Разработка технологии и оценка потребительских свойств специализированных продуктов для питания спортсменов с использованием пробиотиков метаболитного типа

На правах рукописи

СОРОКИНА ИРИНА МИХАЙЛОВНА

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И ОЦЕНКА ПОТРЕБИТЕЛЬСКИХ СВОЙСТВ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ ПРОДУКТОВ ДЛЯ ПИТАНИЯ СПОРТСМЕНОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ПРОБИОТИКОВ МЕТАБОЛИТНОГО ТИПА

Специальность 05.18.15

- Технология и товароведение пищевых продуктов и функционального и специализированного назначения и общественного питания

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва – 2012

Работа выполнена в федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Московский государственный университет пищевых производств»

Научный руководитель:	- кандидат технических наук, профессор Доронин Алексей Федорович
Официальные оппоненты:	- Нечаев Алексей Петрович, доктор технических наук, профессор, профессор кафедры «Органическая химия» ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств»
	- Смирнова Елена Александровна, кандидат технических наук, старший научный сотрудник лаборатории «Технология новых специализированных продуктов профилактического действия» ФГБУ «Научно-исследовательский институт питания» Российской академии медицинских наук
Ведущая организация:	Государственное научное учреждение «Научно-исследовательский институт пищеконцентратной промышленности и специальной пищевой технологии» (ГНУ НИИ ПП и СПТ)

Защита состоится «28» июня 2012 г. в ­1000 часов на заседании Совета по защите диссертаций на соискание ученой степени кандидата наук, на соискание ученой степени доктора наук Д 212.148.08 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств» по адресу 125080, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 11., ауд. 302, корп. «А».

Просим Вас принять участие в заседании Совета или прислать в МГУПП 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 «26» мая 2012г.

Ученый секретарь

Совета Д 212.148.08 к.х.н., доц. В.С. Штерман

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ:

Актуальность темы. На сегодняшний день российский рынок спортивных продуктов считается одним из самых перспективных и динамично развивающихся. По оценкам Всемирной Федерации индустрии спортивных товаров (WFSGI) в ближайшие 10 лет объем российского рынка спортивной индустрии может достичь $12 млрд., что составляет около 5% мирового рынка. По данным исследования агентства «Бизнес-Рейтинг», которые приводит RUSSIAN FOOD & DRINKS MARKET, темпы роста рынка пищевых продуктов для питания спортсменов составляют 20-35% в год. Российский рынок продуктов для питания спортсменов в ближайшие годы займёт одно из первых мест в мире.

К наиболее интересным разработкам в области создания специализированных продуктов питания для спортсменов относятся фундаментальные исследования отечественных и зарубежных специалистов: Арансона М.В., Волгарева М.Н., Гольберга Н.Д., Лаптева А.П., Лифляндского В.Г., Полиевского С.А., Покровского А.А., Португалова С.Н., Пшендина А.И., Рогозкина В.А., Рогова И.А, Сейфулла Р.Д., Смульского В.М., Суздальского Р.С., Токаева Э.С., Тутельяна В.А., Coleman El., Lemon PW., Wilmore J., Williams M. и др.

Большие физические и психоэмоциональные нагрузки, соревновательный стресс и переутомления могут стать причиной развития дисбактериозов. На отечественном и зарубежном рынке представлены лекарственные препараты, БАД и функциональные продукты, в том числе для спортивного питания, в состав которых входят живые микроорганизмы – представители кишечной нормофлоры человека (пробиотики), как правило, культуры Bifidobacterium spp. и Lactobacillus spp.

В настоящее время наблюдается расширение номенклатуры пробиотических пищевых продуктов. Перспективным направлением в этой области является разработка пробиотиков метаболитного типа. Данная группа пробиотиков осуществляет регулирование симбиотных отношений организма человека и его микрофлоры за счет компенсации метаболитов и создает благоприятные условия для стабилизации микробиоценоза человека.

Пробиотики метаболитного типа представляют собой препараты заместительной терапии и не оказывают побочных действий на организм человека, в отличие от живых микроорганизмов, которые в некоторых случаях способны вызывать и/или усиливать инфекционные и воспалительные процессы (Сорокина Ю.В., 2009г).

Фильтрат пробиотической культуры (ФПК) – побочный продукт производства бактерийных препаратов или концентратов. Содержит в своем составе фрагменты питательной среды (минеральные соли, белки, витамины), а также продукты метаболизма пробиотической культуры (органические кислоты, летучие жирные кислоты (ЛЖК), бактериоцины, и.т.д.). Его утилизация, как отхода производства, приводит к значительным экономическим потерям и загрязнению окружающей среды.

На сегодняшний день не существует пищевых продуктов, в состав которых входят продукты метаболической активности - ни на зарубежном, ни на отечественном рынках, так как ФПК имеет неудовлетворительные потребительские свойства (по органолептическим и санитарно-химическим показателям).

В связи с этим актуальной задачей для пищевой промышленности является поиск новых технологических решений по созданию пробиотических пищевых продуктов с использованием метаболитов бактерий, представителей нормофлоры человека, не только с целью создания безотходного производства бактерийных препаратов, но и получения нового вида комплексного обогатителя пищевых продуктов для профилактики кишечных инфекций различной этиологии.

Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является разработка технологий и оценка потребительских свойств напитков для питания спортсменов, с использованием пробиотиков метаболитного типа (ПМТ).

В рамках поставленной цели были определены следующие задачи исследования:

• получить бесклеточный фильтрат пробиотических культур (БФПК) из бактериальных взвесей производственных штаммов Lactobacillus acidophilus NK-1 и Bifidobacterium longum B 379М с наилучшими потребительскими свойствами;
• провести товароведно-технологическую оценку БФПК Lactobacillus acidophilus штамма NK-1 и Bifidobacterium longum штамма B 379М и обосновать целесообразность их использования в качестве пищевых ингредиентов в промышленном производстве специализированных пищевых продуктов;
• сформулировать медико-биологические требования к составу, безопасности и качеству разработанных спортивных напитков;
• разработать рецептуру и технологию промышленного производства напитков;
• провести товароведно-технологическую оценку разработанных спортивных напитков;
• разработать нормативно-техническую документацию на опытную партию спортивных напитков;
• апробировать в промышленных условиях результаты экспериментальных исследований и провести комплексные исследования напитков по показателям безопасности;
• провести оценку пробиотических свойств разработанных спортивных напитков in vivo;
• экономически обосновать эффективность производства спортивных напитков.

Научная новизна

Оптимизированы параметры процесса микрофильтрации ФПК на керамических мембранных модулях. Доказано, что последовательное фильтрование ФПК на керамических мембранах, с размерами пор 5 и 0,4 мкм позволяет улучшить потребительские свойства фильтратов (по органолептическим, санитарно-химическим показателям и пролонгировать их сроки годности).

Разработаны теоретические предпосылки, подтвержденные экспериментальными исследованиями для разработки технологии специализированных продуктов для питания спортсменов с использованием БФПК.

Установлено, что проведение деаэрации в течение не более 12 мин при температуре 45-500С улучшает органолептические показатели и сохранить максимальное количество ЛЖК в составе готовых напитков.

Установлена зависимость максимального сохранения количества ЛЖК и аромата фруктовых соков от проведения совместной сублимационной сушки БФПК и соков прямого отжима, что позволило пролонгировать сроки годности готового продукта.

Показаны пробиотические свойства напитков с использованием БФПК в эксперименте in vivo.

Практическая значимость

Оценены товароведно-технологические свойства БФПК. Предложены технологические решения, расширяющие область применения бесклеточных фильтратов для создания специализированных пищевых продуктов. Показана целесообразность применения БФПК как физиологически ценного функционального пищевого ингредиента. Результаты работы подтверждены патентом РФ «Комплексный обогатитель пищевого продукта» № 2397246 от 20.08.2010.

Разработана технология производства жидкого напитка и напитка сублимационной сушки для спортивного питания. Разработаны и утверждены рецептуры, нормативная и технологическая документация на напиток изотонический En-rive (Ен-райв) (ТУ 9185-003-96567059-2012 и ТИ) и напиток сублимационной сушки Immuno-force (Иммуно-форсе) (ТУ 9197-002-69570395-2012 и ТИ). Проведена товароведно-технологическая оценка напитков. Установлены сроки годности.

Получено экспертное заключение ФГБУ «НИИ Питания» РАМН № 72/Э-702/и-12 от 19.04.12 рекомендующее дальнейшую государственную регистрацию напитков линейки «En-rive» (Ен-райв) в органах Роспотребнадзора.

Результаты диссертации апробированы в промышленных условиях. Выработка экспериментальных образцов и опытно-лабораторные испытания производства специализированного напитка осуществлялись в экспериментальной лаборатории «Химия белка» ГУЗ Московского научно-исследовательского института медицинской экологии (МНИИМЭ). Выработка опытной партии продукта осуществлялась на производственных мощностях Всероссийского научно-исследовательского института молочной промышленности (ГНУ ВНИМИ Россельхозакадемии) (акт № А-139/11 от 14.10.2011 г, акт № А-58/11 от 02.09.2011 г) и «ООО ФИБА БИОРИТМ» (акт № 34/12 от 16 февраля 2012 г)

Апробация работы. Диссертационная работа выполнена по результатам исследований, проведенных в рамках реализации Государственной Концепции спортивного питания в РФ 2011-2014 гг., исполнитель ФГБОУ ВПО МГУПП при участии Минспорттуризм РФ и Государственного контракта №02.522.12.2009 "Разработка технологий универсального быстро-переориентируемого производства заквасок прямого внесения для биотехнологической промышленности" Министерства образования и науки РФ, сроки выполнения 2008-2010 гг.

Результаты работы доложены и обсуждены на Международной научно-практической конференции «Технологии продуктов здорового питания. Функциональные пищевые продукты» (Москва, 2009), Международном Конгрессе Общества для Микробной Экологии и Болезни (International Congress of the Society for Microbial Ecology and Disease) (Санкт-Петербург, 2009), Международной научно-практической конференции «Технологии продуктов здорового питания. Функциональные пищевые продукты», конференции молодых ученых "Инновационные технологии продуктов здорового питания (Москва, 2010), Всероссийском конгрессе диетологов и нутрициологов «Питание и здоровье» (Москва, 2010), Международной научной конференции студентов и молодых ученых «Живые системы и биологическая безопасность населения» (Москва, 2011), Международной научно-практической конференции «Технологии продуктов здорового питания. Функциональные пищевые продукты» (Москва, 2011).

Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 11 печатных работ, из них 3 статьи в журнале, рекомендованным ВАК и 1 патент РФ.

Структура работы. Диссертация состоит из следующих разделов: введение, обзор литературы, экспериментальной части, технологической части, клинических исследований, выводов, списка литературы, приложений. Основное содержание работы изложено на 137 листах машинописного текста, проиллюстрировано 26 рисунками и 34 таблицами. В приложениях имеется ряд документов подтверждающих степень внедрения работы. Список литературы включает 180 наименований, в том числе 50 зарубежных источников.

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 представлены сведения о специализированных продуктах питания и функциональных пищевых ингредиентах, в том числе и пробиотической направленности. Рассмотрены современные технологии получения напитков для спортивного питания. Приведен анализ и обобщение данных о современных пробиотиках метаболитного типа, применяемых для профилактики дизбактериозов.

Во второй главе представлены схема проведения эксперимента (рисунок 1), характеристика объектов исследований, методы анализа и методика проведения эксперимента.

Объектами исследований при выполнении экспериментальной части работы служили:

- бесклеточные фильтраты пробиотических культур (БФПК) производственных штаммов Lactobacillus acidophilus NK-1 и Bifidobacterium longum B 379М;

- напиток изотонический En-Rive (Ен-Райв);

- напиток сублимационной сушки Immuno-force (Иммуно-форсе)

Исследования проводили с использованием современных методов анализа в соответствии со схемой, представленной на рисунке 1:

- определение физико-химических показателей бесклеточных фильтратов пробиотических культур (БФПК) и готового напитка En-Rive (Ен-Райв) – отбор и подготовка проб к анализу по ГОСТ 6687.0-86, титруемой кислотности – по ГОСТ 6687.4-86, активной кислотности – потенциометрическим методом, массовой доли сухих веществ – по ГОСТ Р 51433, плотности – по ГОСТ 3625, консистенцию, внешний вид и цвет напитка, а также качество упаковки и маркировки потреби­тельской и транспортной тары определяли визуально, цвет, вкус, запах прозрачность – дескриптивным методом по ГОСТ 6687.5, определение осмоляльности напитка по ГФ XII издание.

Рисунок 1 - Схема проведения исследований

- определение качественных показателей БФПК сублимационной сушки и готового напитка Immuno-force (Иммуно-форсе) - отбор проб и подготовка их к анализу по ГОСТ 15113.0-77, определение активной кислотности рН – на рН- метре по ГОСТ 15113.5-77, определение органолептических показателей по ГОСТ 15113.3-77, определение массовой доли влаги по ГОСТ 15113.4-77; определение титруемой кислотности по ГОСТ 15113.5-77, определение золы по ГОСТ 15113.8-77; определение массовой доли порошка, проходящего через сито с размером ячейки в свету 1мм. по ГОСТ 15113.1-77, определение массовой доли металлических примесей по ГОСТ 15113.2-77; определение массовой доли минеральных примесей по ГОСТ 15113.2-77;

- определение биохимических показателей БФПК и готовых напитков En-Rive (Ен-Райв) и Immuno-force (Иммуно-форсе) проводили следующими методами - определение аминокислотного состава методом распределительной хроматографии на бумаге, общего белка методом Къельдаля, определение содержания суммарных липидов методом экстракции, определение редуцирующих сахаров методом Бертрана; определение содержания витамина С методом Тильманса, определение летучих жирных кислот и органических кислот методом газовой хроматографии с пламенно-ионизационным детектированием, определение витаминов В2, В5 по ГОСТ Р 50929-96, фолиевой кислоты, биотина и В12 по методике, описанной в ФС НД 42-5384-01; определение макро- и микроэлементов по МУК 4.1.1482-03, определение L-карнитина и пиридоксина по методике, приведенной в Р 4.1.1672-03

- определение показателей безопасности БФПК и готового напитка En-Rive (Ен-Райв) и Immuno-force (Иммуно-форсе) - отбор проб и подготовка их для микробиологических анализов по ГОСТ 26668, 26669; определение микробиологических показателей по ГОСТ 10444.8, 10444.12, 10444.15, ГОСТ Р 52814, 52816, 51446; подготовка проб, минерализация для определения токсичных элементов по ГОСТ 26929; определение токсичных элементов по ГОСТ 26927, 26930, 26931, 26932, 26933, 26934.

Оценку пробиотических свойств продукта (in vivo) проводили в лаборатории "Санитарно-пищевой микробиологии и микроэкологии" ФГБУ Научно-исследовательский институт питания Российской академии медицинских наук.

Обработку результатов эксперимента проводили с помощью пакета прикладных программ операционной системы MS Windows 2000, «Statistica 6.0».

В третьей главе представлены полученные экспериментальные данные: по влиянию параметров процесса микрофильтрации на потребительские свойства и безопасность бесклеточных фильтратов; по влиянию предварительного фильтрования ФПК на эффективность процесса микрофильтрации; по влиянию режимов (продолжительности, температуры и времени) процесса микрофильтрации на проницаемость мембран; исследованию товароведно-технологических показателей БФПК. Представлена разработка технологии получения и рецептурные композиции спортивных напитков на основе БФПК в соответствии с разработанными медико-биологическими требованиями;

Бактериальные взвеси получали путем периодического культивирования:

• штамма Lactobacillus acidophilus NK-1 на гидролизатно-молочной среде ГМК-2 (ТУ 9229-357-00419785-04) в анаэробных условиях при температуре 380С, 10-12 часов;
• штамма Bifidobacterium longum B 379М на гидролизатно-молочной среде ГМК-2 (ТУ 9229-357-00419785-04) с добавлением цистеина в анаэробных условиях при температуре 37-380С, 10-12 часов;

Фильтраты пробиотических культур (ФПК) лакто- и бифидобактерий получали из бактериальных взвесей Lactobacillus acidophilus NK-1 и Bifidobacterium longum B 379М соответственно, путем отделения бактериальных взвесей центрифугированием при 5000-10000 об/мин в течение 5-20 мин при температуре 4-60С.

Чтобы придать ФПК улучшенные потребительские свойства и обеспечить показатели санитарно-микробиологической безопасности в пределах нормы, необходимо избавиться от остаточных живых клеток и их фрагментов, не затронув физиологически необходимые ингредиенты, такие как белки, аминокислоты, витамины. Для достижения поставленной цели применялся процесс микрофильтрации ФПК. Выбор керамических мембран обусловлен их высокой пропускной способностью и большим сроком службы, так как мембраны устойчивы к механическому, химическому и микробиологическому воздействию. Оптимизированы параметры процесса микрофильтрации.

Установлено, что для увеличения производительности мембран необходимо двух стадийное последовательное фильтрование ФПК на керамических мембранах. Первый фильтр - фильтр предварительной очистки и второй фильтр – обеспложивающий. Фильтр обеспложивающий выбирался из двух диапазонов размеров пор: 0,2 мкм и 0,4 мкм. И в первом и во втором случае пермеаты были стерильными, но при диаметре пор 0,4 мкм пропускная способность мембраны была выше (рисунок 2).

Рисунок 2 - Зависимость проницаемости мембран с диаметром пор 0,2 и 0,4 мкм от продолжительности процесса микрофильтрации

Для предварительного фильтрования были использованы мембраны с размером пор 7, 5 и 3 мкм. Мембраны с размером пор 5 мкм имели наибольшую производительность (рисунок 3)

Рисунок 3 - Зависимость проницаемости мембран с диаметром пор 7, 5 и 3 мкм от продолжительности микрофильтрации

Полученный пермеат фильтровали на мембране 0,4 мкм, результаты представлены на (рисунок 4)

.

Рисунок 4 - Зависимость проницаемости мембран с диаметром пор 0,4 мкм от продолжительности микрофильтрации после предварительного фильтрования

На эффективность процесса микрофильтрации значительное влияние оказывает предварительное фильтрование ФПК с диаметром пор 5 мкм, и увеличивает проницаемость мембран в 5 раз.

Полученные результаты исследований по микрофильтрации ФПК с размерами пор мембран 0,4 мкм после предварительной фильтрации ФПК с размерами пор 5 мкм при давлении 0,3 МПа, свидетельствуют об эффективности данного процесса в зависимости от температуры, оптимальной являлась температура 35-400С (рисунок 5).

Рисунок 5 - Зависимость проницаемости мембран с диаметром пор 0,4 мкм от температуры и времени

Повышение температуры свыше указанного верхнего предела приводит к нежелательному увеличению содержания сухих веществ в ФПК, ниже – к уменьшению пропускной способности мембран. В течение первых 60 минут наблюдается значительное снижение пропускной способности мембран. Далее процесс стабилизировался.

Таким образом, предложенный способ получения бесклеточных ФПК (БФПК) с помощью микрофильтрации обеспечивает промышленную стерильность БФПК, и позволяет получить конечный продукт с высокими потребительскими свойствами (таблица 1). Проведение поэтапного фильтрования с использованием мембран с диаметром пор 5 мкм и 0,4 мкм при температуре 39-420С позволяет увеличить в совокупности производительность мембран в 8 раз (по сравнению с одностадийным обеспложиванием фильтратов при комнатной температуре с размерами пор мембран 0,2 мкм).

Таблица 1- Физико-химические показатели БФПК

№ п/п	Показатели	Ед. измерения	БФПК Bifidobacterium longum B 379М	БФПК Lactobacillus acidophilus NK1
1	Содержание сухих веществ	%	5,9	6,2
2	Плотность	кг/м3	1022	1021
3	Кислотность (активная)	рН	2,7	3,2
4	Титруемая кислотность	Миллимоль/дм3	11,6	10,8
5	Массовая концентрация титруемых кислот	г/дм3	0,696	0,648
6	Массовая доля титруемых кислот	%	0,682	0,635
Продолжение таблицы 1
7	Содержание белка	г/100 см3	0,89	0,90
8	Содержание углеводов	г/100 см3	3,00	3,09
9	Содержание жира	г/100 см3	0,89	0,9
10	Энергетическая ценность, 100 см3	кДж Ккал	97,8 23,4	102,1 24,4

Таблица 2 - Химический состав БФПК

№	Химические соединения	Ед. измерения	БФПК Bifidobacterium longum B 379М		БФПК Lactobacillus acidophilus NK1
			в 500 см3	СНП, %	в 500 см3	СНП, %
1.	Рибофлавин	мг	1,94± 0.05	107	1,09± 0,025	65,5
2.	Пантотеновая кислота	мг	2,5±0.061	50	1,77±0,08	35,4
3.	Пиридоксин	мг	0,95± 0,0238	47,5	0,54± 0,0135	27
4.	Фолиевая кислота	мкг	23,3±2.5	5,8	38,7±3.5	9,7
5.	Цианоко- баламин	мкг	3±0,001	100	4,5± 0,0015	150
6.	Аскорбиновая кислота	мг	26,0±0,91	21,6	22,5±0,79	18,75
7.	Биотин	мкг	60±0,005	120	50±0,006	100
Аминокислоты
9.	L-лизин	мг	550,0± 16,5	13,4	580,0± 17,4	14
10.	L-гистидин	мг	240,0±9,6	11,4	230,0±9,2	11
11.	L-треонин	мг	305,0±6,1	12,7	320,0±6,4	13.3
12.	L-валин	мг	410,0±8,2	16,4	425,0±8,5	17
13.	L-изолейцин	мг	700,0± 14,0	35	680,0± 13,6	34
Минеральные вещества
14.	Ca	мг	287± 11,8	28,7	297±12,7	28,8
15.	I	мкг	1,0±4,13	6,7	25±8,63	15,2
16.	K	мг	460±12,5	18,4	470±13,6	19,2
17.	Mg	мг	28,0±2,8	7,5	36,5±3,05	9,13
18.	Na	мг	1315± 32,5	105,6	1427,3±38,7	109,7
19.	P	мг	125,5±31,31	15,31	89,5.0± 12,38	11,19
20.	Zn	мкг	1,340± 167,5	11,16	845.0± 105,63	7,0
Органические кислоты
21.	Янтарная кислота	мг	12,9±0,37	6,45	24,5±0,61	12,25
22.	Молочная кислота	мг	25,8±0,65	4,3	70,05±1,91	13,7
23.	Общая сумма органич. кислот	мг	111±11,3	22,2	214±15,4	42,8
Продолжение таблицы 2
ЛЖК
24.	Уксусная кислота	мг	590±22,3	-	1265±40,9	-
25.	Пропионовая кислота	мг	185±12,5	-	280±15,4	-
26.	Общая сумма ЛЖК	мг	1040±35,8	-	1705±45,8	-

Результаты санитарно-химических исследований показали, что БФПК штаммов Bifidobacterium longum B 379М и Lactobacillus acidophilus NK1 по содержанию токсичных элементов, пестицидов, микотоксинов и остаточных количеств антибиотиков соответствуют требованиям Приложения 3 Федерального закона № 88-ФЗ «Технический регламент на молоко и молочную продукцию» в части санитарно-химических показателей безопасности. Результаты проведенного молекулярно-генетического анализа показали, что исследованные фильтраты не содержат ДНК селективных маркеров и маркерных векторных генов, что свидетельствует об отсутствии ДНК генетически модифицированных микроорганизмов, полученных с использованием техники рекомбинирования ДНК.

Данные результаты позволили рекомендовать использование БФПК в качестве основного или дополнительного ингредиента при производстве специализированных продуктов питания и БАД к пище.

Результаты работы подтверждены патентом РФ №2397246 «Комплексный обогатитель пищевого продукта». Таким образом, БФПК целесообразно использовать в качестве основного или дополнительного компонента при производстве различных видов напитков, в нативном виде или в виде порошка, полученного путем обезвоживания до 3-5% влажности, а также в виде сгущенного концентрата.

Минеральный состав БФПК (таблица 2) при определенном разведении позволяет получить изотоническую формулу разрабатываемого напитка. В этой связи наиболее перспективным является разработка специализированных изотонических напитков для спортивного питания с использованием пробиотиков метаболитного типа.

При формулировании медико-биологических требований (МБТ) к составу и качеству разрабатываемых напитков (рисунок 6) учитывались научные данные о механизмах, протекающих при интенсивных физических тренировках; нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах спортсменов, их вкусовые предпочтения; нормативы антидопингового контроля и показатели безопасности безалкогольных сокосодежащих напитков.

Рисунок 6 - Медико-биологические требования к составу и качеству спортивных напитков

Разведение БФПК было рассчитано с помощью 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; заявлено 23.05.2005). Для нахождения частного критерия использовалась функция желательности Харрингтона, которая для разведения БФПК/Вода - 30/70 составила 0,89 ед.

При проектировании рецептур (табл. 3) использовались следующие компоненты (за счет уменьшения количества воды): вкусоароматические соковые основы (Esarom Essenzenfabrik GmbH, Австрия), изомальтулоза «палатиноза» (Palatinit GmbH, ФРГ), сукралоза (E-955) (Wirud Co.Limited, КНР), L-карнитин (Wirud Co.Limited, КНР), пектин AMD 783 (DANISKO, Чешская Республика), сорбат калия (Е-202) (КНР), вода питьевая по ГОСТ Р 51232. Все сырье разрешено к применению в установленном порядке, имеет свидетельства о государственной регистрации (СГР) и соответствует единым санитарно-эпидемиологическим требованиям ЕврАзЭс.

Таблица 3 – Рецептуры изотонического напитка En-rive (Ен-райв)

Сырье, кг/1000 дм3 без учета потерь	Напиток EN-rive (ЕН-райв)
	Яблоко-малина	Гранат	Земляника	Черника	Черная смородина	Ананас	Апельсин-мандарин
Яблоко-дикая ягода с.о. 8%	22,0	-	-	-	-	-	-
Гранат с.о. 5%	-	20,0	-	-	-	-	-
Земляника с.о.3%	-	-	5,0	-	-	-	-
Черника с.о. 3%	-	-	-	5,0	-	-	-
Черная смородина с.о.3%	-	-	-	-	5,0	-	-
Ананас с.о.10%	-	-	-	-	-	26,0	-
Апельсин-мандарин с.о.5%	-	-	-	-	-	-	20,0
Цитрусовая с.о. 10%	-	10,0	-	-	-	-	10,0
Яблоко с.о.10%	8,0	-	28,0	28,0	28,0	-	-
Сукралоза	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05	0,05
Изомальтоза (палатиноза)	10	10	10	10	10	10	10
L-карнитин	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3	0,3
Пектин	3,0	3,0	3,0	3,0	3,0	3,0	3,0
Сорбат калия	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2	0,2
БФПК (бифидо- или лактобактерий)	300	300	300	300	300	300	300
Вода	656,45	656,45	653,45	653,45	653,45	660,45	656,45
Итого:	1000,0	1000,0	1000,0	1000,0	1000,0	1000,0	1000,0

* с.о. – соковая основа.

Производство напитка En-Rive (Ен-райв) осуществлялось по схеме, представленной на рисунке 7.

При разработке технологии получения напитка был оптимизирован процесс деаэрации БФПК по времени выдержки его в деаэраторе, с целью сохранения адекватного количества ЛЖК в фильтрате и придания улучшенных потребительских свойств. Причем деаэрацию необходимо проводить именно на стадии подготовки БФПК к производству напитков, а не на завершающей стадии производства напитка, так как в напитке по рецептуре присутствуют ароматические соковые основы.

Оптимальное время выдержки – не более 12 мин., температура 45-500С потери ЛЖК составили не более 25%.

Рисунок 7 - Технологическая схема производства сокосодержащего напитка на основе БФПК

Режимы тепловой обработки составили: при пастеризации t = 85±50C, = 20-25 мин; при стерилизации t = 135±50C, = 4-6 сек.

С целью расширения ассортимента специализированных продуктов питания с использованием пробиотиков метаболитного типа, увеличения сроков годности, и повышения экономической эффективности производства, разработана новая рецептура и технология получения напитка сублимационной сушки для спортивного питания Immuno-force (Иммуно-форсе).

Рецептурная композиция напитка (табл.4) содержит сырье натурального происхождения: соки сублимационной сушки (ФИБА-Биоритм, Россия), стевиозид (экстракт стевии) (Wirud Co.Limited, КНР), L-карнитин (Wirud Co.Limited, КНР), порошок сублимационной сушки БФПК. Расчет рецептуры велся по сухим веществам. Таблица 4 – Рецептуры напитка сублимационной сушки Immuno-force (Иммуно-форсе)

Сырье, кг/1000 кг без учета потерь	СВ,%	Напиток Immuno-force (Иммуно-форсе)
		Яблоко	Клубника	Малина	Черная смородина	Тыква-яблоко
Яблочный сок с.с.	96	580,8
Клубничный сок с.с.	96		580,8
Сок малины с.с.	96			580,8
Сок черной смородины с.с.	96				580,8
Тыквенно-яблочный сок с.с.	96					580,8
Стевиозид	98	1,79	1,79	1,79	1,79	1,79
L-карнитин	98	6,67	6,67	6,67	6,67	6,67
БФПК с.с.	96	409,8	409,8	409,8	409,8	409,8
Ванилин	98	0,94	0,94	0,94	0,94	0,94
Итого	-	1000	1000	1000	1000	1000

*С.с. – сублимационной сушки; * СВ – сухие вещества

Так как, в 30 см3 БФПК (6,2%), содержится 1,86г. сухих веществ, то для производства 1 тонны сухого напитка, согласно (табл. 21) требуется 409,8 кг 96%-го БФПК или 6 609,16 литра БФПК с содержанием сухих веществ 6,2%.

Для получения восстановленного изотонического напитка 4,7 г порошкового концентрата разводили в 100 см3 воды. Таким образом, из 1 тонны сухого напитка получится при разведении водой примерно 21 дм3 изотонического.

Рисунок 8 - Технологическая схема производств спортивных напитков сублимационной сушки (при совместной и раздельной сублимации компонентов).

Технологию сухого напитка можно осуществлять двумя способами: путем раздельной и совместной сублимации компонентов. При смешивании предварительно сухих компонентов, потребительские свойства сухого напитка значительно уступают потребительским свойствам продукта, высушенным путем совместной сублимации. При совместной сублимации предложенным способом: нанесения и замораживания слоя сгущенного БФПК на предварительно замороженный слой сока обеспечивает сохранность ароматобразующих веществ сока в конечном продукте и позволит сохранить количество ЛЖК до установленного предела потерь не более 50% (рисунок 8).

В четвертой главе приведены результаты комплексных товароведно-технологических исследований спортивных напитков на основе БФПК – напитка изотонического EN-rive (ЕН-Райв) и напитка сублимационной сушки Immuno-force (Иммуно-форсе).

Для оценки органолептических показателей применяли дескриптивный анализ.

По органолептическим показателям «идеальный» сокосодержащий напиток должен иметь насыщенный фруктовый (ягодный) вкус свежий и в меру кисло-сладкий, с ароматом свежих фруктов, стабильной и однородной консистенцией, иметь насыщенный цвет, соответствующий цвету натурального сока.

Органолептические показатели разрабатываемых напитков близки к значениям «идеального» сокосодержащего напитка, что подтверждается данными, представленными на четырех профилограммах (рисунки 9-10).

Рисунок 9 - Профиль вкуса и профиль запаха напитков на основе БФПК, построенный с использованием нескольких дескрипторов

Рисунок 10 - Профиль цвета и профиль консистенции напитков на основе БФПК, построенный с использованием нескольких дескрипторов

Физико-химические показатели напитков для спортивного питания EN-rive (ЕН-Райв) и Immuno-force (Иммуно-форсе) представлены в таблицах 5-6

Таблица 5 – Физико-химические показатели напитка изотонического En-rive (Ен-райв)

Наименование показателя	Ед. измерения	Показатели
Титруемая кислотность	моль/дм3 Н+	0,0105 ± 0,001
Активная кислотность	ед. рН	4,5±0,5
Массовая доля сухих веществ, не менее	%	5,0
Плотность, не менее	кг/м3	1025
Содержание L-карнитина	мг/100 см3	30±5
Осмоляльность напитка	мОсмоль/кг	300±20

По физико-химическим показателям напиток изотонический EN-rive (ЕН-Райв) соответствует требованиям ТУ 9185-003-96567059-2012 и ГОСТ 28188-89 «Напитки безалкогольные. Общие технические условия».

Экспериментальные данные физико-химических показателей напитка сублимационной сушки Immuno-force (Иммуно-форсе), представлены в табл. 6 соответствуют требованиям ТУ 9197-002-69570395-2012 и ГОСТ 15113.0-77 «Концентраты пищевые. Правила приемки, методы отбора и подготовка проб».

Таблица 6 – Физико-химические показатели напитка Immuno-force (Иммуно-форсе)

Наименование показателя	Ед. измерения	Норма
Массовая доля влаги, не более	%	4,0-5,0
Массовая доля белка, не менее	г/100 г	5,0
Массовая доля жира, не менее	г/100 г	5,0
Массовая доля углеводов, не менее	г/100 г	70,0
Полная растворимость, не более: - в воде (20-25° С), порошок	мин	1,5
Массовая доля металлических примесей (частиц не более 0,3 мм в наибольшем линейном измерении), не более	%	3 10 -4
Массовая доля посторонних минеральных примесей, не более	%	1 10 -2
Посторонние примеси (кроме металлических и минеральных), а также зараженность вредителями	-	Не допускаются

Результаты санитарно-химических исследований показали, что напитки по микробиологическим показателям и по содержанию токсичных элементов соответствуют нормам ЕврАзЭс (Единых санитарно-эпидемиологических и гигиенических требований к товарам, подлежащих санитарно-эпидемиологическому надзору (контролю) от 11 декабря 2009 года № 28 ЕврАзЭс Гл II Р.1. Продукты пищевые. п. 8.2. «Напитки безалкогольные, в том числе сокосодержащие и искусственно минерализованные»):

- п. 8.2.2. «Напитки безалкогольные, в т.ч. сокосодержащие со сроком годности 30 суток и более»;

- п. 8.2.3. «Концентраты (жидкие, пастообразные), смеси (порошкообразные, таблетированные, гранулированные и т.п.) для безалкогольных напитков».

Таблица 7 – Пищевая и энергетическая ценность напитков

№ п/п	Показатели	Ед. измерения	EN-rive (ЕН-Райв) На100 см3	Immuno-force (Иммуно-форсе) На 100 г
1	Содержание сухих веществ	%	4,7	96
2	Содержание белка	г/100 см3	0,28	5,72
3	Содержание углеводов	г/100 см3	3,8	77,63
4	Содержание жира	г/100 см3	0,28	5,72
5	Содержание L-карнитина,	г/100 см3	0,03	0,61
6	Содержание органических кислот	г/100 см3	0,012	0,245
7	Содержание ЛЖК	г/100 см3	0,102	1,05
8	Общее содержание витаминов	г/100 см3	0,063	1,287
9	Содержание минеральных веществ: - калий - натрий - магний - кальций	г/100 см3	0,133 0,0282 0,0856 0,0022 0,0173	2,723 0,576 1,749 0,045 0,353
10	Энергетическая ценность, 100 см3 (г)	кДж Ккал	77,6 18,84	1585,7 384,88

Химический состав свидетельствует о том, что напитки для спортивного питания могут быть рекомендованы для исполь­зования их в любых видах спорта, в условиях интенсивных тренировок, продолжительность которых составляет 60 минут и более.

Напитки не имеют противопоказаний за исключением индивидуальной непереносимости компонентов напитка и потребления концентраций L-карнитина (по общей массе продукта), но не более 0,9 г (но не более 150 г сухого напитка Immuno-force (Иммуно-форсе)), не превышающий верхний допустимый уровень, установленный требованиями ЕврАзЭс

Установленные сроки годности жидких напитков составили при пастеризации – не более 30 суток, при стерилизации – до 180 суток, срок годности сухого напитка составил до 12 мес.

В пятой главе представлены результаты экспериментальных исследований и подтверждена эффективность пробиотических свойств разработанных напитков. Применение пробиотиков метаболитного типа в виде бесклеточных фильтратов пробиотических культур производственных штаммов Lactobacillus acidophilus NK-1 и Bifidobacterium longum B 379М стабилизировало микробиоценоз кишечника подопытных животных, что выражалось в следующем: отсутствие прогрессирования роста кокковой флоры, уменьшение числа условных патогенов, рост аэробных штаммов, что иллюстрирует положительную пробиотическую активность исследуемого напитка.

Выводы:

1. разработана технология и проведена оценка потребительских свойств напитков на основе фильтратов пробиотических культур (ФПК);
2. проведена товароведно-технологическая оценка бесклеточного ФПК (БФПК). По основным критериям санитарно-химических, органолептических и физико-химических показателей, БФПК можно рекомендовать к применению в пищевой промышленности в качестве функционального пищевого ингредиента;
3. проведена оптимизация минерального состава рецептурных композиций спортивных напитков, на основе БФПК, путем моделирования рецептуры с помощью интегрального критерия сбалансированности, положенного в основу программы для автоматизированного проектирования расчета и оценки качества многокомпонентных рецептур пищевых продуктов Generic 2.0;
4. показана эффективность применения последовательного фильтрования ФПК на керамических мембранах, с размерами пор 5 и 0,4 мкм, что позволяет улучшить потребительские свойства фильтратов (по органолептическим, санитарно-химическим показателям и пролонгировать его сроки годности);
5. установлена зависимость пропускной способности керамических мембран от параметров микрофильтрации ФПК (температуры 35-400С и давлении 0,3 МПа);
6. установлено, что проведение деаэрации в течение не более 12 мин. при температуре 45-500С позволило улучшить органолептические характеристики и сохранить максимальное количество ЛЖК в составе готовых напитков;
7. установлена зависимость органолептических показателей (вкуса и аромата) фруктовых соков от процесса совместной сублимационной сушки БФПК и соков прямого отжима, с предварительным поэтапным замораживанием. Совместная сублимация с поэтапным замораживанием компонентов препятствует испарению ароматических веществ из соков с парами воды, адсорбируя их на каркасе замороженного концентрата БФПК, что снижает их потери в производстве и улучшает потребительские свойства готовых продуктов;
8. разработаны и апробированы в промышленных условиях технологии специализированных напитков для спортивного питания на основе БФПК и концентрата напитка, полученного методом сублимационной сушки;
9. дана товароведно-технологическая оценка готовых напитков, определены органолептические, физико-химические, санитарные показатели и пищевая ценность разрабатываемы напитков. Установлено, что напитки по показателям безопасности и качества отвечают требованиям, предъявляемым к напиткам для спортивного питания. Осмоляльность равная 316 мОсмоль/кг характеризует изотонические свойства напитка;
10. результаты исследований пробиотических свойств in vivo свидетельствуют об отсутствии роста кокковой флоры, уменьшения числа условных патогенов, что подтверждает пробиотическую активность исследуемого напитка.
11. предложенное технологическое решение имеет экономический эффект от создания безотходного производства бакпрепаратов и бакконцентратов в биотехнологической промышленности. Кроме того, при производстве 1 т жидкого напитка сумма чистой прибыли составит 6 615 руб., рентабельность 20 %, при производстве сухого напитка сумма чистой прибыли составит 187741 руб, рентабельность 25%. Оптовая цена изотонического напитка En-rive (Ен-райв) составила за бутылку 0,5 дм3 31,00 руб.; цена за 1 кг концентрата напитка сублимационной сушки составила 1400,00 руб.

Список работ, опубликованных по материалам диссертации:

1. Сорокина И.М., Доронин А.Ф., Демидова Т.И. Перспективы использования в пищевой промышленности безмикробной культуральной жидкости // Пищевая промышленность. – 2011. - № 2. - С. 26-27.

2. Сорокина И.М., Доронин А.Ф., Демидова Т.И. Разработка технологии производства сокосодержащих напитков на основе безмикробной культуральной жидкости // Пищевая промышленность. – 2011. - № 3. – С. 44-45.

3. Сорокина И.М., Доронин А.Ф., Демидова Т.И. Оптимизация параметров процесса микрофильтации для стерилизации фильтратов пробиотических культур // Пищевая промышленность. – 2011. - № 12. – С. 42-44.

4. Доронин А.Ф., Сорокина И.М., Иванова Я.В. Перспективы внедрения новых ингредиентов для «здоровых напитков» - М.: ИК МГУПП. Сборник материалов VII международной научно-практической конференции «Технологии и продукты здорового питания. Функциональные пищевые продукты». – 2009. – С. 225-230

5. Shenderov B.,Tourkin A., Fedorov A.,Sorokina I., Ivanova Y. Filtrate of probiotic bacteria as a source of functional bioactives for “healthy products” manufacturing. Abstracts of XXXII International Congress of the Society for Microbial Ecology and Disease (October 29-30, 2009, St.Petersburg). Гастроэнтерология Санкт-Петербурга, 2009 - №4 – С. А11.

6. Доронин А.Ф., Сорокина И.М., Иванова Я.В. «Комплексный обогатитель пищевых продуктов» - М.: ИК МГУПП. Сборник материалов VII международной научно-практической конференции «Технологии и продукты здорового питания. Функциональные пищевые продукты». – 2010. – С. 57-60

7. Доронин А.Ф., Сорокина И.М. Перспективы использования метабиотиков при производстве функциональных продуктов для спортивного питания //Консервная промышленность сегодня: технологии, маркетинг, финансы 2011- №1-2 - с.44-48.

8. Доронин А.Ф., Сорокина И.М. Напиток на основе безмикробной культуральной жидкости для спортивного питания Сборник материалов XII Всероссийского конгресса диетологов и нутрициологов. «Питание и здоровье» // 2010, С.79.

9. Доронин А.Ф., Сорокина И.М., Демидова Т.И. Разработка новых видов функциональных напитков для питания спортсменов с использованием фильтратов пробиотических культур- М.: ИК МГУПП. Сборник материалов IX международной научной конференции студентов и молодых ученых «Живые системы и биологическая безопасность населения». – 2011. – С. 100-102.

10. Доронин А.Ф., Сорокина И.М., Иванова Я.В. «Микрофильтрация фильтратов пробиотических культур» - М.: ИК МГУПП. Сборник материалов IX международной научно-практической конференции «Технологии и продукты здорового питания. Функциональные пищевые продукты». – 2011. – С. 324-325.

11. Шендеров Б.А., Иванова Я.В., Сорокина И.М. Комплексный обогатитель пищевого продукта//Патент России № 2397246. 20.08.2010

Список сокращений:

1. ФПК - фильтрат пробиотической культуры
2. СНП – суточная норма потребления
3. БФПК – бесклеточный фильтрат пробиотической культуры
4. ЛЖК – летучие жирные кислоты
5. ЖКТ – желудочно-кишечный тракт
6. ПМТ – пробиотики метаболитного типа
7. МБТ – медико-биологические требования
8. СО – соковая основа
9. СВ – массовая доля сухих веществ
10. P- давление
11. J – проницаемость мембран
12. - время
13. Т - температура

Автор выражает глубокую признательность д.м.н. проф. Шендерову Б.А., д.т.н. Харитонову В.Д., к.т.н. Харитонову Д.В., д.м.н. Шевелевой С.А., д.б.н. Федорову А.Н., д.м.н. Демидову Д.А., к.т.н. Демидовой Т.И. за консультирование при выполнении работы, а также родителям, друзьям и коллегам за помощь и поддержку.

Summary

The theme of dissertation: “The development of technology and value the consumer properties of specialized products for sport nutrition with use a metabolites of pro-biotic strains”

The results of the investigations for the development of technology and value the consumer properties of isotonic beverages for sport nutrition based on filtrates of pro-biotic cultures (FPC) were introduced at this paper.

The aim of this research was the creations of new kind of a isotonic drink for sport nutrition enriched by metabolites of pro-biotic strains which will be restores the water-salt balance of sportsmen and stabilize intestines microbiocenosis.

Qualitative and quantitative characteristics of filtrates of pro-biotic cultures were investigated; efficiency of their use in the food industry is proved.

Standard technical documentation of isotonic drinks are developed, the expert decision of Scientific Research Institute of a Food of the Russian Academy of Medical Science is received. The pro-biotic effects of such drink were proved.