close

Вход

Забыли?

вход по аккаунту

?

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ ПИЩЕВЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПРОДУКТОВ НА ОСНОВЕ БИОМОДИФИКАЦИИ МОЛОК ЛОСОСЕВЫХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ХИТОЗАНА

код для вставкиСкачать
На правах рукописи
Полещук Денис Владимирович
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ ПИЩЕВЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ
ПРОДУКТОВ НА ОСНОВЕ БИОМОДИФИКАЦИИ МОЛОК
ЛОСОСЕВЫХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ХИТОЗАНА
Специальность 05.18.04 – Технология мясных, молочных и рыбных
продуктов и холодильных производств
Автореферат
диссертации на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Владивосток – 2015
Работа выполнена в Федеральном государственном бюджетном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный университет»
(ФГБОУ ВПО «Дальрыбвтуз»).
Научный руководитель
доктор технических наук, доцент Максимова Светлана Николаевна
Официальные оппоненты:
Мезенова Ольга Яковлевна доктор технических наук, профессор,
ФГБОУ ВПО «Калининградский государственный технический университет»,
заведующая кафедрой «Пищевая биотехнология»
Ковалева Елена Анатольевна кандидат технических наук, доцент,
ФГБОУ ВПО «Владивостокский государственный университет экономики и
сервиса», ведущий научный сотрудник научно-исследовательского отдела
Ведущая организация Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Мурманский
государственный технический университет» (ФГБОУ ВПО «МГТУ»)
Защита состоится 16.04.2015 г. в 1300 ч на заседании диссертационного
совета Д 307.006.01 на базе ФГБОУ ВПО «Дальневосточный государственный
технический рыбохозяйственный университет» (ФГБОУ ВПО «Дальрыбвтуз»)
по адресу: 690087, Россия, г. Владивосток, ул. Луговая, 52б.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке и на сайте ФГБОУ
ВПО «Дальневосточный государственный технический рыбохозяйственный
университет»
http://dalrybvtuz.ru/nauchnaya-deyatelnost/dissertatsionnye-sovety/tekstydissertatsiy/
e-mail: oev@mail.ru
Факс: 8(423) 244-03-09.
Автореферат разослан «____» _________2015 г.
Ученый секретарь диссертационного совета,
кандидат технических наук
2
Осипов Евгений Валерьевич
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность работы. Согласно «Стратегии развития рыбохозяйственного комплекса РФ на период до 2020 г.» основополагающим является инновационный путь развития рыбной отрасли за счет комплексного и рационального
использования водных биологических ресурсов и внедрения в производство
инновационных технологий безопасной и конкурентоспособной готовой продукции, прежде всего для здорового (функционального) питания.
В настоящее время производство продуктов функционального питания
является важной задачей специалистов в области пищевых технологий, поскольку образ жизни современного человека (его низкая физическая активность
и традиционная пища) приводят к потере здоровья практически всего населения.
Водные биологические ресурсы по праву считаются одним из перспективных источников биологически активных веществ и, как следствие, перспективным сырьем для производства пищевых функциональных продуктов.
На изучение водных биологических ресурсов и использование их потенциала в технологии пищевых продуктов высокой биологической ценности направлены исследования многих ученых: Л.С. Абрамовой, Н.М. Амининой, М.П.
Андреева, С.А. Артюховой, В.Д. Богданова, Т.М. Бойцовой, Л.И. Борисочкиной, В.П. Быкова, В.А. Гроховского, А.М. Ершова, В.М. Дацуна, И.В. Кизеветтера, И.П. Леванидова, Г.В. Масловой, О.Я. Мезеновой, Т.Н. Пивненко, А.В.
Подкорытовой, Т.М. Сафроновой, Т.Н. Слуцкой, З.П. Швидкой, В.И. Шендерюка, А.П. Ярочкина, G.M. Hall, R.O. Olson, H.B. Ottaway и др.
Применение молок тихоокеанских лососей, являющихся наиболее массовым промысловым объектом на Дальнем Востоке, для производства функциональных продуктов позволит рационально использовать вторичные сырьевые ресурсы с учетом их богатого биологического потенциала для расширения
ассортимента пищевой продукции из этого ценного объекта.
Анализ современной литературы свидетельствует о существовании различных способов получения биологически активных продуктов из молок лососевых, ценящихся прежде всего наличием нуклеиновых кислот, физиологический эффект которых основывается на нормализации иммунитета и восстановлении функциональной активности организма в целом.
3
Однако нестабильность нуклеиновых кислот и ограниченное всасывание
в организме вызывают необходимость оптимизации путей использования этого
ценного физиологического ингредиента в технологии пищевых продуктов.
Одним из таких путей является применение биополимера хитозана, способного образовывать полиэлектролитные комплексы с нуклеиновым материалом, защищая его от биодеградации и способствуя проникновению через мембрану клетки в организм человека.
При создании новых технологий пищевых продуктов для функционального питания хитозан рассматривают как соединение с высокой медикобиологической активностью, как энтеросорбент для выведения жиров, желчных
кислот, тяжелых металлов, токсинов, электролитов и радионуклидов и как
барьер, обладающий бактерицидными свойствами, установленными при хранении пищевых продуктов из водных биологических ресурсов.
Использование потенциала молок лососевых путем их биомодификации
в присутствии хитозана позволит расширить ассортимент продуктов для функционального питания из этого ценного вторичного сырья.
Таким образом, актуальность работы базируется на трех научно обоснованных положениях:
– исключительно большом значении функциональных продуктов для организации здорового питания населения;
– высокой пищевой и физиологической ценности водных биологических
ресурсов, в том числе молок лососевых;
– использовании биологически активных веществ водных биологических ресурсов в технологии функциональных продуктов.
Цель настоящей работы – разработка технологий пищевых функциональных продуктов с использованием гидролизата из молок лососевых, полученного путем их биомодификации и содержащего хитозан-нуклеиновый комплекс.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. На основании анализа современных исследований в области технологии пищевых функциональных продуктов из водных биологических ресурсов
обосновать целесообразность разработки технологий продукции для здорового
питания с использованием биологического потенциала молок лососевых и хитозана.
4
2. Научно обосновать и разработать технологию гидролизата из молок
лососевых, содержащего хитозан-нуклеиновый комплекс, как базовую для получения пищевых функциональных продуктов.
3. Обосновать ассортимент и разработать технологии новых пищевых
функциональных продуктов с использованием хитозан-нуклеинового гидролизата, полученного путем биомодификации молок лососевых.
4. Провести оценку качества разработанных пищевых функциональных
продуктов с использованием хитозан-нуклеинового гидролизата из молок лососевых.
5. Разработать проекты ТУ и ТИ на новые пищевые функциональные
продукты с использованием хитозан-нуклеинового гидролизата из молок лососевых.
6. Осуществить оценку эффективности разработанных технологий пищевых функциональных продуктов.
Научная новизна работы. Научно обоснована технология ферментативного гидролиза молок лососевых, обеспечивающая получение нуклеинового
материала, оптимального для комплексообразования с хитозаном.
Установлен качественный и количественный состав нуклеинового материала, представленный нуклеозидами, мононуклеотидами, олигонуклеотидами,
в гидролизате молок лососевых, обеспечивающий образование полиэлектролитного хитозан-нуклеинового комплекса. Доказано протекание полиэлектролитной реакции в заданных условиях.
Оптимизированы условия протекания полиэлектролитной реакции в гидролизате молок лососевых по соотношению хитозана и нуклеинового материала (от 0,5 : 1,0 до 1,0 : 1,0).
Показана стойкость в хранении хитозан-нуклеинового гидролизата, полученного путем биомодификации молок лососевых, и пищевых функциональных
продуктов на его основе.
Научно обоснованы технологические параметры производства пищевых
функциональных продуктов с дифференцированным использованием хитозаннуклеинового гидролизата.
Новизна и приоритет технических решений подтверждены 3 патентами
РФ: № 2483110, № 119643, № 2422050.
5
Практическая значимость работы. Разработаны технологии пищевых
продуктов из молок лососевых с использованием хитозан-нуклеинового гидролизата, обладающих высокими потребительскими характеристиками и являющихся функциональными за счет наличия в своем составе хитозана и нуклеинового материала.
Разработаны проекты технической документации на пищевые продукты
«Пудинг “Морской”» и «Рулет “Нептун”».
Усовершенствована технология аналоговой икорной продукции с использованием хитозан-нуклеинового гидролизата.
В лаборатории ТИБОХ ДВО РАН на основе полезной модели создана
экспериментальная установка «Устройство для гидролиза», с использованием
которой была получена партия хитозан-нуклеинового гидролизата.
Диссертационная работа выполнялась в рамках ХДТ 575/2014 по заявке
действующего рыбоперерабатывающего предприятия ООО «Босантур Два», на
базе которого была осуществлена производственная проверка разработанной
технологии хитозан-нуклеинового гидролизата.
Рассчитана и подтверждена инновационность новых технологических
разработок.
Материалы диссертационной работы внедрены в учебный процесс кафедры «Технология продуктов питания» ФГБОУ ВПО «Дальрыбвтуз» при организации учебного процесса по направлению 260200 «Продукты питания животного происхождения».
Научные положения, выносимые на защиту:
– технологические параметры ферментативного гидролиза молок лососевых, обеспечивающие получение нуклеинового материала разной степени полимерности;
– качественный и количественный состав гидролизата молок лососевых,
представленный нуклеозидами, мононуклеотидами, олигонуклеотидами, обеспечивающий образование полиэлектролитного хитозан-нуклеинового комплекса;
– функциональность разработанных пищевых продуктов с использованием хитозан-нуклеинового гидролизата за счет его высокой физиологической активности.
6
Апробация работы. Результаты выполненных исследований были представлены на Международной отраслевой студенческой научно-технической
конференции «П.О.И.С.К.–2009» (Владивосток, 2009), III Всероссийской научно-практической конференции с международным участием «Современное состояние и перспективы развития пищевой промышленности и общественного
питания» (Челябинск, 2010), Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы освоения биологических ресурсов Мирового океана» (Владивосток, 2010), IX Всероссийской научно-технической конференции
«Приоритетные направления развития науки и технологий» (Тула, 2011), Всероссийской научно-технической конференции «Современные тенденции развития перерабатывающих комплексов, пищевого оборудования и технологии пищевых производств» (Владивосток, 2011), Международной научно-технической
конференции «Инновационные технологии переработки продовольственного
сырья» (Владивосток, 2011), Международной конференции «Биология – наука
XXI века» (Москва, 2012), II Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы освоения биологических ресурсов Мирового океана» (Владивосток, 2012), ХI Международной конференции «Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана» (Москва, 2012), Международной
научно-технической конференции «Инновационные и современные технологии
пищевых производств» (Владивосток, 2013), Международной научнопрактической конференции «Химия биологически активных веществ морских
гидробионтов» (Владивосток, 2013), Международной научно-практической
конференции «Перспективы инновационного развития АПК» (Уфа, 2014), III
Международной научно-технической конференции «Актуальные проблемы освоения биологических ресурсов Мирового океана» (Владивосток, 2014), ХII
Международной конференции «Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана» (Москва, 2014), XII Международной научной конференции
«Инновации в науке, образовании и бизнесе – 2014» (Калининград, 2014).
Личное участие автора в получении результатов, изложенных в диссертации, заключается в постановке цели и задач исследований, планировании
и выполнении экспериментов, опытно-промышленных испытаний, анализе результатов исследований, формулировании выводов, разработке патентов, подготовке публикаций и написании диссертационной работы и автореферата.
7
Публикации. По теме диссертации опубликованы 25 работ, из них 4 статьи – в изданиях, рекомендованных ВАК, 3 патента РФ.
Структура и объем работы. Диссертация включает введение, литературный обзор, методическую и экспериментальную части, выводы, список используемой литературы и приложения. Работа изложена на 206 страницах печатного текста, содержит 32 таблицы, 18 рисунков, 16 приложений, 263 ссылки
на литературные источники, в том числе 43 зарубежных авторов.
СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении дано обоснование актуальности избранной темы, сформулированы цель и задачи исследования, изложена научная новизна, практическая
значимость, уровень апробации работы и положения, выносимые на защиту.
Глава 1 Литературный обзор содержит анализ отечественной и зарубежной литературы в области технологии функциональных продуктов из водных биологических ресурсов, характеристику молок лососевых как биологически ценного сырья и хитозана как пищевого и физиологически активного ингредиента. Обоснована цель и поставлены задачи исследования.
Глава 2 Методология, материалы и методы исследований представляет программно-целевую модель исследований (рис. 1), отражает характеристику материалов и методов, используемых в работе.
В качестве основных материалов в научных исследованиях использовали
молоки дальневосточных лосевых рыб мороженые (ТУ 9267-037-33620410-04)
и хитозан пищевой молекулярной массой 55 кДа (ТУ 9289-002-11418234-99).
Важным составляющим в рецептуре готовых пищевых функциональных
продуктов, а значит и предметом исследования, являлся хитозан-нуклеиновый
гидролизат (ХНГ), полученный путем ферментативного гидролиза молок лососевых с использованием хитозана.
В диссертационной работе исследовали модельные системы и пищевые
функциональные продукты на разных этапах технологического процесса.
При выполнении исследований использовали стандартные и общепринятые, а также оригинальные авторские методы исследований.
Органолептическую оценку качества готовой продукции по таким показателям, как внешний вид (цвет), консистенция, запах и вкус, проводили по
8
ГОСТу 7631-2008. Органолептическую оценку интенсивности вяжущего вкуса
хитозана определяли по пятибалльной шкале (Сафронова, 1998; Ким и др.,
2008). Эмульгирующую способность определяли центрифужным методом.
Анализ современного состояния технологии функциональных продуктов с использованием биопотенциала водных
биологических ресурсов
Водные биологические ресурсы в решении проблем здорового питания населения
Молоки лососевых – источник
биологически активных веществ
в технологии функциональных
продуктов
Хитозан как функциональный и
технологический ингредиент в
технологии продуктов из водных
биоресурсов
Формулирование цели и постановка задач исследования
Методологический подход к выполнению работы, обоснование выбора материалов и методов исследования
Разработка технологии хитозан-нуклеинового гидролизата из молок лососевых
Разработка технологий пищевых функциональных продуктов с использованием хитозан-нуклеинового гидролизата
Разработка технологии
пищевого функционального продукта на основе
хитозан-нуклеинового
гидролизата
Разработка технологии пищевого функционального
продукта с использованием
упаренного хитозаннуклеинового гидролизата
Использование капсулированного хитозаннуклеинового гидролизата в
технологии аналоговой икорной продукции
Оценка безопасности и качества разработанных пищевых функциональных продуктов
Разработка проектов технической документации
Оценка эффективности разработанных технологий
Практическая реализация результатов исследований
Рисунок 1 – Программно-целевая модель исследования
Химический состав готовых продуктов определяли по общепринятым методикам: белка, воды и жира – по ГОСТу 7636-85 (Марх и др., 1989). Значение
активной кислотности (рН) определяли с помощью рН-метра рН-150 МИ в соответствии с инструкцией по эксплуатации прибора. Аминокислотный состав
9
гидролизата определяли на аминокислотном анализаторе LC 2000 в соответствии с инструкцией по эксплуатации прибора. Содержание нуклеинового материала определяли путем измерения оптической плотности гидролизата на СЭФ
CECIL 2021 при длине волны 260 нм, с длиной пробега луча 1,0 см против дистиллированной воды (Гафуров, 1999). Качественный состав нуклеинового материала исследовали путем тонкослойной хроматографии на пластинках с силуфолом УФ 254 в хроматографической системе «изопропанол–аммиак–вода».
Степень связывания хитозана с нуклеиновым материалом оценивали по авторской методике с применением электрофореза, который проводили в агарозном
геле (2,5 %-ный раствор агарозы) в горизонтальном направлении в присутствии
Трис-боратного буфера. Окрашивание осуществляли бромистым этидием (Гафуров, 1999). Микробиологические методы исследования применяли в соответствии с ГОСТом 10444.15-94, определяя количество мезофильных аэробных и
факультативно-анаэробных микроорганизмов (КМАФАнМ). Относительную
биологическую ценность продукта определяли методом биотестирования с использованием инфузории Tetrahymena pyriformis (Розанцев и др., 2001; Черемных, 2004), в качестве контроля использовали продукцию без хитозаннуклеинового гидролизата. Остаточную активность ферментного препарата устанавливали путем определения активности ферментов в международных единицах по расщеплению окрашенного казеина ОКА-АС (Пат. SU 1597405).
Оценку инновационности технологических разработок осуществляли путем
расчета интегрального критерия инновационности (Гроховский, Мезенова,
2011).
Определение технологических параметров, близких к оптимальным, проводили с использованием метода планирования эксперимента (Адлер и др.,
1976). Расчеты выполнены с применением программы Statistica Ver. 8.0.
Статистическую обработку результатов проводили на основе подсчета
средних значений величин и стандартной средней ошибки. Для математической
и графической обработки результатов, а также для построения корреляционных
кривых применяли прикладные программы «Microsoft Office – 2007» (Ms Word,
Ms Excel), TableCurve 3D.
10
Глава 3 Разработка технологии хитозан-нуклеинового гидролизата
путем биомодификации молок лососевых содержит анализ известных способов выделения биологически активных веществ из молок рыб, на основе которого обоснован выбор ферментативного способа гидролиза, характеризующегося следующими условиями: концентрация ферментного препарата «Коллагеназа» – 0,7 г на 1 л субстрата; гидромодуль – 9; температура – от 37 до 39 0С;
рН среды – от 4,5 до 5,0.
Для определения рациональной продолжительности ферментативного
гидролиза процесс проводили в течение 24 ч с интервалом между отбором проб
– 2 ч, при этом критериями являлись количественный и качественный составы
нуклеинового материала в гидролизате (табл. 1).
Данные табл. 1, иллюстрируюТаблица 1 – Содержание нуклеиновощие результаты измерения оптиче- го материала в процессе гидролиза, мг/мл
ской плотности гидролизата на спек- Продолжительность Содержание нуклеигидролиза, ч
нового материала
троэлектрофотометре, указывают на
0
1,12
нарастание содержания нуклеинового
2
7,15
4
7,57
материала с увеличением продолжи6
7,79
тельности гидролиза до 12 ч, далее
8
8,15
содержание остается неизменным.
10
8,58
Результаты качественного ана12
8,95
….
…
лиза нуклеинового материала, полу24
8,95
ченные методом тонкослойной хроматографии (рис. 2), свидетельствуют о наличии в гидролизате продуктов разной степени полимерности: олигонуклеотидов; мононуклеотидов, способных связываться с хитозаном; нуклеозидов, обладающих высокой физиологической ценностью. Представленные данные
подтверждают сделанный ранее вывод, что оптимальная продолжительность ферментативного гидролиза составляет 12 ч.
При оценке биологического потенциала гидролизата, помимо нуклеинового
материала, в его составе было обнаружено наличие 16 аминокислот, преобладающими из которых являлись аргинин, лизин и пролин.
Таким образом, предложенный способ ферментативного гидролиза молок
лососевых позволяет получить конечный продукт (гидролизат) высокой биоло11
гической ценности с содержанием широкого спектра аминокислот и нуклеинового материала, в состав которого входят и нуклеотиды, необходимые для образования полиэлектролитного комплекса с хитозаном.
VI
V
IV
III
II
I
0
2
4
6 8
10 12 24 Продолжительность гидролиза, ч
Рисунок 2 – Качественный состав нуклеинового материала в гидролизате: I – олигонуклеотиды, II – мононуклеотиды, III–VI – нуклеозиды
Для комплексообразования с нуклеиновым материалом был выбран водорастворимый хитозан молекулярной массой 55 кДа, пригодный для функционирования биополиэлектролитов (нуклеиновых кислот), обладающий способностью образовывать полиэлектролитные комплексы с выраженной трансфекционной активностью. Хитозан вносили после окончания гидролиза и тщательно смешивали с гидролизатом.
Степень связывания хитозана с нуклеиновым материалом оценивали
спектрофотометрически при длине волны 260 нм после осаждения образцов
смесей гидролизата, содержащего нуклеиновый материал, и 1 %-ного водного
раствора хитозана в разных соотношениях.
Изменение величин оптической плотности исследуемых образцов при увеличении доли хитозана свидетельствовало о снижении содержания свободных
азотистых оснований, определяющих количество нуклеинового материала, и образовании полиэлектролитного комплекса.
Окончательное заключение об образовании хитозан-нуклеинового комплекса было сделано на основании данных, полученных в результате электрофореза проб, содержащих нуклеиновый материал, выделенный из гидролизата,
и раствор водорастворимого хитозана в равных концентрациях (табл. 2).
12
Таблица 2 – Состав проб для электрофореза, мкл
№
пробы
1
2
3
4
Р-р водорастворимого хитозана 55 кДа, мкл
–
1
2
3
Дистиллированная
вода, мкл
9
9,0
8,0
7,0
Как видно на рис. 3, в отличие от четкой идентификации нуклеинового материала в пробе 1, пробы 2 и 3, в которых произошло комплексообразование с хитозаном,
визуализировались менее четко. Отсутствие
визуализации пробы 4 свидетельствовало о
полном связывании хитозаном нуклеинового материала.
Таким образом подтверждено проте-
Р-р нуклеинового материала, мкл
3
2
2
2
1
2
3
4
Старт
Фронт
кание полиэлектролитных реакций, происходящих с высокой скоростью за время
смешивания растворов катиона и аниона
(хитозана и нуклеинового материала).
Для определения оптимальных пара-
Рисунок 3 – Электрофорез в
агарозном геле: 1–4 – номера проб
метров соотношения хитозана и нуклеинового материала в гидролизате c учетом
интенсивности вяжущего вкуса полимера проводилась оптимизация технологических критериев методами математического моделирования. Оптимальное соотношение хитозана и нуклеинового материала в составе гидролизата, выявленное математическим методом и проверенное в практических экспериментах,
составляло 1 : 1.
Полученный путем ферментативного гидролиза молок лососевых нуклеиновый гидролизат, обогащенный хитозаном, назван «Хитозан-нуклеиновый
гидролизат». Способ получения гидролизата, подтвержденный патентом РФ
«Способ получения хитозан-нуклеинового гидролизата», положен в основу
технологии гидролизата из молок лососевых.
13
Для обеспечения постоянства протекания технологических операций при
производстве хитозан-нуклеинового гидролизата было разработано устройство
для гидролиза. Новизна данного технического решения подтверждена патентом
РФ «Устройство для гидролиза» на полезную модель.
Экспериментально установленные сроки хранения хитозан-нуклеинового
гидролизата составили 180 сут. с учетом коэффициента запаса при температуре
4 ± 2 0С.
Разработанная технология и требования к органолептическим и химическим показателям гидролизата (табл. 3) легли в основу разработанных проектов
ТУ и ТИ на новый продукт «Хитозан-нуклеиновый гидролизат».
Таблица 3 – Органолептические и химические показатели гидролизата
Наименование показателя
Характеристика и норма
Внешний вид
Жидкий раствор
Цвет
От бесцветного до желтоватого
Запах
Свойственный, без постороннего запаха, с легким ароматом свежести
Вкус
Свойственный, без постороннего вкуса
Наличие посторонних примесей
Не допускается
Содержание, не менее:
сухого остатка, %
3
нуклеинового материала, мг/100 г
895
хитозана, мг/100 г
500
В настоящей работе предложено направлять хитозан-нуклеиновый гидролизат, полученный путем биомодификации молок лососевых, на производство
пищевых функциональных продуктов, при этом разработанную технологию
биологически ценного гидролизата рассматривать как базовую.
Глава 4 Разработка технологии пищевых функциональных продуктов с использованием хитозан-нуклеинового гидролизата представляет
обоснование выбора ассортимента функциональных продуктов с приоритетом
кулинарных изделий, многокомпонентная рецептура которых позволяет технологически оправдано вносить гидролизат в разном состоянии (исходном и упаренном).
Поскольку за основу первого проектируемого продукта предложено использование жидкого гидролизата в исходном состоянии, богатого аминными
соединениями, посчитали целесообразным сбалансировать пищевую ценность
14
за счет добавления в рецептуру продукта компонентов, богатых углеводами,
одновременно способных регулировать и его консистенцию. При разработке
новой технологии в качестве аналога использована технология популярных за
рубежом рыбных продуктов на основе гидролизатов, в которых в качестве ингредиентов применяют овсяные хлопья.
Выбор дополнительных ингредиентов рецептуры продукта, формирующих его вкусоароматические свойства, консистенцию, декорирующих вяжущий
вкус хитозана и обеспечивающих функциональную направленность готового
изделия (табл. 4), осуществляли путем оценки качества модельных систем с использованием разработанной балльной шкалы.
На основании провеТаблица 4 – Рецептура готового продукта, кг на
100
кг
денных
экспериментальНаименование компонента
Количество
ных исследований разрабоГидролизат
60
тана технологическая схеОвсяные хлопья
20
Клюква
8
ма производства продукта
Брусника
8
на
основе
хитозанИмбирь
4
нуклеинового гидролизата
из молок лососевых с использованием растительных компонентов (рис. 4).
Новый продукт был
Хитозан-нуклеиновый гидролизат
идентифицирован
как Овсяные хлопья, имбирь,
пудинг с торговым назы- ягоды
Внесение компонентов, смешивание
брусника, клюква
ванием «Пудинг “МорГомогенизация (τ=3 мин)
ской”», который проявлял устойчивость в храТермическая обработка (t=80 0C, τ=15 мин
нении в течение 30 сут.
Полимерная тара
при температуре 4 ± 2 oС
Фасование
(табл. 5).
Фольга
Укупоривание
Этикетки
Рисунок 4 – Технологическая схема производства
пудинга на основе хитозаннуклеинового гидролизата
Этикетирование
Ярлыки
Упаковывание, маркирование
Хранение
15
Таблица 5 – Изменение КМАФАнМ при хранении пудинга, КОЕ/г
Продолжительность хранения, сут.
1
5
10
15
20
25
3,48 101
6,65 102 8,50 102 1,83 103
2,75 103
8,36 103
30
1,0 104
Химический состав нового продукта (табл. 6) позволяет позиционировать
его как функциональный по содержанию функциональных ингредиентов хитозана и нуклеинового материала с учетом суточной потребности.
Таблица 6 – Химический состав продукта «Пудинг “Морской”», г/100 г
Нуклеиновый
Липиды Углеводы Белок Хитозан
материал
0,50
20,10
2,50
0,30
0,53
На новый пищевой продукт разработаны проекты ТУ и ТИ.
При разработке технологии второго кулинарного продукта с использованием упаренного (в 3 раза) хитозан-нуклеинового гидролизата за основу выбрана технология рыбных паштетов.
Поскольку при разработке технологии функционального продукта не
стояла задача получения высококалорийного кулинарного изделия, то его основу составили молоки, обогащенные хитозан-нуклеиновым гидролизатом с содержанием хитозан-нуклеинового комплекса в концентрированном виде.
По результатам экспериментальных исследований при создании кулинарного продукта была выбрана как оптимальная по консистенции модельная система, состоящая из молок, хитозан-нуклеинового гидролизата и растительного
масла при соотношении 70 : 15 : 15.
Учитывая хорошую формуемость полученной паштетной массы, финальный продукт проектировали в виде рулета с начинкой. В качестве начинки предложены измельченные сыр и морковь, наличие которых позволяет обеспечить в
готовом продукте пропорциональное соотношение трех важных энергоносителей (белков : жиров : углеводов), обеспечить улучшение внешнего вида (связывание слоев рулета, цвет на срезе). Масса начинки для одной порции полуфабриката – 15 г (5 г моркови, 10 г сыра).
Кулинарный продукт, полученный по разработанной технологии (рис. 5),
включающий компоненты животного и растительного происхождения, взаимно
обогащающие друг друга, получил торговое название «Рулет “Нептун”».
16
Молоки
Размораживание
Мойка
Бланширование (τ = 10 мин)
Хитозаннуклеиновый гидролизат, масло
Внесение компонентов и смешивание
Гомогенизация (τ = 3 мин)
Подготовка начинки
(сыр, морковь)
Формование
Запекание (t = 150 ºС, τ = 20 мин)
Охлаждение
Пластиковые контейнеры,
пленка
Фасование
Хранение
Рисунок 5 – Технологическая схема производства продукта «Рулет “Нептун”»
Готовый продукт проявлял устойчивость в хранении в течение 10 сут. при
температуре 4 ± 2 oС (табл. 7).
4,65 · 104
2,80 · 104
8,67 · 103
3,27 · 103
6,31 · 102
4,32 · 102
2,51 · 102
8,15 · 101
3,35 · 101
2,43 · 101
Таблица 7 – Динамика КМАФАнМ кулинарного продукта в хранении, КОЕ/г
Продолжительность хранения, сут.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Химический состав разработанного продукта характеризует его как низкокалорийный и функциональный по содержанию функциональных ингредиентов (табл. 8).
17
Таблица 8 – Химический состав продукта «Рулет “Нептун”», 100 г
Липиды
Углеводы
Белок
Хитозан
13,38
0,23
12,38
0,25
Нуклеиновый
материал
0,44
Обоснованность позиционирования нового продукта как функционального подтверждена результатами определения его относительной биологической
ценности методом биотестирования, которые превышали таковые у контрольного образца (без хитозан-нуклеинового гидролизата) в 1,3 раза.
На новый продукт разработаны проекты ТУ и ТИ.
В дальнейшей работе в качестве альтернативного способа концентрирования хитозан-нуклеинового гидролизата была рассмотрена возможность получения на его основе микрокапсул. Для этого применяли известную способность
комплексообразования хитозана и альгината натрия с образованием гелевых
микросфер при одновременной иммобилизации биологического материала, в
качестве которого предложено использование хитозан-нуклеинового гидролизата. Прием кооперативного взаимодействия полиэлектролитных комплексов
лег в основу совершенствования технологии аналоговой икорной продукции.
Содержание функциональных ингредиентов (нуклеинового материала и
хитозана) в 100 г аналоговой икорной продукции соответствует значениям в базовом продукте (хитозан-нуклеиновом гидролизате), но отличается дополнительным присутствием альгината натрия в количестве 1,5 г.
Важно отметить, что полезные свойства хитозана сохраняются и преумножаются при комплексообразовании с природными анионными полимерами,
что имеет большое значение при разработке технологий функциональных продуктов.
Таким образом, в результате проведенных экспериментальных исследований разработаны технологии (рис. 6) биологически ценного гидролизата, содержащего хитозан-нуклеиновый комплекс, и кулинарных функциональных
продуктов, предполагающих использование его в исходном и концентрированном состоянии, которые обеспечивают:
18
возможность получения готовой продукции с заданными органолептическими характеристиками, функционально-технологическими свойствами и
физиологической эффективностью;
расширение ассортимента кулинарной продукции из водных биологических ресурсов, в том числе из молок лососевых, обладающих функциональными свойствами.
Молоки лососевых
Размораживание
Мойка
Гомогенизация
«Пудинг “Морской”»
Гидролиз
Хитозан-нуклеиновый
гидролизат
Производство
рулета
Внесение хитозана
Производство
пудинга
Производство аналоговой икорной
продукции
Упаривание
Аналог икры
«Рулет “Нептун”»
Рисунок 6 – Комплексная схема получения и использования хитозан-нуклеинового
гидролизата в технологии пищевых функциональных продуктов
Глава 5 Оценка эффективности разработанных технологий осуществлялась по уровню инновационности с использованием метода, разработанного
профессором В.А. Гроховским. Для оценки инновационности новых технологий
применяли интегральный критерий инновационности (КИ), который включает
следующие частные отклики для нового продукта, полученные в результате собственных научных исследований: оценку безопасности (КИБ), уровня качества
(КИУК), органолептических показателей (КИУКО), биологической ценности (КИУКБ),
конкурентоспособности (КИКС), практической значимости (КИПЗ), экономи-
ческой эффективности (КИР) (табл. 9).
Таким образом, разработанные кулинарные функциональные продукты
«Пудинг “Морской”» и «Рулет “Нептун”» имеют высокие уровни инновацион19
ности, что свидетельствует об актуальности предложенных технологий, целесообразности и экономической обоснованности внедрения новых технологических
разработок в промышленное производство с последующим выходом на рыбный
рынок.
Таблица 9 – Оценка технологических разработок по КИ
Инновационная технологическая
Значения КИ, баллы
разработка
«Пудинг “Морской”
37,42
«Рулет “Нептун”»:
40,29
Уровень инновационности
Высокий
Высокий
ВЫВОДЫ
1. Разработаны технологии гидролизата из молок лососевых, содержащего хитозан-нуклеиновый комплекс, и высококачественных, физиологически активных, стойких в хранении пищевых функциональных продуктов с его использованием.
2. На основании анализа современных литературных данных обоснована
целесообразность разработки технологии пищевых функциональных продуктов
с использованием биологического потенциала молок лососевых и хитозана.
3. Научно обоснованы технологические параметры биомодификации молок лососевых, обеспечивающие получение нуклеинового материала разной
степени полимерности (нуклеозиды, мононуклеотиды, олигонуклеотиды), гарантированно способного образовывать полиэлектролитный комплекс с хитозаном. Установлена рациональная продолжительность ферментативного гидролиза – 12 ч.
4. Оптимизирован способ получения физиологически ценного гидролизата из молок лососевых по соотношению хитозана и нуклеинового материала (от
0,5 : 1,0 до 1,0 : 1,0). Образование в гидролизате хитозан-нуклеинового полиэлектролитного комплекса установлено по оптической плотности и подтверждено методом электрофореза.
5. Обоснован ассортимент и разработаны технологии пищевых функциональных продуктов с использованием хитозан-нуклеинового гидролизата в исход20
ном и концентрированном состоянии. Разработаны технологические схемы и обоснованы технологические операции функциональных продуктов «Пудинг “Морской”» и «Рулет “Нептун”», сроки хранения которых при температуре 4 ± 2 ºС составляют соответственно 30 и 10 сут. Совершенствование технологии аналоговой икорной продукции позволило повысить ее физиологическую ценность.
6. Проведена оценка качества разработанных и усовершенствованного
пищевых функциональных продуктов с использованием хитозан-нуклеинового
гидролизата, содержащих функциональные ингредиенты (хитозан и нуклеиновый материал), мг/100 г: 300 и 530 – «Пудинг “Морской”»; 250 и 440 – «Рулет
“Нептун”», 500 и 895 – аналог икры.
7. Разработаны проекты ТУ и ТИ на новые пищевые функциональные
продукты, полученные путем биомодификации молок лососевых. Разработана
экспериментальная установка «Устройство для гидролиза», с применением которой осуществлена апробация технологии гидролизата в промышленных условиях на базе ТИБОХ ДВО РАН и действующего рыбоперерабатывающего
предприятия ООО «Босантур Два».
8. Рассчитаны показатели инновационной эффективности разработанных
технологий пищевых функциональных продуктов с использованием хитозаннуклеинового гидролизата, подтверждающие целесообразность их производства и конкурентоспособность на рынке.
Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:
Статьи, опубликованные в ведущих изданиях по перечню ВАК:
1. Сафронова Т.М., Вахрушев А.И., Максимова С.Н., Полещук Д.В. Полиэлектролитные комплексы хитозана в технологии пищевых сферолитов // Рыбпром. – 2010. – № 2. –
С. 37–40.
2. Полещук Д.В., Максимова С.Н., Гафуров Ю.М. Разработка технологии функциональных продуктов из молок лососевых // Изв. ТИНРО. – 2013. –Т. 175. – С. 353–359.
3. Полещук Д.В., Максимова С.Н. Технология обогащенного комбинированного продукта из молок лососевых // Изв. вузов. Сер. Пищевая технология. – 2014. – № 1 (337). – С.
62–64.
21
4. Ким Г.Н., Сафронова Т.М., Максимова С.Н., Полещук Д.В. Полиэлектролитные
комплексы в продуктах из водных биологических ресурсов // Рыб. хоз-во. – 2014. – № 5. С.
100-104.
Патенты:
5. Пат. РФ № 2422050. Способ получения аналога пищевой икры / Вахрушев А.И.,
Максимова С.Н., Воропаева Ю.А., Стрижова М.А., Полещук Д.В. – Опубл. 27.06.2011.
6. Пат. РФ № 119643. Устройство для гидролиза / Полещук Д.В., Ким А.Г., Гафуров
Ю.М., Максимова С.Н. – Опубл. 09.04.2012.
7. Пат. РФ № 2483110. Способ получения хитозан-нуклеинового гидролизата / Максимова С.Н., Полещук Д.В., Гафуров Ю.М. – 11.11.2011. – Опубл. 27.05.2013.
Статьи в других изданиях:
8. Полещук Д.В. Разработка технологии икры осетровых на основе полиэлектролитных комплексов // Матер. Междунар. отрасл. студ. науч.-техн. конф. «П.О.И.С.К.–2009». –
Владивосток : Дальрыбвтуз, 2009. – Ч. 1. – С. 330–333.
9. Максимова С.Н., Вахрушев А.И., Стрижова М.А., Полещук Д.В. Основы технологии пищевых сферолитов // Матер. III Всерос. науч.-практ. конф. с междунар. участием
«Современное состояние и перспективы развития пищевой промышленности и общественного питания». – Челябинск : ЮУрГУ, 2010. – Т. 1. – С. 79–82.
10. Максимова С.Н., Вахрушев А.И., Стрижова М.А., Полещук Д.В. Использование
полиэлектролитных комплексов на основе хитозана в технологии рыбных продуктов // Матер. Междунар. науч.-техн. конф. «Актуальные проблемы освоения биологических ресурсов
Мирового океана». – Владивосток : Дальрыбвтуз, 2010. – С. 93–95.
11. Максимова С.Н., Полещук Д.В. Условия образования полиэлектролитного комплекса ДНК–хитозан в гидролизате молок лососевых // Приоритетные направления развития
науки и технологий : докл. IX Всерос. науч.-техн. конф. – Тула : Инновационные технологии,
2011. – С. 3–6.
12. Максимова С.Н., Полещук Д.В. Исследование вкуса полиэлектролитных комплексов (ПЭК) на основе хитозана // Современные тенденции развития перерабатывающих
комплексов, пищевого оборудования и технологии пищевых производств : матер. Всерос.
науч.-техн. конф. – Владивосток : Дальрыбвтуз, 2011. – С. 49–51.
13. Вахрушев А.И., Полещук Д.В., Максимова С.Н. Применение биологически активных веществ гидробионтов в технологии кулинарных рыбных продуктов // Комплексное
обеспечение региональной безопасности : сб. тр. – Петропавловск-Камчатский : КамчатГТУ,
2011. – С. 233–238.
14. Вахрушев А.И., Максимова С.Н., Сафронова Т.М., Полещук Д.В. Перспективы
производства продуктов из гидробионтов, сбалансированных по аминосахарам // Научные
труды Дальрыбвтуза. – Владивосток : Дальрыбвтуз, 2010. – Вып. 22, ч. 1. – С. 338–343.
15. Максимова С.Н., Полещук Д.В., Гафуров Ю.М. Хитозан в борьбе с онкологическими заболеваниями // Инновационные технологии переработки продовольственного сырья
: матер. Междунар. науч.-техн. конф. – Владивосток : Дальрыбвтуз, 2011. – С. 146–149.
16. Максимова С.Н., Гафуров Ю.М., Полещук Д.В. Хитозан-нуклеиновый гидролизат как регулятор метаболических процессов // Матер. Междунар. конф. «Биология – наука
22
XXI века». – М. : Российский экономический университет им. Г.В. Плеханова, 2012. – С.
530–532.
17. Максимова С.Н., Гафуров Ю.М., Полещук Д.В. Гидролизат молок лососевых как
интенсификатор вкуса // Матер. II междунар. науч.-техн. конф. «Актуальные проблемы освоения биологических ресурсов Мирового океана». – Владивосток : Дальрыбвтуз, 2012. – Ч.
II. – С. 79–81.
18. Максимова С.Н., Рассказов В.А., Гафуров Ю.М., Полещук Д.В. Хитозаннуклеиновый гидролизат как биологически активный продукт // Современные перспективы в
исследовании хитина и хитозана : матер. Одиннадцатой междунар. конф. – М. : Российское
хитиновое общество, 2012. – С. 376–380.
19. Максимова С.Н., Полещук Д.В. Разработка инновационного продукта с функциональными свойствами // Матер. Междунар. науч.-техн. конф. «Инновационные и современные технологии пищевых производств». – Владивосток : Дальрыбвтуз, 2013. – С. 106–110.
20. Максимова С.Н., Полещук Д.В., Суровцева Е.В. Перспективы производства
функциональных продуктов из водных биологических ресурсов // Матер. Междунар. науч.техн. конф. «Инновационные и современные технологии пищевых производств». – Владивосток : Дальрыбвтуз, 2013. – С. 110–113.
21. Полещук Д.В., Максимова С.Н., Гафуров Ю.М. БАД на основе хитозаннуклеинового гидролизата из молок лососевых // Сб. статей и тезисов Междунар. науч.практ. конф. «Химия биологически активных веществ морских гидробионтов». – Владивосток : Тихоокеанский государственный медицинский университет, 2013а. – С. 44–49.
22. Максимова С.Н., Полещук Д.В., Лаптева М.В. Оптимизация технологических
факторов при получении хитозан-нуклеинового гидролизата из молок лососевых // Матер.
Междунар. науч.-практ. конф. «Перспективы инновационного развития АПК». – Уфа : Башкирский ГАУ, 2014в. – С. 49–54.
23. Максимова С.Н., Полещук Д.В. Технология капсулированного хитозаннуклеинового гидролизата // Матер. III междунар. науч.-техн. конф. «Актуальные проблемы
освоения биологических ресурсов Мирового океана». – Владивосток : Дальрыбвтуз, 2014. –
Ч. II. – С. 104–107.
24. Максимова С.Н., Полещук Д.В., Ким Г.Н., Сафронова Т.М. Полиэлектролитные
комплексы на основе хитозана в продуктах из водных биологических ресурсов // Современные перспективы в исследовании хитина и хитозана : матер. Двенадцатой междунар. конф. –
М. : ВНИРО, 2014. – С. 211–215.
25. Максимова С.Н., Федосеева Е.В., Полещук Д.В. Разработка инновационной технологии пресервов из молок лососевых для функционального питания // Тр. ХII междунар.
науч. конф. «Инновации в науке, образовании и бизнесе – 2014». – Калининград : КГТУ,
2014. – Ч. 1. – С. 222–224.
23
ПОЛЕЩУК ДЕНИС ВЛАДИМИРОВИЧ
РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ ПИЩЕВЫХ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПРОДУКТОВ
НА ОСНОВЕ БИОМОДИФИКАЦИИ МОЛОК ЛОСОСЕВЫХ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ
ХИТОЗАНА
Автореферат диссертации
на соискание ученой степени
кандидата технических наук
Подписано в печать .02.2015. Формат 60х84/16
Усл. печ. л. 1,5. Уч.-изд. л. 1,0. Заказ № 14. Тираж 120 экз.
______________________________________________________________
Отпечатано издательско-полиграфический комплекс
Дальневосточного государственного технического
рыбохозяйственного университета,
690091, г. Владивосток, ул. Светланская, 25
24
1/--страниц
Пожаловаться на содержимое документа