Скачать 303.33 Kb.
|
На правах рукописиФИСЕНКО Михаил Олегович РАЗРАБОТКА СПОСОБОВ ПОЛУЧЕНИЯ И КОНТРОЛЯ КАЧЕСТВА ПОЛИФУНКЦИОНАЛЬНЫХ КОМПОЗИЦИЙ ДЛЯ НАПИТКОВ С АНТИОКСИДАНТНЫМИ СВОЙСТВАМИ АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук Специальность: 05.18.04 – Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств Ставрополь – 2012 Работа выполнена на кафедре технологии молока и молочных продуктов ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» Научный руководитель: доктор технических наук, доцент Мельникова Елена Ивановна Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Жидков Владимир Евдокимович Ставропольский технологический института сервиса (СТИС), ректор кандидат технических наук Будрик Владислав Глебович ГНУ ВНИМИ Россельхозакадемии, заместитель директора Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный университет» Защита состоится «17» мая 2012 года в 10-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.245.05 при ФГБОУ ВПО Северо-Кавказском государственном техническом университете, 355028, г.Ставрополь, пр. Кулакова, 2, ауд. К308 С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Северо-Кавказский государственный технический университет. С авторефератом диссертации можно ознакомиться на сайте СевКавГТУ www.ncstu.ru и ВАК РФ Министерства образования и науки РФ www.vak.ed.gov.ru/ru/dissertation/ Автореферат разослан « » 2012 года. Ученый секретарь диссертационного совета Шипулин В.И. ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫАктуальность работы. Государственная программа «Основы государственной политики Российской Федерации в области здорового питания населения на период до 2020 года» предусматривает создание пищевых продуктов с заданным химическим составом и установленным физиологическим действием, способным предотвратить развитие алиментарно-зависимых заболеваний, таких как сердечно-сосудистые, онкологические, сахарный диабет и др. Проблема снижения адаптационной устойчивости организма как следствие постоянного воздействия негативных факторов окружающей среды занимает основное место в экологии человека и приобретает все большую актуальность. Согласно литературным данным более 100 заболеваний человека являются следствием «окислительного стресса», который возникает в результате нехватки антиоксидантов. Один из путей решения этой проблемы – обогащение традиционных продуктов массового потребления природными биологически активными соединениями. К перспективным источникам антиоксидантов, традиционно, относится, растительное сырье. Но известно, что и вторичные продукты переработки молока также содержат антиоксиданты, в частности, творожная сыворотка в виду своего ценного химического состава. В настоящее время это невостребованный ресурс молочной отрасли, переработка которого на пищевые цели не превышает 25%. В этой связи применение творожной сыворотки для обогащения традиционных продуктов антиоксидантами представляется нам особенно актуальным. Исследованиям в этих областях посвящены работы Бахтина И.А., Храмцова А.Г., Евдокимова И.А., Антипьева Е.В., Терах Е.И., Просенко А.Е., Клебанова Г.И., Яшина А.Я., Мельниковой Е.И., Полянского К.К., Rhodes C.J., Halliwell B. и др. Однако, проблема обогащения традиционных продуктов питания антиоксидантами остается актуальной и приобретает все большую социальную значимость в условиях развивающегося демографического кризиса РФ. Учитывая тенденции роста объемов производства и расширения ассортимента функциональных продуктов, на наш взгляд, перспективно получение полифункциональных пищевых композиций, сочетающих компоненты растительного и животного сырья, характеризующихся позитивным действием на организм человека, в том числе высокой антиоксидантной активностью. Реализация таких композиций в технологиях напитков открывает дополнительные возможности в решении проблемы комплексной, экологически безопасной и экономически целесообразной переработки вторичного молочного сырья, позволяет получить напитки функциональной направленности, эффективно предотвращающие состояние «окислительного стресса». Исследования по теме диссертационной работы выполнялись в соответствии с тематикой НИР кафедры технологии молока и молочных продуктов «Развитие физико-химических и биотехнологических основ производства молочных продуктов различного функционального назначения» (№ г. р. 01.2.00605297, 2006 – 2010 гг.). Цель работы – получение полифункциональных композиций заданного уровня качества на основе творожной сыворотки и применение их в технологиях напитков с антиоксидантными свойствами (АОС). Для достижения поставленной цели определены следующие задачи: - обосновать способы физико-химической и биотехнологической модификации творожной сыворотки в полифункциональные углеводосодержащие композиции с повышенной антиоксидантной активностью (АОА); - оптимизировать условия получения полифункциональных композиций (ПФК) на основе творожной сыворотки с применением углеводного комплекса цикория и топинамбура; - предложить новые экспрессные способы контроля качественных характеристик творожной сыворотки, композиций на ее основе, напитков и устройства для их реализации; - установить химический состав, коллоидную стабильность, антиоксидантную активность, функционально-технологические свойства и срок годности ПФК с применением традиционных и оригинальных методик; - усовершенствовать технологии напитков с АОС на основе ПФК; - изучить химический состав, физико-химические свойства, АОА, показатели качества и безопасности, сроки годности напитков, произвести оценку экономической эффективности предложенных технологических и технических решений и их опытно-промышленную апробацию на предприятиях отрасли. Научные положения, выносимые на защиту. - способы, условия получения, состав и свойства ПФК на основе творожной сыворотки; - усовершенствованные технологии, состав и свойства, показатели качества напитков с повышенной АОА на основе ПФК. Научная новизна. Предложены способы и оптимизированы условия физико-химической и биотехнологической трансформации творожной сыворотки с применением инулинсодержащего сырья (цикорий, топинамбур) в ПФК. Разработаны оригинальные способы для определения показателей качества и безопасности ПФК и напитков на их основе. Подобраны и оптимизированы рецептуры напитков с АОА на основе ПФК, разработаны технологические решения для их реализации. Установлен химический состав, свойства, показатели качества и безопасности, АОА, сроки годности ПФК и напитков на их основе. Практическая значимость. Предложенные способы физико-химической и биотехнологической трансформации творожной сыворотки позволяют получить ПФК (патент № 2409966) с АОС и повышенным коэффициентом эквивалентной сладости для алкогольных и безалкогольных напитков. Разработаны устройства (проточная ячейка детектирования (патент № 2367938) и устройство для определения коллоидной стабильности (патент № 2426096)), позволяющие экспрессно определить качество творожной сыворотки, ПФК и напитков на их основе. Запатентованные технические решения прошли апробацию в условиях физико-химической лаборатории ОАО «Молкомбинат Воронежский». Проведенная опытно-промышленная апробация напитков с повышенной АОА (ООО «Миллеровский винзавод» г. Миллерово Ростовской обл.) подтвердила экономическую, технологическую целесообразность и социальную значимость предложенных решений. Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертационное исследование соответствует п. 3 и п. 7 паспорта специальности 05.18.04 – «Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств». Апробация работы. Основные положения диссертационной работы доложены и обсуждены в период 2008-2011 г. на ежегодных отчетных научных конференциях Воронежской государственной технологической академии – очно; научно-практических международных и всероссийских конференциях: XVI и XIX Российских молодежных научных конференциях «Проблемы теоретической и экспериментальной химии» (г. Екатеринбург, 2006 и 2009); Х – XI Международных конференциях молодых ученых «Пищевые технологии» (г. Казань, 2009 – 2010); IV Всероссийской конференции «Новые достижения в химии и химической технологии растительного сырья» (г. Барнаул, 2009); VIII Международном симпозиуме «Новые нетрадиционные растения и перспективы их использования» (г. Москва, 2009) – очно; III Всероссийской конференции с международным участием «Аналитика России» (г. Краснодар, 2009); Международной научно-практической конференции «Пищевая промышленность: состояние, проблемы, перспективы» (г. Оренбург, 2009); Всероссийской молодежной конференции «Биотехнология растительного сырья, качество и безопасность продуктов питания» (г. Иркутск, 2009); Всероссийской научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых (г. Воронеж, 2009) – очно; III Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Современное состояние и перспективы развития пищевой промышленности и общественного питания» (г. Челябинск, 2010); II Международной научно-технической конференции «Новое в технике и технологии пищевых производств» (г. Воронеж, 2010) – очно; IV Международной конференции «Экстракция органических соединений» (г. Воронеж, 2010) – очно; I-II Международной научно-практической конференции «Современная наука: теория и практика» (г. Ставрополь, 2010-2011); Международной научно-технической конференции «Современные достижения биотехнологии» (г. Ставрополь, 2011). Результаты работы экспонировались на конкурсах и выставках, награждены 8 дипломами и 1 сертификатом участника. Публикации. По материалам диссертации опубликовано 25 работ, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК, 4 статьи в научно-технических журналах, 17 тезисов докладов и 3 патента РФ. Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка использованных источников и приложений. Работа изложена на Х страницах машинописного текста, содержит Х таблиц и Х рисунков. Список литературы включает Х наименований работ отечественных и зарубежных авторов. СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность темы диссертационной работы, определены основные направления исследований, сформулированы цель и задачи диссертации. Глава 1. Аналитический обзор литературы. Проанализировано современное состояние и перспективные направления развития пищевой промышленности. Определены перспективные способы получения новых композиций с высокой антиоксидантной активностью, пищевой ценностью, коэффициентом сладости, коллоидной стабильностью, увеличенным сроком годности на основе творожной сыворотки творожной сыворотки. Проанализировано современное состояние и перспективы применения антиоксидантов в напитках. Обоснован выбор объектов исследования, подтверждена актуальность темы. Глава 2. Объекты, материалы и методы исследований. Экспериментальные исследования проводили в соответствии с разработанной схемой (рисунок 1). Объекты исследования: творожная сыворотка, получаемая при производстве обезжиренного творога на линии «Tewes Bis» (ОАО Молкомбинат «Воронежский») и ее ультрафильтрат; инулинсодержащее сырье (корневые клубни цикория и топинамбура); молочно-растительные экстракты цикория, топинамбура и стевии; алкогольные и безалкогольные напитки на их основе. Рисунок 1 – Схема проведения исследований Экспериментальные исследования проводили в научно-исследовательских лабораториях ВГУИТ, микробиологической лаборатории ООО фирма «Малыш» (г. Воронеж), научно-испытательной лаборатории автономного научно-технического центра «Комбикорм» (г. Воронеж), химической лаборатории ОАО «Прогресс» (г. Липецк), филиале Менделеевского центра стандартизации и метрологии (г. Орехово-Зуево). Методы исследований – стандартные и общепринятые в ис-следовательской практике, а также модифицированные, специ-альные и оригинальные, выполненные с применением современных приборов и информационных технологий для оценки свойств сырья, полуфабрикатов и продукции. Химический состав полифункциональных композиций и напитков на их основе определяли следующим образом: аминокислоты – методом капиллярного электрофореза на приборе «Капель-105»; углеводы – методом высокоэфективной жидкостной хроматографии на приборе «Varian 920 – LC»; антиоксидантную активность – амперометрическим методом на приборе «Цвет-Яуза-01-АА»; биофлавоноиды – спектрофотометрическим методом. Для оценки качества творожной сыворотки, полифункциональных композиций и напитков нами разработаны и запатентованы: - устройство для определения мутности жидких дисперсных систем, основанное на измерении интенсивности света, рассеянного пробой; - проточная ячейка детектирования осмофорических компо-нентов, принцип действия которой основан на регистрации изменения частоты колебаний сенсора с нанесенным на него специфическим модификатором при сорбции им компонентов жидких фаз. Технико-экономические показатели рассчитывали по методикам определения экономической эффективности в молочной промыш-ленности. Математическую обработку эксперимента проводили методами математической статистики, оптимизацию рецептур – симп-лекс-методом. Расчеты, построение графиков и их описание осу-ществляли с помощью приложений Microsoft Office 2007, Компас График и «MathCAD, version 14.0». Глава 3. Получение полифункциональных композиций на основе творожной сыворотки. Для адаптации химического состава и свойств ультрафильтрата творожной сыворотки к технологии напитков с АОС нами обосновано его применение в качестве экстрагента углеводного комплекса растительного сырья (цикорий, топинамбур) с последующей биоконверсией инулина в полученных экстрактах. При менение нового экстрагента позволяет повысить эффективность процесса за счет увеличения ионной силы раствора (табл. 1), содержащего минеральные вещества, в сравнении с водой – традиционным экстрагентом. Таблица 1 – Сравнительная характеристика ионной силы экстрагентов
В процессе экстрагирования существенно улучшаются органо-лептические показатели творожной сыворотки вследствие сорбции лактозой ароматических компонентов растительного сырья. Это подтверждается изменением формы и площади «визуального образа» экстрактов в сравнении ультрафильтратом творожной сыворотки (рис. 2). Модификаторы сенсоров: 1 – полистирол; 2 – дифенилкарбазид; 3 – ПЭГС; 4 – апиезон L; 5 – поливинил-ацетат; 6 – динонилфталат. Рисунок 2 – «Визуальные образы», полученные с применением проточной ячейки детектирования: а – ультрафильтрат творожной сыворотки; молочно-растительные экстракты: б – цикория, в –топинамбура В качестве основных факторов, влияющих на экстрагирование, нами изучены: Х1 – температура, °С; Х2 – продолжительность процесса, мин; Х3 – гидромодуль; Х4 – рН экстрагента, ед. рН; Х5 – степень измельчения клубней, мм. Все факторы совместимы и некоррелируемы между собой. Критерий оценки оптимизации процесса экстрагирования – массовая доля сухих веществ в экстракте (Y, %). Для построения статистической модели применяли централь-ное композиционное ротатабельное униформ-планирование (дроб-ный факторный эксперимент 25-1). В результате статистической обработки экспериментальных данных получены уравнения регрессии, адекватно описывающие процессы экстрагирования физиологически ценных нутриентов топинамбура (1) и цикория: Y = 14,92 + 0,18·X1 + 0,96·Х2 – 0,12·X3 – 0,21·X4 + 0,27·Х1·Х2 – – 0,09·Х1·Х5 + 0,14· Х2·Х5 + 0,72·Х12 + 0,23·Х22 + 0,57·Х32 + + 0,13·Х42 – 0,16·Х52 (1) Ридж-анализ позволил установить оптимальные параметры экстрагирования нутриентов корневых клубней инулинсодержащего сырья (табл. 2). Таблица 2 – Оптимальные условия получения молочно-растительных экстрактов (патент РФ № 2409966)
Для повышения коэффициента эквивалентной сладости полученных композиций предложено проводить ферментативную биоконверсию инулина до содержания в них фруктозы 4 – 5 %, что обеспечивается степенью его гидролиза 28 – 30 %. Оптимизированы параметры биоконверсии инулина в молочно-растительных экстрактах цикория и топинамбура (температура – 48 °С, продолжительность процесса – 160 мин; количество ферментного препарата – 0,17 ед./г инулина; рН среды – 4,6 ед), обеспечивающие заданную степень гидролиза. Широкий спектр функциональных нутриентов (табл. 3) с известными механизмами позитивного действия позволяет пози-ционировать полученные пищевые композиции как поли-функциональные и примененять их для обогащения продуктов витаминами, минералами, антиоксидантами и придания пребиотических свойств. Основной моносахарид экстрактов (рис. 3, табл. 4) – фруктоза, характеризуется высоким коэффициентом сладости (Ксл = 1,8 ед. SES), низким гликемическим индексом (ГИ=19) и относится к функциональным нутриентам. |
Приказ №315 Об участии в декабре 2009 года в процедуре контроля качества... Для получения отметки «5» необходимо набрать 12-14 баллов. Для получения отметки «4» необходимо набрать 10-11 баллов. Для получения... | Способ получения пресервов Изобретение позволит получить продукт с приятными вкусовыми свойствами и консистенцией, обладающий повышенной биологической ценностью,... | ||
Различные формы и методы контроля знаний учащихся Различные формы... Краткая характеристика тестовых заданий, методики их составления и применения для проведения различных видов и способов контроля... | Разработка урока по изо в 5 классе. Тема: «Виды композиций городецкой росписи» Зрительный ряд: презентация «Виды композиций городецкой росписи»; изделия городецких мастеров | ||
1 пояснительная записка целью курса «Религиоведение» Краткая характеристика тестовых заданий, методики их составления и применения для проведения различных видов и способов контроля... | Тема: диагностика уровня религиозности в студенческой группе. Цель Краткая характеристика тестовых заданий, методики их составления и применения для проведения различных видов и способов контроля... | ||
Религиоведение» вузовского компонента цикла опд по направлению 031600... Краткая характеристика тестовых заданий, методики их составления и применения для проведения различных видов и способов контроля... | Методические рекомендации по составлению и применению тестовых заданий Краткая характеристика тестовых заданий, методики их составления и применения для проведения различных видов и способов контроля... | ||
«Курская государственная сельскохозяйственная академия имени профессора... Краткая характеристика тестовых заданий, методики их составления и применения для проведения различных видов и способов контроля... | Технологическая карта дисциплины «География и культура напитков»: дать студенту системное представление о разнообразии напитков, географии их распространения, истории... | ||
Классный час Тема: Энергетические напитки: вред или польза? Цель: познакомить с видами тонизирующих напитков и рассказать об опасностях таких напитков для детского организма | Эффективные методы и формы подготовки обучающихся к успешной сдаче... Краткая характеристика тестовых заданий, методики их составления и применения для проведения различных видов и способов контроля... | ||
Реферат Кислотность напитков и здоровье человека Практическая часть. Социальный опрос. Результаты измерения кислотности популярных напитков | Дисциплина: Сертификация и стандартизация способов защиты от коррозии Научить организационным, научно-техническим и нормативно-методическим основам сертификации металлопродукции, используемой в различных... | ||
Разработка и исследование ингибирующих композиций для соляно- и сернокислых... Ведущая организация – фгоу впо кемеровский государственный сельскохозяйственный институт | Программа по формированию навыков безопасного поведения на дорогах... Дидактическая цель: Создать условия для получения новых знаний и способов деятельности, первичной проверки понимания изученного и... |