автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.15, диссертация на тему:Разработка технологии и товароведная оценка йодобогащённых кумысных напитков с инулином

На правах рукописи

<55*-

МАКСЮТОВ РУСЛАН РИНАТОВИЧ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И ТОВАРОВЕДНАЯ ОЦЕНКА ЙОДОБОГАЩЁННЫХ КУМЫСНЫХ НАПИТКОВ С ИНУЛИНОМ

Специальность 05.18.15 -Технология и товароведение пищевых продуктов и функционального и специализированного назначения и общественного питания (технические науки)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

6 ФЕВ 2014

005545068

Москва-2014

005545068

Работа выполнена на кафедре «Технологии продуктов питания и экспертизы товаров» в Федеральном Государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет технологий и управления им. К.Г. Разумовского» и в научно-исследовательской лаборатории «Пищевые технологии» филиала «МГУТУ им. К.Г. Разумовского» в г. Мелеузе

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Козлов Валерий Николаевич доктор биологических наук, доцент

Токаев Энвер Саидович доктор технических наук, профессор, Лауреат Государственных премий СССР и РФ в области науки техники, инновационная компания АКАДЕМИЯ-Т, генеральный директор

Ведущая организация:

Колобов Станислав Викторович кандидат технических наук, доцент АНО ВПО «Московский гуманитарный университет», кафедра «Статистики, маркетинга и бухгалтерского учета», профессор

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Башкирский государственный аграрный университет»

Защита диссертации состоится « 14 » марта 2014 г. в «Щ0» часов на заседании дассергациотшого совета Д 212.122.05 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет технологий и управления им. КГ. Разумовского» (МГУТУ им. КГ. Разумовского) ГО адресу: 109803, г. Москва, ул. Талалихина, д. 31, аудитория б.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «МГУТУ им. К.Г. Разумовского» по адресу: 10900», г. Москва, ул. Земляной вал, д.73. Отзывы высылать по адресу: 109004, г. Москва, ул. Земляной вал, д73.

С авторефератом диссертации можно ознакомился на сайгах ВАК РФ Министерства образования и науки: Ьтг//vak2.ed.Eov.ru/cataiogue и ФГБОУ ВПО «МГУТУ им. К.Г. Разумовского» Ь«р://тет1и/стас11^<1-ап<Пос1ог5

Автореферат разослан » «_ »2014Г.

Ученый секретарь диссертационного

совета Д 212.122.05, кандидат

„ „ X Козярина Галина Ивановна

технических наук, доцент / /

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Разработка технологий промышленного производства продуктов питания функционального назначения - одна из приоритетных задач, провозглашённых в государственной концепции РФ «Об основах государственной политики Российской Федерации в области здорового питания населения на период до 2020 года» за № 1873-р от 25.10.2010 г.

Нехватка в рационе полноценных белков, витаминов, пищевых волокон, макро- и микронутриентов вызывает рост социально опасных заболеваний. Известно, что недостаточное поступление йода в организм человека приводит к нарушениям структуры и функций щитовидной железы, неадекватной продукции тиреоидных гормонов и возникновению не только эндемического зоба, но и заболеваний, связанных с нарушением функционирования различных органов и систем, дисбалансу иммунной системы. Так, нарушение функций ЩЖ обуславливает тяжесть течения и исход заболеваний верхних дыхательных путей, в частности, туберкулеза легких.

Известно, что к высокоэффективным противотуберкулезным средствам относится кумыс, являющийся продуктом лечебно-профилактического назначения. К сожалению, выработка кумыса из кобыльего молока ограничена только районами табунного коневодства России. В остальных местностях кумыс не вырабатывают из-за отсутствия сырья и невозможности его длигельного хранения, в то время как потребность в кумысе существует повсеместно. Поэтому разработка технологии производства йодобогащённого кумысного напитка, максимально приближенного по составу к естественному, имеет медико-социальное значение. Создание кумысного напитка наряду с организацией промышленного производства открывает широкие перспективы его использования в качестве эффективного функционального продукта.

Степень разработанности. Концепция создания технологии пищевых продуктов с функциональными ингредиентами специального назначения, предназначенных для здорового питания населения, получила развитие в фундаментальных и прикладных научных трудах отечественных и зарубежных ученых И.А. Рогова, А.П. Нечаева, H.H. Липатова, Б.А. Шендерова, В.А. Тутельяна, А.Г. Шамаева, В.Д. Харитонова, А.Г. Храмцова, Т.В. Шленской, О.И. Кутиной, Н.И. Дунченко, Н.Б. Гавриловой, N. Kaur, A.K. Gupta, Н. Shimoda, В. Kleessen и других.

Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка технологии производства н товароведная оценка йодобогащённых кумысных напитков с инулином.

В соответствии с поставленной целью сформулированы задачи исследования:

1. исследовать физико-химические, микробиологические характеристики и показатели безопасности кумысных напитков;

2. разработагь способ экспресс-оценки качественных характеристик кумыса и кумысных напитков методом хемилюминесценгаого анализа;

3. усовершенствовать способы стабилизации неорганических форм йода в органических матрицах;

4. исследовать антиоксидангную активность инулина в модельных тест-системах, генерирующих активные формы кислорода;

5. разработать рецептуры и технологии производства, а также провести товароведную оценку йодобогатцённых кумысных напитков с инулином;

6. изучить физиологическую активность кумысного напитка, обогащенного йодом и инулином, на экспериментальных моделях йодного дефицита;

7. разработать научно-техническую документацию на йодобогащё'нный кумысный напиток с инулином;

8. оцегоггь экономическую эффективность йодобогащённого кумысного напитка с инулином.

Научная новизна.

1. Определены параметры качественных характеристик кумыса и кумысных напитков для товароведной оценки методом хемшноминесцентного анализа, что позволило модифицировать существующую методику.

2. Исследованы закономерности комилексообразования в системе калия йодид-инулин с установлением активных центров в полифруктозане, взаимодействующих с анионами йода, что позволяет утверждать о стабилизации йодида калия в инулине продукта.

3. Установлена зависимость товароведных характеристик нового ассортимента кумысных напитков с лечебно-профилактическими свойствами, полученных по разработанной технологии с добавлением йодида калия и инулина, 200 мл которых обеспечивают восполнение 33 % от рекомендуемой суточной нормы потребления йода.

4. Определены технологические параметры производства йодобогащённых кумысных напитков: сквашивание смеси с добавками до нарастания кислотности 68-70 °Т при поддержании температуры в диапазоне от 26 СС до 30 °С, на основании чего разработана технология кумысных напитков с йодидом калия и инулином.

5. Исследована динамика интенсивности процессов перекисного окисления липидов кумысного напитка и кумыса из кобыльего молока методом хемшноминесцентного анализа и определением концентраций малонового диальдегида, что позволило установить условия и сроки хранения новых напитков.

Теоретическая и практическая значимость.

Разработан способ экспресс-оценки качества кумыса методом хемилюминесценгного анализа, позволяющий оценивать его качественные характеристики.

Разработана нормативно-техническая документация на кумысный напиток, обогащенный йодидом калия и инулином (ТУ Ха 9222-003-4885931213). Проведена апробация промышленного выпуска кумысного напитка,

обогащённого йодидом калия и инулином, на ЗАО «Мелеузовский молочноконсервный комбинат» и СПК «Трудовик».

Получен патент РФ N° 2496347 «Биологически активная пищевая добавка для профилактики йодной недостаточности и способ её получения» от 27.10.2013 г.

Матери&чы диссертации внедрены в учебный процесс по специальности 080401 «Товароведение и экспертиза товаров» на кафедре «Технологии пищевых производств» в филиале «МГУТУ им. К.Г. Разумовского» в г. Мелеузе при проведении лекций, лабораторных и практических занятий по курсам «Товароведение продовольственных товаров», «Товароведение и экспертиза товаров». Ряд положений, сформулированных в диссертации, внедрены в учебный процесс кафедр Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московская академия ветеринарной медицины и биотехнологии им. К.И. Скрябина», а также используются при реализации НИОКР в Институте органической химии Уфимского научного центра Российской Академии Наук.

Методы и методология исследования. Использованная в работе методология базируется на стандартных методах физико-химического, хем «люминесцентного, микробиологического, биохимического, иммуноферменгного и гистологического анализа.

Основные положения, выносимые на защиту,

1. Определение показателей перекисного окисления липидов кумыса и кумысных напитков, индуцированного 1-Ю"1 M раствором азодиизобутиронитрила, позволяет оценить качество молочных продуктов.

2. В водных растворах йодида калия и инулина стабилизация струмотропного микроэлемента йода обеспечивается за счёт образования водородных связей между функциональными группами полисахарида и анионов йода.

3. Полифруктозан инулин в комплексе с йодидом калия проявляет антиокислительную активность, ингибируя процессы образования АФК и перекисного окисления липидов в модельных тест-системах.

4. Метаболические эффекты кумысного напитка, обогащённого йодом и инулином, сопряжены с восстановлением морфофункционального состояния щитовидной железы у крыс в состоянии экспериментального йодного дефицита, а также нормализацией активности фермента антиоксидантной системы - каталазы.

Личный вклад соискателя.

Теоретические и экспериментальные исследования выполнялись лично автором диссертационной работы и заключались в выполнении экспериментальных исследований, обработке, обобщении полученных результатов, комплексной товароведной оценке и разработке техшщеской документации на йодобогащённый кумысный напиток с инулином.

Степень достоверности и апробация результатов.

Результаты экспериментов подвергали вариационно-статистической обработке с использованием описательной статистики Microsoft Excel. По всем

количественным данным рассчитывали параметрические критерии достоверности оценок, а также применяли закон t-распределения Стыодента, а в таблице определяли критические точки (tst) для различных уровней значимости а и чисел степеней свободы к (Лакин Г.Ф., 1990).

Основные положения работы доложены и обсуждены на Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы биологии, медицины и пищевой промышленности» (Мелеуз, 2011); Международной научно-практической конференции «Инновационное развитие малых городов России: научный, технологический и образовательный потенциал» (Мелеуз, 2012); Международной научно-практической конференции «Наука и образование — ведущий фактор стратегии «Казахстан 2030» (Караганда, 2012); VI-й Международной межотраслевой научно-технической конференции «Пищевые добавки. Питание здорового и больного человека» (Донецк, 2013); NUFT Book of abstracts «The Second North and East European Congress in Food» (Kyiv, Ukraine, 2013); IX-й Всероссийской конференции «Химия и медицина» (Уфа, 2013); VILI-fi Всероссийской научной конференции «Химия и технология растительных веществ» (Калининград, 2013); V-й Всероссийской научно-практической конференции «Устойчивое развитие территорий: теория и практика» (Сибай, 2013); Международной научно-практической конференции «Инновационное развитие малых городов России: научный, технологический и образовательный потенциал (Мелеуз, 2013).

Публикации. Основные положения работы опубликованы в 15 научных статьях, из них 5 в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК («Российский ветеринарный журнал», № 3, 2013; «Вестник Башкирского государственного аграрного университета», № 3, 2013; «Хранение и переработка сельхозсырья», № 8, 2013; «Молочная промышленность», № 12, 2013; «Технологии 21 века в пищевой, перерабатывающей и легкой промышленности», № 7, 2013); 1 патент РФ на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 136 страницах машинописного текста. Состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследований, результатов собственных исследований, заключения и приложений. Работа иллюстрирована 41 рисунком, 35 таблицами. Список литературы включает 225 источников (178 отечественных и 47 зарубежных авторов).

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертационного исследования, сформулирована ее научная новизна и значимость.

Глава 1. Обзор литературы

Осуществлен аналитический обзор данных литературы, касающихся проблем питания населения России. Обобщены современные тенденции в производстве функциональных продуктов питания. Проведен анализ литературных источников по инновационным технологиям молочных,

кисломолочных продуктов питания и производства кумыса из разных сырьевых источников. Представлены данные о применении гидроколлоидов в молочной промышленности и их влиянии на вкусовые и потребительские свойства. Проведен анализ существующих способов оценки качества и биологической ценности молочных продуктов. Реализован анализ литературных данных по спектру йодобогащённых продуктов питания, рекомендуемых для групповой и массовой профилактики йоддефицитных состояний. В результате сформулированы цель и задачи исследований.

Глава 2. Материалы и методы исследований

Настоящая работа выполнена на кафедре «Технологии продуктов питания и экспертизы товаров» в ФГБОУ ВПО «МГУТУ им. К.Г. Разумовского», производственной лаборатории ЗАО «Мелеузовский молочноконсервный комбинат» и на базе научно-исследовательской лаборатории «Пищевые технологии» филиала «МГ'УТУ им. К.Г. Разумовского» в г. Мелеузе, аккредитованной в системе аккредитации аналитических лабораторий по ГОСТ Р ISO/МЭК 17025-2006 (международного стандарта ISO/МЭК 17025:2005).

Диссертационная работа выполнена в рамках государственного контракта № 8805 р/9450 от 01.03.2011 г на выполнение научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ с Федеральным государственным бюджетным учреждением «Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научно-технической сфере» и Государственной научно-технической программы Академии Наук Республики Башкортостан «Инновационные технологии оздоровления населения Республики Башкортостан» (ГНТП РБ №19/1 от 2013 г).

В соответствии с целью и задачами работы объектами исследований служили: кобылье молоко, кумыс, кумысный напиток из коровьего молока, обогащенный йодом и инулином. Схема исследований представлена на рисунке 1. Для оценки антиоксидангных свойств инулина и комплекса йод-инулин методом хемшпоминесцентного анализа использовали модельные тест-системы, в которых имитировались образование активных форм кислорода и реакции перекисного окисления липидов. В качестве 1-й модельной системы использовали 20 мл фосфатного буфера с добавлением цитрата натрия и люминала (Фархутдинов P.P., 2003). В качестве 2-й модельной системы использовали суспензию липопротеидов желтка куриных яиц, содержащей липопротеиновые комплексы (Клебанов Г.И. и др., 1988).

Отбор проб и подготовку их к анализу проводили по ГОСТ 26809-86, массовую долю жира, белка, кислотность, спирта, сухих обезжиренных веществ -ГОСТ 5867-90, ГОСТ Р 23327-98, ГОСТ Р 54669, ГОСТ 3629, ГОСТ Р 54668.

Микробиологические показатели: КОЕ - ГОСТ 10444.15-94; бактерии группы кишечных палочек - ГОСТ Р 52816-2007; патогенные микроорганизмы, в том числе сальмонеллы - ГОСТ Р 52833; Staphylococcus aureus - ГОСТ 30347-97; количество плесени и дрожжей - ГОСТ Р 53430. Оценку органолептических показателей проводили по ГОСТ 28283-89.

Определяли содержание мышьяка, ртути, микотоксинов, антибиотиков и пестицидов - ГОСТ 26930-86; ГОСТ 26927-86; ГОСТ 30711; ГОСТ Р 53912; ГОСТ 23452-79.

Технология кумысного напитка на основе коровьего молока, обогащенного йодом, инулином

Теоретический этап исследований

Обоснование целесообразности

создания кисломолочных напитков из коровьего молока на основе кумысной закваски

Обзор рынка

Изучение существующих технологий кумыса

Анализ актуальности

использования кумысных напитков в лечебно-профилактическом питании

Основные виды источников йода и йодсодержащих БАД для обогащенных продуктов

Обоснование выбора инулина в качестве сырья для кисломолочных напитков

Обоснование выбора биодостуттых форм йода для кумысных напитков

Изучение нишевой

ценности и фармакологических свойств имулина

Изучение . микроэлсменгного статуса у болькыч туберкулезом

Изучение состояния вопроса использования инулина в пищевой промыш леи кости

Определение критерии оценю« и разработка метода экспресс-оценки биологической ценности кумыса из кобыльего молока

X

Разработка технологии кумысного напитка на основе коровьего молока, обогащенного йодом и инулином (кумысного напитка)

I

Исследование Изучение

физико- процессов

химических СРОв

показателей модельных

тест-системах

Товароведная оценка кумысного напитка

Г"

Е

X

Оценка безопасности

Разработка способов стабилизации и органификации йода

Органолеп-тичсская оценка

Оценка биологического действия кумысного напитка по результатам неклинических испытаний на лабораторных животных

Разработка нормативно-технической документации на кумысный напиток

Оценка экономической эффективности технологии кумысного натггка

Рисунок 1 - Схема выполнения исследований 8

Механизмы комплексообразования анионов йода с функциональными труппами инулина оценивались методами ЯМР-, ИК-, УФ-спеетроскопии и изомолярных серий. Концентрацию малонового диальдегида в кумЬ1се и кумысных напитках определяли но методу Стальной И.Д. (1977).

Гипотиреоз моделировали на половозрелых крысах-самцах с МТ 180-220 г путем внуфижелудочного введения через специальный зовд фармакопейного тиреостатика мерказолила. Препарат вводили в течение 3-х недель ежедневно из расчета 2,5 мг/100 г МТ. Животных разделили на 4 труппы по 12 в каждой- 1-я группа - контрольная, у крыс 2-й, 3-й и 4-й групп вызывали мерказолиловый гипотиреоз. Животных 2-й группы дебетировали под эфирным наркозом на следующий день после последнего введения мерказолила (22-е сутки опыта) а крыс 3-й и 4-й групп - на 30-е сутки. При этом крысы 3-й группы после окончания введения тиреостатика находились на общевиварном питании, а в суточный рацион 4-и группы добавляли йодобогащённый кумысный напиток с инулином обеспечивающий суточную потребность крыс в йоде - в среднем от 2 0 до 3 0 мкг/100 г МТ. В сыворотке крови крыс определяли уровень гормонов щитовидной железы - сТ„, оТ3 и ТТГ методом ИФА с использованием стандартных наборо* тест-систем «Свободный Т4-ИФА-Бест», «Тз-ИФА-Бест-стрип» и «ТТГ-ИФА-Ьест-стрип». Образцы щитовидной железы размером 0,5x0,5 см фиксировали в 10 /о-м растворе формалина. Срезы толщиной 7 мкм окрашивали гематоксилином и эозином по общепринятой методике (Елисеев В.Г. и др.. 1983). Определение уровня каталазы в печени проводили по методу Королюк М.А. и др. (1988).

Глава 3. Результаты собственных исследований 3.1 Способ экспресс-оценки качества кумыса методом хемилюминесцентного анализа

При разработке способа экспресс-оценки качества кумыса нами был выоран метод, основанный на изучении интенсивности процессов сверхслабого

Г™^™» исследования- За основу взят способ, описанный в патенте № 2402764 от 27.10.2010 г. С целью подбора инициатора реакций свободнорадикального перекисного окисления липидов в кумысе и кумысных напитках нами была изучена активность следующих инициаторов

^?1°ГРаДИКаЛЬНЫХ реаКЦИЙ ~ Ре8а'7|ЬО, СиВт и азодиизобутиронитрила (АИБН) - рисунок 2.

Рисунок 2 - Влияние инициаторов на светимость кумыса: 1-МО'М раствор АИБН-

II - 5-10"2 М раствор сернокислого железа; III - 1 ■ 10 2 М раствор бромида меди

Дополнительно была изучена активность растворов азодиизобутиронигрила в различных концентрациях: 1-я серия - АИБН 110"' М, П-я серия - АИБН 1 • 102 М, III-я серия - АИБН 1 10"3 М, IV-я серия - АИБН 1-Ю"4 М. Как видно из данных, представленных в таблице 1, максимальные значения параметров хемилюминесценции характерны для среды инкубации, содержащей 1-Ю-1 М раствор АИБН (1-я серия). Во И-й, Ш-й и lV-й сериях показатели XJI статистически достоверно отличались от значений 1-й серии, где светосумма свечения составила 8,26 ± 2,05 у .е., амплитуда вспышки - 5,13 ± 1,49 у.е., а максимальная светимость - 4,99 ± 0,87 у.е.

Таблица 1 - Показатели хемилюминесценции азодиизобутиронитрила в различных

концентрациях (М ± m; п - 10)

Серия Показатели хемилюминесценции (у.е.)

светосумма спонтанная светимость амплитуда вспышки максимальная светимость

1-я серия 8,26 ± 2,05 0,06 ± 0.008 5,13 ± 1,49 4,99 ± 0,87

11-я серия 1,61 ±0,47** 0,05 ±0,001 0,55 ± 0,090** 0,66 ±0,095***

Ш-я серия 0,22 ±0,03*** 0,01 ±0,001*** 0,17 ±0,016** 0,24 ±0,029***

IV-я серия 0,03 ±0,004*** 0,01 ±0,001 0,16 ±0,012** 0,15 ±0,011***

Примечание: ** - различие с 1-й серией статистически значимо (р < 0,01) *** - различие 1-й серией статистически значимо (р < 0,001)

При установлении зависимостей между параметрами ХЛ и температурными значениями объекта исследований соблюдали следующие условия: показатель кислотности кумысного напитка - 90 °Т, объём объекта исследования - 10 мл, в качестве инициатора реакций СРО использовали 110"' М раствор азодиизобутиронитрила. Исследования включали 2 серии опытов: 1-я серия - термостат включен, число измерений 20; 11-я серия - термостат отключен, число повторностей 20. В каждой серии опытов оценивали параметры ХЛ при диапазоне значений температуры кумысного напитка от 5 °С до 30 °С с тагом 5 °С. О влиянии температурного режима на квантовый выход хемилюминесценции судили по показателю светосуммы свечения, являющейся интегральным показателем интенсивности и скорости процессов генерации активных форм кислорода (рис. 3).

1°' О

о 0.6

1.41 i -j 1.17

1 f

1

......

Температура, °С

Рисунок 3 - Изменение показателей светосуммы ХЛ при разных значениях температуры в среде инкубации

Как видно из рисунка 3, максимальный квантовый выход ХЛ наблюдали при температуре 20 °С, о чем свидетельствуют наибольшие значения светосуммы свечения - 1,27 ± 0,09 у,е. и 1,41 ± 0,11 у.е. соответственно при отключенном и включенном термостате. При выборе стандартных условий для реализации исследований методом хемилюминесцентного анализа была изучена интенсивность процессов сверхслабого свечения продукта при разных значениях кислотности, а именно в диапазоне от 60 °Т до 140 °Т с шагом в 20 °Т. При этом разница в трех измерениях (80 °Т, 100 °Т и 120 °Т) не превышала 10 % и не влияла существенным образом на анализируемые параметры ХЛ, что позволило принять данный диапазон значений (от 80 СТ до 120 °Т) в качестве стандартных условий.

Таким образом, на основании вышеизложенного предложено при измерении интенсивности процессов ПОЛ для оценки качественных характеристик кумыса в качестве инициатора использовать азодиизобутиронитрил-индуцированную хемилюминесценцию, реализуемую путём добавления к 10 мл кумыса 1 мл 110"1 М раствора азодиизобутиронитрила. Измерение светосуммы свечения продукта проводят-на хемилюминомере «ХЛ-003» в течение 5 минут при температуре 20 °С, значениях кислотности кумыса от 80 до 120 °Т при отключенном термостате. На данный способ оформлена заявка на изобретение за № 2013127731 от 18.06.2013 г «Способ экспресс-оценки качества и биологической ценности кумыса».

3.2 Физико-химическое исследование взаимодействия неорганических форм йода с инулином

Изучение механизмов взаимодействия анионов йода с функциональными группами инулина проводили методами ЯМР-, ИК-, УФ-спектроскопии. Уширение сигналов как в углеродных, так и в протонных спектрах может быть вызвано слабыми нековалентными взаимодействиями между йодом (в молекулярной или ионной формах) и молекулой органического соединения. Для исследования взаимодействий такого рода была изучена система инулин-К1. В ИК-спектре инулина в области 3400-3200 см1 наблюдается широкая полоса поглощения с максимумом при 3346 см"1, по положению которой её можно отнести к валентным колебаниям гидрокси-групп, связанным меж- и внутримолекулярными водородными связями. В спектре соединения инулина с К1 эта полоса несколько смешается в длинноволновую область до положения максимума 3370 см:', что может свидетельствовать об изменении характера водородных связей при образовании комплекса. Образование в системе нового соединения подтверждают изменения положения плоскостных деформационных колебаний гидрокси-групп 50Н (область 1274—>1185 см!), групп С5'-0-СГ-0-С2 (1131-И 136 см"1), валентных колебаний связей уС-О эфирных групп и уС-О(Н) вторичных (1060—>1070 см'1) и первичных (1038-Я033 см"1) гидрокси-групп, а также деформационных внеплоскостных

колебаний бОН, связанных водородными связями (980-»989, 934-»936, 869—»874, 825—>818 см"1).

Стехиометрию процесса комплексообразования инулина с йодидом калия изучали спектрофотометрическим методом изомолярных серий. Регистрировались УФ-спектры поглощения серии растворов смесей инулина и калия йодида, мольные соотношения в которых изменялись от 0:10 до 10:0. Как следует из экспериментальных данных (рис. 4), в рассматриваемом случае наблюдается отклонение от аддитивности, что свидетельствует о наличии взаимодействия в системе.

0,12 •

0,1

о0,08 ■ ~ ------- х \

£0,06 ■ л

СО,04 «0,02 I » ■ ' —_____■_

0 0.1 0.2 0,3 0,4 0,5 0,6 Мольная доля К1 0.7 0,8 0.9

Рисунок 4 - Зависимость изменения оптической шшгности растворов изомолярной

серии АО от соотношения компонентов в системе инулин (1) - К1 (2) при X 231 нм; исходные концентрации: с (1) = с (2) = 1 • 10'3 моль/л

Поскольку максимальное отклонение отмечено при соотношении реагентов 1:1, можно предполагать образование в системе соединения такого состава.

Чтобы определить место локализации новых связей, за счет которых происходит взаимодействие между молекулами инулина и йодида калия, были сняты спектры ЯМР инулина и его соединения с йодидом калия в ёб-ОМБО и в ЭгО. Как видно из представленных в таблице 2 данных, взаимодействие с К1 происходит в основном при участии первичной и вторичной гидрокси-групп у С4 и С6 фруктозного фрагмента.

Таблица 2 - Отнесение сигналов в сиекграх ЯМР 13С инулина и йод-инулина, ШУКО- <16,

5 м.д„ 125,76 МГц, Вгикег АУ 500

Химический сдвиг, о м.д.

а С1 С2 сз С4 С5 С6 СГ С2' СЗ' С4" С5' С6'

Инулин 61.24 103.61 77.21 74.19 80.99 60.79 92.41 73.78 72.50 70.99 73.89 60.03

Иод- 62.37 104.44 77.43 75.16 82.19 61.87 92.71 73.31 72.18 70.28 74.42 60.97

Д5 м.д. 1.13 0.75 0.22 0.97 1.20 1.08 0.30 0.47 0.32 0.73 0.63 0.94

Отмечен также существенный сдвиг сигнала С1, связанного с атомом кислорода в эфирной цепочке. Определенный вклад в образование соединения

вносит, вероятно, и взаимодействие через первичную гидрокси-грулпу шестичлеиного цикла (химические сдвиги у атомов С4\ С5' и С6').

Спектрофотометрическое изучение в УФ-области взаимодействия между инулином и йодистым калием методом изомолярных серий показало образование в системе нового соединения. Эти данные были подтверждены исследованием изменений в ИК-спектре инулина. При взаимодействии инулина с KI наблюдается смещение полос поглощения как валентных, так деформационных колебаний гидрокси-групп, а также валентных колебаний связей vC-O-C, vC-C и vC-O(H).

3.3 Изучение антиоксидаитлых свойств инулина в модельных тест-системах

В ходе проведенных исследований были изучены антиоксидантные свойства инулина. Антиокислительная активность полисахарида оценивалась параллельно в 2-х тест-системах. В 1-й модельной системе значение светосуммы XJI водного раствора инулина, где его содержание соответствует регламентированной дозе, составило 3,08 ± 0,10 у.е. (р < 0,001) против 5,03 ± 0,25 у.е. в контроле. При введении в среду инкубации 1,0 мл раствора, где концентрация инулина в 10 раз больше физиологической, светосумма свечения составила 3,00 ± 0,08 у.е. (р < 0,001), что на 40,4 % ниже контрольных значений.

Во второй модельной тест-системе все исследованные дозировки проявляли антиокислительные свойства, при этом доза в 10 раз меньше физиологической снижает светосумму ХЛ желточных липопротеидов на 8,6 %: с 24,44 ± 0,57 у.е. в контроле до 22,33 ± 0,47 у.е. в опьтте (р < 0,05); полисахарид инулин в регламентированной дозе снижает интенсивность ХЛ на 12,4 % - до 21,42 ± 0,40 у.е. (р < 0,001); концентрация, в 10 раз превышающая суточную дозу, снижает светосумму ХЛ в наибольшей степени - на 23,7 % по сравнению с контролем - до 18,64 ± 0,54 у.е. (р < 0,001).

Таким образом, результаты исследований показали, что инулин проявляет свои биоантиоксидантные свойства в модельных тест-системах, ингибируя как процессы образования активных форм кислорода, так и реакции цепного перекисного свободнорадикального окисления липопротеидов.

3.4 Комплексная товароведная оценка кумысного напитка с йодом и инулином

Для проведения товароведной оценки нами были произведены опытные партии кумысного напитка в условиях ЗАО «Мелеузовский МКК»: кумысный напиток с йодидом калия и инулином жирностью 0,5 % - рецептура № 3, кумысный напиток с йодидом калия и инулином жирностью 1,5 % - рецептура № 4. В качестве контроля использовали кумысные напитки жирностью 0,5 % -рецептура № 1 и 1,5 % - рецептура № 2, приготовленные по тем же рецептурам, но без добавления йодида калия и инулина (базовые рецептуры ОСТ 4967-84). Состав и наименование сырья, подобранного для исследуемых рецептур, указаны в таблице 3.

Таблица 3 - Смесь ингредиентов для приготовления кумысных напитков

с йодидом калия и инулином жирностью 0,5 % и^,5 %

№ Наименование сырья Количество ингредиентов, кг

Рецептура № 1 (базовая рецептура) Рецептура №2 (базовая рецептура) Рецептура №3 Рецептура №4

1. Молоко (м.д.ж. 3,2 %, сухих веществ 11.4 %) - 280,2 ■ 280,2

2. Молоко обезжиренное (м.д.ж. 0,05 %, сухих веществ 8,2 %) 420,0 - 420,0 -

3. Сливки (м.д.ж. 35 %, сухих веществ 40,2 %) - 19,7 - 19,7

4. Сыворотка подеырная сухая 71,9 83,3 71.9 83,3

5. Витамин С 0,2 0.2 - -

6. Вода 529,8 638.5 529.8 638,5

7. Иодид калия - - 0.125 0,125

8. Инулин - - 2 2

Итого расход 1021,9 1021.9 1023,8 1023.8

Итого выход готового продукта 1000 1000 1000 1000

Инулин оказывал значительное влияние на показатели титруемой кислотности кумысных напитков (рис. 5).

□ Рецептура № 1 0 Рецептура № 2 □ Рецептура № 3 □ Рецептура

1-е сутки 5-е сутки 10-е сутки

Сроки хранения, сутки

Рисунок 5 - Показатели титруемой кислотности в кумысных напитках

Так, кислотность в кумысных напитках с инулином (рецептуры 3 и 4) на 10-е сутки хранения повысилась на 45 % и 44 % относительно 1-х суток хранения, а в рецептурах 1 и 2 соответственно на 57 % и 55 %. Следовательно, инулин оказывал ингибирующее действие на процессы образования свободных жирных кислот и других кислых соединений в продукте функционального назначения.

Результаты исследований по определению жира, белка, COMO на 10-е сутки хранения показали, что уровень их содержания в процессе хранения значительно не изменялся, оставаясь в пределах аналогичных значений, определенных на 5-е сутки хранения.

Результаты органолептического анализа кумысных напитков, изготовленных по рецептурам № 3 и № 4, приведены на рисунках 6 и 7. На 10-е сутки хранения у анализируемых рецептур были следующие показатели: запах специфический кисломолочный, освежающий; вкус слегка острый, щиплющий, без посторонних привкусов; консистенция - однородная, газированная, слегка пенящаяся жидкость с нарушенным сгустком, а у кумысных напитков без инулина (рецептуры № 1 и № 2) - кислый вкус и запах, нарушенная консистенция.

в«ши-

Щ1Н

1 , Г".

4>#%v

— N-"-1387 -рецептура JSs¿

. \V ■ --"peiieniypa№4

Рисунок 6 - Оценка органолеггшческих Рисунок 7 - Оценка органолегтгических показателей рецептур № 1 и показателей рецептур № 2 и

№ 3 на 10-е сутки хранения № 4 на 10-е сутки хранения

Из результатов, полученных при определении уровня токсичных элементов, афлатоксина Мь пестицидов, антибиотиков и микробиологических показателей, установлено, что кумысный напиток, обогащенный йодом и инулином, является безопасным для употребления и отвечает требованиям СанПиН 2.3.2.1078 -2001.

3.5 Оценка интенсивности реакций ПОЛ в кумысных напитках методом хемилюмииссцентного анализа

Следующим этапом оценивали качественные характеристики кумысных напитков и аналога - кумыса из кобыльего молока. В качестве дополнительного метода исследования был использован способ оценки интенсивности процессов ПОЛ с применением АИБН-индуцированной хемилюминесценции. В ходе реализации данного раздела исследований проанализированы 5 видов кумысного напитка: 1-я серия - кумыс из кобыльего молока жирностью 1 %, П-я серия — йодобогащённый кумысный напиток жирностью 1,5 % с инулином, Ш-я серия - йодобогащённый кумысный напиток жирностью 1,5 % без инулина, IV-я серия - йодобогащённый кумысный напиток жирностью 0,5 % с инулином, V-я серия - йодобогащённый кумысный напиток жирностью 0,5 % без инулина.

Известно, что на скорость СРО влияет содержание липидов в объектах исследования. Поэтому в ходе реализаций данного этапа было исследовано влияние инулина на интенсивность ПОЛ в йодобогащённых кумысных напитках разной жирности - 0,5 % и 1,5 %. Результаты изучения интенсивности

процессов сверхслабого свечения в анализируемых продуктах на 1-е хранения представлены в таблице 4.

Таблица 4 - Показатели хемилюмииесценции кумысных напитков при температуре _ хранения 4 ± 2 "С на 1 -е сутки (М ± ш; п = 10) _

Серия Кислотность, °Т Показатели хемилюмииесценции (у.е.)

светосумма спонтанная светимость амплитуда вспышки максимальная светимость

1-я серия 80 2,14 ±0,26 0,54 ± 0,02 1,77 ±0,72 1,92 ± 0,41

И-я серия 75 1,88 ±0,08 0,24 ± 0,010*** 3,53 ± 0,04* 0,84 ±0.12*

Ш-я серия 81 2,16 ±0,06** 0,54 ±0,015*** 1,78 ±0,011** 0,92 ±0,015***

IV-я серия 79 1,73 ± 0,01 0,14 ±0,006 1,86 ±0,012 0,89± 0,05

V-я серия 78 2,25 ± 0,13*** 0,38 ±0,011*** 2,24 ± 0,14* 0,96 ± 0,04

Примечание: * - различие с 1-й серией статистически значимо (р < 0,05)

** - различие со П-й серией статистически значимо (р < 0.01) *** - различие со 11-й серией статистически значимо (р < 0,001)

Как видно из данных, представленных в таблице 4, дополнительное введение полифруктозана в кумысный напиток ингибирует реакции свободнорадикального окисления липидов. Так, в Ш-й серии светосумма ХЛ составила 2,1 6 ± 0,06 у.е. (р < 0,01), спонтанная светимость - 0,54 ± 0 015 (р < 0,001), амплитуда вспышки - 1,78 ± 0,011 у.е. (р < 0,01), а максимальная светимость - 0,92 ± 0,015 (р < 0,001) против 1,88 ± 0,08 у.е., 0,24 ± 0,010 у.е.. 3,53 ± 0,04 и 0,84 ± 0,12 у.е. соответственно во П-й серии.

Интерпретация результатов хемшпоминесцентного анализа на 10-е сутки хранения выявила увеличение всех анализируемых характеристик хемилюмииесценции относительно значений, полученных на 5-е сутки. Так если светосумма ХЛ в fV-й серии на 5-е сутки хранения составила 3,79 ± 0 35 у.е., то на 10-е сутки - 6,00 ± 0,49 у.е. (рис. 8).

32.08 ____

28.88

Бремя., Нин.

Рисунок 8 - Запись хемилюмииесценции на 10-е сутки: 1-я серия, 11-я серия, Ш-я серия, 1У-я серия и У-я серия

Таким образом, инулин, содержание которого составляло 2 г/л, обеспечивал ингибирование процессов ПОЛ в анализируемых продуктах функционального назначения.

3.6 Технология производства кумысного напитка, обогащенного йодом и инулином

Согласно ТУ 9222-003-48859312-13 кумысные напитки, обогащенные йодидом калия и инулином, вырабатывают резервуарным способом. Основными технологическими стадиями производства являются: приемка, пастеризация, приготовление кумысной смеси, гомогенизация, обогащение кумысной смеси йодидом калия и инулином, заквашивание, сквашивание, розлив, упаковка, созревание, охлаждение.

На рисунке 9 изображена машинно-аппаратурная схема производства йодобогащённого кумысного напитка с инулином.

Мщшчш ешь

Рисунок 9 - Машинно-аппаратурная схема производства йодобогащённого кумысного напитка с инулином: 1 - сепаратор-нормализатор; 2 - насос центробежный; 3, 4 - пастеризатор, 5 - емкость для сыворотки; 6 - емкость для закваски; 7,9- смеситель; 8 — гомогенизатор: 10 - автомат для розлива; 11 - укупорочный автомат: 12 - холодильная камера Молоко сепарируют, после чего направляют на переработку. Сыворотку подсырную сухую восстанавливают в питьевой воде, подогретой до 50-55 °С, до массовой доли сухих веществ не менее 9,5 %. Далее её пастеризуют при температуре 70-74 °С с выдержкой 15-20 с. Остальное молочное сырье пастеризуют при температуре 83-87 °С с выдержкой 15-20 с, составляют кумысную смесь и смешивают. Гомогенизация смеси происходит при температуре 61-65 °С и давлении 10-12 МПа. Далее смесь охлаждают до 31-35 °С, после чего вносят К1 и инулин.

Для заквашивания смеси применяют производственную закваску, состоящей из ацидофильных и болгарских палочек, молочных дрожжей в соотношении 2:2:1, вносимой в количестве 0,9 л на 3,0 л смеси (от 20 % до 30 % к массе заквашиваемой смеси). Сквашивание происходит до нарастания кислотности 68-70 °Т при поддержании температуры в диапазоне значений от

26 °С до 30 °С, после чего продукт разливается в потребительскую тару, герметично укупоривается и ставится на созревание при температуре 28 ± 2 °С на 2-2,5 часа. Созревший продукт в потребительской таре охлаждается до температуры 2-4 °С. С момента достижения этой температуры срок годности продукта составляет 10 суток.

3.7 Неклиническая оценка физиологической активности кумысного напитка, обогащенного нодидом калия и инулином

Неклиническая оценка физиологической активности и безопасности йодобогащённых функциональных продуктов, как известно, проводится на так называемых моделях экспериментального йодного дефицита, который воспроизводится на лабораторных животных.

Целью настоящего подраздела исследований явилось изучение гистоструктуры щитовидной железы, уровней гормонов гипофизарно-тиреоидной системы и активности антиоксидантного фермента каталазы в печени у лабораторных крыс при оценке биодоступности кумысного напитка, обогащенного йодидом калия и инулином.

Щитовидная железа у клинически здоровых крыс (1-я группа) состоит из фолликулов округлой, овальной, а иногда угловатой формы. В полости фолликулов располагается коллоид, окрашивающийся оксифильно.

У 2-й группы животных, введенных в состояние гипотиреоза, щитовидная железа характеризуется выраженными гистологическими изменениями: в центральной части железы определяется уменьшенное количество интрафолликулярного коллоида. Результаты исследований содержания тиреоидных гормонов и ТТГ методом ИФА свидетельствовали о гипофункционалыюм состоянии тиреоидной системы у крыс 2-й группы: концентрация сТ4 составляла 3,92 ± 0,21 пмоль/л (р < 0,001) против 9,57 ± 0,59 пмоль/л в контроле, а концентрация оТ3 - 2,31 ± 0,16 нмоль/л и 2,02 ± 0,12 нмоль/л соответственно. При этом уровень ТТГ при гипотиреозе составил 0,030 ± 0,004 мкМЕ/мл (р < 0,05), а в контроле - 0,019 ± 0,002 мкМЕ/мл.

Гистоструктура щитовидной железы у 3-й группы крыс: фолликулы характеризуются содержанием незначительного количества коллоида, а в других коллоид не определяется.

У крыс 4-й группы, получавших йодобогащённый кумысный напиток с инулином, идентифицируются фолликулы с оксифильно окрашивающимся коллоидом. Тироциты кубической или плоской формы, соответственно, с округлым или овальным ядром. Концентрация сТ4 у животных 4-й группы составила 21,91 ± 0,53 пмоль/л (р < 0,001), оТ3 - 2,41 ± 0,09 нмоль/л (р < 0,05), ТТГ - 0,005 ± 0,001 мкМЕ/мл (р < 0,001), а в 3-й - 11,86 ± 0,79 пмоль/л (р < 0,05), 2,34 ± 0,10 нмоль/л (р < 0,05) и 0,009 ± 0,002 мкМЕ/мл (р < 0,01) соответственно. Содержание гипотиреоидных животных на йодобогащённом рационе сопровождалось нормализацией активности каталазы в ткани печени: в 4-й группе активность каталазы составляла 3,34 ± 0,26 мкмоль/мг белка (р < 0,001), что выше на И % относительно контроля.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

1. По данным физико-химических и микробиологических исследований йодобогащённый кумысный напиток с инулином отвечает требованиям нормативно-технической документации.

2. Предложен новый объективный товароведный показатель анализа качества кумыса и кумысных напитков, основанный на изучении интенсивности процессов сверхслабого свечения продукта. Разработан модифицированный метод хемилюминесцентного анализа с использованием 1-10"1 М раствора азодиизобутиронитрила в качестве инициатора процессов свободнорадикального перекисного окисления липидов. Научно обоснован способ экспресс-оценки качественных характеристик кумыса методом хемилюминесцентного анализа: определяют светосумму и максимальную светимость хемилюминесценции кумыса; при их значениях в пределах от 0,93 ± 0,07 у.е. до 2,17 ± 0,26 у.е. и от 0,57 ± 0,05 у.е. до 1,92 ± 0,41 у.е. соответственно продукт оценивают как сохранивший качество и биологическую ценность.

3. Спектрофотометрическое изучение в УФ-области взаимодействия между инулином и йодистым калием методом изомолярных серий показало образование в системе нового соединения. Эти данные были подтверждены исследованием изменений в ИК-спектре инулина. При взаимодействии инулина с KI наблюдается смещение полос поглощения как валентных, так деформационных колебаний гидрокси-групп, а также валентных колебаний связей vC-O-C, vC-C и vC-O(H). Методом спектроскопии ЯМР с привлечением двумерных спектров гомо- ('Н-'Н COSY) и гетероядерной ('{[-"С HSQC, НМВС) корреляции предположительно были определены места преимущественной локализации связей при образовании в системе инулин-К.1 нового соединения — это первичная и вторичная гидрокси-группы у атомов С4 и С6 фруктозного фрагмента.

4. Обоснован выбор инулина для придания кумысным напиткам антиоксидантных свойств. Установлено, что инулин в физиологической концентрации ингибирует процессы образования АФК в модельной тест-системе, снижая светосумму свечения на 38,8 %, амплитуду вспышки на 80,5 %, а максимальную светимость на 34,1 % относительно контроля, в качестве которого использована тест-система без инулина.

5. Проведена лабораторная и промышленная апробация разработанной технологии напитков кумысных, обогащенных инулином и йодом, в условиях ЗАО «Мелеузовский молочноконсервный комбинат» и СПК «Трудовик».

6. На моделях экспериментального йодного дефицита у крыс показано, что напиток кумысный, обогащенный йодом и инулином, характеризуется физиологической активностью.

7. Разработана и утверждена нормативно-техническая документация на напиток кумысный, обогащенный йодом и инулином, в ООО «Башкирском центре сертификации и экспертизы».

8. Произведен расчёт экономической эффективности: определены затраты на производство 1 бутылки йодобогащённого кумысного напитка с инулином объёмом 0,5 л, которые в зависимости от рецептуры варьируют от 17,5 до 18 рублей.

Статьи, опубликованные по теме диссертации Статьи, опубликованные в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК

1. Максютов, P.P. Изучение тиреовдного статуса у крыс при коррекции нарушений, индуцированных экспериментальным гипотиреозом [Текст] / P.P. Максютов, В.Н. Байматов, Л.Ф. Пономарёва, В.Н. Козлов // Российский ветеринарный журнал. - 2013. - № 3. - С. 34-36.

2. Максютов, P.P. Изучение анти- и прооксидантных свойств «Йодбиополимеров» [Текст] / P.P. Максютов, А.Н. Мамцев, Е.А. Соловьёва, В.Н. Козлов // Вестник БГАУ. - 2013. - № 3. - С. 48-51.

3. Мамцев, А.Н. Оценка нанодисперсности и спектральных характеристик йодбиоорганических соединений [Текст] / А.Н. Мамцев, В.Н. Козлов, Е.Е. Пономарёв, P.P. Максютов, С.П. Иванов, А.Н. Лобов, H.H. Егорова // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2013. — № 8. - С. 39-41.

4. Даниленко, А.Л. Изучение антиокислительной активности инулина в модельных тест-системах [Текст] / АЛ. Даниленко, А.Н. Мамцев, P.P. Максютов и др. // Технологии 21 века в пищевой, перерабатывающей и легкой промышленности. - 2013. - № 7. - С. 142-149.

5. Максютов, P.P. Оценка качественных характеристик кумыса методом хемилюминесцентного анализа [Текст] / P.P. Максютов, А.Н. Мамцев, Е.Е. Пономарев и др. // Молочная промышленность. - 2013. - № 12. - С. 60-61.

Патенты

1. Пат. 2496347 Российская Федерация МТТК А 23 L 1/30. Биологически активная добавка к пище для профилактики йодной недостаточности [Текст] / А.Н. Мамцев, Ф.Х. Камилов, Е.Е. Пономарёв, Е.П. Мехоношин, М.В. Сокольников, С.П. Иванов, Л.Ф. Пономарёва, В.Н. Козлов, Р.Р. Максютов; заявитель и патентообладатель ООО «Технопарк МГУТУ». - № 2011147656/13; заявл. 23.11.2011; опубл. 27.10.2013, Бюл. № 30. - 4 с.

Статьи и материалы конференций

1. Максютов, P.P. Кумыс - эликсир здоровья [Текст] / P.P. Максютов // Актуальные вопросы биологии, медицины и пищевой промышленности: материалы Межд. науч.-практ. конф. - Уфа: Гилем, 2011. - С. 59-61.

2. Максютов, P.P. Реализация концепции полноценного питания при природно-очаговом гипомикроэлементозе [Текст] / P.P. Максютов // Актуальные вопросы биологии, медицины и пищевой промышленности: материалы Межд. науч.-практ. конф. - Уфа: Гилем, 2011. - С.72-76.

3. Максютов, P.P. Пищевая ценность кобыльего молока [Текст] / P.P. Максютов, H.A. Султанова II Инновационное развитие малых городов России:

научный, технологический и образовательный потенциал: материалы Межд. науч.-практ. конф. - Уфа: Гилем, 2012. -С. 209-211.

4. Максютов, P.P. Технологии производства кумыса [Текст] / P.P. Максютов, А.Н. Мамцев // Инновационное развитие малых городов России: научный, технологический и образовательный потенциал: материалы Межд. науч.-практ. конф. - Уфа: Гилем, 2012. - С 145-147.

5. Максютов, P.P. Актуальные вопросы групповой и массовой профилактики йоддефицитных заболеваний [Текст] / P.P. Максютов // Инновационное развитие малых городов России: научный, технологический и образовательный потенциал: материалы Межд. науч.-практ. конф - Уфа: Гилем, 2012. - С. 206-209.

6. Максютов, P.P. Сравнительная оценка содержания йода и микроэлементов в различных видах молока и молочных продуктов [Текст] / P.P. Максютов, В.Н. Козлов // HayKOBÍ пращ: Одесьюн национальш академи харчових технологш. - Одесса, 2012. - Т. 2, № 42 — С. 269-271.

7. Максютов, P.P. Оценка показателей биологической ценности и безопасности кумыса [Текст] / P.P. Максютов, А.Н. Мамцев, Л.Ф. Пономарёва, H.A. Султанова, A.A. Абишева // Наука и образование - ведущий фактор стратегии «Казахстан 2030»: тр. Межд. науч. конф. - Караганда: Изд-во КарГТУ, 2012. - Ч. IV. - С. 97-99.

S. Максютов, P.P. Технологии инкапсулирования йодорганических соединений в наноразмерные биоматрицы [Текст] / А.Н. Мамцев, И.Г. Конкина, Е.Е. Пономарёв, В.Н. Козлов, P.P. Максютов // The Second North and East European Congress in Food. - Kyiv: NU FT, 2013. - C. 301.

9. Максютов, P.P. Влияние БАД «Йод-инулин» на процессы свободнорадикального окисления в желточных лштопротеидах in vitro [Текст] / P.P. Максютов // Пищевые добавки. Питание здорового и больного человека: материалы VI Межд. науч.-тех. конф. ДонНУЕТ. - Донецк, 2013. — С. 191-192.

10. Конкина, И.Г. Исследование комплексообразования глицирризиновой кислоты с молекулами «гостя» различной природы [Текст] / И.Г. Конкина, В.Н. Козлов, Ю.И. Муринов, P.P. Максютов // Химия и технология растительных веществ: тез. докл. VIII Всерос. науч. конф. -Калининград, 2013. - С. 110.

Автор выражает глубокую признательность за консультации и помощь при выполнении работы к.х.н., доценту И.Г. Конкиной, к.х.н. С.П. Иванову, к.т.н. Е.Е, Пономарёву.

Соискатель

Максютов P.P.

Перечень сокращений и условных обозначений

АИБН- азодиизобутиронитрил АФК - активные формы кислорода ИК - инфракрасный спектр ИФА - иммуноферментный анализ

МГУТУ - Московский государственный университет технологий и

управления им. К.Г. Разумовского МС — модельная система МТ — масса тела

ММКК - Мелеузовский молочноконсервный комбинат

НИОКР - научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы

ПОЛ - перекисное окисление липидов

COMO - сухой обезжиренный молочный остаток

СРО - свободнорадикальное окисление

ТТГ - тиреотропный гормон

ТХУ - трихлоруксусная кислота

оТ3 — общий трийодтиронин

сТ^ - свободный тетрайодгиронин

у.е. - условные единицы

УФ - ультрафиолетовый спектр

ХЛ — хемилюминесценция

ЩЖ — щитовидная железа

ЯМР — ядерно-магнитиый резонанс

МАКСЮТОВ РУСЛАН РИНАТОВИЧ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И ТОВАРОВЕДНАЯ ОЦЕНКА ЙОДОБОГАЩЁННЫХ КУМЫСНЫХ НАПИТКОВ С ИНУЛИНОМ

Специальность 05.18.15 -Технология и товароведение пищевых продуктов и функционального и специализированного назначения и общественного питания (технические науки)

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Отпечатано на ризографе в Центре ксерокопирования, ризографии я компьютерных услуг ИП Исакова г.Мелеуз, на основании свидетельства № 304026305800025 от 27.02.2004г. г.Мелеуз, ул.Смоленская-34, филиал МГУТУ. Формат 60x84/16 Бумага офисная. Усл. ггеч.л.= 1,5 Тираж 100 экз. Заказ № 237 от 13.01,2014г.

Филиал Московского государственного университета технологий и управления «им.К.Г.Разумовского» в г. Мелеузе, 2014г. 453850, Башкортостан, г. Мелеуз, ул.Смоленская,34.

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Московский государственный университет технологий и управления

им. К.Г. Разумовского»

04201456078

На правах рукописи

МАКСЮТОВ РУСЛАН РИНАТОВИЧ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И ТОВАРОВЕДНАЯ ОЦЕНКА ЙОДОБОГАЩЁННЫХ КУМЫСНЫХ НАПИТКОВ С ИНУЛИНОМ

05.18.15 - Технология и товароведение пищевых продуктов и функционального и специализированного назначения и общественного питания (технические науки)

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор биологических наук, доцент

Козлов Валерий Николаевич.

Москва 2014

Оглавление

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

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

1.1 Современные тенденции в производстве функциональных продуктов питания...................................................... 10

1.1.1 Инновационные технологии молочных и кисломолочных продуктов питания..................................................... 10

1.1.2 Технологии производства кумыса из разных сырьевых источников............................................................... 16

1.2 Применение гидроколлоидов в молочной промышленности........................................................ 18

1.3 Способы оценки качества и биологической ценности молочных продуктов................................................... 22

1.4 Реализация методов групповой и массовой профилактики йоддефицитных состояний............................................ 30

ГЛАВА 2 ОБЪЕКТЫ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

ИССЛЕДОВАНИЙ..................................................... 33

ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА СПОСОБА ЭКСПРЕСС-ОЦЕНКИ КАЧЕСТВА КУМЫСА МЕТОДОМ ХЕМИЛЮМИНЕСЦЕНТНОГО АНАЛИЗА...................... 42

3.1 Определение концентраций растворов азодиизобутиронитрила................................................ 43

3.2 Оценка качественных характеристик кумыса методом хемилюминесцентного анализа...................................... 47

ГЛАВА 4 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ФОРМ ЙОДА С БИОПОЛИМЕРАМИ................................................ 52

ГЛАВА 5 ИЗУЧЕНИЕ АНТИОКСИДАНТНЫХ СВОЙСТВ

ИНУЛИНА В МОДЕЛЬНЫХ ТЕСТ-СИСТЕМАХ.............. 62

ГЛАВА 6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ АНТИ- И ПРООКСИДАНТНЫХ СВОЙСТВ ЙОДБИОПОЛИМЕРОВ МЕТОДОМ ХЕМИЛЮМИНЕСЦЕНТНОГО АНАЛИЗА...................... 64

ГЛАВА 7 КОМПЛЕКСНАЯ ТОВАРОВЕДНАЯ ОЦЕНКА КУМЫСНОГО НАПИТКА С ЙОДОМ И ИНУЛИНОМ.............................................................................. 67

7.1 Товароведная оценка кумысного напитка с йодом и инулином................................................................. 67

7.2 Исследование активности реакций свободнорадикального перекисного окисления липидов в кумысных напитках.................................................................. 78

7.3 Определение микроэлементов и тяжёлых металлов в кобыльем молоке, кумысе, кумысном напитке методом инверсионной переменнотоковой вольтамперометрии......... 87

ГЛАВА 8 ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ЙОДОБОГАЩЁННОГО

КУМЫСНОГО НАПИТКА С ИНУЛИНОМ............................................90

ГЛАВА 9 НЕКЛИНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ ЙОДОБОГАЩЁННОГО КУМЫСНОГО

НАПИТКА С ИНУЛИНОМ....................................................................................94

ГЛАВА 10 ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ЙОДОБОГАЩЁННОГО

КУМЫСНОГО НАПИТКА С ИНУЛИНОМ............................................100

ЗАКЛЮЧЕНИЕ..................................................................................................................102

Перечень сокращений, условных обозначений, символов,

единиц и терминов............................................................................................................104

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ........................................106

ПРИЛОЖЕНИЯ........................................................................................................................................................131

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Разработка технологий промышленного производства продуктов питания функционального назначения - одна из приоритетных задач, провозглашённых в государственной концепции РФ «Об основах государственной политики Российской Федерации в области здорового питания населения на период до 2020 года» за № 1873-р от 25.10.2010 г.

Нехватка в рационе полноценных белков, витаминов, пищевых волокон, макро- и микронутриентов вызывает рост социально опасных заболеваний. Известно, что недостаточное поступление йода в организм человека приводит к нарушениям структуры и функций щитовидной железы, неадекватной продукции тиреоидных гормонов и возникновению не только эндемического зоба, но и заболеваний, связанных с нарушением функционирования различных органов и систем, дисбалансу иммунной системы. Так, нарушение функций ЩЖ обуславливает тяжесть течения и исход заболеваний верхних дыхательных путей, в частности, туберкулеза легких.

Известно, что к высокоэффективным противотуберкулезным средствам относится кумыс, являющийся продуктом лечебно-профилактического назначения. К сожалению, выработка кумыса из кобыльего молока ограничена только районами табунного коневодства России. В остальных местностях кумыс не вырабатывают из-за отсутствия сырья и невозможности его длительного хранения, в то время как потребность в кумысе существует повсеместно. Поэтому разработка технологии производства йодобогащённого кумысного напитка, максимально приближенного по составу к естественному, имеет медико-социальное значение. Создание кумысного напитка наряду с организацией промышленного производства открывает широкие перспективы его использования в качестве эффективного функционального продукта.

Степень разработанности. Концепция создания технологии пищевых продуктов с функциональными ингредиентами специального назначения,

предназначенных для здорового питания населения, получила развитие в фундаментальных и прикладных научных трудах отечественных и зарубежных ученых И.А. Рогова, А.П. Нечаева, H.H. Липатова, Б.А. Шендерова, В.А. Тутельяна, А.Г. Шамаева, В.Д. Харитонова, А.Г. Храмцова, Т.В. Шленской, О.И. Кутиной, Н.И. Дунченко, Н.Б. Гавриловой, N. Kaur, A.K. Gupta, Н. Shimoda, В. Kleessen и других.

Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка технологии производства и товароведная оценка йодобогащённых кумысных напитков с инулином.

В соответствии с поставленной целью сформулированы задачи исследования:

1. исследовать физико-химические, микробиологические характеристики и показатели безопасности кумысных напитков;

2. разработать способ экспресс-оценки качественных характеристик кумыса и кумысных напитков методом хемилюминесцентного анализа;

3. усовершенствовать способы стабилизации неорганических форм йода в органических матрицах;

4. исследовать антиоксидантную активность инулина в модельных тест-системах, генерирующих активные формы кислорода;

5. разработать рецептуры и технологии производства, а также провести товароведную оценку йодобогащённых кумысных напитков с инулином;

6. изучить физиологическую активность кумысного напитка, обогащённого йодом и инулином, на экспериментальных моделях йодного дефицита;

7. разработать научно-техническую документацию на йодобогащённый кумысный напиток с инулином;

8. оценить экономическую эффективность йодобогащённого кумысного напитка с инулином.

Научная новизна.

1. Определены параметры качественных характеристик кумыса и кумысных напитков для товароведной оценки методом хемилюминесцентного анализа, что позволило модифицировать существующую методику.

2. Исследованы закономерности комплексообразования в системе калия йодид-инулин с установлением активных центров в полифруктозане, взаимодействующих с анионами йода, что позволяет утверждать о стабилизации йодида калия в инулине продукта.

3. Установлена зависимость товароведных характеристик нового ассортимента кумысных напитков с лечебно-профилактическими свойствами, полученных по разработанной технологии с добавлением йодида калия и инулина, 200 мл которых обеспечивают восполнение 33 % от рекомендуемой суточной нормы потребления йода.

4. Определены технологические параметры производства йод обогащенных кумысных напитков: сквашивание смеси с добавками до нарастания кислотности 68-70 °Т при поддержании температуры в диапазоне от 26 °С до 30 °С, на основании чего разработана технология кумысных напитков с йодидом калия и инулином.

5. Исследована динамика интенсивности процессов перекисного окисления липидов кумысного напитка и кумыса из кобыльего молока методом хемилюминесцентного анализа и определением концентраций малонового диальдегида, что позволило установить условия и сроки хранения новых напитков.

Теоретическая и практическая значимость.

Разработан способ экспресс-оценки качества кумыса методом хемилюминесцентного анализа, позволяющий оценивать его качественные характеристики.

Разработана нормативно-техническая документация на кумысный напиток, обогащенный йодидом калия и инулином (ТУ № 9222-003-48859312-13). Проведена апробация промышленного выпуска кумысного напитка, обогащенного йодидом калия и инулином, на ЗАО «Мелеузовский молочноконсервный комбинат» и СПК «Трудовик».

Получен патент РФ № 2496347 «Биологически активная пищевая добавка для профилактики йодной недостаточности и способ её получения» от 27.10.2013.

Материалы диссертации внедрены в учебный процесс по специальности 080401 «Товароведение и экспертиза товаров» на кафедре «Технологии пищевых производств» в филиале «МГУТУ им. К.Г. Разумовского» в г. Мелеузе при проведении лекций, лабораторных и практических занятий по курсам «Товароведение продовольственных товаров», «Товароведение и экспертиза товаров». Ряд положений, сформулированных в диссертации, внедрены в учебный процесс кафедр Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московская академия ветеринарной медицины и биотехнологии им. К.И. Скрябина», а также используются при реализации НИОКР в Институте органической химии Уфимского научного центра Российской Академии Наук.

Методы и методология исследования. Использованная в работе методология базируется на стандартных методах физико-химического, хемшпоминесцентного, микробиологического, биохимического, иммуноферментного и гистологического анализа.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Определение показателей перекисного окисления липидов кумыса и кумысных напитков, индуцированного 1-Ю"1 М раствором азодиизобутиронитрила, позволяет оценить качество молочных продуктов.

2. В водных растворах йодида калия и инулина стабилизация струмотропного микроэлемента йода обеспечивается за счёт образования водородных связей между функциональными группами полисахарида и анионов йода.

3. Полифруктозан инулин в комплексе с йодидом калия проявляет антиокислительную активность, ингибируя процессы образования АФК и перекисного окисления липидов в модельных тест-системах.

4. Метаболические эффекты кумысного напитка, обогащенного йодом и инулином, сопряжены с восстановлением морфофункционального состояния щитовидной железы у крыс в состоянии экспериментального йодного дефицита, а также нормализацией активности фермента антиоксидантной системы - каталазы.

Личный вклад соискателя. Теоретические и экспериментальные исследования выполнялись лично автором диссертационной работы и заключались в выполнении экспериментальных исследований, обработке, обобщении полученных результатов, комплексной товароведной оценке и разработке технической документации на йодобогащённый кумысный напиток с инулином.

Степень достоверности и апробация результатов.

Результаты экспериментов подвергали вариационно-статистической обработке с использованием описательной статистики Microsoft Excel. По всем количественным данным рассчитывали параметрические критерии достоверности оценок, а также применяли закон t-распределения Стьюдента, а в таблице определяли критические точки (tst) для различных уровней значимости а и чисел степеней свободы к (Лакин Г.Ф., 1990).

Основные положения работы доложены и обсуждены на Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы биологии, медицины и пищевой промышленности» (Мелеуз, 2011); Международной научно-практической конференции «Инновационное развитие малых городов России: научный, технологический и образовательный потенциал» (Мелеуз, 2012); Международной научно-практической конференции «Наука и образование -ведущий фактор стратегии «Казахстан 2030» (Караганда, 2012); VI-й Международной межотраслевой научно-технической конференции «Пищевые добавки. Питание здорового и больного человека» (Донецк, 2013); NUFT Book of abstracts «The Second North and East European Congress in Food» (Kyiv, Ukraine, 2013); IX-й Всероссийской конференции «Химия и медицина» (Уфа, 2013); VIII-й Всероссийской научной конференции «Химия и технология растительных веществ» (Калининград, 2013); V-й

Всероссийской научно-практической конференции «Устойчивое развитие территорий: теория и практика» (Сибай, 2013); Международной научно-практической конференции «Инновационное развитие малых городов России: научный, технологический и образовательный потенциал (Мелеуз, 2013).

Публикации. Основные положения работы опубликованы в 15 научных статьях, из них 5 в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК («Российский ветеринарный журнал», № 3, 2013; «Вестник Башкирского государственного аграрного университета», № 3, 2013; «Хранение и переработка сельхозсырья», № 8, 2013; «Молочная промышленность», № 12, 2013; «Технологии 21 века в пищевой, перерабатывающей и легкой промышленности», № 7, 2013); 1 патент РФ на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 136 страницах машинописного текста. Состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследований, результатов собственных исследований, заключения и приложений. Работа иллюстрирована 41 рисунком, 35 таблицами. Список литературы включает 225 источников (178 отечественных и 47 зарубежных авторов).

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Современные тенденции в производстве функциональных продуктов питания

1.1.1 Инновационные технологии молочных и кисломолочных продуктов питания

В настоящее время успешно развивается новое направление в производстве молочных и кисломолочных продуктов - нанотехнология. Пищевая нанотехнология - это совокупность приемов и способов, обеспечивающих получение и самосборку биологических молекул или биомолекулярных кластеров с размерами менее 100 нм хотя бы в одном измерении макроструктуры, пригодные для создания продуктов питания, обладающих улучшенными или принципиально новыми функциональными единицами. На современном этапе к основным направлениям исследований в области пищевых нанотехнологий относят: разработку технологий производства исходных элементов нанотехнологий - наночастиц, нанонитей, нанокапсул и нанокомпозитов. Основная причина интереса к наночастицам - это их новые химические и физические свойства, которые невозможно описать на основе известных в современной науке закономерностей [4, 94, 169, 172, 174, 187, 214].

В настоящее время известны примеры успешного применения целого ряда полимерных систем на основе хитозана для доставки и контролируемого освобождения биологически активных веществ через слизистые при их пероральном введении [47, 55, 80]. Хитозан является перспективным материалом для конструирования ДНК-векторов по упомянутым выше причинам (биосовместимость, малая токсичность, биодеградируемость), так и в силу своей способности достаточно легко проникать через биологические поверхности (мембрану), при этом легко «протаскивать» в клетку ассоциированные с ним макромолекулы [2, 55, 202].

Разрабатываются новые подходы к лечению самых различных заболеваний, предусматривающих доставку лекарственных средств в виде нано-, микрочастиц или микрокапсул на основе биосовместимых биодеградирующих природных или синтетических полимеров, которые образуют гель при попадании в тело пациента [131, 175, 210, 212, 219]. Это так называемые «инъектируемые гели» (injectable gels), а научное направление называется клеточной инженерией. Кроме того, проводятся опытно-экспериментальные исследования по разработке технологий, обеспечивающих длительное суспендирование эссенциальных микроэлементов в составе молочных продуктов функционального назначения за счет наноструктурных инноваций. На сегодняшний день созданы новые нанокомпозиции, содержащие в своем составе органическую матрицу -стабилизатор минеральных веществ, и наночастицы, обеспечивающие суспендирование микроэлементов в объеме молока за счет создания сложносплетенной сети из крупных молекул в низкой концентрации. Таким образом, полное равномерное суспендирование питательных ингредиентов и инновационных включений обеспечивается изменениями непрерывной фазы за счет наноконструктурных композиций [146, 188, 220]. У нанотехнологий есть большие шансы развития в научной и производственной среде. И особенно многообещающе сегодня выглядят перспективы нанотехнологий в пищевой индустрии. В целом же пищевые нанотехнологии служат созданию продуктов н�