Разработка технологии порошковых специализированных пищевых продуктов для коррекции белково-энергетического дефицита
На правах рукописи
ГОРБАЧЕВ МИХАИЛ ГЕННАДЬЕВИЧ
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОРОШКОВЫХ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ ДЛЯ КОРРЕКЦИИ БЕЛКОВО-ЭНЕРГЕТИЧЕСКОГО ДЕФИЦИТА
Специальность 05.18.01- «Технология обработки, хранения и переработки
злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов,
плодоовощной продукции и виноградарства»
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Москва – 2013
Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет пищевых производств» на кафедре «Технология продуктов функционального назначения, спортивного питания и длительного хранения».
Научный руководитель: Демидова Татьяна Ивановна
кандидат технических наук, доцент
Официальные оппоненты: Траубенберг Светлана Евгеньевна
доктор технических наук, профессор,
ФГБОУ ВПО «Московский государственный
университет пищевых производств»,
профессор кафедры
«Неорганическая, аналитическая,
физическая и коллоидная химия»
Роенко Татьяна Федоровна
кандидат технических наук, старший
научный сотрудник, ООО «Ворлд Маркет»,
директор по развитию
Ведущая организация: Государственное научное учреждение
Научно-исследовательский институт
пищеконцентратной промышленности
и специальной пищевой технологии РАСХН
Защита состоится « 27 » июня 2013 г. в 15 часов 00 мин. на заседании Совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук Д 212.148.03 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств», 125080, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 11, ауд. 302.
Просим Вас принять участие в заседании Совета или прислать отзыв в двух экземплярах, заверенных печатью учреждения, по вышеуказанному адресу.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств».
Автореферат разослан « 27 » мая 2013 г.
| Ученый секретарь |  | |
| диссертационного совета, к.т.н., доцент | И.Г. Белявская | |
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. Проявления недостаточности питания во всем многообразии ее видов встречается достаточно часто. К настоящему времени получены многочисленные научные данные, показывающие взаимосвязь между недостаточным питанием и развитием различных патологических состояний у здорового человека, у больных стационара, соответственно, количеством осложнений и летальностью. (B. R.Bistrian, G. L. Blackburn, G. P.Buzby, J. L. Mullen, H. O. Studleyидр.).
Наиболее часто встречаемая недостаточность питания – белково-энергетическая недостаточность БЭН (protein-caloriе malnutrition), которая характеризуется дефицитом в организме человека белков и источников энергии, связанного либо с неадекватным потреблением данных питательных веществ, либо с нарушением приема, ассимиляции или метаболизма нутриентов вследствие какой-либо патологии.
Одним из способов предупреждения или коррекции БЭН является нутриционная поддержка с помощью специализированных пищевых продуктов и питательных смесей.
Фундаментальные исследования А. А. Покровского, М. В. Нестерина, В.С. Тутельяна, Л. Н. Костюченко, Т. С. Поповой, И. А. Рогова, Э. С. Токаева и ряда других российских ученых внесли существенный вклад в решение проблем оптимизации рациона питания здорового и больного человека.
Анализ состояния и тенденции развития данного сегмента рынка свидетельствуют о наличии значительного количества полноценных питательных смесей, представленными в основном эмульсионными продуктами, которые по органолептическим показателям могут использоваться энтерально.
Однако применение белково-углеводных продуктов с улучшенными качественными показателями для коррекции БЭН и профилактики ее возникновения является актуальной задачей. Создание таких продуктов возможно путем использования в качестве источника энергии экстрактов растительного сырья, и особую актуальность приобретает задача получения высококачественных продуктов питания с использованием вторичных сырьевых ресурсов (ВСР).
Таким образом, одним из важнейших направлений развития пищевых технологий на современном этапе является расширение ассортимента и совершенствование технологий производства специализированных пищевых продуктов (СПП), содержащих в своем составе нутриенты натурального сырья.
Цель и задачи исследований. Целью настоящего исследования является разработка научно и экспериментально обоснованной технологии получения белково-углеводного специализированного пищевого продукта с использованием экстрактов вторичных сырьевых ресурсов для профилактики и коррекции белково-энергетического дефицита.
Для достижения этой цели был поставлен и решен ряд взаимосвязанных между собой задач:
- обоснование выбора ВСР, как перспективного сырья, используемого для получения углеводного компонента специализированного порошкового белково-углеводного пищевого продукта;
- разработать технологию подготовки ВСР на основе совершенствования существующих технологий термообработки, для повышения эффективности экстрагирования биологически активных веществ;
- исследовать качественные и количественные показатели экстракта ВСР, характеризующие целесообразность предварительной термообработки;
- разработать технологию совместного гидролиза – экстрагирования смеси растительных порошков, в т.ч. порошков ВСР для получения экстрактов повышенной пищевой и биологической ценности;
- в соответствии с формализованными медико-биологическими требованиями к составу и качеству СПП разработать рецептуру и технологию промышленного производства белково-углеводного СПП для коррекции белково-энергетического дефицита;
- исследовать качественные и количественные показатели, характеризующие пищевую и биологическую ценность готового продукта, провести комплексные исследования СПП по показателям безопасности;
- разработать техническую документацию на опытную партию СПП;
- выполнить комплекс работ по внедрению предложенных технологий в пищевую отрасль;
- исследовать эффективность применения СПП на добровольцах ЛПУ с дефицитом и недостатком массы тела.
Научная новизна.
Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена, целесообразность предварительной термообработки ВСР (сортовой смеси жома столовой свеклы) в поле ИК – излучения, мощностью 80 кВт/м2для инактивации полифенолоксидазы и увеличения клеточной проницаемости мембран растительной ткани.
Установлена зависимость эффективности извлечения биологически активных веществ (БАВ) в экстракт из рецептурной смеси порошков жома столовой свеклы и топинамбура от способа предварительной ИК-обработки сырья и режимов экстрагирования.
Выявлены и обоснованы особенности химического состава экстракта из купажа порошков жома столовой свеклы и топинамбура, оказывающие влияние на его биологическую активность.
Доказано, что предложенная технология позволяет получить экстракт с содержанием в разовой дозе (0,250 л) – 2,6 г инулина, превышающей адекватный уровень его суточного потребления на 0,8 г, и ниже верхнего допустимого уровня потребления на 3,18 г; пектина – 0,6 г, что составляет 30% от адекватного суточного потребления.
Доказано, что использование экстракта в качестве углеводного ингредиента, позволяет повысить пищевую ценность и обогатить СПП биодоступными нутриентами природных сырьевых источников. В сочетании с белковым ингредиентом – гидролизатом сывороточных белков молока (ГСБМ) является гипоаллергенным продуктом и не имеет прямых противопоказаний.
Доказана эффективность применения СПП в клинике, в качестве дополнительного питания для оптимизации пищевого рациона у лиц призывного возраста с дефицитом и недостатком массы тела.
На способ получения СПП для коррекции белково-энергетического дефицита принята заявка № 2013119410 с приоритетом от 26.04.2013 г.
Практическая значимость.
Разработана технология производства СПП для коррекции белково-энергетического дефицита на основе растительных экстрактов, полученных способом совместного гидролиза-экстрагирования рецептурной смеси порошков топинамбура и жома столовой свеклы. Разработаны оптимальные режимы получения экстрактов (при рН близких к нейтральным), концентрирования под вакуумом и сушки распылением, послужившие основой для создания СПП.
Разработаны и утверждены рецептуры и техническая документация (ТУ, ТИ). Определены качественные и количественные показатели СПП, пищевая ценность, биологическая ценность, показатели безопасности СПП.
Предложены технологические решения, расширяющие область применения ВСР для создания специализированных пищевых продуктов, которые также позволяют пролонгировать срок годности сырья и обеспечить бесперебойную работу пищевых предприятий.
Результаты работы используются в пищеконцентратной промышленности, разработаны и внедрены в клиническую практику. Результаты проведенной работы, выводы и практические рекомендации внедрены в клиническую практику лечения больных в отделениях реанимации и хирургии Больницы Центросоюза РФ.
Основные положения диссертации используются при чтении лекций и проведении практических занятий на кафедре «Технология продуктов функционального назначения, спортивного питания и длительного хранения» ФГБОУ ВПО «МГУПП» и в лаборатории минимально инвазивной хирургии ФГБОУ ВПО «МГМСУ».
Положения, выносимые на защиту:
- результаты научного обоснования технологии производства СПП на основе растительных экстрактов, в т.ч. из ВСР;
- результаты исследований технологических процессов предварительной ИК-обработки сырья, гидролиза и экстрагирования, сушки распылением, и их влияния на качественные показатели конечного продукта;
- результаты комплексных экспериментальных исследований порошковых и восстановленных СПП (показатели качества и безопасности, пищевой и биологической ценности и др.);
- результаты экспериментальных клинических исследований эффективности применения СПП для питания больных-добровольцев стационара с белково-энергетической недостаточностью.
Апробация работы. Результаты доложены и обсуждены на XIV международном конгрессе с международным участием «Парентеральное и энтеральное питание (Москва, 2011), Международных научно-практических конференциях «Технологии продуктов здорового питания. Функциональные пищевые продукты» (Москва, 2010, 2011, 2012), Всероссийском конгрессе диетологов и нутрициологов «Питание и здоровье» (Москва, 2010),Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации. Эффективное использование ресурсов отрасли» (Москва, 2011), Семнадцатой Российской Гастроэнтерологической недели (Москва, 2011), а также на кафедральных заседаниях «Технология продуктов функционального назначения, спортивного питания и длительного хранения» ФГБОУ ВПО «МГУПП» и научно-исследовательской лаборатории минимально инвазивной хирургии ФГБОУ ВПО «МГМСУ».
Результаты диссертации апробированы в промышленных условиях. Выработка экспериментальных образцов и опытно-лабораторные испытания производства СПП для коррекции белково-энергетической недостаточности осуществлялись в экспериментальной лаборатории ОАО «Биохиммаш» г. Москва, выработка опытной партии продукта осуществлялась на производственных мощностях ОАО «Биохиммаш» г. Москва, ООО «ПК СТАРТ». Клиническая апробация проведена в Больнице Центросоюза РФ.
Данная диссертационная работа выполнена также в рамках Государственного задания Минобрнауки России на выполнение НИР «Конструирование продуктов функционального и специализированного назначения. Роль взаимодействия макро- и микронутриентов» (№2970 РК 01201256363 в течение 2012-2013 гг.).
Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 11 печатных работ, из них 6 статей в журналах, рекомендованных ВАК.
Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, клинических исследований, выводов,списка использованных литературных источников и приложений. Основное содержание работы изложено на 155 страницах основного текста, проиллюстрировано 35 рисунками и 31 таблицей. Список литературы включает 165 источника отечественных и зарубежных авторов и 3 приложения.В приложениях имеется ряд документов, подтверждающих степень внедрения работы.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель работы, задачи исследований и положения, выносимые на защиту.
В первой главе, на основании анализа научной, патентной и технической информации, систематизированы и обобщены современные представления о способах коррекции белково-энергетической недостаточности, нутритивной поддержки для оптимизации пищевого рациона здорового и больного человека, способах подготовки сырья к процессу экстрагирования БАВ, особенностей термообработки сырья в поле ИК-излучения, производства специализированных порошковых белково-углеводных продуктов, основанных на фундаментальном вкладе ученых в теорию и практику. Изложены цели и задачи исследований.
Во второй главе представлены схема проведения эксперимента (рисунок 1), характеристика объектов исследований, методы анализа и методика проведения эксперимента, принципиальные схемы экспериментальных установок.
Объектами исследований при выполнении экспериментальной части работы служили: свежий жом, полученный после прессования, экспериментальные образцы термообработанного жома столовой свеклы в поле ИК-излучения, экстракт порошка жома столовой свеклы, экстракт из порошковой смеси жома столовой свеклы и топинамбура, полученный по разработанной технологии, специализированный порошковый пищевой продукт для коррекции белково-углеводного дефицита. Для исследований использовали жом урожая столовой свеклы сортов: «Бордо 237», «Цилиндра 917», « Пабло F1» по ГОСТ Р 51811 - 2001«Свекла столовая свежая. Технические условия», выращенной на с/х угодьях Московской области 2010-2013 гг.; гидролизат сывороточных белков молока (ГСБМ с глубиной гидролиза 30%), по ТУ №9229-186-04610209-2011. Производитель ООО «Научно-производственное объединение «Пищевые биотехнологии»; сухой порошок топинамбура по ТУ 9164-001-17912573-2001 «Порошок из клубней топинамбура».
Выработка экспериментальных образцов и опытной партии продукции осуществлялась на производственных мощностях ОАО «Биохиммаш» г. Москва, ООО «ПК «СТАРТ» г. Долгопрудный.
Исследования проводились с использованием современных методов анализа в соответствии со схемой:
- определение качественных показателей растительных экстрактов и СПП для коррекции белково-энергетической недостаточности: отбор и подготовка проб к анализу по ГОСТ 15113.0-77; 26668-85; активная кислотность рН по ГОСТ 15113.5-77; органолептические показатели по ГОСТ 29245-91; массовая доля влаги по ГОСТ 29245-91; 13; титруемая кислотность по ГОСТ 15113.5-77; массовая доля металлических примесей по ГОСТ 13340.2; массовая доля минеральных примесей по ГОСТ 25555.3;
- определение биохимических показателей растительных экстрактов и СПП для коррекции белково-энергетической недостаточности: определение аминокислотного состава методом распределительной хроматографии на бумаге, м. д. белка - по Къельдалю, м.д. жира – по ГОСТР 4.1.1672-03; определение пектина проводили по ГОСТ Р 4.1.1672-03, определение содержания инулина поР 4.1.1672-03 определение м.д. редуцирующих сахаров методом Бертрана согласно ГОСТ 8756.13 - 87; определение индекса растворимости по ГОСТ 30305.4-95, определение витаминов В1, В2 по ГОСТ 25999-83, витамина РР по ГОСТ 29140-91; определение витамина С по ГОСТ 24556-894; определение макроэлементов по МУК 4.1.1483-03; определение биотина по методике ФСП 42-01030905-01;
- определение показателей безопасности сырья и готового продукта: отбор проб и подготовка их для микробиологических анализов по ГОСТ Р 51446-99 (ИСО 7218-96); 26668; 26669;26670; определение микробиологических показателей по ГОСТ 10444.8, 10444.12, 10444.15, ГОСТ Р 52814( ИСО 6579:2002), 52816; ГОСТ Р 52815-2007 ; ГОСТ 30726-01. Санитарно-химические показатели безопасностисырья и готовой продукции, содержащей концентраты молочных белков,в соответствиистребованиями Федерального закона № 88-ФЗ «Технический регламент на молоко и молочную продукцию» определяли при помощи утвержденных методов: подготовка пробпо ГОСТ 26929-94; свинец и кадмий по ГОСТ 30178-96 мышьяк по ГОСТ 26930-94 ртуть определяли по МУ № 5178-90; пестициды по МУ №1766-77, официальный метод анализа АОАС (1984, Сh. 29, pp.С. 537-538).
Повторность всех опытов была троекратная. Статистическая обработка экспериментальных данных проводилась с помощью метода математической статистики с использованием табличного процессора «Excel» и пакета прикладных программ операционной системы MSWindows 2000, «Statistica 6.0».
| Рисунок 1. Схема проведения экспериментов. |
В третьей главе представлены, формализованные сотрудниками лаборатории минимально инвазивной хирургии МГМСУ г. Москвы и «Технологии продуктов функционального назначения, спортивного питания и длительного хранения» МГУПП г. Москвы, медико-биологические требования к СПП для коррекции белково-энергетического дефицита и профилактики его возникновения. Представлено обоснование выбора ВСР и ингредиентов СПП для коррекции белково-энергетического дефицита.
В четвертой главе представлены экспериментальные данные по влиянию способа предварительной термообработки жома столовой свеклы в поле ИК-излучения, по исследованию параметров конвективной досушки свекольного жома, режимов гидролиза - экстрагирования на качественные показатели экстрактов из жома столовой свеклы, позволяющего наиболее полноценно извлекать БАВ.
Исследования кинетики нагрева плоского слоя свекловичного жома высотой 15 мм позволили определить мощность ИК-излучения - 80кВк/м, и необходимую скорость прогрева слоя свекольного жома - 2,7 С/с.
Результаты исследований влияниия температуры нагрева свекловичного жома позволили нам определить оптимальную температуру термообработки в поле ИК- излучения свекольного жома-102-106 °С, её кинетику, а также определить, в условиях переменного постоянно убывающего влагосодержания, циклы снижения мощности тепловых блоков, время и периоды интенсивной инфракрасной обработки слоя свекольного жома (рисунок 2,3).
Досушку свекловичного жома, прошедшего интенсивную инфракрасную обработку с влажности 18-20% до 9-10%, обеспечивающей его длительное хранение, проводили конвективным способом при температуре 98-100 оС в течение 8-9 минут.
Полученные экспериментальные данные по влиянию способа предварительной обработки жома столовой свеклы в поле ИК–излучения на качественные характеристики порошкового экстракта (ПЭ) жома столовой свеклы (рН-6,9-7,0; Ссв-97,0%; Спв-3,0±0,2%; Срв-1,6±0,1%), свидетельствуют о целесообразности применения предложенного способа предварительной обработки сырья, по сравнению с традиционным способом получения экстракта из свежего жома столовой свеклы, предварительно термически обработанного подкисленной водой.
Рисунок 2. Температурная кривая нагрева свекольного жома при инфракрасной обротке.
Рисунок 3. Кривая влагоотдачи свекольного жома.
Эффективность предлагаемого способа обуславливает наименьшие затраты времени на предварительную подготовку сырья (ИК-обработка с досушкой 10-11 мин., набухание 30 мин., по сравнению с термообработкой в воде 70 мин.), соответственно, на проведение гидролиза-экстрагирования, в предложенном способе - 40-45 мин., по традиционной технологии - 60-70 мин. Применение ИК-обработки ВСР с последующей досушкой обеспечивает ослабление структурных связей и частичное разрушение клеточных стенок материала, что интенсифицирует последующий процесс экстракции БАВ. Это позволит получать экстракты из смеси растительных порошков, и обеспечить бесперебойную работу предприятия по переработке плодоовощной продукции, в т.ч. ВСР.
В пятой главе представлены полученные экспериментальные данные по влиянию режимов гидролиза и экстрагирования (при рН 6,9-7,0) на качественные показатели экстрактов из смеси измельченного (до 10 мкм) жома столовой свеклы и порошка топинамбура. Разработаны математические модели процесса сушки распылением экстрактов.
Для разработки рецептурной композиции экстракта, используемого в качестве углеводного ингредиента СПП, восстановленный водой порошок жома столовой свеклы смешивали в различных пропорциях с полученным экстрактом топинамбура. По содержанию пектина, инулина и редуцирующих веществ в купажированных экстрактах, а также по органолептическим показателям была выбрана предпочтительная рецептура в соотношении порошка жома столовой свеклы к топинамбуру – 30:70.
Исследование процесса экстрагирования биологически активных веществ порошковой смеси жома столовой свеклы и топинамбура.
Порошковую смесь жома столовой свеклы и топинамбура заливали водой (75-80С) для набухания. Гидролиз-экстрагирование проводили водой без гидролизующего агента.
Наилучшие результаты концентраций пектина и инулина в экстрактах получены при значениях гидромодуля 1:8-1:9 в течение 55-60 минут. Изменение объемов жидкой и твердой фаз за границы указанных интервалов приводит к снижению их массовой доли в экстракте. При увеличении времени экстрагирования свыше 60 мин., их массовая доля в экстракте практически не изменяется. Следовательно, увеличение времени экстрагирования нецелесообразно (рисунок 4,5).
 | Рисунок 4. Зависимость концентрации пектиновых веществ (CПВ, %) от времени () и гидромодуля (М) процесса гидролиза-экстрагирования |
 | Рисунок 5. Зависимость концентрации инулина (Син,%) от времени () и гидромодуля (М) процесса гидролиза-экстрагирования при температуре 55-60 °С. | |
 | Рисунок 6. Зависимость концентрации инулина (Син,%) от температуры (Т, °С) и гидромодуля (М) процесса гидролиза экстрагирования в течение 60 минут. | |
Исследование влияния температуры на эффективность экстрагирования инулина осуществляли при температуре 45-65 С. Данные температурные пределы были выбраны с целью максимального сохранения БАВ в экстракте. Температура свыше указанного предела приводит к частичному термическому расщеплению гликозидных связей и соответственно деградации молекул инулина (рисунок 6).
Полученный экстракт фильтровали через бельтинг, концентрировали в течение 30 мин, при температуре 45-47С до концентрации СВ 18-20%. Такой режим был принят с целью сохранения в конечном продукте БАВ и предотвращения интенсификации пектолитических ферментов.
Оптимизация процесса сушки распылением концентрированных экстрактов.
Для оптимизации процесса сушки в качестве основных факторов были выбраны: массовая доля влаги экстрактов и массовая доля редуцирующих веществ (рисунок 7,8).
Критериями оценки влияния факторов на физико-химические показатели экстракта выбраны массовая доля влаги готового порошкового продукта и его выход.
Для обработки данных, полученных в эксперименте, был использован метод корреляционно-регрессионного анализа. Расчет был проведен с помощью пакета прикладных программ «Statistica 6.0».
В результате проведения расчета по определению зависимости конечной влажности порошкового экстракта (Y1) и выхода порошкового экстракта (Y2) от массовой доли влаги экстракта (X1) и содержания РВ (X2), были получены следующие зависимости, которые представлены в виде моделей на рисунках 7; 8:
Y1 (%) =-623,21+12,15*X1+44,25*X2-0,058*X12-0,44*X1*X2-0,67*X22 (1)
Y2 (%) =46696,52-3553,47*X2-888,52*X1+55,92*X22+35,48*X2*X1+4,17-*X12 (2)
Предлагаемая математическая обработка результатов эксперимента может быть использована и для получения других зависимостей.
Восстановленный продукт представлен водной суспензий, однородной жидкой консистенции без видимого осадка, бордового цвета, со слабовыраженным вкусом столовой свеклы. Химический состав сухого экстракта представлен в таблице 1. Структурная схема производства комбинированных экстрактов из сухих порошковых смесей ВСР и /или растительного сырья представлена на рисунке 9.
 | Рисунок 7. Регрессионная модель зависимости выхода порошкового экстракта, (%)от массовой доли влаги экстрактов,(%) и содержания РВ,(%). |
 | Рисунок 8. Регрессионная модель зависимости конечной влажности порошкового экстракта, (%) от массовой доли влаги экстрактов,(%) и содержания РВ,(%) |
На основании полученных экспериментальных данных о содержании в экстракте БАВ спроектированы рецептурные композиции СПП (таблица 2,3).
Разработка технологии производства СПП для коррекции белково-энергетического дефицита.
Особенностью разрабатываемого сухого СПП является то, что в качестве углеводного компонента использованы экстракты из натурального растительного сырья, содержащие в своем составе: биодоступные моно-, дисахариды; инулин, макроэлементы – Na+, K+, Ca+, Mg+, P+, витамины группы В, С, РР, дефицит, которых наблюдается при БЭН, растворимые пектины которые ферментируются в слепой кишке до короткоцепочных жирных кислот, являющихся питательным субстратом для клоноцитов.
В качестве белкового ингредиента использован ГСБМ, как гипоаллергенный продукт, содержащий аминокислоты с разветвленной цепью, которые в ходе своего метаболизма являются главными инициирующими факторами в устранении энергетического дефицита
Таблица 1. Химический состав сухого экстракта.
| Наименование показателя | Содержание в 100 г |
| Массовая доля влаги, % | 3,0±0,5 |
Продолжение таблицы 1.
| Массовая доля золы, нерастворимой в растворе соляной кислоты, % | 5,0±0,5 |
| Массовая доля общих углеводов, % | 84,2±0,1 |
| Массовая доля белкового азота, % | 3,8±0,002 |
| Массовая доля жира, % | 1,9±0,001 |
| Массовая доля инулина,% | 12,9±0,2 |
| Массовая доля растворимых пектиновых веществ, % | 3,2±0,01 |
| Массовая доля минеральных веществ, мг %: Натрий | 120 |
| Калий | 659 |
| Магний | 160 |
| Кальций | 156 |
| Фосфор | 211 |
| Витамины, мг/100г: В1 | 2,52 |
| В2 | 0,12 |
| В3 | 5,80 |
| Биотин | 0,09 |
| Никотиновая кислота (РР) | 0,20 |
| Энергетическая ценность, ккал | 372,3 |
Оптимизация параметров разрабатываемого СПП проводилась путем моделирования рецептуры с использованием интегрального критерия сбалансированности, положенного в основу разработанной программы для автоматизированного проектирования расчета и оценки качества многокомпонентных рецептур пищевых продуктов Generic 2.0 разработанной в ГОУ ВПО КубГТУ на кафедре «Технология мясных и рыбных консервов» (Свидетельство № 2005611720; заявл. 23.05.2005)
При проектировании также учитывалась сбалансированности белково-углеводного компонентов (1:3) и соотношениянебелковых килокалорий к белковому азоту. Количество небелковых килокалорий с 1 г белка должно стремиться к max.
Рисунок 9. Структурная схема производства комбинированных экстрактов из сухих порошковых смесей ВСР и /или растительного сырья.
Технологический процесс производства сухого СПП может осуществляться по двум схемам:
-технологический процесс производства СПП 1- сухое смешивание отдельных компонентов: экстракта, ГСБМ или белково-углеводной сухой основы, витаминов, фруктозы и сока криогенной или сублимационной сушки (рисунок 10);
-технологический процесс производства СПП 1 состоит из получения белково-углеводного ингредиента (основы), смешивания с растворами водорастворимых витаминов, макроэлементов, фруктового сиропа, сгущения, сушки распылением, охлаждения и концевых операций (рисунок 11).
Таблица 2. Рецептура белково-углеводного сухого СПП 1 (обезвоженного распылением до влажности 3,5%).
| Наименование ингредиента | Соотношение ингредиентов СПП % | СВ,% | Содержание ингредиентов на 1т СПП | |
| В натуре, сухих компонентов, (кг) | В СВ,% | |||
| Экстракт | 67,5 | 97 | 675,00 | 654,75 |
| Сироп фруктовый | 7,5 | 97 | 75,00 | 72,75 |
| ГСБМ | 24,83 | 97 | 248,3 | 240,8 |
| Витамины | 0,17 | 97 | 1,76 | 1,71 |
| Итого | 100,0 | - | 1000 | 970,0 |
Таблица 3. Рецептура белково-углеводного СПП 2 (сухого смешивания ингредиентов).
| Наименование ингредиента | Соотношение ингредиентов СПП, % | СВ,% | Содержание ингредиентов на 1т СПП | |
| В натуре, сухих компонентов, (кг) | В СВ,% | |||
| Экстракт сухой | 61,0 | 97 | 610,0 | 591,7 |
| Сублимированный сок | 7,0 | 96 | 70,0 | 68,60 |
| Фруктоза | 7,0 | 96 | 70,0 | 67,20 |
| ГСБМ | 24,87 | 94 | 248,7 | 233,7 |
| Витамины | 0,134 | 98 | 1,34 | 1,31 |
| Итого | 100,0 | - | 1000 | 962,5 |
Рисунок 10. Технологическая схема производства СПП 2.
Рисунок 11. Технологическая схема производства сухого СПП 1.
В шестой главе приведены результаты комплексных исследований СПП для коррекции белково-энергетической недостаточности.
Для оценки органолептических показателей применяли дескриптивный (описательный) анализ. При выполнении профильного анализа, как правило, использовали шкалы для оценки интенсивности отдельных признаков, последовательно определяли проявления, ощущения. Результаты анализа 6 признаков: внешний вид, цвет, запах, вкус, консистенция и растворимость восстановленных СПП представлены графически в виде профильной диаграммы (рисунок 12). Наивысшую оценку получил образец СПП, разработанный по рецептуре №1.
Рисунок 12. Органолептическая оценка.
Таблица 4. Физико-химические показатели СПП.
| Наименование показателя | Значение показателя | |
| СПП 1 | СПП 2 | |
| Массовая доля сухих веществ, % | 3,8±0,1 | 4,9±0,1 |
| рН (1% водной суспензии), ед | 6,9±0,1 | 6,5±0,2 |
| Массовая доля редуцирующих веществ, % | 3,2±0,12 | 2,5±0,1 |
| Массовая доля золы, нерастворимой в растворе соляной кислоты, % | 6,0±0,01 | 5,7±0,01 |
В процессе хранения продукт, расфасованный в герметичную упаковку из полимерного материала, исследовали на сохранность витаминов.
Так, на конец срока годности, потери витамина С составили 45%, В1 – 0,01, В2 – 0,02%, РР и биотина потери также незначительны, и составили 0,05% и 0,04% соответственно.
Таким образом, результаты исследований образцов СПП на сохранность витаминов в конце срока хранения показали высокое потребительское качество.
Характеристика пищевой и биологической ценности СПП
Рисунок 13. Аминокислотный состав СПП 1 и СПП 2.
Таблица 5. Характеристика аминокислотной сбалансированности СПП
| Продукт | Cmin, дол.ед. | U, дол.ед. | Rр, дол.ед. | , г/100 г белка эталона |
| СПП | 0,22 | 0,99 | 0,99 | 0,0018 |
Химический состав СПП свидетельствует о том, что такие продукты питания могут быть использованы для массового спроса с профилактической и оздоровительной целью (таблица 4, 5).
В седьмой главе представлены результаты экспериментальных клинических исследований, проведенных в Больнице Центросоюза РФ г. Москвы.Оценка эффективности использования для питания больных-добровольцев с БЭН проводилась на основании динамики прироста массы тела и показателей, характеризующих обменные процессы, функциональное состояние и иммунорезистентность организма участников опытной группы (сердечнососудистой и дыхательной систем), по сравнению с изменениями, наблюдавшимися у лиц контрольной группы, которые их не употребляли.
В опытной группе СПП выдавались два раза в день (завтрак, ужин) в виде коктейля – 50 грамм восстановленного порошкового СПП восстановленного в 250 мл воды и столько же на ужин.
 | Рисунок 14. Динамика статуса питания добровольцев стационара в процессе испытаний. |
Увеличение величины массы тела в контрольной группе наблюдения составило в среднем всего 1,0 кг.
В опытной группе увеличение составило на 2,9 кг.
Увеличение окружности плеча на конец срока испытаний составило 2,2-2,4% (таблица 6).
Таблица 6. Динамика соматометрических показателей.
| Группа | Фоновое значение жира, кг | На конец срока испытаний, кг | ||||
| Кожно-жировая складка на трицепсе, мм | Окруж-ность плеча, см | Окруж-ность мышц плеча, см | Кожно-жировая складка на трицепсе, мм | Окружность плеча, см | Окруж-ность мышц плеча, см | |
| Опытная | 5,2 | 23,0 | 21,2 | 6,3 | 23,8 | 22,0 |
| контрольная | 3,0 | 22,6 | 21,2 | 3,1 | 22,7 | 21,3 |
Таблица 7. Результаты биохимических исследований сыворотки крови.
| Наименование показателя | Опытная группа | Контрольная группа | ||
| Фоновое значение | Конец срока испытаний | Фоновое значение | Конец срока испытаний | |
| Общий белок, г/л | 63,0 | 75,7 | 72,0 | 72,4 |
| Мочевина, мг% | 9,2 | 4,5 | 4,5 | 4,4 |
| Глюкоза, мг% | 4,9 | 5,1 | 4,9 | 4,8 |
| Натрий, мг% | 132 | 142 | 133 | 137 |
| Калий, мг% | 4,5 | 5,3 | 4,5 | 4,4 |
Повышение уровня белка в сыворотке крови, по сравнению с фоновым, свидетельствует об улучшении состояния белковой обеспеченности организма добровольцев (таблица 7). Снижение мочевины в сыворотке крови характеризует эффективное использование потребляемого белка. Повышение глюкозы в сыворотке крови свидетельствует об улучшении энергообеспечения организма.
Практические рекомендации по применению специализированных порошковых пищевых продуктов для коррекции белково-энергетического дефицита
В соответствии с МБТ разработаны рекомендации по применению специализированного порошкового продукта для коррекции белково-энергетического дефицита. Для приготовления разовой порции продукта необходимо смешать 50 грамм порошка с 250 мл холодной воды, или любого напитка (кисломолочного, сока, и т.п.).
Количество порций продукта, которые рекомендуется принимать в день для ликвидации белково-энергетического дефицита, составляет 2 порции или 100 грамм порошкового продукта восстановленного 500 мл жидкости. Прямых противопоказаний к применению продукта нет.
Таблица 8. Химический состав СПП.
| № п/п | Показатели | Содержание в 100 гр продукта | СНП* (мг /сутки) | ||
| СПП 1 | СПП 2 | Адекватный | Верхний допустимый | ||
| 1 | Массовая доля влаги, % | 3,8±0,1 | 4,9±0,1 | - | - |
| 2 | Массовая доля золы, нерастворимой в растворе соляной кислоты, % | 5,0±0,01 | 6,5±0,01 | - | - |
| 3 | Массовая доля белка,% | 22,0±0,1 | 22,3±0,02 | - | - |
| 4 | Массовая доля углеводов,% в т.ч.: инулина, % пектина, % | 67,0±0,3 7,2±0,3 2,2±0,1 | 65,3±0,1 6,7±0,1 2,0±0,1 | 2,5 2,0 | 8,0 6,0 |
| 5 | Массовая доля жира, % | 0,83±0,02 | 1,0±0,1 | - | - |
Продолжение таблицы 8
| 6 | Содержание витаминов (мг): | ||||
| С | 95,3 | 90,7 | 90,0 | 900,0 | |
| В1 | 1,62 | 2,4 | 1,5 | 5,0 | |
| В2 | 2,3 | 2,2 | 1,8 | 6,0 | |
| В3 | 5,80 | - | - | - | |
| В6 | 2,0 | 2,1 | 2,0 | 6,0 | |
| РР | 24,0 | 22,1 | 20,0 | 60,0 | |
| Биотин | 0,045 | 0,040 | 0,050 | 1,5 | |
| 7 | Содержание минеральных(мг): веществ: | ||||
| - калий | 445,3 | 471,0 | 2500 | 3500 | |
| - натрий* | 81,0 | 78,0 | - | - | |
| - магний | 108,0 | 132,2 | 400 | 800 | |
| - кальций | 105,3 | 110,6 | 1000 | 2500 | |
| - фосфор | 142,3 | 135,0 | 800 | 1600 | |
| 8 | Энергетическая ценность | 364,70 | 361,0 | - | - |
*СНП – суточная норма потребления по требованиям ЕврАзЭс. Приложение 5 и МР 2.3.1.2432 -08.
ВЫВОДЫ
1.Разработана и апробирована в промышленных условиях технология производства порошковых СПП на основе растительных экстрактов, (в т.ч. ВСР). Разработана техническая документация (ТУ, ТИ, РЦ для СПП, полученного методом распылительной сушки и СПП, полученного способом сухого смешивания).
2. Разработана технология предварительной подготовки ВСР (жома столовой свеклы), особенностью которой является обработка свежего жома столовой свеклы в поле ИК-излучения.
3.Теоретически обоснована и экспериментально подтверждена, целесообразность предварительной термообработки ВСР (сортовой смеси жома столовой свеклы) в поле ИК–излучения, мощностью 80 кВт/м2для инактивации полифенолоксидазы и увеличения клеточной проницаемости мембран растительной ткани.
4.Определены оптимальные технологические параметры процесса экстрагирования биологически активных веществ из смеси порошков жома столовой свеклы и топинамбура: температура – 55-60 С, продолжительность - 55-60 мин., гидромодуль М 1:9.
Установлено, что 0,25 л экстракта (1 стакан) содержит инулина 2,6 г, что превышает адекватный уровень его суточного потребления на 0,8 г, и ниже верхнего допустимого уровня потребления на 3,18 г. По содержанию пектина, употребление 0,25 л составит – 0,6 г, что составляет 30% от адекватного суточного потребления. Однако сочетание в экстракте данных полисахаридов, обладающих синергетическим действием по отношению друг к другу, компенсирует недостаточное количество пектина.
5. Разработана адекватная математическая модель процесса сушки экстракта методом распыления и установлены зависимости конечной влажности и выхода экстрактов от массовой доли влаги и массовой доли редуцирующих веществ (РВ).
6.На основании исследований химического состава экстракта и базы данных состава белкового и углеводного ингредиентов оптимизирован состав СПП в соответствии с МБТ.
7. Высокая пищевая и биологическая ценность восстановленных СПП позволит применять их для оптимизации пищевого рациона человека в качестве дополнительного питания с целью коррекции белково-энергетической недостаточности.
8. Результаты клинических исследований свидетельствуют о положительной динамике соматометрических показателей, биохимических показателей сыворотки крови, динамике статуса питания добровольцев стационара в процессе испытаний и др.
Установлено, что употребление СПП в качестве дополнительного питания оказало положительное влияние на эффективность усвоения питательных веществ, как СПП, так и пищевого рациона в целом, и оказало благоприятное влияние на реабилитацию больных с БЭН, прирост массы тела, коррекцию нарушений, связанных с патологическими состояниями больных.
9. Ожидаемый экономический эффект от выпуска СПП методом распылительной сушки составил 61,6 млн. руб. по сравнению с прототипом.
Список публикаций по теме диссертации
в изданиях, входящих в список ВАК:
- Горбачев М.Г., Демидова Т.И. Специализированные пищевые продукты со свойствами энтеросорбентов // Пищевая промышленность. - 2012. - № 5. - С. 36-40.
- Демидова Т.И., Горбачев М.Г. Белково-полисахаридные комплексы спецназначения // Пищевая промышленность. - 2011. - №11. - С. 22-25.
- Демидова Т.И., Бакаев М.М., Горбачев М.Г. Совершенствование технологии сушки пектиносодержащего сырья // Пищевая промышленность. - 2012. - № 1. - С.46-48.
- Демидова Т.И., Нечаев А.П., Бриль Д.Е., Горбачев М.Г., Доронин А.Ф, Демидов Д.А., Семенова П.А., Зудилина Д.С., Малышев В.К. Специализированные пищевые продукты для питания спортсменов // Пищевая промышленность. - 2012. - № 7. - С. 68-71.
- Демидов Д.А., Демидова Т.И., Нечаев А.П., Горбачев М.Г., Сорокина И.М., Костюченко М.В., Комбинированные пектиносодержащие препараты в лечении синдрома кишечной недостаточности // Экспериментальная и клиническая гастроэнтерология. - 2012. - № 2. - С. 60-66.
- Еделев Д. А., Бриль Д. Е., Демидова Т. И., Семенова П. А., Горбачев М. Г., СорокинаИ. М., Демидов Д. А. Специализированные пищевые продукты с сорбционными и нутритивными свойствами // Пищевая промышленность. - 2012. - № 6. - С. 59-62.
в других изданиях:
- Демидов Д.А., Демидова Т.И., Горбачев М.Г. Эффективность пектиносодержащего препарата обогащенного сывороточным белком при лечении хирургического эндотоксикоза // Парентеральное и энтеральное питание. Четырнадцатый конгресс с международным участием. М.. - 2011. - С. 17.
8. Демидова Т.И., Доронин А.Ф., Двоеносова П.А., Горбачев М.Г. Функциональные пектиносодержащие продукты специализированного назначения // Материалы Четвертой Международной конференции «Индустрия пищевых ингредиентов ХХI века». Международная промышленная академия. М. - 2011. - С. 117-121.
9. Демидова Т.И., Горбачев М.Г. Белково-полисахаридные комплексы для спортивного питания // Сборник материалов IX Международной научно-практической конференции «Технологии и продукты здорового питания. Функциональные пищевые продукты». М.: ИК МГУПП. - 2011. - С. 163-166.
10. Демидова Т. И., Горбачев М. Г., Бриль Д. Е. Перспективные аспекты развития технологий продуктов для спортивного питания // Консервное производство. - 2012. - №4. - С. 20-28.
11. Зудилина Д. С., Горбачев М. Г., Демидова Т. И. Актуальные вопросы разработки технологии производства пищевых продуктов для питания спортсменов // Сборник материалов Юбилейной Х научно-практической конференции с международным участием «Технологии и продукты здорового питания. Функциональные пищевые продукты» 27-28 ноября 2012 г. (Москва) С. 43-45.
Перечень сокращений:
БЭН - белково-энергетическая недостаточность
БАВ - биологически активные вещества
ВСР - вторичные сырьевые ресурсы
ГСБМ - гидролизат сывороточных белков молока
МБТ - медико-биологические требования
СПП - специализированный порошковый пищевой продукт
Спв – концентрация пектиновых веществ
Син - концентрация инулина
Ссв - концентрация сухих веществ
Автор выражает глубокую признательность сотрудникам и руководителям подразделений и организаций, на базе которых была выполнена работа.
