Введение к работе
Актуальность работы. Одной из важнейших задач государства является обеспечение населения страны качественным питанием, адекватным потребностям всех возрастных и социальных групп. Приоритетная значимость питания отражена в постановлении Правительства РФ № 917 от 10.08.98 "О концепции государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации".
В основных положениях реализации государственной политики в области здорового питания особое внимание уделено разработке и производству полноценных, безопасных продуктов, обогащенных физиологически активными компонентами, с направленным изменением химического состава.
Концепция создания технологии пищевых продуктов с функциональными ингредиентами, специального назначения и других, предназначенных для здорового питания населения, получила развитие в фундаментальных и прикладных научных трудах отечественных ученых И.А. Рогова, А.А. Покровского, Н.Н. Липатова, Б.А. Шендерова, В.А. Тутельяна, В.Д. Харитонова, А.Г. Храм-цова, Л.А. Остроумова, В.М. Позняковского, Н.И. Дунченко, И.А. Евдокимова, Ю.Я. Свириденко, Э.С. Токаева, A.M. Шалыгиной, Н.А. Тихомировой, Л.А. За-бодаловой, И.С. Хамагаевой, Г.Б. Гаврилова, В.И. Ганиной, М.С. Уманского, А.А. Майорова, М.П. Щетинина, Н.Б. Гавриловой, А.Ю. Просекова, И.А. Смирновой, В.А. Помозовой, Л.М. Захаровой, Л.В. Терещук и многих других.
В последнее время при возросшем интересе как производителей, так и потребителей к продуктам питания, производимым на основе принципов биотехнологии, перспективным направлением является поиск новых подходов, которые обеспечили бы наряду с совершенствованием традиционных создание новых технологий, гарантирующих сохранение нативных свойств сырья, активность и жизнеспособность пробиотических культур микроорганизмов, качество и функциональные свойства продуктов.
В связи с вышеизложенным разработка теоретических основ и практичё-' ских аспектов технологии ферментированных молочных и молокосодержащих продуктов является актуальной проблемой, представляющей научный, практический интерес и социальное значение.
Диссертационная работа направлена на решение указанной проблемы, выполнялась в рамках реализации "Приоритетных направлений развития науки и техники" (Пр-577 от 30.03.2002), программы по НТП Минобразования России 004 "Научные исследования высшей школы по технологии живых систем", Государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков продукции, сырья и продовольствия на 2008-2018 гг. (Постановление правительства № 446 от 14.07.2007), целевой программы Омской области "Развитие агропромышленного комплекса Омской области на 2008-2010 годы (постановление ЗС Омской области № 287 от 27.09.2007), а также в соответствии с зарегистрированными НИР "Разработка теоретических основ, создание новой технологии и техники для производства безопасных продуктов питания с функциональными свойствами" (№ 01.2.00609463), "Разработка технологии молочных и молокосодержащих продуктов с функциональными свойствами и пролонгированными сроками хранения"
(№ 012.006095542), "Разработка технологии молочных и молокосодержащих продуктов с использованием соевых ингредиентов"(№ 01.200701893).
Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является теоретическое обоснование, экспериментальное исследование основных закономерностей формирования биотехнологических молочных и молокосодержащих систем (БТМС), разработка методологических принципов создания технологии ферментированных молочных и молокосодержащих продуктов.
Для достижения поставленной цели были сформулированы и последовательно реализованы следующие научные задачи:
обосновать информационную структуру биотехнологических молочных систем, провести аналитический и экспериментальный скрининг элементов (подсистем) БТМС;
сконструировать модельные питательные среды (МПС) с использованием молочного, белково-углеводного и растительного сырья по оптимальному балансу незаменимых факторов питания и эффекту взаимного обогащения; определить наиболее эффективные корректоры химического состава модельных сред;
исследовать процесс ферментации модельных сред ассоциациями культур с пробиотическими свойствами; разработать математические модели, характеризующие взаимосвязь химического состава модельных сред и активности ассоциированных пробиотических культур;
определить наиболее эффективные ассоциации культур с пробиотическими свойствами для ферментации различных модельных питательных сред;
изучить ростостимулирующее влияние растительных ингредиентов на ассоциативный рост бифидобактерий в выбранных модельных средах;
установить эффективные способы активизации, стимулирования ассоциативного роста культур с пробиотическими свойствами и обеспечения их устойчивости к термоинактивации в процессе производства и хранения БТМС;
разработать рецептуры и технологии ферментированных добавок, регулирующих функционально-технологические свойства (ФТС) молочных и молокосодержащих продуктов;
изучить влияние специальных ингредиентов на структурообразование и адаптивность БТМС, определить сроки годности ферментированных молочных и молокосодержащих продуктов;
теоретически обосновать методологические принципы создания технологии ферментированных молочных и молокосодержащих продуктов, провести апробацию и внедрение в производство, представить техническую новизну результатов теоретических и экспериментальных исследований;
предложить комплексный метод оценки социальной и экономической значимости инновационных технологий ферментированных молочных и молокосодержащих продуктов.
Научная концепция работы. В основу научной концепции, развиваемой в диссертационной работе, положена гипотеза о том, что аргументированное конструирование БТМС, повышение активности и жизнеспособности пробиотических культур микроорганизмов путем создания защитных факторов, биомодификации и
приемов иммобилизации, позволяют направленно регулировать качественные показатели, ФТС ферментированных молочных и молокосодержащих продуктов. Концептуальным направлением является развитие методологических принципов создания технологии ферментированных молочных и молокосодержащих продуктов на основе БТМС в качестве инструмента направленного регулирования и повышения их качества.
Научная новизна работы. Разработана четырехуровневая информационная структура БТМС, выделены основные подсистемы и индикаторы, характеризующие их качественные показатели.
Создана концепция конструирования МПС с использованием белково-углеводного и растительного сырья по оптимальному балансу незаменимых факторов питания и эффекту взаимного обогащения.
Методом нормирования по максимальному значению целевой функции и таким индикаторам качества, как массовая доля белка (Б, %), биологическая ценность (БЦ, %), определены оптимальные молочные, молочно-растительные, сливочные, сливочно-растительные МПС.
Экспериментально установлены закономерности процесса ферментации оптимальных по составу МПС ассоциациями культур с пробиотическим свойствами. Получены математические зависимости и разработана модель формирования БТМС, характеризующая взаимосвязь активности пробиотических культур и состава МПС.
Разработана иерархическая структура эффективности использования ассоциаций культур с пробиотическими свойствами для ферментации различных молочных и молокосодержащих сред, обеспечивающая нормативный уровень клеточной концентрации пробиотических культур (не менее I О6— 107 КОЕ/см3 ферментируемой среды).
Предложены способы активизации ассоциативного роста культур с пробиотическими свойствами и обеспечения их устойчивости к термоинактивации в процессе производства и хранения продуктов путем иммобилизации в гели биополимеров, создания питательных и защитных сред с ростостимулирующими веществами в виде ферментированных добавок. Разработаны математические модели, позволяющие прогнозировать уровень клеточной концентрации ассоциированных пробиотических культур в процессе хранения биотехнологических молочных систем.
Обобщены экспериментальные данные и разработаны практические рекомендации по использованию стабилизационных систем (солей-плавителей) для ферментированных молочных и молокосодержащих продуктов, обеспечивающих адаптивность и усиление адсорбционных взаимодействий в сложных поли-компонентых системах, оптимальный уровень жизнеспособности пробиотических культур, реологические характеристики, качество и безопасность продуктов в процессе хранения.
Теоретически обоснованы методологические принципы создания технологии ферментированных молочных и молокосодержащих продуктов.
Предложен комплексный метод оценки социальной и экономической значимости инновационных технологий ферментированных молочных и молоко-
содержащих продуктов на основе модельного эксперимента и расчета новых экономических показателей.
Техническая новизна разработанных технологических решений подтверждена и защищена 14 патентами и 3 положительными решениями о выдаче патента Российской Федерации, а также отражена в 2 заявках на изобретение и 12 свидетельствах на интеллектуальный продукт.
Практическая значимость и реализация результатов. Созданы технологии новых продуктов, на реализацию которых разработана и утверждена техническая (ТУ) и нормативная (СТО) документация: ТУ 9222-010-49527272-2003 "Йогуртный продукт", ТУ 9222-001-49527279-2003 "Молоко обогащенное пастеризованное", ТУ 9224-013-49527279-2004 "Обогатитель белковый ферментированный", ТУ 9224-014-49527279-2004 "Продукт кисломолочный комбинированный "Бионеженка", ТУ 9225-001-14923145-2005 "Сыр мягкий из восстановленного молока", СТО 49527279-001-2008 "Продукт кисломолочный десертный", СТО 49527279-002-2008 "Продукт кисломолочный", СТО 49527279-003-2008 "Продукт десертный молочно-растительный", СТО 49527279-004-2008 "Продукт сырный плавленый".
Разработанные технологические решения внедрены в производство на молочных предприятиях Омской области ("Макрос М", филиал ОАО "ВБД", ООО "Любинский молочноконсервный комбинат" и др.).
Результаты прикладных научных исследований используются в образовательном процессе подготовки специалистов по направлению 260300 "Технология сырья и продуктов животного происхождения" специальности 260303 "Технология молока и молочных продуктов", направлению 260500 "Технология продовольственных продуктов специального назначения и общественного питания" специальности 260501 "Технология продуктов общественного питания", направлению подготовки бакалавров 260100 "Технология продуктов питания", а именно: в учебно-методическом обеспечении, при чтении лекционных курсов, проведении лабораторно-практических занятий, выполнении выпускных квалификационных работ, в том числе научно-исследовательского характера.
Апробация работы. Основные положения работы и результаты исследований обсуждались на конгрессах, форумах, научных конференциях и семинарах различного уровня, в том числе "Перспективы производства продуктов питания нового поколения" (Омск, 2003 г.); "Современные технологии переработки животноводческого сырья в обеспечении здорового питания: наука, образование и производство" (Воронеж, 2003 г.); "От фундаментальной науки - к новым технологиям. Химия и биотехнология биологически активных веществ, пищевых продуктов и добавок. Экологически безопасные технологии" (Тверь, 2003 г.); "Живые системы и биологическая безопасность населения" (Москва, 2003 г.); "Пища. Экология. Человек" (Москва, 2003 г.); "Социальные и экономические аспекты развития региона: потенциал, проблемы и перспективы" (Павлодар, 2003 г.); "Молочная промышленность Сибири" (Барнаул, 2004 г., 2006 г., 2008 г.); "Современные проблемы производства продуктов питания" (Барнаул, 2004 г.); "Теория и практика новых технологий в производстве продуктов питания" (Омск, 2005 г.); "Совершенствование технологий производства
и переработки продукции животноводства" (Волгоград, 2005 г.); "Перспективы производства продуктов питания нового поколения" (Омск, 2005 г.); "Перспективы производства и переработки сельскохозяйственного сырья в условиях рыночной экономики" (Семипалатинск, 2005 г.); "Биотехнология. Вода и пищевые продукты" (Москва, 2008 г.); "Здоровое питание - основа жизнедеятельности человека" (Красноярск, 2008 г.); "Современные наукоемкие технологии переработки сырья и производства продуктов питания" (Омск, 2008 г.); "Реализация государственной программы развития сельского хозяйства и регулирование рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия: инновации, проблемы, перспективы" (Омск, 2009 г.), "Региональный рынок потребительских товаров: особенности и перспективы развития, качество и безопасность товаров и услуг" (Тюмень, 2009 г.).
Научно-исследовательская работа на тему "Биотехнология молокосодержащих продуктов функционального питания" отмечена дипломом и медалью на конкурсе молодых ученых, проводимом в рамках международной научно-практической конференции "Биотехнология. Вода и пищевые продукты" (Москва, 2008 г.).
Инновационный проект на тему "Повышение пищевого и иммунного статуса населения Сибири и Дальнего Востока путем внедрения в производство биотехнологий функциональных молокосодержащих продуктов" отмечен сертификатом на открытом конкурсе инновационных проектов Сибири и Дальнего Востока в направлении инновационно-инвестиционных проектов (г. Новосибирск, 2009 г.).
Публикации. По материалам диссертационной работы опубликовано 127 печатных работ, в том числе 3 монографии, 2 аналитических обзора, 12 научных статьей в журналах, рекомендованных ВАК для публикации основных материалов диссертаций, и 84 статьи в материалах конференций, конгрессов, форумов, семинаров, научных трудах институтов; получено 14 патентов на изобретение и 3 положительных решения о выдаче патента Российской Федерации, 12 свидетельств на интеллектуальный продукт.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения и 10 глав, в том числе аналитического обзора, обоснования направлений исследований, методологического раздела, результатов собственных исследований и их анализа, выводов, библиографического списка. Основной текст работы изложен на 340 страницах машинописного текста, содержит 126 таблиц, 103 рисунка, 531 литературный источник и приложения.
