Введение к работе
Актуальность работы. Среди пищевых продуктов особое место занимают напитки, в том числе содержащие этиловый спирт. В их ассортименте превалируют крепкие напитки, которые потребляются в значительных количествах. В то же время отмечается тенденция снижения спроса на водку и увеличение доли потребления слабоалкогольных напитков (главным образом пива и значительно в меньших количествах вина, коктейлей, газированных напитков).
На сегодняшний день накоплены убедительные данные о губительном воздействии чрезмерного потребления алкогольных напитков на продолжительность жизни населения, его смертность, работоспособность, социально-культурное поведение. Выход из создавшегося положения специалисты видят в разработке последовательного осуществления научно обоснованной и экономически обеспеченной, четко сбалансированной государственной алкогольной политики, учитывающей условия жизни народа, а также его опыт, культурные традиции и обычаи.
Негативные последствия потребления этилового спирта во многом связаны с накоплением высокотоксичного вещества - ацетальдегида. Метаболическое окисление алкоголя происходит с участием мультиферментой системы, состоящей, как минимум, из двух ферментов: алкоголь де гидрогеназы (АДГ) и ацетальдегидрогеназы (АлДГ). Скорость катаболизма алкоголя и альдегида уксусной кислоты различна у каждого человека и определяется генетическим фактором. В нашей стране продукты питания и препараты, направленные на снижение токсического действия этанола и продуктов его метаболизма (ацетальдегида) на живой организм, в достаточном количестве и ассортименте не производятся. При этом в странах ЕС, США, Канаде, Китае и экономически развитых странах Юго-Восточной Азии подобные направления, связанные с выработкой напитков с гармонизирующими свойствами (улучшающими функциональное состояние организма) весьма развиты.
Считаем, что создание конкурентоспособных отечественных гармонизирующих ингредиентов и напитков как общего, так и специального назначения для обезвреживания продуктов метаболизма этилового спирта, является актуальным и практически важным направлением биотехнологии и смежных отраслей перерабатывающей промышленности. К таким компонентам относятся гармонизирующие ингредиенты, а именно ферментные препараты, обладающие детоксицирующими свойствами, а также коферменты, в роли которых часто выступают витамины, такие как, например, янтарная кислота.
С одной стороны, разнообразие подходов к проектированию напитков с гармонизирующими свойствами, а с другой - отсутствие четкой системы и требований к их изготовлению обусловливают необходимость проведения исследований, в том числе связанных с поиском дополнительных возможностей использования в качестве природных биостимуляторов компонентов и ингредиентов, полученных из молочного лактозосодержащего сырья. Все вышеизложенное указывает на актуальность выбранного направления исследований.
При выполнении работы автор основывался на трудах отечественных
ученых: В.И. Ганиной, Г.Б. Гаврилова, Н.Б. Гавриловой, МБ. Гернет, Л.В. Го-лубевой, М.Б. Данилова, Н.И. Дунченко, И.А. Евдокимова, П.Ф. Крашенинина, Н.Н. Липатова, Н.Н. Липатова (мл.), А.М. Маслова, А.А. Майорова, П.Г. Нестеренко, Л.А. Остроумова, В.А. Павлова, В.А. Полякова, В.А. Помозовой, В.Ф.Семенихиной, Н.А. Тихомировой, И.С. Хамагаевой, В.Д.Харитонова, А.Г.Храмцова, A.M. Шалыгинойи др.
Отдельные этапы работы выполнены в рамках Федеральных целевых программ «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 годы и «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2007-2012 годы».
Цель и задачи исследований. Целью диссертационной работы является исследование биотехнологических и физико-химических особенностей формирования гармонизирующих ингредиентов, а также разработка концепции, позволяющей создавать новые виды напитков на основе молочного сырья.
Для достижения поставленной цели определены следующие задачи:
исследование закономерностей модификации субстратов лактозосодержащего сырья путем гидролиза лактозы препаратами Р-галактозидаз различного происхождения (дрожжами Kluyveromyces lactis; экстрактом из дрожжей К. lactis и Lactococcus lactis spb. lactis с геном дрожжей К. lactis);
моделирование технологий гармонизирующих напитков на основе сырья с гидролизованной лактозой;
исследование закономерностей метаболизма янтарной кислоты в лактозосо держащем сырье микроорганизмами Streptococcus termophilus, Lactobacillus delbraeckii subsp. bulgaricum, Lac. lactis spb. lactis, Anaerobiospirillum succiniciproducens, Mannheimia succiniciproducens;
анализ особенностей биотрансформации дрожжей Saccharomyces cerevisiae и получение ферментных препаратов этанолметаболизирующего действия (ЭМС) с их использованием;
исследование закономерностей взаимодействия этилового спирта и продуктов его метаболизма с гармонизирующими ингредиентами и белками молочного сырья;
- использование установленных закономерностей для разработки техни
ческих документов и широкомасштабного внедрения на предприятиях про
мышленности, результатов исследования при создании гармонизирующих ин
гредиентов и напитков общего и специального назначения.
Научная новизна работы:
изучены состав и свойства препаратов Р-галактозидаз различного происхождения;
проведена оценка модификации субстратов лактоз осо держащего сырья путем гидролиза лактозы препаратами различного происхождения, показано накопление мононосахаров (глюкозы, галактозы) и побочных продуктов ферментации (органических кислот - молочной, муравьиной, щавелевой, винной, яблочной, янтарной, уксусной);
- изучены физиологе-биохимические свойства культур микроорганизмов,
доказана принципиальная возможность применения Man. succiniciproducens для биосинтеза янтарной кислоты при использовании в качестве основного субстрата лактозосодержащего сырья;
исследованы закономерности процесса культивирования дрожжей S. se-revisiae на молочной сыворотке в односекционном биореакторе, определены рациональные параметры процесса;
обоснованы параметры очистки ЭМС от балластных соединений с последующей доочисткой от контаминирующей микрофлоры на мембранах «Millipore», изучены состав и свойства полученных препаратов;
показана возможность повышения активности АДГ и АлДГ путем использования НАДФ в окисленной или восстановленной форме, установлена целесообразность иммобилизации препаратов на полимерной матрице, состоящей из агарозы;
раскрыты особенности взаимодействия этилового спирта и продуктов его метаболизма с белками лактозосодержащего сырья, а также ферментами, входящими в состав ЭМС;
исследованы пищевая, биологическая и энергетическая ценность напитков, полученных с использованием гармонизирующих ингредиентов.
Практическая значимость и реализация результатов работы в промышленности. Созданы оригинальные технологии, новизна технических решений которых подтверждена (№№2008139159/13, 2008150962/13, 2000128853/13, 2008123647/13, 2009133995, 2009134620). Предложена принципиальная технологическая схема и разработаны частные технологии гармонизирующих ингредиентов и напитков с их использованием. Указанные разработки внедрены в производство (РЦ 10-146564-2000; ТИ 10-146564-00; ТУ 9222-055-0268315-01; ТУ 9222-055-0268315-01; ТУ 9222-057-0268315-01; ТИ 9184-065-02068315-02, ТУ 9222-126-02068315-04, ТУ 9222-006-02068315-09; ТУ 9222-007-02068315-09; ТУ 9256-008-02055312-09; ТУ 9256-008-02055313-09; ТУ 9256-008-02055314-09; ТУ 9222-004-02068315-10).
Результаты работы прошли апробацию и внедрены в производство на предприятиях (Барнаульский молочный комбинат, Кемеровский молочный комбинат, Мариинский ликеров од очный завод, Мастер-Милк, Новокемеровский пив о без алкогольный завод, Новокузнецкий ликеров о дочный завод, Экспериментальный сыродельный завод и др.).
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и получили одобрение на симпозиумах, конгрессах, конференциях, семинарах и совещаниях различного уровня, проходивших в 2000-2009 гг. в городах Алматы, Астана, Волгоград, Кемерово, Москва, Новосибирск, Омск, Орел, Оренбург, Пенза, Самара, Семипалатинск, Ставрополь, Юргаи др.
Публикации. По материалам диссертации опубликовано более семидесяти печатных работ, в том числе две монографии общим объемом 25,2 усл.пл., статьи в журналах, рекомендованных ВАК для публикации основных материалов диссертаций («Молочная промышленность», «Пиво и напитки», «Сыроделие и маслоделие», «Достижение науки и техники АПК»), научных трудах ин-
ститутов, материалах конгрессов, симпозиумов, конференций.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из восьми глав, в том числе введения, аналитического обзора, методической части, результатов собственных исследований и их анализа, выводов, списка использованных источников литературы и приложений. Основной текст работы изложен на 323 страницах машинописного текста, содержит 91 таблицу, 74 рисунка, 404 литературных источника и приложения, отражающие масштабы реализации работы.
