автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.12, диссертация на тему:Развитие физико-химических и биотехнологических основ производства функциональных молочных продуктов

Введение.

Глава 1. Функциональные продукты, способы их производства, роль в питании.

1.1 Роль комбинированных полифункциональных продуктов в питании человека.

1.2 Опыт применения нетрадиционных растительных биологически активных добавок в производстве функциональных продуктов.

1.3. Фракционирование молочного сырья в получении продуктов с заданными свойствами.

1.4. Процессы структурообразования в формировании функциональных свойств продуктов.

Глава 2. Объекты исследования и экспериментальные методы.

2.1. Методика, установки и техника экспериментальных исследований по фракционированию молочного сырья.

2.2. Методы проведения исследований.

2.3. Характеристика объектов исследований.

Глава 3. Исследование процессов фракционирования молочного сырья и формирования его функциональных свойств.

3.1. Исследование закономерностей мембранного обезвоживания молочного сырья.

3.2. Экспериментальное изучение и теоретический анализ влияния концентрационной поляризации на параметры процесса фракционирования молочных систем.

3.3. Формирование функциональных свойств молочного сырья при фракционировании безмембранным осмосом

3.4. Исследование физико-химических и биотехнологических свойств фракций молочного сырья, как основы для производства функциональных продуктов.

3.5. Разработка технологических процессов производства функциональных продуктов на основе фракций молочного сырья.

Глава 4. Закономерности реализации принципов коммутативности и дистрибутивности молочного и растительного сырья.

4.1. Экспериментальное изучение закономерностей экстракции высокомолекулярных соединений в молочно-растительных системах

4.2. Модификация углеводного состава молочных продуктов биологически активными компонентами топинамбура.

Оптимизация состава поликомпонентных пищевых систем.

Глава 5. Динамика молочнокислого брожения в модифицированных поликомпонентных системах.

5.1. Динамика сбраживания баромембранных фракций молочного сырья различными видами молочнокислой микрофлоры.

5.2. Особенности метаболизма молочнокислой микрофлоры в молочных экстрактах, обогащенных растительными добавками.

5.3. Изучение процессов ферментации молочнокислой микрофлорой низколактозных субстратов.

Глава 6. Анализ процессов структурообразования композиционных пищевых систем.

6.1. Изучение реологических характеристик систем полисахарид молоко".

6.2. Изучение реологических характеристик системы "протеин-молоко".

6.3. Теоретический анализ влияния структурообразующих агентов на силу взаимодействия частиц и эффективную вязкость комбинированных систем.

6.4. Изучение процессов межмолекулярного взаимодействия ингредиентов молочного сырья со структурообразующими агентами методами ЯМР.

6.4.1. Н+-ЯМРрелаксация в композиционных системах "протеин-протеин-плазма".

6.4.2. Н+-ЯМРрелаксация в композиционных системах "протеин-полисахарид-плазма".

6.5. Ультрамикроструктура многокомпонентных мол очно- биополимерных гелей.

Глава 7. Практическая реализация технологии комбинированных продуктов различного функционального назначения.

7.1. Технология продуктов, обогащенных БАВ хлопьев зародышей пшеницы.

7.2. Технология продуктов пониженной калорийности с сиропом стевии.

7.3. Разработка технологии пектинсодержащих структурированных продуктов десертного назначения.

7.4. Технология производства продуктов на основе белковых концентратов с использованием инулинсодержащего растительного сырья.

7.5. Результаты клинических испытаний инулинсодержащих кисломолочных комбинированных продуктов на основе топинамбура.

Выводы.

Список цитированных источнков.

Организация сбалансированного, полноценного питания определяет обеспечение оптимального роста и развития человека, его трудоспособность, адаптацию к воздействию различных факторов внешней среды. Основные направления развития данной проблемы в соответствии с "Концепцией государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации на период до 2005 года", одобренной постановлением Правительства РФ 10 августа 1998 г. №917, предусматривают более полное использование ценного молочного сырья, а также внесение биологически активных добавок растительного происхождения с целью расширения ассортимента принципиально новых молочных продуктов, обладающих высокой биологической ценностью физиолого-метаболическими и другими функциональными свойствами, необходимыми в условиях "экологического риска". В связи с ростом числа больных с нарушениями углеводного обмена, особенно актуально создание технологии новых молочных продуктов с модифицированным углеводным составом, так как правильная организация рациона питания обеспечивает терапевтическое воздействие на организм.

Проблемам направленного регулирования функциональных свойств комбинированных продуктов посвящены работы Л.В.Антиповой, А.В.Горбатова, Н.П.Захаровой, Н.Н.Липатова, В.В.Молочникова, JT.A. Остроумова, Л.П.Пащенко, К.К.Полянского, И.А.Рогова, А.Г.Храмцова, Gordon Т., Ruhland W., Sack Н, Soutevland N., Wolford А. и других ведущих отечественных, а также зарубежных ученых. Однако, ряд вопросов остается невыясненным и существует необходимость разработки научно-технических принципов технологии обогащенных и комбинированных молочных продуктов с прогнозируемыми функциональными и структурно-механическими свойствами на основе коммутативности отдельных фракций молочного и растительного сырья.

Диссертационная работа посвящена решению проблемы регулирования нативных свойств молочного сырья с использованием современных физико-химических процессов в производстве экологически чистых нетрадиционных продуктов различного функционального назначения. Работа выполнена в период с 1986 г. по 2000 г. в том числе в рамках межвузовской научно-технической программы фундаментальных и прикладных исследований Гособразования СССР "Ресурсосберегающие технологии и техника производства биологически полноценных продуктов питания и методов их защиты" (1990 г. - 1993 г.) по теме "Разработка и внедрение экологически чистых технологий и аппаратурного оформления молочных продуктов с использованием ультрафильтрации и обратного осмоса", значимость которой была подтверждена в 1992 г. Госкомвузом РФ, при выполнении исследований по тематике "Технологические основы применения новых физико-химических процессов в производстве экологически чистых нетрадиционных молочных продуктов различного функционального назначения" (1996-2000 гг. - фундаментальные исследования §53), а также при выполнении межвузовской научно-технической программы "Биологическая безопасность и лечебно-профилактическое питание".

Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы явилось научное обоснование концепции новой технологии комбинированных продуктов с определенными целевыми и функциональными свойствами.

В соответствии с поставленной целью при выполнении работы решались следующие задачи:

- разработка научных основ направленного регулирования свойств молочного сырья;

- получение молочных концентратов с заданными функциональными и физико-химическими показателями с использованием баромембранных процессов;

- конкретизация рабочих режимов обратноосмотического концентрирования различного молочного сырья;

- определение зависимости функционально-технологических свойств молочных концентратов от вида сырья и степени воздействия при его обработке обратным осмосом;

- научное обоснование технологических принципов производства молочных продуктов повышенной пищевой и биологической ценности на основе концентратов молочного сырья, полученных различными методами;

- выбор и обоснование биологически активных растительных добавок отечественного производства с целью разработки концепции создания технологии композиционных пищевых систем с регулируемыми функционально-технологическими параметрами на основе коммутативности и дистрибутивности молочного и растительного сырья;

- создание методологии управления реологическими свойствами молочных систем с использованием природных высокомолекулярных соединений различной природы (полисахариды, белки), развитие коллоидно-химических основ процессов гелеобразования в комбинированных молочных системах;

- разработка технологий молочных продуктов повышенной пищевой и биологической ценности и продуктов с модифицированным углеводным составом.

Научная новизна. Сформулирована концепция и обоснованы теоретические положения создания технологии обогащенных поликомпонентных молочных продуктов с направленными функционально-технологическими свойствами на основе коммутативности и дистрибутивности модифицированного молочного и нетрадиционного растительного сырья.

На основе математического анализа концентрационных и временных зависимостей установлены основные параметры процессов модификации нативных свойств молочного сырья ингредиентами растительного происхождения.

Впервые выявлены закономерности структурообразования в молочно-полимерных системах, позволяющие направленно регулировать реологические показатели новых продуктов.

Теоретически обоснованы и практически подтверждены методом Н+ "ЯМР релаксации физико-химические закономерности процессов образования интерполимерных ассоциатов переменного состава типа "протеин-протеин", "протеин-полисахарид" в молочных композиционных системах. Установлено ч влияние стабилизаторов структуры на свойства основных компонентов молочного сырья.

Новизна технических решений подтверждена 9 авторскими свидетельствами и патентами на изобретение.

Практическая значимость работы. Определены оптимальные параметры и сформулированы научно обоснованные рекомендации по ведению обратноосмотического концентрирования молочного сырья с целью формирования его целевых функционально-технологических свойств.

Разработаны практические рекомендации по направленному регулированию реологических параметров молочных гелей с помощью природных высокомолекулярных соединений различной природы.

На основе разработанных теоретических положений предложены оригинальные способы получения, рецептуры и технологический регламент производства обогащенных и комбинированных молочных продуктов с определенными функциональными свойствами (продукты повышенной пищевой и биологической ценности; низколактозные инулинсодержащие, пониженной калорийности). Разработана и утверждена нормативная документация на кисломолочные низколактозные инулинсодержащие продукты ТУ922-007-02068108-99, ТУ 9222-006-40444729-99.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены на международных научно-технических конференциях и симпозиумах, на Всесоюзных и республиканских научно-технических конференциях : "Совершенствование технологии и техники в пищевой промышленности и общественном питании", Кутаиси. 1988; "Повышение эффективности использования НИОКР на мясомолочных предприятиях в новых условиях хозяйствования", Каунас 1988; "Пути развития науки и техники в мясной и молочной промышленности", Углич 1988; "Пути интенсификации технологических процессов и оборудования в отраслях агропромышленного комплекса", Москва, 1988; "Современная технология сыроделия и безотходная переработка молока", Ереван, 1988; 5-я Всесоюзная конференция по мембранным методам разделения, Москва, 1987; "Разработка процессов получения комбинированных продуктов питания", Москва, 1988; "Безотходные технологии и использование вторичных ресурсов", Киров, 1989; 1-й экологический симпозиум "Анализ воды", Москва, 1990; "Электрофизические методы обработки пищевых продуктов и сельхозсырья", Москва, 1989; "Теоретические и практические аспекты применения методов инженерной физико-химической механики с целью совершенствования и интенсификации технологических процессов пищевых производств", Москва, 1990, 1996; "Разработка комбинированных продуктов питания", Кемерово, 1991; "Физико-химические основы пищевых и химических производств", Воронеж, 1996; "Теоретические и практические аспекты основных положений расчета процессов и аппаратов пищевых производств", Москва 1996; International Conference on Colloidal Chemistry and Physikal-Chemikal Mechanics, Moscow, 1998; "Пища, экология, человек", Москва, 1999; "Прогрессивные, экологически безопасные технологии хранения и комплексной переработки сельхозпродукции для создания продуктов питания повышенной пищевой и биологической ценности", Москва, 1999;" Lipid and Surfactant Dispersed Systems", Moscow, 1999; Результаты научных исследований ежегодно рассматривались на отчетных научных конференциях ВГТА.

Материалы диссертационной работы используются в учебном процессе на кафедрах технологии молока и молочных продуктов, процессов и аппаратов химических и пищевых производств Воронежской государственной технологической академии (ВГТА) при чтении лекций, дипломном и курсовом проектировании, включены в учебные пособия, изданные ВГТА, в монографию автора "Топинамбур: перспективы использования в молочной промышленности", 1999г.

Публикации. По результатам исследований опубликовано 86 работ, в том числе: 1 монография, 36 статей, 9 авторских свидетельств и патентов.

Основные положения, выносимые на защиту:

- принципы создания новых технологий обогащенных и комбинированных молочных продуктов и способы направленного регулирования их функционально-технологических свойств;

-концепция взаимосвязи процесса образования интерполимерных ассоциатов переменного состава и формирования гелей с заданными структурно-механическими свойствами комбинированных продуктов;

-результаты экспериментальных исследований по обратноосмотическому фракционированию различного молочного сырья и функционально-технологическим свойствам ОО-концентратов; по особенностям формирования структуры в комбинированных продуктах при использовании природных высокомолекулярных соединений различной природы, по закономерностям обогащения молочного сырья биологически активными веществами растительного происхождения;

-новые технологии получения обогащенных и комбинированных продуктов целевого и функционального назначения.

Структура и объем работы. Диссертация включает введение, 7 глав, выводы, список цитированных источников из 376 наименований и 30 приложений. Работа изложена на 326 страницах, включающих 292 страницы основного текста, 77 таблиц и 116 рисунков.

Выводы и предложения о дальнейшем использовании результатов разработки

Комиссия считает, что технологический процесс производства кисломолочного диетического продукта «Топифилин» разработан с учетом последних Достижений науки й опыта производства специальных назколактозных продуктов. Проверка показала, что параметры технологического процесса соответствуют' Л о Центра Детей мик РАМН анов

3 2000 г.

Заключение о результатах клинической апробации кисломолочного продукта "Топифилин" для лечебного и профилактического питания детей

Москва, 2000 г.

Клинические испытания кисломолочного продукта «Топифилин» проводились сотрудниками отделения по изучению питания здорового и больного ребенка Научного Центра здоровья детей Р АМН.

1. Характеристика продукта.

Топифилин» вырабатывается из уль графяльтраадонжл о концентрата коровьего молока с добавлением сухою концентрата топинамбура ,с последующим сквашиванием закваской, содержащей ацидофильную пал очку . Ацидофильной палочке присущи свойства, позволяющие достичь определенных положительных сдвигов в организме ребенка. Прежде веет, ее действие заключает! в вытеснении патогенной микрофлоры, нормализации биоценоза кишечника, повышении иммунного статуса. Оправдано и введение в продукт биологически-активной добавки - топинамбура.

Проведенные клинические испытания «Концентрата топинамбура» на больных, подтвердили его терапевтическую эффективность при сахарном диабете, заболеваниях желудка и двенадцатиперстной кишки, воспалении желче-выводящих путей, синдроме раздраженной толстой кишки.

Топифилин» предназначен для лечебно-профилактического мигания дегей старше года с хроническими заболеваниями органов пищеварения, дисбакте-риозом кишечника, пищевой аллергией (в период ремиссии).

Топифилин" представляет собой кисло-молочный продукт по химическому сосгаву и энергетической ценности приближенный к коровьему молоку (таблица 1)