автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.07, диссертация на тему:Разработка технологии кислородсодержащих продуктов с использованием нетрадиционного растительного сырья

На правах рукописи

Климова Екатерина Алексеевна

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИХ ПРОДУКТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕТРАДИЦИОННОГО РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ

05.18.07 - Биотехнология пищевых продуктов и биологических активных веществ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

6 ИЮН 2013

005061002

Воронеж - 2013

005061002

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий»

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Родионова Наталья Сергеевна ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий»

Официальные оппоненты: Попов Валерий Иванович

доктор медицинских наук, профессор ГБОУ ВПО «Воронежская государственная медицинская академия им. Н.Н. Бурденко» министерство здравоохранения РФ, кафедра общей гигиены, профессор Черемушкина Ирина Валентиновна кандидат технических наук, доцент ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий», кафедра микробиологии и биохимии, доцент Ведущая организация: ООО «Санаторий им. Цурюпы», г. Лиски

Защита состоится «21» июня 2013 г. на заседании совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук Д 212.035.04 при ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» по адресу: 394036, г. Воронеж, пр. Революции, 19, конференц зал.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий».

Автореферат размещен в сети Интернет на официальном сайте Министерства образования и науки РФ vak2.ed.gov.ru и на сайте ФГБОУ ВПО «ВГУИТ» http://www.vsuet.ru, «21» мая 2013 г.

Автореферат разослан «21» мая 2013 г

Ученый секретарь совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук, к.т.н

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время в связи с загрязнением окружающей среды и другим» техногенными факторами люди получают из атмосферного воздуха гораздо меньше кислорода, что приводит к развитию его хронического недостатка в организме -гипоксии, которая отрицательно сказывается на всех органах и системах организма. Метод энтеральной оксигенотерапии в форме употребления кислородных коктейлей, открытый академиком H.H. Сиротининым, успешно применяется согласно данных Новикова Ю.И., Мартынишина М.Я. и др. как для профилактики гипоксии, так и для лечения широкого спектра заболеваний. Синергетический эффект влияния биологически активных компонентов, входящих в рецептуры кислородных коктейлей, в результате сочетанного действия с кислородом, активизирующим обменные процессы на клеточном уровне, подтвержден данными Даниэляна К.Д. Рябцева K.M. Ясюк О.В. и других ученых.

Однако, широкое использование энтеральной оксигенации осложняется факторами неустойчивости кислородной пены, в результате ее быстрого разрушения требуемый объем кислорода не доходит до потребителя. Таким образом, разработка рецептур пенообразующих композиций и технологических параметров, обеспечивающих формирование устойчивых гетерогенных кислородсодержащих пищевых систем, дополнительно содержащих биологически активные компоненты, а также расширение ассортимента кислородных продуктов на их основе является актуальной проблемой.

Цель работы. Научное обоснование выбора ингредиентов и режимов формирования устойчивых гетерогенных пищевых систем для совершенствования технологии и расширения ассортимента кислородсодержащих продуктов обогащенного состава на основе исследования физико-химических свойств пен и процессов пенообразования.

Для достижения поставленной цели были определены и решались следующие задачи:

- обосновать выбор ингредиентов пенообразующих рецептурных композиций на основе комбинирования пенообразователей из животного и биологически активного растительного сырья;

- исследовать пенообразующие свойства сухого белкового полуфабриката и смеси «Альбуфикс», определить параметры и режимы формирования пен додекаедрической структуры с содержанием кислорода не ниже 70-80 %;

- исследовать влияние биологически активных растительных компонентов на свойства гетерогенных кислородсодержащих систем в различных технологических средах;

- исследовать влияние технологических режимов (pH, скорости подачи кислорода, температуры, гидродинамических условий) на процесс формирования и показатели кислородсодержащих гетерогенных пищевых систем;

исследовать влияние низкотемпературной обработки и гидродинамических режимов на кристаллизацию жидкой фазы и свойства гетерогенных кислородсодержащих пищевых систем зернистой структуры различного состава;

- разработать рецептуры пенообразующих композиций и технологию производства кислородных продуктов - коктейлей, кремов, сорбетов на основе пенообразователей животного происхождения и биологически активного растительного сырья в том числе с лечебно-профилактическими свойствами.

Научная новизна работы. Обоснован выбор компонентов животного и растительного происхождения, комплементарность состава, водосорбционных и пенообразующих свойств которых обеспечивает высокое содержание кислорода (75-85 %) и устойчивость структуры (период полураспада более 60 мин) в пищевых пенах с возможностью достижения высоких показателей их биологической ценности. Доказано, что влагосвязывающие свойства растительного сырья (15-24 г/г) способствуют стабилизации свойств пен додекаэдрической структуры, синерезис которых не превышает 40% жидкой основы, разрушение суммарной межфазной поверхности не более 10%. Установлены, закономерности влияния рецептурных соотношений истинных пенообразователей, различного растительного сырья и жидких фитооснов, а также технологических режимов pH, температуры, скорости подачи кислорода, гидродинамических условий на параметры кислородных пен — кратность, период полураспада, кинетику осушения, установлены диапазоны значений, при которых обеспечиваются требуемые показатели качества продуктов — содержание кислорода в пене при осушении не ниже 70%, устойчивость исходной структуры не менее 30 мин. Установлена возможность кристаллизации жидкой фазы поверхностного слоя в процессе пенообразования в условиях одновременной турбулизации системы, введения кислорода и жидкого азота в диапазонах подачи газов 0,02-0,08 см'-/мин и 0,002-0,004 см3/мин соответственно, обеспечивающие получение зернистой структуры пенного продукта с размером зерна 1,5-2,5 мм. На основе исследований процессов пенообразования в растительных эмульсиях с массовой долей

жира до 26 % установлен предельно достижимый уровень насыщения кремообразных структур кислородом (45-60%) в зависимости от вида и количества вводимого в рецептуру растительного сырья. Амперометрическим методом установлено сохранение антиоксидантной активности компонентов рецептур кислородсодержащих продуктов в течение получения, реализации и потребления продукта (не менее 60 мин).

Практическая значимость. Разработаны рецептуры пенообразующих композиций на основе истинных пенообразователей белковой природы сухого полуфабриката белкового и «Альбуфикса» в комбинации с растительными биологически активными, в том числе лекарственными компонентами, обеспечивающих заданные параметры пен: высокое содержание кислорода (70-85%), устойчивость исходной структуры более 30 мин, а также функциональность кислородных продуктов. Установлены режимы получения пен с заданными параметрами: рН 4,6-5,0, скорость подачи кислорода 16,6 — 83,3 см3/с, скорость вращения рабочего органа перемешивающего устройства 2,5 об/с, температура 10-14° С. Определены параметры процесса формирования зернистой структуры кислородсодержащего сорбета с содержанием кислорода не менее 65% при одновременном пенообразовании (скорость подачи кислорода 0,06-0,07 см3/с, вращения рабочего органа 2,0 об/с) и кристаллизации жидкой фазы путем введения жидкого азота в количестве не более 60 см3 на 50 см3 жидкой фитоосновы. Разработана технология производства десертных кислородсодержащих кремов с содержанием кислорода не менее 50% на основе растительных сливок «Дейли Крем» с массовой долей жира 26% с введением в рецептуры растительных биологически активных компонентов (смесей с мукой из семян тыквы или косточек винограда) в количествах до 5%. Технология производства ассортимента кислородсодержащих продуктов на основе композиций СПБ, «Альбуфикса» и растительных компонентов (муки из семян тыквы, расторопши, плодов шиповника, косточек винограда, экстрактов валерианы, женьшеня, эхинацеи) апробирована в условиях НИЛ кафедры сервисных технологий, научно-учебно-производственном центре питания ВГУИТ, ООО «Фабрика кухня», ООО «Белая лилия», ООО «Диет-сервис» разработаны пакеты технической документации по производству пенообразующих сухих смесей, ТТК на «Кислородный коктейль», «Кислородный сорбет», «Кислородный крем», новизна технических решений подтверждена патентами РФ № 2429728 «Способ производства кислородных коктейлей», № 2422051 «Сухая белково-растительная смесь для производства

кислородного коктейля». Расчетная экономическая эффективность внедрения разработанных кислородсодержащих продуктов составляет 2.4 тыс руб на 1 тыс порций.

Положения, выносимые на защиту.

свойства комбинированных пенообразующих систем, содержащих в своем составе истинные пенообразователи белковой природы и биологически активные компоненты растительного происхождения;

- условия и режимы, обеспечивающие формирование и требуемые показатели качества кислородсодержащих пищевых гетерогенных систем различной структуры — жидких и твердых пен, газосодержащих эмульсий;

комплексная оценка качества новых пенообразующих композиций, содержащих нетрадиционное растительное сырье и кислородсодержащих продуктов на их основе: коктейлей, десертов, сорбетов.

Соответствие темы диссертации паспорту научной специальности. Диссертационное исследование соответствует п 1, 3, 5, 10 паспорта специальности 05.18.07 Биотехнология пищевых продуктов и биологических активных веществ

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на Международных (Воронеж - 2008, 2011 гг., Тюмень - 2009 гг., Екатеринбург - 2009 г., Владивосток - 2010 г., Москва - 2010, 2011гг., София — 2012 г.), конференциях, конгрессах и симпозиумах. Результаты работы демонстрировались на Международной постоянно действующей выставке «Воронежский агропромышленный форум» в 2009 г. и были отмечены дипломом, получена золотая медаль на выставке «Воронежагро-2009», «V Воронежский промышленный форум».

Публикации. По материалам исследований опубликовано 16 работ, в том числе 6 статей в журналах, рекомендованных ВАК Минобрнауки РФ, так же получены 2 патента РФ.

Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, пяти глав, основных выводов и результатов, списка литературы из 170 наименований и приложений.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, научная новизна и практическая значимость работы, сформулированы цель и задачи исследований.

В главе 1 дана характеристика гипоксии, причин ее возникновения и последствий для организма. Охарактеризована энтеральная оксигенотерапия как эффективное средство профилактики гипоксии и проведен обзор современного состояния технологий производства пищевых пен. Дан анализ и характеристика технологического оборудования, применяемого для получения кислородных пищевых пен, различных фитооснов, пенообразующих и биологически активных ингредиентов, применяемых в технологии кислородных коктейлей. Приведены данные по проблемам и опыту применения различного пищевого сырья природного происхождения в технологии кислородных продуктов.

В главе 2 охарактеризованы объекты исследования: пенообразователи - Сухой белковый полуфабрикат ТУ 10.02.01.92-89; смесь «Аль-буфикс» изготовитель «Backaldrin Oesterreich The Kornspitz GmbH»/ «Бакальдрин Австрия Корншпиц Компания Гмбх»; жидкие основы — водные экстракты чая черного байхового ГОСТ 1938-90, чая зеленого байхового ГОСТ 1939-90, чайного напитка «Каркаде» ТУ 9198-00246951679-2002, кофе черный растворимый ГОСТ Р 51881- 2002, фруктовые соки ГОСТ Р 52186-2003; мука из плодов шиповника, косточек винограда, семян тыквы, плодов расторотпи ТУ 9146-018-25429112-05; настойки валерианы Р № JICP-002591/09, женьшеня Р № 67/554/134, эхинацеи Р № 000167/01, L-карнитин ТУ 9357-003-02781026-07, жидкий азот ГОСТ 9293-74, пенообразующие комбинированные смеси, кислородные пены различного состава и структуры. Анализ химического состава исследуемых объектов в лабораторных условиях проводили с использованием стандартных и оригинальных методик: массовую долю влаги по ГОСТ Р 51479-99 «Метод определения массовой доли влаги», массовую долю белка определяли методом Кьельдаля, органолептиче-скую оценку проводили по ГОСТ Р 53104-2008 «Метод органолептиче-ской оценки качества продукции общественного питания». Определение остаточных количеств токсичных веществ проводилось в соответствии с методическими указаниями и ГОСТ 26927-86, ГОСТ 26930-86, ГОСТ 30178-96 и ГОСТ Р 51116-97, МР 2273-80. Микробиологические исследования проводили в соответствии с требованиями СанПиН 2.3.2.107801. Количество мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов определяли по ГОСТ 10444.15-94, бактерии группы кишечной палочки - по ГОСТ Р 50474-93, наличие бактерий рода Salmonella - по ГОСТ Р 50480-93. Антиоксидангную активность по ГОСТ Р 54037-2010 Продукты пищевые. Определение содержания водорастворимых антиокеидангов амперометрическим методом в овощах, фруктах, продуктах их переработки, алкогольных и безалкогольных напитках. Аминокислотный

состав исследовали методом ионообменной хроматографии на автоматическом аминокислотном анализаторе марки ААА-881. Минеральный состав образцов определяли методом атомно-абсорбционной спектрометрии, с использованием пламенного атомно-абсорбционного спектрометра AAS-1N «CarlZeis» (Германия). Оценку аминокислотной сбалансированности и биологической ценности пенообразующей способности проводили по следующим показателям: аминокислотный скор продуктов; коэффициент различия аминокислотного скора, коэффициент утилитарности, показатель сопоставимой избыточности; биологическая ценность пищевого белка по методу H.H. Липатова. Изменение процентного содержания оксигемогпобина в артериальной крови (Sp02) фиксировали неинвазивным методом с помощью пульсоксиметра Adult Spo2. Показатели качества готовых кислородсодержащих продуктов определяли в соответствии с юстированными методиками. Образование пены осуществляли барботированием потока кислорода, образованного с помощью кислородного концентратора Atmung LFY-I-5A-W сквозь жидкую основу. Схема проведения эксперимента представлена на рис. 1.

В главе 3 приведены результаты исследования процесса образования кислородных пен различного состава, формирования межфазных адсорбционных слоев, свойства которых определяют основные показатели пены — ее кратность, устойчивость, влагосодержание и кинетику осушения. Процесс пенообразования осуществляли двумя способами: барботированием газового кислородного потока сквозь слой жидкой основы при одновременном регулируемом перемешивании и без.

В качестве пенообразователей исследовали сухой белковый полуфабрикат (СПБ), вырабатываемый из вторичного мясного сырья и смесь «Альбуфикс», традиционно используемую для производства взбивных кондитерских масс. Сравнительный анализ экспериментальных зависимостей кратности, устойчивости и динамики обезвоживания пены на модельных системах в среде дистиллированной воды от концентрации пенообразователя показал, что СБП и «Альбуфикс» обладают достаточно высокой пенообразующей способностью. Максимально достижимая кратность пены для модельных систем (на дистиллированной воде) составила 4-6, что соответствует 200-300 см3 кислорода на 50 см3 воды, что обеспечивается при концентрации СБП и «Альбуфикса» 1,5 и 2,2 % соответственно (рис. 2, 3). При этом образованная пена характеризовалась мелкоячеистой структурой. Исследование пенообразующих свойств СПБ и «Альбуфикса» в различных технологических средах (чае черном и зеленом, кофе, различных восстановленных и свежевыжатых соках,

растительных эмульсий) показало высокие характеристики пен по содержанию кислорода, устойчивости и синерезису при концентрации пенообразователей «Альбуфикса» и СПБ 2±0,2% и 2,5 % соответственно. Таким образом установлена возможность получения устойчивых кислородсодержащих пен на основе исследованных технологических сред с данными пенообразователями.

Рис. 1. Схема экспериментальных исследований

<1

/п

0.5 1.0 1.5 2.0

2.1 С.",'. 3.0

О

5

10 15 20 25 Г. май 30

Рис. 2. Зависимость кратности пены рис. з. Осушение пены во времени:

3 - Спум (контроль)

В качестве компонентов, формирующих дополнительные функциональные и лечебно-профилактические свойства новых кислородсодержащих продуктов исследованы мука из плодов шиповника, косточек винограда, семян тыквы, плодов расторопши. С целью выявления влияния вводимых в пену биологически активных растительных компонентов на показатели пен были изучены их водосвязывающие свойства. По убыванию максимально достижимой степени набухания, исследуемые образцы можно расположить следующим образом: мука из плодов расторопши, из плодов шиповника, из семян тыквы из косточек винограда. Полученные данные свидетельствуют о том, что исследованные растительные компоненты, преобладающим биополимером в составе которых являются пищевые волокна, можно отнести к ограниченно набухающим полимерным структурам с различной степенью упорядоченности макромолекул, это позволило предположить возможность введения их в рецептуры гетерогенных кислородсодержащих систем без снижения основных показателей последних в качестве стабилизаторов пены.

Результатами экспериментальных исследований доказано положительное влияние растительных компонентов на характеристики кислородных пен (рис. 4). Установлено незначительное снижение кратности пен на 10-15 % и вместе с тем увеличение их устойчивости до 60 мин при введении в жидкую основу до 7 % сухих растительных компонентов в сочетании с СПБ.

Экстракты эхинацеи, валерианы и женьшеня проявили слабые пеногасящие свойства. При этом более высокие показатели по содержанию кислорода имели пены с использованием «Альбуфикса» (рис. 5, 6). Установлена возможность введения в рецептуры рекомендуемых к профилактическому приему количеств экстрактов (до

от концентрации пенообразователя: 1 - СБП; 2 - «Альбуфикс»;

1 — СБП; 2 - «Альбуфикс»; 3 - С пум (контроль)

с ■

II I г 3 4 ! Рис. 4. Зависимость кратности кислородной пены от концентрации растительных компонентов: 1 - мука из косточек винограда; 2 -мука из плодов расторопши; 3 - мука из плодов шиповника; 4 - мука из семян тыквы.

кислорода 50-60 % завершается в течение 120 с, дальнейшее взбивание приводит к частичному разрушению пены. Введете биологически активных растительных компонентов в систему оказало различное влияние на кратность пены, что обусловлено взаимодействием пенообразующей композиций с компонентами растительной

3!

0,5 см на порцию) с сохранением требуемых показателей кислородных пен на основе различных фиторастворов.

Экспериментальное исследование процесса образования кислородсодержащих пен на основе расти-тельных эмульсий «Далли Крем» с применением разработанных рецептур показало, что процесс формирования

устоичивои системы с

гетерогенной содержанием

0 3 II) !} :п 25 Г, .пив 311

Рис. 6. Осушение пены во времени с содержанием растительных экстрактов:

1 -валерьяны; 2 -женьшеня; 3 -эхинацеи; 4 - раствора Ь-карнитина.

введении в продукт жидкого азота.

Рис. 5. Зависимость кратности пены «Альбуфикс» от количества экстрактов: 1 — экстракт валерьяны; 2 — экстракт женьшеня; 3 - экстракт эхинацеи;

4 - раствор Ь- карнитина.

эмульсии.

Наиболее высокие

показатели были достигнуты при введении смесей с мукой из семян тыквы или косточек винограда (рис. 7).

При исследовании низкотемпературной обработки кислородных пен с целью получения кислородных сорбетов, процесс замораживания осуществляли в статическом и динамическом режимах с использованием технологий шоковой заморозки или при При замораживании в статическом

>и т о« 120 /я) то :ю г. с 2м Рис. 7. Зависимость кратности пены от времени взбивания: 1 - контроль; 2 - мука из

семян расторопши; 3 - мука из плодов шиповника; 4 - мука из косточек винограда; 5 - мука из семян тыквы.

режиме с градиентом охлаждения 4-5°С/мин объем пены снижался не значительно (на 10-15 %), но органолептические

показатели продукта

ухудшались, пена

характеризовалась плотной, крошливой консистенцией. При введении жидкого азота в процессе взбивания — объем пены снижался более значительно — до 30%, продукт приобретал

зернистую структуру, свойственную сорбетам, что делает его более привлекательным для потребителя и позволяет транспортировать в места, удаленные от производства (рис. 8).

щий максимальные объем и

„. =.«■„, ,.„..,,„„ обусловлены прочностными

характеристиками межфазных адсорбционных слоев, максимальными в изоэлект-рической точке компонентов, обладающих поверхностной активностью. Установлено, что требуемые параметры кислородсодержащей пены на дистиллированной воде достигаются при рН 4,3-4,5 (рис.9). Для чая черного, зеленого, каркаде и кофе черного с сахаром и без наилучшие показатели пены достигнуты при значениях рН — 4-4,3, для сокосодержащей фитоосновы при 3,2-3,8. В ходе экспериментальных исследований доказана целесообразность приготовления кислородных

Рис. 8. Влияние низкотемпературной обработки на объем пены: 1 - до замораживания; 2 - после замораживание в динамических условиях; 3 - после замораживания в статических условиях

Рис. 9. Влияние рН на кратность пен: 1 - СБГТ; 2 - Альбуфикс

коктейлей на основе чая или кофе с лимоном или лимонной, аскорбиновой или янтарной кислотами.

При изучении влияния гидродинамических условий на пенообразование установлено, что наилучшие показатели пен достигаются при значениях Яе 15-18x103 для всех исследуемых технологических сред, что соответствует скорости вращения мешалки 2,0-2,5 об/с. (рис. 10) при более высоких скоростях вращения — наблюдалось разрушение образуемой пены, а при низких — отмечалась недостаточная степень диспергирования кислородного потока и требуемое содержание кислорода в готовом продукте не достигалось.

Исследование фактора скорости подачи барботирую-щего газового потока показало, что максимальне содержание кислорода в пене достигается при подаче 41,6 — 66,6 см3 кислорода/с. При меньших значениях время достижения требуемого уровня газонасыщения пены значительно возрастает, а при увеличении скорости подачи — происходит интенсивное разрушение образуемых пузырьков вследствие излишней турбулизации потока, при этом часть газового потока барботи-и не вступает в процесс пено-потока 8,3 см3/с - время форми-составило более 300 сек, а при

} III 15 20 25 Яе„-11)'3(1

Рис. 10. Зависимость кратности пены от

числа Ке при концентрациях Альбуфикса: 1 - 0,5 %; 2 - 1 %; 3 - 1,5 %; 4 - 2 %; 5 - 2,5 %.

Рис. 11. Зависимость продолжительности процесса ценообразования от скорости газового потока

я 7 6

рует сквозь слой жидкой основы образования. При скорости газового рования контрольного объема пены 66,6 см3/мин — 8 сек (рис. 11).

При исследуемых концентрациях пенообразователя зависимость влияния температуры на кратность пены имеет максимум при 10-15°С (рис. 12). При более низких температурах растительные компоненты не сорбируют достаточного количества влаги и не стабилизируют межфазную поверхность. С увеличением температуры происходит стабилизация максимально достижимого объема пены или его некоторое снижение что, вероятно, обусловлено препятствием температурного воздействия на формирование полислоев межфазных поверхностей.

а б

Рис. 12. Влияние температуры на процесс образования (а) и разрушения пены (б)

при концентрациях «Альбуфикса»: 1 - 1 %; 2 - 1,5 %; 3 - 2 %

Процесс обезвоживания пены с повышением температуры происходил менее интенсивно, что может быть связано с положительным влиянием температуры на степень гидратации биополимеров растительных компонентов.

В главе 5 на основании результатов проведенных исследований процессов пенообразования и параметров кислородных пен на широком спектре фитооснов разработаны рецептуры сухих пенообразующих смесей, содержащих биологически активные растительные компоненты (таблица 1).

Состав разработанных сухих пенообразующих смесей приведен в таблице 2.

Полученные новые кислородсодержащие продукты характеризовались показателями, представленными в таблице 2.

На основании экспериментального определения уровня сатурации кислорода в крови потребителей до и после употребления кислородных продуктов (рис. 13) можно сделать заключение об их функциональном влиянии на организм — повышении уровня этого показателя на 10-30 %.

Содержание тяжелых металлов, в порции кислородного коктейля, мг/кг составило РЬ 0,090-0,015, Сс1 0,015-0,025, Щ 0,11-0,12, Мб 0,064-0,078, что не превышало предельно-допустимые концентрации (СанПиН

2.3.2.1078-01 1.3.1.) По изменению микробиологических показателей, кислотных и пероксвдных чисел установлено, что в течение 2 часов хранения при 2-4° С продукты удовлетворяли гигиеническим требованиям СанПиН

2.3.2.1078-01, а при температурах хранения минус 18 С кислородные пены сохраняли качественные показатели в течение 3-х месяцев.

Анализируя данные органолептической оценки, кислородо-содержания, показателей качества (таблица 3), возможного удовлетворения потребностей организма в калие, железе, хроме, селене, марганце, цинке. С можно заключить, что разработанные продукты обладают высокими потребительскими свойствами и функциональной направленностью, согласно ГОСТ Р 52349-2005

Таблица 1

Рецептуры пенообразующих композиций _

Наименование компонента кпд- 1Ш №1 кпд- 1Т №2 кпд- 1В №3 кпд- 1Р №4 кпд- 2ТВ №5 КПД-2ТР №6 кпд- 2+ №7

Сухой белковый полуфабрикат, г 330 350 370 370 - - -

«Альбуфикс», г - - - - 600 650 620

Мука из семян тыквы, г 670 - - - 200 150 100

Мука го семян шиповника, г - 650 - - - - 100

Мука из семян расторопши, г - - 630 - - 250 100

Мука из косточек винограда, г - - - 630 200 - 80

Итого, г 1000 1000 1000 1000 1000 1000 1000

Рис. 13. Уровень сатурации кислорода в крови потребителей: 1 - до употребления; 2 — после употребления кислородных продуктов

Таблица 2

Состав комплексных пенообразующих добавок (на 100 г)

Наименование кпд- КПД- КПД- КПД- кпд- КПД- КПД-2+

компонента на 100г 1Ш IT IB IP 2ТВ 2ТР №7

№1 №2 №3 №4 №5 №6

Сухие вещества, г 94,8 89,3 90,1 88,8 94,5 94,4 94,0

Влага 5,2 10,7 9,9 11,2 5,5 5,6 6,0

Жиры 1,4 1,3 3,6 1,4 0,1 1,0 0,4

Белки 30,4 32,3 41,3 33,0 30,6 36,3 33,0

Углеводы 9,1 16,1 15,5 23,0 33,4 33,6 25,8

Мин. вещества, мг 500 400 1200 1100 400 500 400

Калий, мг 200 80 600 600 200 300 1060

Железо, мг 3 20 8 200 60 2 8

Хром, мгк - - 10 - - 10 10

Селен, мгк - - 1000 - - 600 200

Марганец, мгк 30 - 50 - 10 10 10

Цинк, мгк 200 - 40 - 50 40 30

Таблица 3

Показатели качества кислородных продуктов

Наименование продукта Содержание кислорода,0/» Устойчивость структуры, мин Уровень синере-зиса, % Содержание кислорода в осушенной пене, % Период полураспада, мин Энерг ценность, кКал

Кислородный коктейль «фруктовое сияние» 80 90 30 70 Более 60 70

Кислородный коктейль «Тоник» 75 90 40 70 Более 60 28

Кислородный десерт 60 120 0 60 Более 180 261

Кислородный сорбет 65 60 5 60 Более 120 (при 20°С) 70

выводы

1. Впервые в качестве пенообразующих рецептурных композиций предложены комбинации компонентов животного (СПБ и «Альбуфикса») и биологически активного в том числе лекарственного растительного сырья (муки из семян тыквы, плодов шиповника, расторопши, косточек винограда, экстрактов эхинацеи, валерианы, женьшеня) обеспечивающие возможность получения высококислородных пенных структур и повышение показателя сатурации кислорода крови на 10-15 % при употреблении кислородных продуктов на их основе.

2. В результате исследований пенообразующих свойств сухого смеси «Альбуфикс» и белкового полуфабриката установлены концентрационные параметры (2,0±0,2 и 2,5±0,2% соответственно) получения устойчивых пен с содержанием кислорода не ниже 75 %, периодом полураспада (не менее 60 мин), кинетикой синерезиса (не более

2 см3/мин), объем которых при завершении процесса осушения снижается не более чем на 15 %.

3. Установлено положительное влияние муки из семян тыквы, семян шиповника, расторопши, косточек винограда, на влагоудерживающую способность пен (до 50 см3 жидкости на 400 см3 пены) а также их устойчивость (время полураспада не менее 60 мин) для широкого спектра жидких основ, установлены концентрационные параметры введения растительных компонентов (до 50 %) в рецептуры сухих пенообразующих композиций, до 7% - в продукты.

4. Установлены закономерности влияния технологических режимов на процесс формирования и устойчивость межфазных адсорбционных слоев в пенах с содержанием кислорода не ниже 75 %, периодом полураспада не менее 30 мин, влагосодержанием не ниже 20 %, определены значения, обеспечивающие требуемые показатели пен: рН 4,6-5,0, скорость подачи кислорода 33,3-41,6 см3/с, скорость вращения рабочего органа перемешивающего устройства 2,0-2,3 об/с, температура 10-14° С.

5. Исследовано влияние гидродинамических режимов, введения кислорода и жидкого азота в систему на процесс формирования зернистой структуры кислородного сорбета, определены параметры формирования требуемых показателей продукта: скорость подачи кислорода 41,6-50 см3/с, жидкого азота 5 см3/с, скорость вращения рабочего органа перемешивающего устройства 1,8-2,0 об/с.

6. Разработаны рецептуры пенообразующих композиций и разработана технология производства кислородных продуктов:

коктейлей, сорбетов, кремов с содержанием кислорода не ниже 75, 60, 50 % соответственно, устойчивостью от 30 до 60 мин, содержанием биологически активных растительных компонентов не ниже 7 % на основе различных фитонапитков в том числе с лечебно-профилактическими свойствами с введением в состав экстрактов эхинацеи или женьшеня или валерианы, а также на основе растительных эмульсий с массовой долей жира 26 %.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах Статьи в журналах, рекомендованных ВАК РФ

1. Родионова, Н. С. Свойства различных пенообразователей в технологии кислородных коктейлей [Текст] / Н.С. Родионова, Л.П. Пащенко, Е.А. Климова // Пиво и напитки. - 2009. - № 5. - С. 20-21.

2. Родионова, Н.С. Исследование технологических свойств растительных сорбирующих добавок [Текст] / Н.С. Родионова, Л. Э. Глаголева, Е. А. Климова //Вестник российской академии сельскохозяйственных наук. - 2011. — № 4. — С. 74-76.

3. Родионова, Н.С. Влияние комплексной пищевой добавки «Пшцевиг» на процесс пенообразования [Текст] / Н.С. Родионова, Л. Э. Глаголева, Е. А. Климова, Л. С. Просвирина // Хранение и переработка сельхозсырья. - 2012. - № 2. — С. 27-29.

4. Родионова, Н.С. Определение параметров процесса набухания компонентов комплексной добавки для производства кислородного коктейля [Текст] / Н.С. Родионова, Л. Э. Глаголева, Е. А. Климова // Хранение и переработка сельхозсырья - 2012. - № 6. - С. 61-62.

5. Родионова, Н. С. Определение свойств кислородных пен с настойками лекарственных трав [Текст] / Н.С. Родионова, Е. А. Климова, Д. С. Попов // Вестник российской академии сельскохозяйственных наук. - 2013. — № 1. — С. 79-80

6. Родионова, Н.С. Влияние гидродинамических условий на образование межфазных адсорбционных слоев в гетерогенных системах [Текст] / Н.С. Родионова, Е. А. Климова, Д. С. Попов // Хранение и переработка сельхозсырья - 2013. - № 3. - С. 11-12.

Труды и материалы конференций

7. Родионова, Н. С. Исследование влияния концентрации различных пенообразователей на свойства кислородных пен [Текст] / Н.С. Родионова, Е. А. Климова // Материалы ХЬУП отчетной конференции за 2008 год; Воронежская государственная технологическая академия. — Ч. 1. - Воронеж, 2009. — С. 34.

8. Родионова, H. С. Исследование влияния рН на устойчивость и кратность кислородной пены в технологии кислородных коктейлей [Текст] / Н. С. Родионова, Е. А. Климова II Региональный рынок потребительских товаров: особенности и перспективы развития, качество и безопасность товаров и услуг; - Сборник трудов третьей Всероссийской заочной научно-пра!сгической конференции; Тюменский государственный нефтегазовый университет Тюмень, 2009 — С. 255.

9. Родионова, Н. С. Исследование фитоосновы для кислородного коктейля [Текст] / Н. С. Родионова, H. Н. Попова, Е. А. Климова // новый этап развития пищевых производств: инновации, технологии, оборудование: - Материалы Всероссийской научно-практической конференции; Уральский государственный экономический университет. Екатеринбург, 2009. - С. 24-25.

10. Родионова, Н. С. К вопросу использования новой пенообразующей добавки при производстве кислородных коктейлей [Текст] / Н. С. Родионова, Л. Э. Глаголева, Е. А. Климова // Новые технологии переработки сельскохозяйственного сырья в производстве продуктов общественного питания: — Сборник материалов международной конференции с элементами научной школы для молодежи; ТГЭУ. - Владивосток, 2010. - С. 182-184.

11. Родионова, Н. С. Изучение влияния комплексной пищевой добавки на процесс ценообразования [Текст] / Н. С. Родионова, Л. Э. Глаголева, Е. А. Климова. II Инновационные процессы в АПК: материалы П Международной . научно-практической конференции преподавателей, молодых ученых, аспирантов и студентов, посвященной 50-летию образования РУДН. Москва РУДН, 2010. - С. 260-261.

12. Родионова, Н. С. Исследование энтеросорбирующих свойств белковых продуктов [Текст] / Н. С. Родионова, Л. Э. Глаголева, Е. А. Климова // Инновационные процессы в АПК: материалы II Международной научно-практической конференции преподавателей, молодых ученых, аспирантов и студентов, посвященной 50-летию образования РУДН. Москва РУДН, 2010. —С. 262-264.

13. Федорова, Е. В. Исследование процесса образования кислородной пены в различных сокосодержащих основах [Текст] / Е. В. Федорова, Е. А. Климова, И. С. Наумченко// Энергосберигагащие процессы и аппараты в пищевых и химических производствах: -материалы международной научно - технической интернет конференции; Министерство образования и науки Российской Федерации, ГОУ ВПО «ВГТА». Воронеж, 2011.-С. 148-152.

14. Наумченко, И. С. Исследование скорости процесса ценообразования в фруктовых соках [Текст] / И. С. Наумченко, Е. В. Федорова, Е. А. Климова, // Секция энергосберигающих технологий, процессов и оборудования пищевых производств: -Материалы XLIX отчетной конференции за 2010 год; Министерство образования и науки Российской Федерации, ГОУ ВПО «ВГТА». Воронеж, 2011. - С. 32.

15. Федорова, Е. В. Исследование процесса обогащения кислородом свежевыжатых соков [Текст] / Е. В. Федорова, Е. А. Климова, А. С. Бадаева // Управление торговлей: теория, пратика инновации: - материалы IV международной научно - практической конференции; Автономная некоммерческая организация высшего профессионального образования Центросоюза российской федерации «Российский университет кооперации». Москва, 2011. - С. 445-449

16. Федорова, Е. В. Исследование влияния пищевой белковой добавки на процесс пенообразования в кислородных коктейлях [Текст] / Е. В. Федорова, И. Н. Болгова, Е. А. Климова, // Образованието и науката на XXI век - 2012: - материали за VIII международна научна практична конференция; Селско стопанство Ветеринарна наука. - Т. 42. -София «Бял ГРАД-БГ» ООД, 2012. - С. 60-62.

Изобретения и патенты

1. Пат. 2429728 РФ, МПК A 23L2/00. Способ производства кислородных коктейлей [Текст] / Родионова Н. С., Пащенко JI. П., Климова Е. А.; заявитель и патентообладатель ГОУВПО «Воронежская государственная технологическая академия».-№2009144652/13; заявл. 01.12.2009; опубл. 27.06.2011 Бкш. №18.

2. Пат. 2422051 РФ, МПК A 23L2/00. Сухая белково-растительная смесь для производства кислородного коктейля [Текст] / Родионова Н. С., Глаголева Л. Э., Климова Е. А., Просвирина Л. С.; заявитель и патентообладатель ГОУВПО «Воронежская государственная технологическая академия». - №2010108487/13; заявл. 09.03.2010; опубл. 27.09.2011 Бюл. №27.

Подписано в печать 21.05. 2013. Формат 60 х 84 1/20 Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 111

ФГБОУВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» (ФГБОУВПО «ВГУИТ») Отдел полиграфии ФГБОУВПО «ВГУИТ» Адрес университета и отдела полиграфии: 394036, Воронеж, пр. Революции, 19

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«ВОРОНЕЖСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ИНЖЕНЕРНЫХ ТЕХНОЛОГИЙ»

КЛИМОВА ЕКАТЕРИНА АЛЕКСЕЕВНА

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ КИСЛОРОДСОДЕРЖАЩИХ ПРОДУКТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕТРАДИЦИОННОГО

РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ

05.18.07 - «Биотехнология пищевых продуктов и биологических активных веществ»

На правах рукописи

04201360500

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Родионова Н.С.

Воронеж-2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.............................................................................. 5

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ В ОБОСНОВАНИИ ВЫБОРА ИНГРЕДИЕНТОВ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КИСЛОРОДНЫХ ПРОДУКТОВ

1.1 Гипоксия, причины возникновения, симптомы, основные последствия для организма человека................................................ 9

1.2 Энтеральная оксигенация как элемент кислородтерапии.......... 12

1.3 Современное состояние технологий производства пищевых пен............................................................................ 17

1.4 Технологическое оборудование и сырье для производства кислородных коктейлей............................................................... 20

1.5 Характеристика сухого белкового полуфабриката и смеси «Альбуфикс», как пенообразователей для кислородных коктейлей................................................................................ 29

1.6 Возможность использования биологически активных ингредиентов растительного происхождения в технологии производства

кислородсодержащей продукции................................................... 36

ГЛАВА 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ. ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Объекты исследования.................................................. 48

2.2 Организация эксперимента............................................... 48

2.3 Методы исследований........................................................ 51

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ РЕЦЕПТУРНЫХ КОМПОЗИЦИЙ КОМБИНИРОВАННЫХ ГШНО ОБРАЗУЮЩИХ СИСТЕМ НА ОСНОВЕ ЖИВОТНОГО И РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ

3.1 Исследование пенообразующих свойств СБП и смеси «Альбуфикс»............................................................................. 57

3.2 Исследование процессов сорбции воды растительными компонентами.......................................................................... 63

3.3 Исследование пенообразующих свойств комбинированных смесей на основе пенообразователей животного происхождения и биологически активного растительного сырья.................................. 71

3.4 Исследование пенообразующих свойств комбинированных

систем в свежевыжатых соках...................................................... 74

ГЛАВА 4. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНОЕ ОБОСНОВАНИЕ РЕЖИМОВ ПРОЦЕССОВ ОБРАЗОВАНИЯ КИСЛОРОДНЫХ ПЕН РАЗЛИЧНОГО СОСТАВА

4.1 Влияние температуры на процесс формирования межфазных адсорбционных слоев и их устойчивость.............................................. 77

4.2 Влияние рН на процесс ценообразования и параметры кислородных пен различного состава................................................... 81

4.3 Влияние гидродинамических условий на процесс ценообразования и показатели качества кислородных пен различного состава. 83

4.4 Влияние скорости подачи кислорода на процесс пенообразования............................................................................ 86

4.5 Исследование процесса низкотемпературной обработки жидкой фазы гетерогенных кислородсодержащих систем.................................................................................... 87

4.6 Исследование процесса пенообразования на основе растительных эмульсий.............................................................. 89

4.7 Математическая обработка результатов экспериментальных

исследований.......................................................................... 91

ГЛАВА 5. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ КИСЛОРОДНЫХ ПРОДУКТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ НЕТРАДИЦИОННОГО РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ

5.1 Разработка и обоснование рецептурно-компонентных решений

и технологических режимов производства кислородсодержащих продуктов................................................................................ 93

5.1.1 Разработка и обоснование технологических режимов производства кислородных коктейлей.......................................... 98

5.1.2 Разработка и обоснование технологических режимов производства кислородсодержащих десертов.................................. 101

5.1.3 Разработка и обоснование технологических режимов производства кислородсодержащих сорбетов............................... 102

5.2 Исследование микробиологических показателей кислородных

продуктов................................................................................ 103

5.3 Исследование антиоксид антной активности и цветности

продуктов.............................................................................. 105

5.4 Исследование влияния кислородного коктейля на уровень

оксигенации крови контрольной группы методом пульсоксиметрии...... 109

ОСНОВНЫЕ ВЫВОДЫ И РЕЗУЛЬТАТЫ РАБОТЫ......................... 112

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК............................................ 114

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

ВВЕДЕНИЕ

• Актуальность работы. В связи с загрязнением окружающей среды и другими техногенными факторами люди получают из атмосферного воздуха гораздо меньше кислорода, что приводит к развитию его хронического недостатка в организме - гипоксии, которая отрицательно сказывается на всех органах и системах человека [2, 105]. Метод энтеральной оксигенотерапии в форме употребления кислородных коктейлей, открытый академиком Н. Н. Сиротининым [93], успешно применяется согласно данным Ю. И. Новикова, М. Я. Мартынишина и др. как для профилактики гипоксии [55], так и для лечения широкого спектра заболеваний. Синергетический эффект влияния биологически активных компонентов, входящих в рецептуры кислородных коктейлей, в результате сочетанного действия с кислородом, активизирующим обменные процессы на клеточном уровне, подтвержден данными К. Д. Даниэляна, К. М. Рябцева, О. В. Ясюк и других ученых [29].

Однако широкое использование кислородотерапии осложняется факторами неустойчивости кислородной пены. В результате ее быстрого разрушения потребитель не получает требуемого объема кислорода за 1 прием. Таким образом, разработка рецептур пенообразующих композиций и условий формирования устойчивых гетерогенных кислородсодержащих продуктов, дополнительно содержащих биологически активные растительные компоненты, является актуальной проблемой [3, 96].

Цель работы - научное обоснование выбора ингредиентов и режимов формирования . устойчивых гетерогенных пищевых систем для совершенствования технологии и расширения ассортимента кислородсодержащих продуктов обогащенного состава на основе исследования физико-химических свойств пен и процессов пенообразования.

Для достижения поставленной цели были определены и решались следующие задачи:

■ - обоснование выбора ингредиентов пенообразующих рецептурных

композиций на основе комбинирования пенообразователей из животного и биологически активного растительного сырья;

- исследование пенообразующих свойств сухого белкового полуфабриката и смеси «Альбуфикс», определение параметров и режимов формирования пен додекаэдрической структуры с содержанием кислорода не ниже 70-80 %;

исследование влияния биологически активных растительных компонентов на свойства гетерогенных кислородсодержащих систем в различных технологических средах;

- исследование влияния технологических режимов (рН, скорости подачи кислорода, температуры, гидродинамических условий) на процесс формирования и показатели кислородсодержащих гетерогенных пищевых систем;

исследование влияния низкотемпературной обработки и гидродинамических режимов на кристаллизацию жидкой фазы и свойства гетерогенных кислородсодержащих пищевых систем зернистой структуры различного состава;

- разработка рецептур пенообразующих композиций и технологии производства кислородных продуктов - коктейлей, кремов, сорбетов на основе пенообразователей животного происхождения и биологически активного растительного сырья, в том числе с лечебно-профилактическими свойствами.

Научная новизна работы. Обоснована комплементарность состава выбор животного и растительного происхождения, компонентов водосорбционные и пенообразующие свойства которых обеспечивают высокое содержание кислорода (75 .- 85 %) и устойчивость структуры (период полураспада более 60 мин) в пищевых пенах с возможностью достижения высоких показателей их биологической ценности. Доказано, что влагосвязывающие свойства растительного сырья (15 - 24 г/г) способствуют стабилизации свойств пен додекаэдрической структуры, синерезис которых не превышает 40 % жидкой основы, разрушение суммарной межфазной поверхности - не более 10 %. Установлены закономерности влияния рецептурных соотношений истинных

пенообразователей различного растительного сырья и жидких фитооснов, а также технологических режимов рН, температуры, скорости подачи кислорода, гидродинамических условий на параметры кислородных пен — кратность, период полураспада, кинетику осушения. Установлены диапазоны значений, при которых обеспечиваются требуемые показатели качества продуктов — содержание кислорода в пене при осушении не ниже 70 %, устойчивость исходной структуры -не менее 30 мин. Установлена возможность кристаллизации жидкой фазы поверхностного слоя в процессе пенообразования в одновременной турбулизации системы, введения кислорода и жидкого азота в диапазонах подачи газов 16,6 -83,3 см3/с и 0,002 - 0,004 см3/мин условиях обеспечивающих получение зернистой структуры пенного продукта с размером зерна 1,5 - 2,5 мм. На основе исследований процессов пенообразования в растительных эмульсиях с массовой долей жира до 26 % установлен предельно достижимый уровень насыщения кремообразных структур кислородом (45 - 60 %) в зависимости от вида и количества вводимого в рецептуру растительного сырья. Амперометрическим методом установлено сохранение антиоксидантной активности компонентов рецептур кислородсодержащих продуктов в течение получения, реализации и потребления продукта (не менее 60 мин).

Практическая значимость. Разработаны рецептуры пепообразующих композиций на основе истинных пенообразователей белковой природы сухого полуфабриката белкового и «Альбуфикса» в комбинации с растительными биологически активными, в том числе лекарственными компонентами, обеспечивающих заданные параметры пен: высокое содержание кислорода (7085 %), устойчивость исходной структуры - более 30 мин, а также функциональность кислородных продуктов. Установлены режимы получения пен с заданными параметрами: рН - 4,6 - 5,0, скорость подачи кислорода - 16,6 - 83,3

3 1

см /с, частота вращения рабочего органа перемешивающего устройства - 2,5 с" , температура - .10-14° С. Определены параметры процесса формирования зернистой структуры кислородсодержащего сорбета с содержанием кислорода не

менее 65 % при одновременном пенообразовании (скорость подачи кислорода 0,06

1 1 - 0,07 см /с, частота вращения рабочего органа 2,0 с" ) и кристаллизации жидкой

фазы путем введения жидкого азота в количестве не более 60 см3 на 50 см3

жидкой фитоосновы. Разработана технология производства десертных

кислородсодержащих кремов с содержанием кислорода не менее 50 % на основе

растительных сливок «Дейли Крем» с массовой долей жира 26 % с введением в

рецептуры растительных биологически активных компонентов (смесей с мукой из

семян тыквы или косточек винограда) в количестве до 5 %. Технология

производства ассортимента кислородсодержащих продуктов на основе

композиций СБП, «Альбуфикса» и растительных компонентов (муки из семян

тыквы, расторопши, плодов шиповника, косточек винограда, экстрактов

валерианы, женьшеня, эхинацеи) апробирована в условиях НИЛ кафедры

сервисных технологий, научно-учебно-производственном центре питания ВГУИТ,

ООО «Фабрика кухня», ООО «Белая лилия», ООО «Диет сервис». Разработаны

пакеты технической документации по производству пенообразующих сухих

смесей, ТТК на «Кислородный коктейль», «Кислородный сорбет», «Кислородный

крем». Новизна технических решений подтверждена патентами РФ № 2429728

«Способ производства кислородных коктейлей», № 2422051 «Сухая белково-

растительная смесь для производства кислородного коктейля». Расчетная

экономическая эффективность внедрения разработанных кислородсодержащих

продуктов составляет 2,4 тыс. р. на 1 тыс. порций (приложение 1).

Апробация работы. Основные результаты работы доложены на Международных (Воронеж, 2008, 2011 гг., Тюмень, 2009 г., Екатеринбург, 2009 г., Владивосток, 2010 г., Москва, 2010, 2011гг., София, 2012 г.), конференциях, конгрессах и симпозиумах. Результаты работы демонстрировались на Международной постоянно действующей выставке «Воронежский агропромышленный форум» в 2009 г. и были отмечены дипломом, получена золотая медаль на выставке «Воронежагро - 2009», «V Воронежский промышленный форум».

ГЛАВА 1. ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ В ОБОСНОВАНИИ ВЫБОРА ИНГРЕДИЕНТОВ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА КИСЛОРОДНЫХ ПРОДУКТОВ

1.1 Гипоксия, причины возникновения, симптомы, основные последствия для организма человека

Уровень насыщения артериальной крови кислородом является одним из наиболее важных показателей жизнедеятельности организма. Незначительные нарушения работы легких и сердца могут привести к развитию хронического недостатка кислорода в организме - гипоксии, отрицательно влияющей практически на все органы и системы [57, 84, 97] вследствие недостатка энергии на клеточном уровне, последующей гибели клеток, органному некрозу и органной недостаточности. Гипоксия не только осложняет течение заболеваний органов дыхания, но и определяет их исход.

Причины гипоксии в современных условиях: техногенное загрязнение окружающей среды, активное и пассивное курение, плохая вентиляция, вода, содержащая загрязнения и химически активные элементы, дисбаланс питания, избыточное употребление алкоголя, гиподинамия, хронический стресс. Как правило, перечисленные факторы действуют системно. В результате чего снижается поступление кислорода к тканям и органам или ухудшается его потребление на клеточном уровне [7, 20, 99].

Выделяемые в атмосферу производством и автомобильным транспортом оксид углерода (СО), оксид азота (N0), цианид (CN-) и другие вещества являются конкурентами кислорода за связывание с гемоглобином крови. Накапливаясь в атмосфере воздуха городов, они негативно влияют на связывание кислорода с гемоглобином крови [95, 96, 156, 158, 167]. Ориентируясь на эти критерии, были выбраны самые экологически «загрязнённые» города мира и самые «грязные» страны [99, 100].

Согласно итогам исследования, проведенного американским фондом ВкскБтНЫпзНи^е [101], Россия лидирует по числу самых загрязненных населенных пунктов мира: в списке из 35 населенных пунктов 8 расположены на российской территории. На втором месте стоит Индия (в список попали 6 иидийских городов), далее следуют Филиппины, США, Китай и Румыния.

Проанализированные данные свидетельствуют о том, что экологическая обстановка в современном мире способствует развитию массовой гипоксии населения планеты.

Различают острое и хроническое кислородное голодание клеток. Острая гипоксия развивается при всех видах шока, кровопотерях, физических перегрузках. Хроническая гипоксия наблюдается при ряде патологических состояний: заболевания органов дыхания, сердечно-сосудистой системы, заболевания крови, печени, почек, эндокринной системы [93].

Необходимым условием жизнедеятельности любой биологической структуры является непрерывное потребление энергии. Эта энергия расходуется на пластические процессы, сохранение и обновление элементов, входящих в состав данной структуры, и на обеспечение ее функциональной активности [105].

Все животные получают необходимую им энергию при катаболизме содержащихся в пище углеводов, жиров и белков. Однако клетки животных организмов не способны непосредственно использовать энергию питательных веществ. Последние должны предварительно пройти многочисленные превращения, совокупность которых называется биологическим окислением. В результате биологического окисления энергия питательных веществ переходит в легко утилизируемую форму фосфатных связей макроэргических соединений, среди которых ключевое место занимает АТФ. Основная часть макроэргов образуется в митохондриях, в которых происходит сопряженное с фосфорилированием окисление субстратов, следовательно, для нормального энергообеспечения жизненных процессов необходимо, чтобы в митохондрии

поступало достаточное количество субстратов и кислорода, происходила эффективная их утилизация и непрерывно образовывались достаточные количества АТФ.

Если потребность в АТФ не удовлетворяется, возникает состояние энергетического дефицита, приводящее к закономерным метаболическим, функциональным и морфологическим нарушениям вплоть до гибели клеток. При этом возникают разнообразные приспособительные и компенсаторные реакции. Совокупность всех этих процессов входит в понятие гипоксии.

В зависимости от этиологии, степени, скорости развития и продолжительности гипоксического с�