автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.04, диссертация на тему:Разработка технологии пробиотических БАД, обогащенных полиненасыщенными жирными кислотами

На правах рукописи

БУЯНТУЕВА ЛАРИСА ВАЛЕРЬЕВНА

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОБИОТИЧЕСКИХ БАД, ОБОГАЩЕННЫХ ПОЛИНЕНАСЫЩЕННЫМИ ЖИРНЫМИ КИСЛОТАМИ

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

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

5 ДЕК 2013

005542622

Улан-Удэ-2013

005542622

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления» (ВСГУТУ)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор

Хамагаева Ирина Сергеевна

Официальные оппоненты: Жамсаранова Сэсэгма Дашиевна,

доктор биологических наук, профессор

кафедры «Биорганическая и пищевая химия»

ВСГУТУ

Бояринева Ирина Валерьевна

кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология продуктов общественного питания» ФГБОУ ВПО «Хабаровская государственная академия экономики и права»

Ведущая организация: ФГБУН «Институт общей и экспериментальной

биологии СО РАН» (г. Улан-Удэ)

Защита диссертации состоится 25 декабря 2013 г в 13™ часов на заседании диссертационного совета Д 212.039.05 при ФГБОУ ВПО «Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления» по адресу: 670013, г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40в, ауд. 8-124.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВСГУТУ. Автореферат разослан ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета

Столярова Анна Сергеевна

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время основную опасность для здоровья населения и проблему для здравоохранения представляют болезни сердечно-сосудистой системы. Среди них атеросклероз - наиболее распространенное хроническое заболевание. На развитие атеросклероза артерий и связанных с ним болезней сердца и сосудов влияет избыток холестерина.

Установлено наличие обратной связи между содержанием полиненасыщенных жирных кислот в рационе питания человека и концентрацией холестерина и триглицеридов в крови. Исследования образа жизни, здоровья и особенностей питания жителей Средиземноморья или людей, регулярно употребляющих рыбу, показали, что низкий уровень сердечно-сосудистых заболеваний среди групп населения обусловлен высоким уровнем потребления полиненасыщенных жирных кислот (в основном, омега-3).

Необходимо отметить, что важнейшая роль в профилактике и коррекции нарушений липидного обмена, предупреждении прогрессирования уже развившихся атеросклеротических поражений сосудов принадлежит применению системных продуктов здоровья на основе пробиотических микроорганизмов.

Таким образом, проведение исследований в области изучения влияния полиненасыщенных жирных кислот на холестеринметаболизирующую активность бифидобактерий открывает широкие перспективы для создания продуктов функционального питания для профилактики заболеваний, вызванных повышенным уровнем холестерина в крови.

Цель работы. Разработка пробиотических биологически активных добавок (БАД), обогащенных полиненасыщенными жирными кислотами.

Для достижения указанной цели были определены следующие задачи:

— с использованием метода структурирования функции качества разработать концепцию пробиотических биологически активных добавок, обогащенных полиненасыщенными жирными кислотами;

— исследовать бифидогенные свойства кедрового и льняного масла;

— исследовать влияние кедрового и льняного масла на холестеринметаболизирующую активность бифидобактерий;

— исследовать жирнокислотный состав биомассы пробиотических микроорганизмов;

-разработать технологическую схему получения пробиотических биологически активных добавок, обогащенных полиненасыщенными жирными кислотами;

— провести сенсорную экспертизу пробиотических биологически активных добавок, обогащенных полиненасыщенными жирными кислотами;

— с использованием системы «таргет-костинг» рассчитать себестоимость пробиотических биологически активных добавок, обогащенных полиненасыщенными жирным кислотами.

Научная новизна. В результате проведенных исследований установлено, что полиненасыщенные жирные кислоты кедрового и льняного масла обладают бифидогеннымн свойствами. Выбрана оптимальная доза внесения кедрового и льняного масла - 1,5% от объема питательной среды, которая обеспечивает активный рост бифидобактерий.

Отмечено высокое разрушение холестерина в процессе культивирования штамма В. longum DK-100, которое составляет 68,09% при добавлении кедрового и 74,39% — льняного масла. Установлено, что внесение кедрового и льняного масла в питательную среду в два раза повышает холестеринметаболизи-рующую способность бифидобактерий по сравнению с контролем.

Обнаружено, что культивирование бифидобактерий в питательной среде с растительными маслами приводит к увеличению содержания линолевой и уменьшению содержания линоленовой кислот, что приводит к оптимальному соотношению ш-6 и со-3 жирных кислот, при культивировании бифидобактерий с кедровым маслом.

Практическая значимость. Основные результаты исследований нашли практическую реализацию в разработке технологии биологически активных добавок. Разработаны проекты технической документации и проведена опытно-промышленная проверка технологии БАД в условиях Малого инновационного предприятия (МИП) «Бифивит» при ВСГУТУ.

Апробация работы. Результаты работы были доложены и обсуждены на научных конференциях ВСГУТУ (ВСГТУ) (Улан-Удэ, 2010-2013), Международном научном форуме «Пищевые инновации и биотехнологии» (Кемерово, 2013); Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы товароведения и безопасности товаров» (Коломна, 2013).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 8 работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, аналитического обзора, методической части, результатов эксперимента и их анализа, списка литературы и приложений. Основная часть работы изложена на 125 страниц машинописного текста, включает 36 таблиц, 24 рисунка, 2 приложения. Список литературы включает 128 наименований.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

Экспериментальная часть исследований проводилась в лабораториях кафедры «Технология молочных продуктов. Товароведение и экспертиза товаров» и МИП «Бифивит» при ВСГУТУ.

Объектами исследований служили чистые культуры В. bifldum 83, В. longum DK-100, полученные из Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов ФГУП ГосНИИ «Генетика», активизированные уникальным

биотехнологическим методом, разработанным в ВСГУТУ, и В. 1оп§иш В379М, а также кедровое и льняное масло.

Для культивирования пробиотических микроорганизмов применяли питательную среду на основе осветленной сыворотки с внесением ростовых компонентов, разработанную в ВСГУТУ.

Активную кислотность определяли по ГОСТ Р 53359-2009, контаминацию - ГОСТ Р 53430-2009; рост биомассы фотоколориметрическим методом на спектрофотометре РВ-101 АРЕЬ при Х=500 нм; количественный учет бифидо-бактерий - по МУК 4.2.999-00; жирнокислотный анализ на хроматографе Кристалл 2000 М с пламенным детектором ПИД. В таблицах обсуждены статистически достоверные различия при р<0,05.

Общая схема проведения эксперимента представлена на рисунке 1.

Показатели: Органолептические показатели. Активная кислотность. Оптическая плотность при Х=500 нм. Количество клеток бифидобактерий. Холестеринметаболи-зирующая активность. Содержание метиловых эфиров жирных кислот Показатели безопасности.

Контаминация.

Рисунок 1- Схема проведения эксперимента

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ Исследование бифидогенных свойств кедрового и льняного масла

На основании анализа потребительских предпочтений и структурирования функции качества нами разработана концепция пробиотических биологически активных добавок, обогащенных полиненасыщенными жирными кисло-

Исследование бифидогенных свойств кедрового и льняного масла 3,4

I

Обработка результатов

тами, которая отражает требования и ожидания потребителей. Проектируемый продукт должен обладать следующими характеристиками: безопасная натуральная бифидосодержащая биологически активная добавка, обогащенная полиненасыщенными жирными кислотами, эффективная при употреблении, обладающая приятными вкусоароматическими свойствами и удобная в использовании.

Новейшие исследования показали, что все виды пищевых жиров воздействуют на рост кишечных бактерий по-разному. При этом известно, что народная медицина всегда считала кедровое и льняное масло замечательным лечебным средством при заболеваниях желудочно-кишечного тракта. Это подтверждается исследованиями японских ученых, которые выяснили, что диета на основе льняного масла стимулирует рост лактобацилл в желудочно-кишечном тракте.

Общеизвестно, что кедровое, а в особенности, льняное масло являются отличными внешними источниками ценных полиненасыщенных жирных кислот. В связи с этим выдвинута гипотеза о воздействии полиненасыщенных жирных кислот на микрофлору желудочно-кишечного тракта, основным представителем которой являются бифидобактерии. Для подтверждения выдвинутой гипотезы изучено влияние различных доз кедрового и льняного масла на рост разных штаммов бифидобактерий.

В результате проведенных исследований установлено, что при повышении дозы вносимого масла до 1,5% наблюдается сокращение лаг-фазы и ускорение роста. Дальнейшее увеличение дозы приводит к угнетению роста микроорганизмов. Исследования биохимической активности разных штаммов бифидобактерий были проведены при внесении оптимальной дозы растительных масел в количестве 1,5%.

Результаты исследования влияния льняного масла на накопление биомассы и рост бифидобактерий представлены на рисунках 2 и 3.

- контроль

■ — В. ЫЫит 8 3 —В. 1огщит ЭК-100 —В. 1о1Щит В379М

18 24 Время, ч

Рисунок 2 - Влияние льняного масла на накопление биомассы бифидобактерий

20 24

Время, ч ■ контроль г

£ В. Ыйс1ит8 3

□ В. 1оп|>ит БК-ЮО

И Б. 1оп^тВ379М

Рисунок 3 - Влияние льняного масла на количество жизнеспособных клеток

Из рисунка 2 видно, что льняное масло обладает высокими бифидоген-ными свойствами. Отмечено увеличение количества жизнеспособных клеток микроорганизмов до 1012 КОЕ/см3 (рис. 3).

Подобная динамика наблюдается при изучении влияния кедрового масла: внесение масла в питательную среду увеличивает накопление биомассы бифидобактерий по сравнению с контролем, при этом количество жизнеспособных клеток через 20 ч культивирования составляет 1011 КОЕ/см3, что на порядок выше, чем в контроле.

Следует отметить, что результаты исследований согласуются с литературными данными об ускорении роста и повышении выживаемости некоторых лактобацилл при культивировании на среде с добавлением ненасыщенных жирных кислот. Вероятно, это связано с высоким содержанием оо-З и со-6 кислот, которые увеличивают выход биомассы и способствуют активному росту микроорганизмов.

В результате проведенных исследований установлено, что кедровое и льняное масло обладают бифидогенными свойствами и стимулируют рост бифидобактерий.

Исследование влияния кедрового и льняного масла на холестеринметаболизирующую активность бифидобактерий

Известно, что микроорганизмы желудочно-кишечного тракта принимают участие в биотрансформации холестерина. Во многих исследованиях было показано, что холестерин и гомологичные фотостерины могут разрушаться как чистыми культурами, так и смешанными культурами кишечных микроорганизмов. Способность ассимилировать холестерин в питательных средах проявляли также пробиотические микроорганизмы.

Согласно литературным данным, кедровое масло отличается высоким уровнем содержания полиненасыщенных жирных кислот, которые чрезвычайно важны для организма человека - они способствуют снижению холестерина в крови. Эти кислоты не синтезируются в организме человека, поэтому должны обязательно присутствовать в продуктах ежедневного рациона.

В связи с этим изучали влияние кедрового масла на холестеринметаболизирующую активность бифидобактерий. Результаты исследований представлены на рисунке 4.

Как видно из данных рисунка 4, при внесении 1,5 % кедрового масла в питательную среду наблюдается высокое разрушение холестерина в процессе культивирования по сравнению с контролем. Следует отметить, что все культуры обладают достаточно высокой холестеринметаболизирующей активностью. Но наибольшая степень деградации холестерина отмечена у штамма В. 1опёиш БК-ЮО (68,9%).

контроль без

добавления масла --В. ЫПс1шп 8 3

-*-В. 1оп§ит БК-100

*-В. 1оп§шп В379М

12 24 Время, ч

Рисунок 4 - Влияние кедрового масла на холесгеринметаболизирующую активность бифидобакгерий

Динамика влияния льняного масла на холестеринметаболизирующую активность пробиотических микроорганизмов представлена на рисунке 5. Льняное масло является самым богатым источником полиненасыщенных жирных кислот со-3 и (0-6. Причем, если ш-6 присутствует также в других растительных маслах, то со-З содержится в большом количестве только в льняном масле.

я

я £

—•-контроль без

добавления масла --В. ЫЯс1ит 8 3

-*-В. 1оп§шт1 ЭК-100

-X-В. 1оп§шп В379М

б 12 24 Время, ч

Рисунок 5 - Влияние льняного масла на холестеринметаболизирующую активность бифидобакгерий

Установлено, что при внесении 1,5% льняного масла в питательную среду в процессе культивирования всех штаммов бифидобактерий идет активная деградация холестерина по сравнению с контролем. Но наибольшим гипо-холестеринемическим эффектом обладает также штамм В. 1оп^ш ОК.-100, который разрушает до 74,39% общего холестерина.

Таким образом, на основании проведенных исследований установлено, что внесение кедрового или льняного масла в питательную среду в два раза повышает холестеринметаболизующую способность бифидобактерий.

Исследование жирнокислотного состава биомассы пробиотических микроорганизмов

В дальнейших исследованиях изучали жирнокислотный состав биомассы бифидобактерий. Результаты исследования представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Жирнокислотный состав биомассы бифидобактерий с кедровым

маслом

Наименование исследуемого образца

Наименование показателя Кедровое масло В. 1огц5шп БК-100 с кедровым маслом В. 1о1^ит В379М с кедровым маслом В. Ыйс1ит 83 с кедровым маслом

Насыщенные: 7,67 8,35 9,15 11,32

С ю:0 каприновая - - - 0,15

Сил лауриновая - - - 0,19

Сию миристиновая - - 0,08 0,55

С]б:о пальмитиновая 4,48 6,22 5,37 6,36

С180 стеариновая 2,79 2,13 3,40 3,79

Содержание С200 арахиновая 0,40 - 0,30 0,28

жирных Мононенасыщенные: 26,53 19,48 22,53 22,69

кислот, % С181 олеиновая 25,25 19,48 21,89 22,06

С201 гондоиновая 1,28 - 0,64 0,63

Полиненасыщенные: 63,28 69,12 66,17 64,56

С18:2 линолевая 43,59 54,14 56,02 54,83

С183 линоленовая 19,57 14,98 10,01 9,61

С202 эйкозадиеновая 0,12 - 0,14 0,12

Итого: 97,48 96,95 97,85 98,57

Содержание

полиненасыщенных жирных ш-6 ш-3 43,59 19,57 54,14 14,98 56,02 10,01 54,83 9,61

кислот, %

Соотношение кислот ш-6:о)-3 2,23:1 3,61:1 5,60:1 5,71:1

Из таблицы 1 видно, что в составе биомассы бифидобактерий с кедровым маслом преобладающими жирными кислотами являются: из мононенасыщенных - олеиновая; полиненасыщенных - линолевая. При культивировании пробиотических микроорганизмов с кедровым маслом происходит увеличение содержания линолевой и уменьшение содержания линоленовой кислот, что приводит к оптимальному соотношению ш-6 и ю-3 для организма человека.

Такая же динамика наблюдается при культивировании бифидобактерий на питательной среде с льняным маслом (табл. 2).

Таблица 2 - Жирнокиототный состав биомассы бифидобактерий с льняным

маслом

Наименование исследуемого образца

Наименование показателя Льняное масло В. longum ОК.-100 В. 1о1^ит В379М В. ЫЯс1ит 83 с льня-

с льняным с льняным ным мас-

маслом маслом лом

Насыщенные: 9,95 10,71 9,83 10,83

Сюо каприновая - - - 0,07

Содержание жирных кислот, % С120 лауриновая Сил миристиновая Сию пальмитиновая С]8:о стеариновая С2оо арахиновая С22 о бегеновая 5,8 3,91 0,2 0,04 1,94 6,61 2,16 0,09 5,8 3,82 0,12 0,09 0,31 6,28 3,96 0,12

Мононенасыщенные: С пальмитолеиновая С181 олеиновая 17,68 0,09 17,31 18,51 18,51 16,53 0,11 16,29 16,42 0,13 16,19

С20:1 гондоиновая С221 эруковая 0,14 0,14 - 0,13 0,1

Полиненасыщенные: С182 линолевая С18 з линоленовая 72,23 16,8 55,37 70,76 26,59 44,17 72,23 27,21 44,9 71,9 26,24 45,54

С202 эйкозадиеновая 0,06 - 0,12 0,12

Итого: 99,86 99,98 98,59 99,15

Содержание

полиненасыщенных жирных ю-6 со-3 16,80 55,37 26,59 44,17 27,12 44,90 26,24 45,54

кислот, %

Как видно из таблицы 2, в составе биомассы бифидобактерий с льняным маслом из мононенасыщенных жирных кислот преобладает олеиновая кислота, из полиненасыщенных — линоленовая, которая в среднем составляет 44-45%. При культивировании бифидобактерий с льняным маслом наблюдается увеличение количества линолевой кислоты ш-6 и уменьшение линоленовой со-3.

Из литературных данных известно, что бифидобактерии обладают липо-литической активностью. Вероятно, внесение растительного масла индуцирует липолитическую активность бифидобактерий, что приводит к расщеплению двойной связи, в результате чего происходит уменьшение содержания линоленовой кислоты и увеличение линолевой.

Следует отметить, что возможно, это связано также "и с уменьшением олеиновой кислоты, которая может превращаться в линолевую.

Согласно современным представлениям, линолевая и альфа-линоленовая кислоты в организме человека могут являться биохимическими предшественниками физиологически значимых длинноцепочечных полиненасыщенных жирных кислот с 20-22 атомами углерода: линолевая — арахидоно-

10

вой (эйкозатетраеновой) кислоты, которая относится к семейству омега-6; аль-фа-линоленовая — эйкозапентоеновой и докозагексаеновой кислот, которые относятся к семейству омега-3.

Полученные нами экспериментальные данные показали, что полиненасыщенные жирные кислоты кедрового и льняного масла не только стимулируют рост бифидобактерий, но и повышают их холестеринметаболизирующую активность.

Разработка технологической схемы получения пробиотических БАД, обогащенных полиненасыщенными жирными кислотами

На основании проведенных экспериментов разработана технологическая схема, представленная на рисунке 6.

Осветление сыворотки И92-95)"С, т=30 мин

Приготовление

инокулята *

В. 1огщит

ШС-ЮО

Внесение компонентов

А.

Внесение кедрового или льняного масла (1,5%)

I

Эмульгирование 2-5 мин

I

Внесение инокулята В. [опцит РК-100 (3%)

Наращивание биомассы 1=(Зб±1)°С, т= 18-20 ч с двукратной нейтрализацией

| Отделение биомассы от культуральной жидкости_|

__I_.

| Розлив, укупорка, маркировка_|

1 Хранение т=120 сут, М4+2)"С 1

Рисунок 6 - Технологическая схема производства пробиотической БАД, обогащенной ПНЖК

Особенностью предлагаемой технологии является внесение кедрового или льняного масла в охлажденную питательную среду, в связи с неустойчивостью жирных кислот при стерилизации. В качестве инокулята применяют штамм В. 1оп£шп ЭК-100. Срок годности БАД составляет 120 сут.

Характеристика БАД представлена в таблице 3.

Таблица 3 — Качественная характеристика пробиотических Б АД, обогащенных полиненасышенными жирными кислотами

Наименование показателя Значение показателя

БАД с кедровым маслом БАД с льняным маслом

Консистенция и внешний вид однородная. Допускается отделение сыворотки

Цвет от белого до светло-желтого

Вкус и запах чистый, кисломолочный, с привкусом кедрового ореха чистый, кисломолочный, с привкусом льняного масла

Предельное значение рН, ед. 5,3-7,5

Холестеринметабсшизирующая активность, % 68,09 74,39

Температура при выпуске с предприятия, °С, не более 4-6

Количество бифидобактерий, КОЕ/см3, не менее 2*10" 1»1012

Объем продукта (см3), в котором не допускаются: БГКП (колиформы) S. aureus Патогенные микроорганизмы (в т.ч. сальмонеллы) Дрожжи, КОЕ/см3, не более Плесени, КОЕ/см3, не более 10 10 50 5 5

Анализ данных таблицы 3 показывает, что БАД обладает высокой холе-стериндеградирующей способностью и может быть рекомендован для профилактики заболеваний, вызванных повышенным уровнем холестерина в крови.

Сенсорная экспертиза пробиотических БАД, обогащенных полиненасыщенными жирными кислотами

Далее была проведена органолептическая оценка качества БАД и построены профили по отдельным показателям. Результаты представлены на рисунках 7 и 8.

В основном, интенсивность каждого показателя обусловлена добавленным в нее компонентом. Внешний вид и консистенция БАД имеют следующие характерные признаки: по однородности консистенции не уступает контролю, но присутствует незначительное количество жировых включений за счет добавления масла. Цвет равномерный, растительные масла придают молочно-желтоватую окраску. Вкус и запах также обусловлен добавленным компонентом: БАД с кедровым маслом отличается приятным привкусом кедровых орехов, а выраженный горьковатый вкус льняного семени смягчается кисломолочным, обусловленным культивированием бифидобактерий.

Однородная консистенция

окраска

• контроль —♦—БАД с кедровым маслом -БАД с льняным маслом

Рисунок 7 - Профили образцов БАД по внешнему виду, консистенции и цвету

Чистый

♦ контроль--■—БАД с кедровым маслом -*-БАД с льняным маслом

Рисунок 8 - Профили образцов БАД по вкусу и запаху

В результате оценки качества установлено, что пробиотические биологически активные добавки с кедровым и льняным маслом обладают высокими органолептическими свойствами.

Расчет себестоимости пробиотических БАД, обогащенных

полиненасыщенными жирными кислотами, с использованием системы «таргет-костинг»

Обычно для снижения затрат при проектировании нового продукта используют метод «таргет-костинг», который позволяет поддерживать стратегию снижения затрат и реализовать функции планирования производства новых продуктов, превентивного контроля издержек и калькулирования целевой себестоимости в соответствии с рыночными реалиями.

В основу его идеи положено понятие целевая себестоимость, которая

определяется исходя из рыночной цены с помощью маркетинговых исследований и запланированного уровня прибыли, которую хочет получить фирма (табл. 4).

Таблица 4 — Сравнительная характеристика себестоимости

Наименование продукта Целевая себестоимость, руб Расчетная себестоимость, руб Процентная разница между расчетной и целевой себестоимостью, %

Пробиотическая БАД с кедровым маслом 15,37 15,91 3,51

Пробиотическая БАД с льняным маслом 14,76 15,34 3,93

Как видно из таблицы 4, разница между расчетной и целевой себестоимостью разработанных БАД незначительна (в пределах 3-5%). Поэтому можно начать их производство с расчетом на то, что данная разница будет ликвидирована в процессе производства методом «кайдзен-костинга». Сокращение разницы между расчетной и целевой себестоимостью называется «кайдзен-задачей», которая касается всего персонала организации — от инженеров до менеджеров. Данный метод предполагает постоянное, непрерывное и постепенное снижение затрат на этапе производства продукции, в результате которого достигается необходимый уровень себестоимости и обеспечивается прибыльность производства.

Таким образом, применение методики «таргет-костинг» при проектировании БАД предоставило очевидную эффективность использования системы расчета целевой себестоимости, которая позволит предприятиям принимать своевременные и качественные управленческие решения при создании и продвижении нового продукта на рынке. Данная методика позволяет вывести на рынок новый продукт по приемлемой для потребителя цене, что приводит к возможности прогнозировать высокий спрос на данный продукт. А последовательное «подключение» «кайдзен-костинга» к механизму снижения себестоимости позволит получить именно тот суммарный эффект, который необходим для достижения целевой себестоимости, и контролировать затраты на стадии производства.

Полученные технико-экономические показатели позволяют сделать вывод о том, что производство пробиотических БАД, обогащенных ПНЖК, является экономически выгодным.

Выводы

1. В результате проведенных исследований разработана технология пробиотических биологически активных добавок, обогащенных полиненасыщенными жирными кислотами.

2. Осуществлено проектирование биологически активной добавки на основе анализа потребительских предпочтений с использованием метода структурирования функции качества. Были сформированы характеристики качества

идеального образца БАД, который в полной мере отражал все требования и ожидания потребителей - безопасная натуральная бифидосодержащая биологически активная добавка, обогащенная полиненасыщенными жирными кислотами, эффективная при употреблении, обладающая приятными вкусоаромати-ческими свойствами и удобная в использовании.

3. Установлено, что полиненасыщенные жирные кислоты кедрового и льняного масла обладают бифидогенными свойствами. Подобрана оптимальная доза внесения кедрового и льняного масла - 1,5% от объема питательной среды, которая обеспечивает активный рост бифидобактерий.

4. Доказано, что внесение кедрового и льняного масла в питательную среду в 2 раза повышает холестеринметаболизирующую способность бифидобактерий по сравнению с контролем. Установлено, что наибольший гипохолесте-ринемический эффект проявляет В. longum DK-100, который метаболизирует 68,09 % общего холестерина при внесении кедрового масла, 74,39 % - при внесении льняного масла

5. Отмечено, что при культивировании пробиотических микроорганизмов с кедровым и льняным маслом происходит увеличение содержания линолевой и уменьшение содержания линоленовой кислот, что приводит к оптимальному соотношению со-6 и сд-З жирных кислот, при культивировании бифидобактерий с кедровым маслом.

6. Сенсорная экспертиза показала, что пробиотические биологически активные добавки с кедровым и льняным маслом обладают высокими органолеп-тическими свойствами. Консистенция однородная, но присутствует незначительное количество жировых включений за счет добавления масла. Цвет равномерный, молочно-желтоватый. БАД с кедровым маслом отличается приятным привкусом кедровых орехов, а выраженный специфичный вкус льняного семени смягчается кисломолочным, обусловленным культивированием бифидобактерий.

7. На основании проведенных исследований обоснованы оптимальные технологические параметры и разработана технологическая схема производства пробиотической биологически активной добавки, обогащенной полиненасыщенными жирными кислотами.

8. Рассчитана себестоимость биологически активных добавок с помощью концепции «таргет-костинг», которая позволяет уменьшить затраты на стадии проектирования инновационного продукта.

9. Опытно-промышленная проверка БАД на базе МИП «Бифивит» показала, что она обладает высокой холестеринметаболизирующей активностью и соответствует требованиям технической документации.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Буянтуева JI.B. Оценка потребительских свойств новой товарной категории биопродукта / JI.B. Буянтуева, H.A. Фролова, И.С. Хамагаева // Сб. науч.

тр. с междунар. участием. Сер.: Химия и биологически активные вещества природного происхождения. Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2010. С. 36-38.

2. Буянтуева JI.B. Полезность как показатель качества инновационной продукции функционального питания / JI.B. Буянтуева, H.A. Замбалова, И.С. Хамагаева // Сб. науч. тр. с междунар. участием. Сер.: Химия и биологически активные вещества природного происхождения. Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2011. С. 33-37.

3. Буянтуева JI.B. Влияние облепихового масла на холестеринметаболизи-рующие свойства бифидобактерий / JI.B. Буянтуева, С.Б. Найданова, И.С. Хамагаева // Сб. науч тр. с междунар. участием, посвящ. 50-лет. ун-та. Сер.: Биорганическая и пищевая химия. Улан-Удэ: Изд-во ВСГУТУ, 2012. С. 7-9.

4. Буянтуева JI.B. Оценка качества БАД с холестериндеградирующими свойствами / JI.B. Буянтуева, H.A. Замбалова // Материалы междунар. науч,-практ. конф. «Актуальные вопросы товароведения и безопасности товаров». Коломна, 2013. С. 117-121.

5. Буянтуева JI.B. Разработка и оценка качества БАД с холестериндеградирующими свойствами / JI.B. Буянтуева, H.A. Замбалова // Материалы междунар. науч. форума «Пищевые инновации и биотехнологии». Кемерово, 2013. С. 136-141.

6. Хамагаева И.С. Влияние кедрового масла на рост и активность бифидобактерий / И.С. Хамагаева, H.A. Замбалова, JI.B. Буянтуева // Молочная промышленность. Москва, 2013. № 11.

7. Хамагаева И.С. Оценка качества пробиотической биологически активной добавки с льняным маслом / И.С. Хамагаева, H.A. Замбалова, JI.B. Буянтуева // Товаровед продовольственных товаров. Москва, 2013. № 5. С. 34-37.

8. Хамагаева И.С. Управление качеством пробиотической биологически активной добавки с холестеринметаболизирующей активностью / И.С. Хамагаева, H.A. Замбалова, Л.В. Буянтуева // Вестник ВСГУТУ. Улан-Удэ, 2013. № 3. С. 54-61.

Подписано в печать 20.11.2013 г. Формат 60x84 1/16. Усл.печ.л. 0,93. Тираж 100 экз. Заказ №375

Издательство ВСГУТУ, 670013, г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40в

Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления

На правах рукописи

04201454859 БУЯНТУЕВА ЛАРИСА ВАЛЕРЬЕВНА

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПРОБИОТИЧЕСКИХ БАД, ОБОГАЩЕННЫХ ПОЛИНЕНАСЫЩЕННЫМИ ЖИРНЫМИ КИСЛОТАМИ

Специальность: 05.18.04 - Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор И.С. Хамагаева

Улан-Удэ - 2013

Содержание

Список сокращений....................................................................................4

Введение.............................................................................................5

Глава 1 Состояние вопроса и задачи исследований........................................7

1.1 Современные тенденции развития рынка БАД, обогащенных полиненасыщенными жирными кислотами...........................................7

1.2 Значение полиненасыщенных жирных кислот в организме человека.......13

1.3 Химический состав и свойства кедрового и льняного масла....................19

1.4 Роль пробиотических микроорганизмов в метаболизме холестерина.......27

1.5 Заключение по обзору литературы..................................................33

Глава 2 Организация проведения эксперимента. Материалы и методы исследования.......................................................................................35

2.1 Объекты и методики постановки эксперимента..................................35

2.2 Методы исследований..................................................................37

2.2.1 Органолептические методы исследований.........................................37

2.2.2 Физико-химические методы исследований..........................................37

2.2.3 Микробиологические методы исследований......................................38

2.3 Статистическая обработка результатов.............................................39

Глава 3 Проектирование пробиотических БАД, обогащенных полиненасыщенными жирными кислотами................................................40

3.1 Анализ потребительских предпочтеий биологически активных добавок......................................................................................40

3.2 Использование метода структурирования функции качества при проектировании пробиотических БАД, обогащенных полиненасыщенными жирными кислотами...............................................................................47

Глава 4 Обоснование технологии пробиотических БАД, обогащенных полиненасыщенными жирными кислотами................................................54

4.1 Исследование бифидогенных свойств кедрового масла........................54

4.2 Исследование бифидогенных свойств льняного масла..........................59

4.3 Исследование влияния кедрового масла на холестеринметаболизирующую активность бифидобактерий.........................................................................64

4.4 Исследование влияния льняного масла на холестеринметаболизирующую активность бифидобактерий..........................................................67

4.5 Исследование жирнокислотного состава биомассы пробиотических микроорганизмов с кедровым маслом..............................................69

4.6 Исследование жирнокислотного состава биомассы пробиотических микроорганизмов с льняным маслом................................................73

Глава 5 Разработка технологии биологически активных добавок.....................77

5.1 Разработка технологической схемы получения и качественная характеристика пробиотических БАД, обогащенных полиненасыщенными жирными кислотами....................................................................77

5.2 Технология производства пробиотических БАД, обогащенных полиненасыщенными жирными кислотами.......................................79

5.3 Исследование сроков хранения БАД................................................80

5.4 Сенсорная экспертиза пробиотических БАД, обогащенных полиненасыщенными жирными кислотами.........................................81

Глава 6 Расчет себестоимости и оценка конкурентоспособности биологически

активных добавок................................................................................85

6.1 Расчет себестоимости пробиотических БАД, обогащенных полиненасыщенными жирными кислотами, с использованием системы «таргет-костинг»..............................................................................85

6.2 Оценка конкурентоспособности пробиотических БАД, обогащенных полиненасыщенными жирными кислотами.......................................98

Выводы...........................................................................................107

Библиография....................................................................................109

Приложения.......................................................................................122

Список сокращений

АЛК - альфа-линоленовая кислота

АРК - арахидоновая кислота

БАД - биологически активная добавка

ГЛК - гамма-линоленовая кислота

ДГК - докозагексаеновая кислота

ЖК - жирные кислоты

ЖКТ - желудочно-кишечный тракт

ЛК - линолевая кислота

ЛПВП - липопротеины высокой плотности

ЛПНП - липопротеины низкой плотности

ЛПОНП — липопротеины очень низкой плотности

МНЖК - мононенасыщенные жирные кислоты

НЖК - насыщенные жирные кислоты

ПНЖК - полиненасыщенные жирные кислоты

ССЗ - сердечно-сосудистые заболевания

СФК - структурирование функции качества

ХС - холестерин

ЭПК - эйкозапентаеновая кислота

СОХ - циклооксигеназа

ЬОХ - липоксигеназа

ЬТ - лейкотриен

Рв - простагландин

РЬАг - фосфолипаза Аг

ТХ - тромбоксан

Введение

В настоящее время основную опасность для здоровья населения и проблему для здравоохранения представляют болезни сердечно-сосудистой системы. Среди них атеросклероз - наиболее распространенное хроническое заболевание. На развитие атеросклероза артерий и связанных с ним болезней сердца и сосудов влияет избыток холестерина [79].

Применяемые в настоящее время антиатеросклеротические средства обладают способностью снижать уровень липидов и липопротеидов в крови на 17-40 %. Однако опыт их практического применения показывает, что широко применяемые антиатеросклеротические препараты не лишены способности вызывать серьезные осложнения и даже самые современные и высокоэффективные препараты из группы статинов обладают побочными эффектами.

В этой связи вполне определенный интерес представляют препараты природного происхождения, отличающиеся безвредностью, возможностью их длительного применения без осложнений [19, 38, 42].

Одним из известных антиатеросклеротических природных средств является растительное масло. Свойство растительных масел оказывать благоприятное действие при атеросклерозе было замечено давно. Исследования образа жизни, здоровья и особенностей питания жителей Средиземноморья или людей, регулярно употребляющих рыбу, показали, что низкий уровень сердечнососудистых заболеваний среди групп населения обусловлен высоким уровнем потребления полиненасыщенных жирных кислот (в основном, омега-3) [20,24].

Исследования показывают, какую огромную роль в жизнедеятельности

организма человека играют полиненасыщенные жирные кислоты. При недостатке

этих кислот в организме человека холестерин образует с насыщенными жирными

кислотами сложные эфиры, трудно расщепляющиеся при обмене веществ.

Сложные эфиры накапливаются в крови и откладываются на стенках артерий.

При достаточном количестве эссенциальных кислот образующиеся сложные

5

эфиры окисляются до низкомолекулярных веществ и затем выводятся из организма [21,67]. Помимо регуляции холестеринового обмена, полиненасыщенные жирные кислоты принимают участие в построении клеточных мембран, являются источником в организме тканевых гормонов «простогландинов» и других биологически активных веществ [68].

Необходимо отметить, что важнейшая роль в профилактике и коррекции нарушений липидного обмена, предупреждении прогрессирования уже развившихся атеросклеротических поражений сосудов принадлежит применению системных продуктов здоровья на основе пробиотических микроорганизмов. Накоплено значительное количество данных о том, что резидентная и транзиторная микрофлора хозяина, синтезируя, трансформируя или разрушая экзогенные и эндогенные стерины, активно участвует в холестериновом метаболизме [88, 89].

Таким образом, проведение исследований в области изучения влияния полиненасыщенных жирных кислот на холестеринметаболизирующую активность бифидобактерий открывает широкие перспективы для создания продуктов функционального питания для профилактики заболеваний, вызванных повышенным уровнем холестерина в крови.

Глава 1 Состояние вопроса и задачи исследований

1.1 Современные тенденции развития рынка БАД, обогащенных полиненасыщенными жирными кислотам

С проблемой недостаточности микронутриентов в организме сталкивается население большинства стран, в том числе России. К факторам, влияющим на развитие дефицитных состояний, следует отнести изменение структуры питания современного человека, частые стрессы, злоупотребление медикаментами, вредные условия труда, неблагоприятную экологическую обстановку и ДР. [21, 82].

Один из путей решения этой проблемы - применение биологически активных добавок (БАД). Современная наука трактует БАД как природные или идентичные природным биологически активные вещества. Источником БАД служит растительное, животное и минеральное сырье, соответствующее всем предъявляемым требованиям. БАД позволяют восполнять в организме дефицит тех или иных веществ, активизировать выведение из организма токсинов и других ксенобиотиков, поддерживать нормальные состав и активность микрофлоры кишечника, повышать сопротивляемость организма к воздействию неблагоприятных факторов и т.д.

В отличие от лекарственных средств БАД помогают организму провести самонастройку и устранить нарушения, приводящие к развитию того или иного заболевания. БАД устраняют дефицит незаменимых соединений в организме человека. Их применение позволяет восстанавливать функционирование организма без нанесения ему ущерба, без различных побочных действий, свойственных многим лекарствам [61, 62, 63].

В течение последних нескольких лет наблюдается динамичное развитие рынка биологически активных добавок. БАД стремительно заполняют аптечный рынок, все более активно составляя конкуренцию лекарственным препаратам. В настоящее время потребление биологически активных добавок настолько широко

распространено, что часто воспринимается как непременная составляющая здорового образа жизни.

Наблюдается динамичный рост потребления биологически активных добавок группы общеукрепляющего действия, восполняющих дефицит жизненно важных веществ и улучшающих жизнедеятельность организма. В 2012 г. было зарегистрировано 1675 новых Б АД, при этом в аптечных учреждениях России продавалось около 4700 наименований Б АД, которые были изготовлены 580 производителями [82].

БАД, содержащие ПНЖК, незаменимы в профилактической медицине, поскольку компенсируют недостающие в организме витамины и восполняют их дефицит.

Для более детального анализа рынка были взяты данные об аптечных продажах препаратов, содержащих омега-3 ЖК, являющихся БАД к пище [28].

Согласно данным «Розничного аудита БАД в РФ», ежегодно ассортимент препаратов увеличивается на 8-14 наименований БАД, содержащих в качестве основного действующего вещества омега-3 ЖК. Если в аптечных продажах 2008 г. насчитывалось 97 наименований БАД, содержащих омега-3 ЖК, то в 2012 г. увеличилось до 129.

В 2008 г. средняя стоимость упаковки составляла 87,2 руб. для БАД, но уже в 2009 г. средняя стоимость БАД сегмента снизилась на 5,2 %. К 2012 г. средняя стоимость упаковки БАД сегмента составила 128,8 руб.

На российском аптечном рынке сегмент препаратов, содержащих омега-3 ЖК, составил в 2012 г. 8,854 млн. упаковок на сумму 26,354 млн. долл. Общая динамика роста продаж упаковок БАД дала показатели 7,3 % в 2011 г. и 3,3 % в 2012 г.

В стоимостном выражении изменения объемов продаж препаратов сегмента, содержащих омега-3 ЖК, составили в 2011г. 16,7%, а в 2012 г. -13,8 %.

В российском розничном сегменте представлены как отечественные, так и

импортные препараты омега-3 ЖК от 57 заводов-производителей, 14 из которых-

8

фармацевтические заводы. За последние четыре года восемь иностранных компаний стали продвигать препараты, содержащие омега-3 ЖК, на рынке России. Доля отечественной продукции в общем объеме продаж аптечного рынка БАД в 2012 г. составила 86,5%, а для анализируемого сегмента препаратов, содержащих омега-3 ЖК, эта доля составляет лишь 61 %, хотя десятка лидеров заводов-производителей представлена пятью российскими и пятью иностранными компаниями.

Бесспорным лидером в 2010-2012 гг. остается компания Queisser Pharma, ежегодно увеличивающая свою долю на 50-52 % - как по стоимостному, так и по натуральному показателю. Успешным продажам этой компании способствует активная реклама, а также вывод на рынок новых наименований продуктов. Вторым участником стал российский производитель «Дель Риос», продемонстрировавший соответствующие общей динамике изучаемого сегмента темпы роста продаж (39 % в упаковках; 24 % в стоимостном выражении). Компания «Биоконтур» в течение пяти лет остается лидером в рейтинге препаратов сегмента, содержащих омега-3 ЖК, по количеству упаковок, при этом за счет более низкой средней стоимости продукции в рейтинге продаж в денежном выражении «Биоконтур» занимает почетное третье место. В 2012 г. наибольший рост объемов аптечных продаж отмечен у производителей - TEVA (51%) и SOLGAR (49 %). Российские компании «Экко Плюс» и «ВИС» сохранили прежние объемы продаж и позиции рейтинга, занимая в нем четвертое и шестое место. Actavis AG и Newman, замыкающие топ-10 производителей, несколько снизили объемы продаж в 2012 г. Высокую динамику роста продаж препаратов в 2011-2012 гг. продемонстрировала норвежская компания Napro Pharma AS, рост реализации упаковок которой составил 90 %, что определило рост в денежном выражении 53 %. При сохранении тенденций 2012 г. вероятно увеличение вдвое продаж препаратов компаний «Реал-капс» (Кусалочка), «Полярис» (Кальций-Омега, Айкьюнол), «Валента» (Омегамама). Анализ объемов продаж продукции отечественных фармацевтических фабрик, таких как Тульская, Тверская, Кировская и «Галенофарм», показал, что их суммарная доля составляет

5 % исследуемого сегмента, за 2009-2012 гг. потребление их продукции стабильно низкое [28].

В аптечной сети г. Улан-Удэ также широко представлены биологически активные добавки. Они активно используются для профилактики заболеваний, общего оздоровления, кроме того многие из них могут применяться как безопасные средства для самолечения проявлений болезни, которые не требуют медицинских консультаций.

Нами было проведено изучение ассортимента БАД, обогащенных ПНЖК растительного происхождения, реализуемых на рынке г. Улан-Удэ. Исследования проводились в апреле 2012 г. в 93 аптечных учреждениях.

По итогам маркетинговых исследований в аптеках к продаже имеются от 1 до 30 наименований БАД разных производителей, обогащенных ПНЖК растительного происхождения. Но при этом во всех аптечных учреждениях отсутствовали БАД, содержащие комплекс пробиотиков и ПНЖК.

В таблице 1 представлены наиболее популярные БАД, обогащенные ПНЖК растительного происхождения, реализуемые в аптеках г. Улан-Удэ.

Таблица 1 - Наиболее популярные БАД, обогащенные полиненасыщенными жирными

кислотами растительного происхождения

Место Наименование БАД Производитель Характеристика Обь ем, мл Цена, руб

1 2 3 4 5 6

1 Масло разные Ценный пищевой продукт, с очень 100- 50-

льняное высоким содержанием ненасыщенных жирных кислот (линоленовой, линолевой, олеиновой) 500 125

2 Масло льняное с селеном Биокор ЗАО Источник жирных кислот (омега-3, омега-6 и омега-9), витаминов (В], В2, С, Е), а также богато селеном, хромом, кремнием и является рекордсменом по содержанию полиненасыщенных жирных кислот. Способствует улучшению работы сердца, поддерживает иммунную систему, снижает уровень холестерина в крови, а также улучшает состояние кожи, является хорошим средством для профилактики диабета и рака различной локализации, борется с заболеваниями желудочно-кишечного тракта 100250 54112

1 2 3 4 5 6

3 Масло разные Рекомендуется в качестве 50- 150-

кедровое дополнительного источника полиненасыщенных жирных кислот. Оказывает общеукрепляющее действие, способствует устранению синдрома хронической усталости, повышает физическую и умственную работоспособность. Особенно полезно страдающим кожными заболеваниями, повышенной хрупкостью волос и ногтей, занятым на работе с повышенным расходованием энергии и избыточными психоэмоциональными нагрузками. 100 300

4 Масло «Золотой Байкал» Тайга-Продукт ЗАО Усиливает и закрепляет медикаментозное лечение функциональных расстройств организма, вызванных недостатком незаменимых полиненасыщенных жирных кислот, витаминов, каротина и других биологически активных веществ 100 209

5 Масло Тайга- Богатейший источник витаминов и 50- 184-

кедровое Продукт микроэлементов, гармоничное сочетание 100 299

«Байкал» ЗАО которых придаёт ему уникальные целебные свойства, не имеющие аналогов в природе по своему благотворному воздействию на организм человека. Польза кедрового масла проверена нашими прадедами. Его действие происходит на клеточном уровне. И направлено оно именно туда, где требуется помощь организму. Кедровое масло буллит иммунную систему от