автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Разработка технологии кисломолочного напитка с применением углеводной корректирующей добавки

/ > Г

{О '<

Ставропольский государственный технический университет

На правах рукописи

ТИМОШОВА ИННА ВЛАДИМИРОВНА

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ КИСЛОМОЛОЧНОГО НАПИТКА С ПРИМЕНЕНИЕМ УГЛЕВОДНОЙ КОРРЕКТИРУЮЩЕЙ ДОБАВКИ

Специальность 05.18.04 - технология мясных, молочных и рыбных

продуктов

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор техн. наук, профессор Кунижев С.М.

Ставрополь - 1999

ОГЛАВЛЕНИЕ

Введение

Гл. 1. Состояние вопроса и задачи работы

1.1 Функциональное питание

1.2. Биологически активные добавки в питании человека

1.3. Физиологические и биохимические аспекты питания в постнатальный период

1.4. Конструирование адаптивного продукта для детей первого года жизни

1.5. Цели и задачи исследований

Гл. 2. Организация проведения экспериментов и методы исследований

2.1. Организация работы и методы планирования эксперимента

2.2. Методы микробиологических исследований

2.3. Методы физико-химических исследований

2.3.1. Модифицированный метод определения аминного азота

2.3.2. Приготовление формольной смеси

2.3.3. Определение Сахаров методом тонкослойной хроматографии на пластинах «Силуфол»

Гл. 3. Разработка теоретической модели, учитывающей связь компонентов углеводного комплекса, необходимого для полноценного развития микроорганизмов желудочно-кишечного тракта ребенка

3.1. Биологическая роль углеводсодержащих соединений

3.2. Роль кишечной микрофлоры в постнатальный период ребенка

3.2.1. Распределение желудочно-кишечной микрофлоры

3.2.2. Роль кишечной микрофлоры в процессе усвоения и переваривания пищи в постнатальный период

3.3. Влияние углеводного состава питательной среды на микрофлору желудочно-кишечного тракта

3.4. Коррекция состава молока после тепловой обработки

стр. 4

6

6

9

12

19 26 28

28

30

31

31

32

32

34

35 40 40

42

46 54

58 64 73

стр.

Гл. 4. Исследование процесса получения углеводных корректирующих добавок. Изучение их влияния на рост и развитие 58 микроорганизмов

4.1. Исследование углеводного компонента %-казеиновой фракции коровьего молока

4.2. Исследование процесса получения гидролизата гликомакропептида %-казеина из обезжиренного молока

4.3. Разработка технологии получения гидролизата гликомакропептида х-казеина из обезжиренного молока

4.4. Исследование углеводной составляющей пекарских дрожжей 76

4.4.1. Влияние типа сырья на автолиз дрожжей 78

4.4.2. Роль индукторов при индуцированном автолизе 80

4.4.3. Выделение маннозы из пекарских дрожжей 82

4.4.4. Разработка технологии получения маннозы из пекарских дрожжей

4.5. Изучение влияния углеводного стимулятора на развитие микрофлоры

4.5.1. Исследование динамики развития молочнокислой микрофлоры в присутствии углеводного стимулятора

4.5.2. Исследование ростового фактора гидролизата %-казеина на условно-патогенной микрофлоре

4.5.3. Исследование влияния гидролизата гликомакропептида %-казеина на подъемную силу пекарских дрожжей

4.6. Получение бездрожжевой кефирной закваски 100 Гл. 5. Разработка технологии бездрожжевого детского кефира 104

5.1. Особенности технологии производства бездрожжевого кефира 106

5.2. Разработка технологической схемы получения бездрожжевого кефира

5.3. Экономическая оценка разработанной технологии 115 Выводы 120 Литература 122 Приложения 133

85 87 87 97 99

108

ВВЕДЕНИЕ

В основных направлениях экономического и социального развития страны на период до 2000 года подчеркивается, что первостепенной задачей общества является обеспечение населения высококачественными продуктами питания, в первую очередь детей. Предусматривается расширение производства продуктов детского и диетического питания, обогащенных компонентами повышенной биологической ценности. Особенно актуальна эта проблема при обеспечении питанием детей первого года жизни, так как в этот момент очень интенсивно идет процесс роста ребенка, формирование и совершенствование многих органов и систем.

Многовековым опытом человечества доказано что лучшей пищей, обеспечивающей грудным детям нормальное физиологическое и психологическое развитие, было и будет материнское молоко. Именно оно представляет собой незаменимый, идеально сбалансированный самой природой продукт для вскармливания детей [19].

Молоко служит объектом систематического изучения, однако еще очень многое о нем не изучено. Во-первых, потому, что оно представляет собой весьма сложный продукт, и, во-вторых, потому, что образуется оно в результате сложного взаимодействия многочисленных процессов, протекающих в лактирующей клетке.

Исключительно сложный состав женского молока и присутствие в нем не только пищевых веществ, но целого ряда соединений, выполняющих разнообразные биологические функции, представляет необходимость все более детального изучения его химического состава. Лишь за последние два-три столетия на фоне резко возросшего во всем мире интереса к проблеме вскармливания удалось выявить и идентифицировать в составе женского молока ранее неизвестные факторы, например бифидус-фактор, секреторные иммуноглобулины [67].

Изучение углеводного состава женского молока, помимо общебиологического, представляет и практический интерес. При разработке заменителей женского молока и продуктов детского питания необходимо знать оптимальное соотношение отдельных углеводов, определяющих их благоприятное влияние на организм ребенка.

Значительное внимание при кормлении здоровых и больных детей уделяется углеводному компоненту - важнейшей составной части многих продуктов детского питания. При этом важны качественная и количественная характеристики углеводной части, так как она подвержена значительным изменениям в зависимости от физиологического состояния организма ребенка. При всем многообразии применяемых углеводных компонентов возникает необходимость в проведении анализа использования углеводов в нашей стране и за рубежом, систематизации их и выработки концепции проведения работ по данному направлению [3].

Целью данной работы является разработка интенсивной технологии биологически активных пищевых добавок на основе животного и растительного сырья, которые могут применяться для коррекции углеводного состава продуктов детского питания.

1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА И ЗАДАЧИ РАБОТЫ 1.1 ФУНКЦИОНАЛЬНОЕ ПИТАНИЕ

Во все времена проблема полноценной и здоровой пищи была одной из самых важных, стоящих перед человеческим обществом. Эта проблема не может быть решена простым увеличением количества потребляемых продуктов, так как питание должно быть рациональным и отвечать основным требованиям науки. При таком подходе к проблеме питания пищевые продукты, представляющие собой объекты животного и растительного происхождения и используемые в пищу в натуральном или переработанном виде, выполняют роль источника энергии, пищевых и вкусо-ароматических веществ [41]. Наряду с традиционным подходом к проблеме питания и роли пищевых продуктов в здоровье человека, в последние годы получило развитие новое направление - так называемое "функциональное питание". В отличие от рационального, под функциональным питанием подразумевается использование таких продуктов естественного происхождения, которые при ежедневном применении оказывают регулирующее действие на организм в целом или на его определенные системы и органы или их функции, такие, например, как контроль кровяного давления, уровень холестерина в крови и т.п [92].

Согласно Barktays de Zoete Wedd, London, основными категориями функционального питания являются:

- продукты, содержащие бифидобактерии;

- пищевые волокна;

- эйкосапентаиковая кислота;

- олигосахаридсодержащие продукты.

Каждая из выше перечисленных категорий функционального питания требует глубокого изучения и отдельного рассмотрения, а некоторые из них уже теперь мо^ут быть рекомендованы к массовому использованию для поддержания и восстановления здоровья населения. Это особенно актуально для России в условиях нестабильной экономической и политической ситуации, острой нехватки лекарственных препаратов, массовых стрессов и т.п.

Япония является мировым лидером в разработке «функциональных продуктов» [92]. В 1995 г. стоимость этого рынка оценивалась более чем в 4,5 млрд. долларов с ежегодным темпом роста 8%. По мнению японских исследователей, функциональное питание в скором времени сможет успешно конкурировать со многими лекарственными препаратами.

Было рассмотрено и идентифицировано 12 классов ингредиентов, способствующих улучшению здоровья. Из них, наиболее популярны олигосахариды, как пищевые компоненты. Многие олигосахариды под действием гидролитических ферментов, разрушаются в тонком кишечнике на моносахара, которые затем выступают, как субстраты и регуляторы многих метаболических путей [83]. Однако, некоторые олигосахариды, устойчивы к пищеварительному процессу, что обусловлено конфигурацией их оксидной связи или необычными физико-химическими свойствами и могут проходить в толстый кишечник. Ранее учеными в области питания человека было установлено, что неперевариваемые пищевые компоненты должны быть выделены в фекалиях и не могут служить источником энергии. Однако исследования последних лет показали, неперевариваемые олигосахариды могут подвергаться ферментации кишечными бактериями. Кроме того, конечные продукты ферментации могут выступать как энергетические субстраты, так и метаболические регуляторы. Некоторые, неперевариваемые олигосахариды подвергаются ферментации ограниченным рядом микроорганизмов, которые включают членов ряда Bifidobacterium. В связи с

избирательностью этих факторов роста и улучшающих здоровье свойств бифидобактерий, значительное внимание в настоящее время сфокусировано на использование этих компонентов как бифидогенного фактора [123].

Все большее распространение в США, Европе и Японии находит производство и потребление продуктов и напитков, включающих в себя комбинацию представителей функционального питания (йогурт с бифидобактериями, пищевыми волокнами, с добавлением кальция и витаминов; сухие завтравки, разнообразные безалкогольные напитки со схожим набором компонентов). Так, в Германии подобные напитки составляют до 36% всех производимых в этой стране безалкогольных напитков для спортсменов, в Италии - 19%, в Англии - 11%, в Испании - 7%, в Голландии - 5,5%, Австрии - 5,4% [36]. По данным японских исследователей, функциональное питание, в том числе с использованием бифидобактерий, к первой четверти 21 века вытеснит существующий рынок лекарственных препаратов. Возможно, благодаря научному подходу к проблеме питания, массовому использованию продуктов функционального питания, жители Японии, несмотря на ограниченность территории, высокую плотность населения, развитую промышленность, стрессы, экологическое неблагополучие во многих регионах, имеют наиболее высокую продолжительность жизни, то есть нормальное физическое и духовное здоровье [102].

Научные подходы к питанию человека и животных выдвинули проблему изучения микробной экологии хозяина как одну из важнейших и перспективных [119]. Это обусловлено не только тем, что массовое использование продуктов функционального питания в значительной степени стабилизировало состояние здоровья населения развитых стран, но и тем, что открыло новое направление замены фармакологических средств каждодневным использованием подобранного для каждого индивидуума набора пищевых продуктов. Все это позволяет согласиться с мнением

некоторых зарубежных исследователей, о том, что в 21 веке продукты функционального питания действительно займут одно из ведущих мест в арсенале продуктов, используемых человеком и животными.

1.2. БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫЕ ДОБАВКИ В ПИТАНИИ

ЧЕЛОВЕКА

Исторический опыт ушедших и существующих цивилизаций составил громадный объем знаний, позволяющий людям давно понять сложность и богатство того, что входит в понятие питания.

Оценка полноценности питания и его адаптогенных свойств изменилась в процессе эволюции - от чисто органической с момента возникновения жизни до законодательного региаметрирования условий и способов использования различных видов пищи, явившегося итогом многовекового опыта человечества. Создание теории и формулы сбалансированного питания А.А.Покровским являлось началом научного обоснования потребления нутриентов в зависимости от особенностей организма и условий его существования [54].

То, что теперь называется здоровым питанием и, как самостоятельный раздел науки о питании и медицине, лечебным питанием, включило в себя как эмпирический опыт тысячелетий, так и научные постижения состава, ценности, физиологического влияния разнообразных пищевых факторов.

Несомненная полезность биологически активных добавок в том, что они могут корригировать и улучшать полезность рациона за счет белков, аминокислот, витаминов, макро- и микроэлементов, пищевых волокон, эубиотиков и других полезных веществ.

Биологически активные пищевые добавки (БАД), широко используемые в питании взрослых людей как эффективные средства укрепления здоровья,

постепенно находят в нашей стране все большее распространение и среди детского населения [48]. Это обусловлено необходимостью повышения неспецифической резистентности детского организма в условиях прогрессирующего экологического и социально-экономического неблагополучия в нашей стране, сопряженных с нарушениями питания.

Для рационального и эффективного использования биологически активных пищевых добавок необходимо принимать во внимание физиологические и метаболические особенности детского организма и возрастные особенности физиологических и фармакологических эффектов биологически активных добавок. Необходимо учитывать незрелость систем метаболизма ксенобиотиков у детей раннего возраста и их повышенную чувствительность к действию различных лекарственных веществ, физиологически активных соединений и токсичных агентов; лабильность их гормонального и иммунного статуса и, вследствие этого, возможность нарушений и их регуляции под влиянием биологически активных веществ.

Чрезвычайно актуальной остается проблема обогащения заменителей женского молока более эффективными бифидогенными факторами в сочетании с обогащением самими жизнеспособными бифидобактериями молочных и молочнокислых продуктов [118]. Весьма важной задачей, тесно связанной с питанием детей первого года жизни, является использование биологически активных пищевых добавок для стимуляции лактации у кормящих матерей. Среди таких добавок успешно испытаны витамины, некоторые аминокислоты, а также природные фитолактогены [55].

Для создания продуктов питания массового и лечебно-профилактического назначения особую ценность представляют натуральные БАД, способные корригировать не только химический состав пищевых продуктов, но и обладающие адаптогенным, иммунодуляторным, биостимулирующим, хемопривинтирующим и другими видами

физиологического воздействия на организм человека. К данному типу добавок относится БАД «Александрина», которую получают на основе хлебопекарских дрожжей при использовании экологически чистой и ресурсосберегающей технологии с применением физических методов без внесения в систему каких-либо химических реагентов[53].

В состав "Александрины" входят 19 незаменимых и заменимых аминокислот, 10 водорастворимых витаминов, микро- и макроэлементов, углеводы (маннан, глюкан и др.), нуклеотиды, небольшое количество липидов. Питательная ценность БАД «Александрина» достигает 90%, перевариваемость «in vitro» составляет не менее 80%.

Хронические заболевания толстого кишечника в настоящее время имеют тенденцию к значительному росту среди детского населения. Одной из причин в развитии хронического колита у детей является нарушение внутрикишечных условий для существования нормальной микрофлоры. У больных с выраженными изменениями со стороны слизистой оболочки толстого кишечника и с установленным диагнозом неспецифического язвенного колита достаточно эффективно применение комплексного лечения препаратами салазопиридазана с постепенным переходом и полной заменой его "N-Acetyl-Glucosamine" и использование последней добавки в течении 36 месяцев в поддерживающей дозировке [51]. При проведении морфологического анализа эффективности использования препарата выделены следующие особенности. Отмечено выраженное моделирующее действие препарата "N-Acetyl-Glucosamine" на процессы слизеобразования, заключающееся в усилении включения в состав секрета антральных желез и бокаловидных клеток луковицы двенадцатиперстной кишки N-acetyl-D-glucosamina.

Биологические бактериальные препараты, содержащие бифидо- и лактобактерии, являются эффективным средством коррекции кишечной

микрофлоры. Од�