Разработка и оценка потребительских свойств комплексной кормовой добавки на основе растительного липидсодержащего сырья специальностям:

На правах рукописи

Бальзамова Татьяна Ивановна

Разработка и оценка потребительских свойств комплексной кормовой добавки на основе растительного липидсодержащего сырья

Специальностям: 05.18.15 – Товароведение пищевых продуктов и

технология продуктов общественного

питания

05.18.06 – Технология жиров, эфирных масел

и парфюмерно-косметических продуктов

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Краснодар 2007

Работа выполнена в Кубанском государственном технологическом университете

Научные руководители: кандидат технических наук

Шаззо Айдомир Юсуфович

кандидат технических наук, доцент Илларионова Вера Владимировна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Щербаков Владимир Григорьевич;

кандидат технических наук

Багалий Татьяна Михайловна

Ведущая организация: Северо-Кавказский филиал Всероссийского научно-исследовательского института жиров Россельхозакадемии

Защита состоится 15 мая 2007 г. в 1400 часов на заседании диссертационного совета Д 212.100.03 при Кубанском государственном технологическом университете по адресу: 350072, г. Краснодар, ул.Московская,2

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Кубанского государственного технологического университета

Отзывы на автореферат, заверенные печатью учреждения, просим направлять по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, КубГТУ, ученому секретарю диссертационного совета

Автореферат разослан 13 апреля 2007 г.

Ученый секретарь диссертационного

совета, кандидат технических наук,

доцент М.В. Жарко

1 Общая характеристика работы

1.1 Актуальность темы. Одной из основных задач, определенных концепцией государственной политики в области здорового питания населения России, является создание безопасных, высококачественных и полноценных пищевых продуктов, при этом особое внимание уделяется разработке продуктов питания лечебно-профилактической направленности. Успешное решение проблемы создания продуктов лечебно-профилактического действия связано не только с нейтрализацией опосредованного влияния окружающей среды на организм человека через продукты питания им потребляемые, но в определяющей степени зависит от целенаправленного формирования заданных физиологически активных свойств готового продукта на стадии получения исходного пищевого сырья.

В традиционном рационе питания продукты животноводства занимают одну из ключевых позиций. Учитывая вышесказанное, одной из основных проблем создания продуктов лечебно-профилактической группы животного происхождения, является формирование физиологической ценности и обеспечение санитарно-гигиенической безопасности продуктов животноводства.

Известно, что, оптимизируя кормовой рацион животных, можно повысить пищевую ценность и целенаправленно формировать диетические свойства животноводческой продукции.

Принимая во внимание необходимость комплексной переработки пищевого сырья, выявление новых источников биологически активных веществ из вторичных ресурсов пищевой промышленности, представляет несомненный интерес.

В связи с этим, выполнение исследований по разработке и оценке потребительских свойств кормовых добавок, полученных на основе растительного липидсодержащего вторичного сырья, является актуальной.

Диссертационная работа выполнялась в соответствии с заданием Министерства образования РФ на проведение научных исследований по тематическому плану вуза, № госрегистрации 1.3.04 (2004-2006 г.г.), а также в соответствии с планом НИР КубГТУ (2004 - 2006 г.г.).

1.2 Цель работы. Целью настоящей работы является разработка и оценка потребительских свойств комплексной кормовой добавки на основе растительного липидсодержащего сырья.

1.3 Основные задачи исследования:

- анализ и систематизация научно-технической литературы и патентной информации по теме исследования;

- сравнительная оценка химического состава и пищевой ценности кормовых кукурузных фосфолипидных концентратов, полученных по традиционной технологии водной гидратации (ККФК), и кормовых кукурузных активированных фосфолипидов, полученных гидратацией с применением методов механохимической и химической активации (ККАФ);

- исследование особенностей химического состава и пищевой ценности выжимок томатов;

- определение эффективных технологических режимов обработки выжимок томатов с применением метода механохимической активации;

- разработка технологии производства кормовой липидно-белковой добавки на основе выжимок томатов, обладающей высокой протеолитической активностью;

- разработка технологических режимов производства комплексной кормовой добавки;

- выработка опытных партий кормовых добавок и разработка комплектов технической документации, включающих технические условия и технологические инструкции;

- экспериментальная оценка эффективности применения разработанной комплексной кормовой добавки при кормлении цыплят-бройлеров;

- комплексная оценка пищевой и физиологической ценности, а также кулинарных свойств мяса цыплят-бройлеров;

- оценка экономической эффективности от внедрения разработанных технологических решений и применения комплексной кормовой добавки в кормлении цыплят-бройлеров.

1.4 Научная новизна. Научно обоснована целесообразность и эффективность применения фосфолипидов, полученных путем гидратации нерафинированных кукурузных масел с применением методов механохимической и химической активации, в качестве кормовой фосфолипидной добавки.

Научно обоснована целесообразность и эффективность применения выжимок томатов – вторичных ресурсов консервной промышленности в качестве сырья для получения кормовой липидно-белковой добавки.

Установлено влияние режимов механохимической активации выжимок томатов на активность протеолитических ферментов продукта, получаемого при их обработке. Предложен механизм влияния механохимической активации на суммарную активность протеолитических ферментов продукта, полученного из выжимок томатов, заключающийся в повышении активности кислых протеиназ в результате снижения значения рН водной вытяжки при обработке.

Впервые определены эффективные технологические режимы получения кормовой липидно-белковой добавки из выжимок томатов.

Впервые выявлено положительное влияние фосфолипидов, полученных путем гидратации нерафинированных кукурузных масел с применением методов механохимической и химической активации, и липидно-белковой добавки, полученной из выжимок томатов с применением метода механохимической активации, на ценность кормов, что позволяет повысить их эффективность, заключающуюся в увеличении прироста веса цыплят-бройлеров.

Выявлено положительное влияние комплексной кормовой добавки на пищевую, физиологическую ценность и кулинарные свойства мяса цыплят-бройлеров.

Новизна защищена 2 патентами РФ и 5 решениями о выдаче патентов РФ на изобретения.

1.5 Практическая значимость. Разработана технология получения кормовой липидно-белковой добавки из выжимок томатов с применением метода механохимической активации.

Разработаны комплекты технической документации на «Кормовую фосфолипидную добавку», «Кормовую липидно-белковую добавку» и «Комплексную кормовую добавку», включающие технические условия и технологические инструкции.

Разработаны рекомендации по применению комплексной кормовой добавки при кормлении цыплят-бройлеров.

1.6 Реализация результатов исследования. Технология получения кормовой фосфолипидной добавки из кукурузных масел с применением методов механохимической и химической активации внедрена на ОАО «Краснодарский экспериментальный маслозавод».

Технология получения кормовой липидно-белковой добавки из выжимок томатов и технология получения комплексной кормовой добавки приняты к внедрению на Гиагинском комбинате хлебопродуктов в IV квартале 2007 г.

Разработанная комплексная кормовая добавка принята к внедрению при кормлении цыплят- бройлеров в условиях ЗАО «Истро - Сенежское – Производственное птицеводческое объединение» (Московская обл., Солнечногорский р-н) и птицефабрики «Октябрьская» (Республика Адыгея).

Ожидаемый экономический эффект от выпуска кормовых добавок составит более 1,0 млн. руб. в год, а ожидаемый экономический эффект от их применения при кормлении цыплят-бройлеров – более 1,5 млн. руб. в год.

1.7 Апробация работы. Результаты теоретических и экспериментальных исследований, полученные автором, доложены и обсуждены: на III Международной научно-практической конференции «Производственные технологии» (г.Римини, Италия 2005 г.); III Юбилейной выставке-конференции с международным участием «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации» (Москва 2005 г.); IV Международной научно-практической конференции «Приоритеты и научное обоснование реализации государственной политики здорового питания в России» (Орел 2006 г.).

1.8 Публикации. По материалам диссертационной работы опубликованы 4 статьи, 4 тезиса докладов, получено 2 патента и 5 решений о выдаче патентов РФ на изобретения.

1.9 Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, методической и экспериментальной части, выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 125 страницах машинописного текста, содержит 25 таблиц и 20 рисунков. Список литературы включает 174 наименований работ.

2 экспериментальная часть

2.1 Методы исследования. При проведении исследований использовали современные физико-химические методы анализа: ТСХ, ВЭЖХ, ГЖК, спектральные – УФ и атомно-адсорбционный. Определение массовой доли азота в объектах исследования проводили по методу Кьельдаля, аминокислотный состав белков определяли хроматографическим методом на автоматическом анализаторе аминокислот. Оценку степени измельчения выжимок томатов осуществляли экспресс-методом по токовым характеристикам механохимического активатора (МХА), а также путем изучения гранулометрического состава измельченного продукта.

Для выявления влияния механохимических воздействий на изучаемые объекты применяли роторно-валковый дезинтегратор вертикального типа, конструкция которого разработана сотрудниками КубГТУ.

Оценку качества и эффективности применения разработанных кормовых добавок при кормлении цыплят- бройлеров осуществляли общепринятыми и специальными методами.

Оценку результатов и их статистической достоверности проводили с использованием современных методов расчета статистической достоверности результатов измерений.

Структурная схема исследования приведена на рисунке 1.

2.2 Сравнительная оценка химического состава и пищевой ценности кормовых фосфолипидных продуктов, полученных из кукурузных масел. В качестве объектов исследования были выбраны кормовые кукурузные активированные фосфолипиды, полученные методом химической и механохимической активации (ККАФ), и кормовые кукурузные фосфолипидные концентраты (ККФК), полученные по традиционной технологии водной гидратации (таблица 1).

Из приведенных данных видно, что ККАФ по содержанию целевого компонента - фосфолипидов превосходят ККФК, при этом в ККАФ отмечены более низкие значения кислотного и перекисного чисел.

Рисунок 1 – Структурная схема исследования

Таблица 1 – Физико-химические показатели фосфолипидных продуктов,

полученных из кукурузных масел

Наименование показателя	Значение показателя
	ККФК	ККАФ
Массовая доля, %:
фосфолипидов	38,60 – 42,50	51,90 – 53,50
влаги и летучих веществ	2,10 – 2,50	0,30 – 0,50
масла	53,50 – 57,80	44,50 – 47,80
продуктов окисления, нерастворимых в петролейном эфире	0,50 – 0,60	0,15- 0,20
Кислотное число масла, выделенного из продукта, мг КОН/г	23,50 – 26,70	15,50 – 16,00
Перекисное число, ммоль О/кг	17,50 – 18,95	7,41 – 8,58
Коэффициенты поглощения при длине волны, нм:
232	0,95 – 0,97	0,44 – 0,48
268	0,21 – 0,25	0,12 – 0,16
Массовая доля, мг %:
токоферолов	55,60 – 59,70	98,15 – 105,40
каротиноидов	0,020 – 0,025	0,050 – 0,060
стеролов	0,40 – 0,50	0,60 – 0,70

Следует отметить, что в составе ККАФ в большем количестве, по сравнению с ККФК, содержатся такие физиологически функциональные ингредиенты, как токоферолы, – каротин и стеролы.

Учитывая, что физиологическая ценность фосфолипидных продуктов определяется соотношением и содержанием в них индивидуальных групп, изучали групповой состав липидов (рисунок 2).

Из приведенных данных видно, что в составе ККАФ по сравнению с ККФК содержится большее количество физиологически ценных групп фосфолипидов (фосфатидилхолины, фосфатидилсерины, фосфатидилинозитолы и фосфатидилэтаноламины).

Учитывая, что физиологическая ценность фосфолипидных продуктов обусловлена не только составом и содержанием индивидуальных групп фосфолипидов, но и их жирнокислотным составом, изучали жирнокислотный состав.

Установлено, что в составе жирных кислот кукурузных кормовых активированных фосфолипидов содержится до 80% ненасыщенных жирных кислот, в том числе более 40% полиненасыщенных.

Минеральный состав ККАФ выгодно отличается от состава ККФК, так как представлен более высоким содержанием макро- и микроэлементов (таблица 2).

Таблица 2 – Состав и содержанием макро- и микроэлементов в фосфолипидных продуктах

Наименование минерального элемента	Содержание минерального элемента
	ККФК	ККАФ
Макроэлементы, мг / 100 г:
калий	175 - 180	280 – 290
кальций	110 - 120	190 – 200
магний	150 – 165	310 – 320
Микроэлементы, мкг / 100 г:
железо	210 - 240	345 - 370
медь	90 - 112	145 - 160

По результатам экспериментальных исследований, а также на основании заключения Кубанского государственного медицинского университета о высоких медико-биологических свойствах кормовых кукурузных активированных фосфолипидов, можно сделать вывод о целесообразности и эффективности их применения в качестве кормовой добавки.

2.3 Особенности химического состава и характеристика биологически активных веществ выжимок томатов. Создание полноценных кормовых добавок только на основе фосфолипидных продуктов недостаточно эффективно из-за отсутствия в составе последних таких биологически ценных компонентов, как белки, а также физиологически функциональных ингредиентов – водорастворимых витаминов и пищевых волокон.

Учитывая это, в качества второго объекта исследования были выбраны выжимки томатов, которые являются вторичными растительными ресурсами, получаемыми в консервной промышленности при переработке томатов (таблица 3).

Таблица 3 – Химический состав выжимок томатов

Наименование показателя	Значение показателя
Массовая доля, %:
влаги и летучих веществ	6,00 – 7,00
белков, в том числе:	20,90 – 22,70
альбуминов	3,55 – 3,85
глобулиов	13,06 – 14,18
глютелинов	4,29 – 4,66
проламинов	отсутствуют
липидов	20,15 – 22,10
углеводов	44,65 – 45,29
золы	2,27 – 2,44
Массовая доля гликозидов, %10-3:
нарингина	1,40-1,60
-томатина	2,90-3,10

Анализ полученных данных показал, что в выжимках томатов содержится значительное количество белков, липидов, углеводов и минеральных веществ, что говорит об их высокой пищевой ценности.

Следует отметить, что основными компонентами белкового комплекса выжимок томатов являются глобулины, имеющие высокую биологическую ценность.

Особенностью химического состава выжимок томатов является присутствие в них глюкозидов: нарингина и -томатина. Следует отметить, что количество глюкозидов в выжимках томатов невысоко и не может оказывать отрицательного влияния на готовые продукты – порог горечи нарингина составляет 210-3%, а -томатина - 510-3%.

Учитывая значимость растительных белков в формировании качества и кормовой ценности добавок, определяли состав аминокислот белков выжимок томатов (таблица 4). Для сравнения приведены данные по аминокислотному составу белков семян сои.

Таблица 4 – Состав незаменимых аминокислот белков выжимок томатов

Наименование аминокислоты	Содержание, г / 100 г белка
	выжимки томатов	семена сои
Незаменимые аминокислоты, в том числе:	45,8	41,1
валин	5,6	4,8
изолейцин	4,2	5,3
лейцин	7,8	9,2
лизин	7,3	6,1
метионин + цистин	7,4	3,0
треонин	3,6	3,7
триптофан	1,6	1,8
фенилаланин + тирозин	8,3	7,2

Показано, что аминокислотный состав белков выжимок томатов включает полный набор незаменимых аминокислот, при этом их соотношение близко к оптимальному.

В таблицах 5 и 6 приведен состав физиологически ценных ингредиентов выжимок томатов, а в таблице 7 - состав минеральных элементов.

Таблица 5 – Состав физиологически ценных ингредиентов липидов, выделенных из выжимок томатов

Наименование ингредиента	Содержание ингредиента
Массовая доля, %:
фосфолипидов	0,30 – 0,40
полиненасыщенных жирных кислот	50,0 – 53,3
стеролов, в том числе:	0,49 – 0,53
-ситостеролов (провитамин Д)	0,40 – 0,45
Массовая доля, мг / 100 г:
токоферолов, в том числе:	150,0 – 170,5
– токоферолов (витамин Е)	118,5 – 134,5
каротиноидов, в том числе:	108,0 – 117,0
-каротина	7,0 – 8,5
ликопина	11,5 – 12,7

Таблица 6 – Состав физиологически ценных ингредиентов выжимок томатов

Наименование ингредиента	Содержание ингредиента
Массовая доля, %:
пищевых волокон, в том числе:	41,5 – 42,5
клетчатки	24,5 – 25,5
гемицеллюлозы	13,0 – 14,0
пектина	3,0 – 4,0
Массовая доля водорастворимых витаминов, мг / 100 г:
С	9,00 – 10,00
В1	0,13 – 0,15
В2	0,15 – 0,20

Таблица 7 – Состав минеральных элементов выжимок томатов

Наименование минерального элемента	Содержание минерального элемента
Массовая доля макроэлементов, мг / 100 г:
кальция	130 – 140
магния	55 – 65
калия	520 – 530
Массовая доля микроэлементов, мкг / 100 г:
железа	480 – 520
цинка	4600 – 4620
марганца	1900 – 2000
селена	13 - 16

Учитывая приведенные данные, можно сделать вывод о том, что выжимки томатов являются ценным вторичным растительным сырьем и при разработке специальных технологических режимов их переработки могут быть использованы для получения кормовой добавки.

2.4 Влияние метода механохимической активации на активность протеолитических ферментов и степень измельчения выжимок томатов. Анализ имеющейся научно-технической литературы и патентной информации показал, что в настоящее время в качестве специальных кормовых добавок широко применяют микробиологические ферментные препараты, обладающие протеолитической активностью. Однако, существенным недостатком таких препаратов является отсутствие в их составе биологически активных веществ, необходимых для создания полноценных кормовых продуктов.

Учитывая данные о химическом составе и активности протеолитических ферментов выжимок томатов, нами был сделан вывод о целесообразности применения выжимок томатов в качестве сырья для получения кормовой добавки, обладающей не только высокой пищевой ценностью, но и протеолитическим действием.

Известно, что одним из необходимых условий, позволяющих применять выжимки томатов в качестве БАД в пищевой промышленности, является специальная подготовка, включающая их измельчение с применением метода механохимической активации. При этом было показано, что метод МХА при выборе определенных режимов позволяет целенаправленно регулировать активность ферментов.

В связи с этим нами изучено влияние механохимической обработки выжимок томатов на степень измельчения получаемого продукта, обусловливающую активность протеолитических ферментов.

Учитывая это, механохимическую обработку выжимок томатов осуществляли в интервале температур 20-400С в роторно-валковом дезинтеграторе вертикального типа, в котором создается пульсирующее давление 5 - 15 МПа с частотой механохимической обработки 66,7 Гц, кратной количеству рабочих элементов, и частотой вращения ротора 16,6 с-1.

Предварительными опытами установлено, что для достижения высокой степени измельчения выжимок томатов в исследуемом интервале температур эффективным является давление 10 МПа.

Однако, учитывая, что, наряду с высокой степенью измельчения, необходимо получить продукт, имеющий высокую протеолитическую активность, исследовали влияние температуры механохимической обработки на активность протеолитических ферментов.

На рисунке 3 приведена зависимость влияния температуры механохимической обработки выжимок томатов на суммарную протеолитическую активность полученного продукта.

Из приведенных данных видно, что механохимическая обработка выжимок томатов при температуре 25-300С позволяет достичь максимальной активности протеолитических ферментов.

Для выяснения механизма влияния механохимической активации на увеличение активности протеолитических ферментов, наряду с суммарной протеолитической активностью, определяли активность кислых, щелочных и нейтральных протеаз в обработанных выжимках томатов. Для сравнения определяли активность указанных протеаз в выжимках томатов без предварительной механохимической обработки (рисунок 4).

Из данных, приведенных на рисунке 4, видно, что механохимическая обработка выжимок томатов приводит к увеличению суммарной протеолитической активности ферментов за счет роста активности кислых протеаз, при этом активность щелочных и нейтральных протеаз остается практически без изменений.

Увеличение активности кислых протеиназ, по-видимому можно объяснить изменением рН водной фазы, содержащейся в выжимках томатов, в процессе их механохимической обработки. Для подтверждения высказанного предположения исследовали влияние механохимической обработки выжимок томатов в интервале температур 25-40 0С и давлении в механохимическом активаторе 10 МПа на величину рН водной вытяжки.

Установлено, что механохимическая обработка выжимок томатов приводит к снижению величины рН водной вытяжки (с 5,7 до 4,0), что в свою очередь подтверждает повышение суммарной протеолитической активности за счет повышения активности кислых протеаз.

2.5 Влияние метода механохимической активации на изменение фракционного состава белков и физико-химические показатели липидов выжимок томатов. Учитывая, что одними из ценных компонентов выжимок томатов являются белки и липиды, определяли влияние механохимической активации на фракционный состав белков, а также на изменение физико-химических показателей липидов, выделенных из выжимок томатов (таблицы 8 и 9).

Таблица 8 – Влияние механохимической активации на изменение фракционного состава белков выжимок томатов

Наименование фракции белка	Содержание фракции, % к общему содержанию белков
	без обработки (контроль)	обработанные в МХА
Водорастворимая	16,9	17,3
Солерастворимая	62,5	62,4
Щелочерастворимая	20,6	20,3
Нерастворимая	отсутствует	отсутствует

Показано, что механохимическая активация выжимок томатов при выявленных мягких режимах практически не приводит к изменению фракционного состава белков.

Таблица 9 – Влияние механохимической активации на физико-химические показатели липидов выжимок томатов

Наименование показателя	Значение показателя
	Выжимки томатов
	без обработки (контроль)	обработанные в МХА
Кислотное число, мг КОН/г	2,95	1,70
Перекисное число, ммоль О / кг	3,15	3,00
Содержание продуктов окисления, нерастворимых в петролейном эфире, %	0,110	0,100
Массовая доля фосфолипидов, %	0,35	0,35
Коэффициенты поглощения при длине волны, нм: 232 268	0,218 0,042	0,195 0,030
Массовая доля, мг %:
токоферолов	168,5	167,0
каротиноидов	111,0	109,0
стеролов	490,0	490,0

Из приведенных данных, видно, что в процессе механохимической активации наблюдается снижение кислотного числа липидов в результате дистилляционного удаления свободных жирных кислот, а также снижение содержания продуктов окисления, в том числе первичных продуктов окисления, что объясняется стабилизацией ненасыщенных жирных кислот в молекулах триацилглицеринов преимущественно в Sn-2 положении и их экранированием насыщенными жирными кислотами.

Следует отметить, что содержание токоферолов, каротиноидов и фосфолипидов в процессе механохимической обработки практически не изменяется.

На основании полученных результатов можно сделать вывод о возможности получения липидно-белковой добавки на основе выжимок томатов путем их обработки с применением метода механохимической активации.

2.6 Выработка опытных партий и оценка свойств липидно-белковой добавки на основе выжимок томатов. На основании полученных данных разработан комплект технической документации, включающий технологическую инструкцию и технические условия на «Кормовую липидно-белковую добавку из выжимок томатов».

Состав физиологически функциональных ингредиентов кормовой липидно-белковой добавки из выжимок томатов приведен в таблице 10.

Наличие водо- и жирорастворимых витаминов, белков и пищевых волокон в липидно-белковой добавке из выжимок томатов подтвердило эффективность ее применения в качестве кормовой добавки при производстве кормов.

Технологическая схема производства кормовой липидно-белковой добавки из выжимок томатов и комплексной кормовой добавки приведена на рисунке 5.

На основании полученных данных разработан комплект технической документации на «Комплексную кормовую добавку», включающий технические условия и технологическую инструкцию.

2.6 Оценка эффективности применения разработанных кормовых добавок при кормлении цыплят-бройлеров. В условиях ОАО «Краснодарский экспериментальный маслозавод» были выработаны опытные партии кормовой фосфолипидной добавки, полученной из нерафинированных кукурузных масел путем их гидратации с применением метода механохимической и химической активации, а в условиях Гиагинского комбината хлебопродуктов были выработаны опытные партии липидно-белковой добавки из выжимок томатов и комплексной кормовой добавки.

Проверку эффективности применения разработанных кормовых добавок осуществляли в условиях ЗАО «Истро - Сенежское – Производственное птицеводческое объединение» при кормлении опытных групп цыплят-бройлеров.

В контрольной и экспериментальных группах живая масса цыплят-бройлеров в суточном возрасте была одинаковой и составляла 40 г. В контрольной группе кормление цыплят-бройлеров осуществляли полнорационными комбикормами, результаты которого принимали за 100 %.