Введение к работе
Актуальность работы. Одной из главных задач, реализуемых в рамках Концепции государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации, является развитие технологий по созданию новых пищевых продуктов повышенной биологической ценности. Для достижения поставленной цели предлагается массовое использование дикорастущего сырья, как источников важных и полезных нутриентов.
На территории Сибирского федерального округа кедровые леса занимают огромные площади, ежегодно обеспечивая регионы полезным возобновляемым пищевым ресурсом – кедровыми орехами. Однако, несмотря на большие запасы данного вида сырья, переработкой кедрового ореха занимается не более 20-30 % российских компаний. Кедровый жмых относятся к вторичным сырьевым ресурсам, однако имеет большое значение как дополнительный источник полноценного белка, легкоусвояемых углеводов, витаминов и минеральных веществ. Перспективным направлением является создание на его основе продуктов для людей с повышенной физической активностью для более быстрого восстановления после тяжелых физических нагрузок.
Согласно аналитическим данным творожные продукты являются довольно популярными в Российской Федерации и потребляются более чем 80 % населения. Создание новых творожных продуктов с использованием биологически активных веществ, выделенных из жмыха кедрового ореха, для людей с повышенной физической активностью является перспективным и актуальным направлением исследований. Белково-витаминный комплекс жмыха кедрового ореха, добавленный в рецептуру творожного продукта, усилит его биологическую ценность и сделает более популярным у людей, активно занимающихся спортом, придерживающихся диеты и правильного питания, и имеющих потребность в качественном белковом продукте.
Применение определенного количества функционального ингредиента на основе кедровых орехов и продуктов его переработки может полностью обеспечить физиологические процессы организма необходимыми элементами питания.
Степень разработанности. Развитие физической культуры и спорта является одним из приоритетных направлений социальной политики государства. Существенный вклад в создание новых продуктов питания с повышенной пищевой и биологической ценностью с использованием ядер кедрового ореха и продуктов его переработки внесли российские и зарубежные исследователи: Гаврилова Н.Б., Голубева Л.В., Долматова О.И., Тарасенко Н.А., Никонович С.Н., Вайнерман Е.С., Дырдин С.Н., Егорова Е.Ю., Lantto T.A., Cai L.Y., Xiao L., Maughan R.J. и др. Отдельные этапы работы выполнены в рамках Федеральной целевой программы «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы» по теме «Разработка технологии получения функциональных продуктов питания на основе биологически активных веществ, выделенных из семян сибирской кедровой сосны, для людей с повышенной физической активностью», соглашение № №14.577.21.0255 от 26.09.2017 г.
Цель и задачи исследований. Целью работы является разработка технологии получения обогащенной творожной массы с добавлением белково-витаминного комплекса, выделенного из жмыха кедрового ореха, обладающей высокой питательной и биологической ценностью для людей с повышенной физической активностью.
Для достижения поставленной цели сформулированы основные задачи исследований:
изучить химический состав и физико-химические свойств кедрового жмыха, полученного после отжима масла из ядра кедрового ореха сибирской кедровой сосны Pinus sibirica du tour;
теоретически и экспериментально обосновать оптимальные технологические режимы экстракции белково-витаминного комплекса из жмыха кедрового ореха;
определить оптимальный метод и параметры очистки и сушки белково-витаминного комплекса, полученного из жмыха кедрового ореха;
– подобрать рациональные параметры получения творожной массы с использованием белково-витаминного комплекса, выделенного из жмыха кедрового ореха;
– исследовать основные показатели качества, пищевую и биологическую ценность, а также биофункциональные свойства творожной массы, обогащенной белково-витаминным комплексом, выделенным из жмыха кедрового ореха;
– разработать технологическую схему получения обогащенной творожной массы на основе белково-витаминного комплекса, выделенного из жмыха кедрового ореха для людей с повышенной физической активностью;
– разработать техническую документацию на творожную массу, обогащенную белково-витаминным комплексом, выделенным их жмыха кедрового ореха и провести промышленную апробацию.
Научная новизна. Научно обоснована и подтверждена эффективность использования белково-витаминного комплекса, выделенного из жмыха кедрового ореха, в технологии творожного продукта, предназначенного для людей с повышенной физической активностью. Установлено, что жмых кедрового ореха, оставшийся после холодного отжима ядра кедрового ореха, отличается высоким содержанием аминокислот, а также имеет высокую концентрацию витаминов группы В, С и Е. Доказано, что использование предварительного ферментативного гидролиза обезжиренного кедрового жмыха карбоксигидразами с последующим проведением щелочной экстракции позволит достичь максимального выхода белка. Обоснованы схема двухстадийной очистки и режимы распылительной сушки белково-витаминного комплекса, применение которых способствует увеличению содержания высокомолекулярных белковых фракций в белково-витаминном концентрате. Определены рациональные параметры получения творожной массы с использованием белково-витаминного комплекса, выделенного из жмыха кедрового ореха. Исследовано влияние массовой доли белково-витаминного комплекса на органолептические, физико-химические, микробиологические показатели, пищевую и биологическую
ценность творожной массы для людей с повышенной физической активностью, установлены сроки хранения готового продукта. Показано, что творожная масса, обогащенная белково-витаминным комплексом жмыха кедрового ореха, имеет широкий спектр антимикробного действия, обладает высокой ан-тиоксидантной активностью и способствует снижению холестерина в сыворотке крови.
Практическая значимость работы. На основании полученных результатов исследований приведены параметры выделения, очистки и сушки белково-витаминного комплекса, полученного из жмыха кедрового ореха холодного отжима. Разработана техническая документация (ТУ 9284-252-020683315-2018), технологическая схема получения и рецептура обогащенной творожной массы «Сила тайги» с использованием разработанного белково-витаминного комплекса жмыха кедрового ореха, проведена промышленная апробация технологии на предприятии.
Методология и методы исследований. При проведении исследований использовали стандартные, общепринятые и оригинальные методы физико-химического и микробиологического анализа, в том числе микроскопирование, спектрометрию, электрофорез, хроматографию и др.
Положения, выносимые на защиту.
– технология ферментативного гидролиза и параметры экстракции белко-во-витаминного комплекса из жмыха кедрового ореха;
– технология и параметры двухстадийной очистки и распылительной сушки выделенного белково-витаминного комплекса;
– технология получения творожной массы, обогащенной белково-витаминным комплексом жмыха кедрового ореха для людей с повышенной физической активностью;
– пищевая и биологическая ценность, антибактериальные, антиоксидант-ные и гипохолестеринемические свойства творожной массы, обогащенной бел-ково-витаминным комплексом, выделенным из жмыха кедрового ореха.
Степень достоверности и апробации работы. Основные положения диссертационной работы обсуждены на: международной научно-технической конференции «Научно-инновационные технологии: идеи исследования и разработки», XI Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы современных исследований», XII Международной научно-практической конференции «Научные открытия», IX Всероссийской научно-практической конференции студентов, аспирантов и молодых ученых с международным участием «Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности», XII Международном весеннем симпозиуме «Инновации в современной науке».
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК: «Вестник Крас-ГАУ», «Наукоемкие технологии», «Foods and raw materials», «Техника и технология пищевых производств». Получен патент на изобретение № 2635397 «Способ получения новогаленовых экстрактов из растительного сырья».
Структуры и объем диссертации. Диссертационная работа состоит из следующих основных разделов: введение, обзор литературы, объекты и методы исследования, результаты исследования и их обсуждение, выводы, список использованных источников и приложения. Основное содержание работы изложено на 135 страницах машинописного текста, содержит 27 таблиц и 31 рисунок. Список литературы включает 150 источников.
Теоретические и экспериментальные исследования выполнены в соответствии с поставленными задачами на кафедре «Бионанотехнология» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего образования «Кемеровский государственный университет». Проводимые исследования состояли из нескольких взаимосвязанных этапов (рисунок 1).
На первом этапе с целью обоснования и формулировки задач собственных исследований провели анализ литературных источников. Рассмотрены возможные способы выделения белково-витаминного комплекса из жмыха кедрового ореха и создания на его основе новых обогащенных продуктов питания.
На втором этапе проводили исследования физико-химических показателей и химического состава жмыха кедрового ореха, оставшегося после отжима масла из ядра кедрового ореха сибирской кедровой сосны Pinus sibirica du tour.
На третьем этапе определяли оптимальные технологические режимы для выделения белково-витаминного комплекса из жмыха кедрового ореха ферментативным гидролизом с последующим проведением щелочной экстракции. Осуществляли исследования влияния рН, температуры, продолжительность экстракции и ферментативного гидролиза, гидромодуля и фермент-субстратного соотношения на выход белка из исходного сырья.
На четвертом этапе подбирали оптимальный способ и параметры очистки и сушки выделенного белково-витаминного комплекса. Изучали молекулярно-массовое распределение белков и пептидов, подвергнутых ультрафильтрации с дополнительным использованием обращенно-фазовой высокоэффективной жидкостной хроматографии. Исследовали интегральную селективность мембраны по белку и степень концентрирования при различном давлении. Оптимизировали температуру, скорость подачи раствора, скорость воздушного потока при распылительной сушке белково-витаминного комплекса.
Следующий этап был посвящен изучению влияния концентрации белко-вовитаминного комплекса, выделенного из жмыха кедрового ореха на органо-лептические свойства, физико-химические показатели, показатели безопасности и биофункциональные свойства (антибактериальные свойства, антиоксидантная и гипохолестеринмическая активность) обогащенной творожной массы с целью подбора оптимальной концентрации белково-витаминного комплекса в готовом продукте.
На заключительном этапе исследования, основываясь на теоретических и экспериментальных исследованиях, разрабатывали технологию получения бел-ково-витаминного комплекса, выделяемого из жмыха кедрового ореха.
БЕЛКОВО-ВИТАМИННОГО КОМПЛЕКСА ЖМЫХА СИБИРСКОЙ КЕДРОВОЙ
Анализ отечественных и зарубежных литературных данных, формулировка цели и задач собственных исследований
Исследование жмыха кедрового ореха,
оставшегося после холодного отжима
масла из ядра кедрового ореха
сибирской кедровой сосны Pinus
sibirica du tour
массовая доля белка;
массовая доля углеводов;
массовая доля жира;
массовая доля влаги;
содержание аминокислот;
содержание витаминов;
содержание макро- и микроэлементов.
Разработка технологических параметров получения белково-витаминного комплекса их жмыха кедрового ореха
Обоснование режимов очистки и
сушки белково-витаминного
комплекса, полученного из жмыха
кедрового ореха
Подбор оптимальных параметров
получения творожной массы с
использованием белково-витаминного
комплекса, выделенного из жмыха
кедрового ореха
Анализ химического состава и
качественных показателей
обогащенной творожной массы
«Сила тайги»
и
и
массовая доля белка рН среды; температура;
продолжительность экстракции; фермент-субстратное соотношение.
интегральная селективность мембраны;
степень концентрирования;
- фракционный состав белково-витаминного
комплекса;
молекулярно-массовое распределение белков и пептидов;
температура сушки;
скорость подачи раствора в сушильную камеру;
скорость воздушного потока;
продолжительность процесса.
органолептические показатели; титруемая кислотность; массовая доля влаги; микробиологические показатели; антибактериальные свойства; антиоксидантные свойства; гипохолестеринмическая активность.
дегустационная оценка; качественные показатели; аминокислотный состав; витаминный состав.
Практическая реализация результатов исследования
Рисунок 1 – Общая схема проведения исследований
Разрабатывали технологическую схему получения творожной массы «Сила тайги», обогащенной белково-витаминным комплексом для людей с повышенной физической активностью. Изучали пищевую и биологическую ценность продукта, проведены расчеты экономической эффективности разрабатываемого продукта