от 0,05 до 0,5%) зависит от его содержания в обрабатываемом сырье и непосредственно технологического процесса получения молочного продукта, т.е. особенностей технологии. Если сыворотку подвергнуть сепарированию, то коли-чесво жира в ней составит от 0,05 до 0,1%. При этом жир в сыворотке имеет меньшую, чем в молоке дисперсность, что улучшает его всасывание в желудочно-кишечном тракте. При получении сывороки из молока в ней остаются минеральные вещества и частично водорастворимые и небольшая часть жирорастворимых витаминов [55].

По мнению Тутельяна В.А. и Храмцова А.Г., ценность сыворотки, полученной из молока, обусловлена тем, что в ней присутствует целый ряд минеральных соединений, играющих важнейшую роль в функционировании организма[48, 55].

По данным Евдокимова И.А. и Храмцова А.Г. и содержание таких витаминов в сыворотке как пиридоксин, холин, рибофлавин выше, чем в натуральном молоке, этому способствуют присутствующие в сыворотке молочнокислые бактерии [21, 55].

Айроном Л. И, Влодавцем И.Н. и другими авторами проведено достаточное количество работ по исследованию дисперсных структур и поверхностно-активных свойств сывороточных белков [12,34]. Храмцов А.Г. приводит следующие данные: поверхностое натяжение обезжиренного молока сравнимо с данной

о

величиной молочной сыворотки, и равно (40,0-45,0)* 10" Н/м при температуре от 20 до 45°С. Это доказывает, по его мнению, что конкретно сывороточные белки определяют повехностно-активные свойства молочной сыворотки; наличие таких свойств делает возможным использовать белки сыворотки молока как пенообразователи [55].

Храмцов А.Г. в своей книге показывает, что энергетическая ценность молочной сыворотки немного ниже, чем обезжиренного молока: на 427 кДж/кг, в то же время биологическая практически одинаковая, значит производство на ее ос-

нове молочных продуктов для диетического питания актуально и целесообразно [55], с ним согласен Костин Я.И. [23].

Профессор Х.И. Вайнштейн занимался исследованием полезных компонентов молочной сыворотки и показал их положительное влияние на функционирование желудка и других органов человека [11]. В результате проведения более подробных клинических исследований, описанных Храмцовым А.Г., доказано улучшение, моторной функции кишечника, секреции желудочного и поджелудочного соков, желчи [55].

Также, считает Храмцов А.Г., можно с уверенностью говорить о том, что сывороточные продукты не имеют атерогенных свойств, регулярное их употребление в рационе способно служить профилактикой ожирения, улучшению функционирования сердечно-сосудистой системы [55]. Доценко В.А. и Петровский К.С. подчеркивают неоспоримую роль продуктов из сыворотки в лечебном питании, необходимость увеличения их потребления [20,35].

Исходя из этого, а также того, что молочная сыворотка в небольших объемах перерабатывается на пищевые цели, разработка молочных продуктов на ее основе является актуальной, что подтверждено в статье Харитонова В.Д. [52].

1.2. Пенообразующне свойства полипептидов молока и пути их

повышения

Белки сыворотки, согласно работам Крусь Г.Н., Рогова И.А. проявляют свою функциональность путем взаимодействия с другими компонентами пищевых систем. Данные реакции могут происходить между растворителем, растворенными веществами либо другими молекулами, содержащимися в растворе [25, 26, 54]. Чтобы выявить закономерности данных взаимодействий Черников М.П. считает, что необходимо изучение структуры белка, так как именно от структуры белков зависят их свойства. Белки построены из длинных цепей аминокислот, что составляет первичную структуру белка. По очередности аминокислот, белки могут составлять несколько вторичных структур. Вторичные структуры стабилизируются водо-

родными связями [58]. Третичная структура, по данным Ребиндера П.А. и Черникова М.П., образуется ввиду взаимодействия аминокислот, расположенных в разных местах спиральной вторичной структуры белка. Четв�