Разработка технологии специализированных сухих смесей на основе соевых белков
На правах рукописи
МИХЕЕВА ГАЛИНА АЛЕКСАНДРОВНА РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ СПЕЦИАЛИЗИРОВАННЫХ СУХИХ СМЕСЕЙ НА ОСНОВЕ СОЕВЫХ БЕЛКОВ Специальность 05.18.01 - Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства 1
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук
Москва - 2011 1
Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет технологий и управления» им. К.Г. Разумовского доктор технических наук,
Научный консультант:
старший научный сотрудник Шатнюк Людмила Николаевна доктор технических наук, профессор
Официальные оппоненты:
Иунихина Вера Сергеевна кандидат технических наук, старший научный сотрудник Роенко Татьяна Федоровна ФГБОУ ВПО «Московский
Ведущая организация:
государственный университет пищевых производств»
Защита состоится «28» октября 2011 года в 11 часов на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.122.02 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет технологий и управления» им. К.Г. Разумовского по адресу: 109029, Москва, ул. Талалихина, д.31, ауд.36.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО МГУТУ им. К.Г. Разумовского
Автореферат диссертации размещен на сайте ФГБОУ ВПО МГУТУ им. К.Г. Разумовского www.mgutm.ru Отзывы высылать по адресу: 109004, Москва, ул. Земляной Вал, д. Автореферат разослан: « 28» сентября 2011 года
Ученый секретарь Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.122. кандидат технических наук, доцент Конотоп Н.С.
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы. В настоящее время одной из приоритетных задач «Ос нов государственной политики в области здорового питания населения на период до 2020 года» является развитие производства пищевых продуктов, обогащенных незаменимыми нутриентами, специализированных продуктов, в том числе для пи тания беременных и кормящих женщин.
Оптимальное питание женщины в период беременности и лактации является одним из важнейших условий появления на свет здорового ребенка и его даль нейшего успешного роста и развития. Особая роль в этом отношении принадле жит белку, витаминам и минеральным веществам, недостаток которых у женщин детородного возраста, в том числе беременных и кормящих (далее по тексту – женщин), широко распространена в России. В восполнении этих дефицитов важ ная роль принадлежит специализированным продуктам питания.
Анализ отечественного рынка свидетельствует, что в питании указанной группы женщин такие продукты в основном присутствуют в виде сухих смесей, в рецептурах которых чаще всего используют сухое обезжиренное молоко или кон центраты сывороточных белков. В качестве альтернативной замены наиболее 3 перспективными являются белки сои, скорректированный аминокислотный коэф фициент усвояемости белка (PDCAAS) которых аналогичен этому показателю у животных белков.
Не меньшее значение имеет обеспечение организма женщины необходимыми микронутриентами (витаминами, минеральными веществами, полиненасыщен ными жирными кислотами - ПНЖК), пищевыми волокнами, в отношении биоло гической роли которых получены новые научные данные.
Все более расширяющееся производство и использование специализирован ных продуктов в питании женщин требует объективного научного обоснования принципов создания новых видов полноценных продуктов с использованием ин новационных ингредиентов, прежде всего продуктов переработки бобов сои.
Учитывая особенности производства специализированных продуктов в виде су хих смесей с длительным сроком хранения (до 12 месяцев), актуальной является разработка технологических подходов, обеспечивающих качество, безопасность и специфические свойства изделий, предназначенных для питания целевых групп населения, в том числе женщин.
Цель и задачи исследования. Целью исследований явилась разработка тех нологии специализированных сухих смесей (далее по тексту – сухих смесей) на основе соевых белков с добавлением витаминов, минеральных веществ, ПНЖК, предназначенных для питания женщин.
В соответствии с поставленной целью были определены основные направле ния исследований:
- дать научное обоснование выбора формы продукта, белковой основы, вида и дозировок функциональных ингредиентов сухих смесей (витаминов, минераль ных веществ, ПНЖК);
- разработать рецептуры сухих смесей и изучить свойства и качество восста новленного продукта;
- исследовать влияние отдельных параметров технологического процесса (способ производства сухих смесей, режимы процессов смешивания) на равно мерность распределения микронутриентов в смесях и содержание в них витами нов;
- исследовать влияние длительности хранения на содержание витаминов в су хих смесях;
- исследовать влияние ПНЖК класса Омега-3 на качество и гигиенические по казатели сухих смесей (перекисное число жира, содержание ПНЖК и витаминов) в процессе хранения;
- исследовать показатели качества и безопасности разработанного продукта;
- изучить эффективность разработанного продукта в питании женщин на ос нове потребительских предпочтений, органолептической оценки и данных клини ческой апробации;
- разработать и утвердить техническую документацию на новый продукт;
- организовать промышленное производство продукта.
Структурная схема исследований представлена на рис. 1.
Научная новизна. Научно обоснована и экспериментально подтверждена це лесообразность использования соевых белков, витаминных и минеральных обога тителей, полиненасыщенных жирных кислот класса Омега-3 при создании сухих смесей, предназначенных для питания беременных и кормящих женщин.
Качество, безопасность и высокие потребительские свойства продуктов обу словлены применением высокобелковых соевых изолятов с оптимальным Разработка технологии специализированных сухих смесей на основе соевых белков Анализ рынка соевых продуктов Особенности питания беременных и кормящих женщин Научное обоснование разработки Обоснование выбора специализированных сухих смесей на Анализ рынка специализированных обогащающих добавок основе соевых белков для питания бе продуктов для питания беременных и ременных и кормящих женщин кормящих женщин Влияние способа и длительности Разработка рецептур сухих смесей и Разработка технологии перемешивания компонентов сухих изучение свойств и качества специализированных сухих смесей на смесей на равномерность распределения восстановленных продуктов основе соевых белков микродобавок Влияние добавления ПНЖК Омега-3 на Влияние соотношения качество и гигиенические показатели компонентов рецептуры на Исследование показателей качества и сухих смесей в процессе хранения органолептические показатели вос пищевой ценности специализирован становленного продукта ных сухих смесей для питания Влияние длительности хранения на беременных и кормящих женщин содержание витаминов в сухих смесях Изучение потребительских 5 предпочтений беременных Оценка эффективности разработанного продукта в питании женщин в отношении женщин на основе потребительских предпочтений, специализированных продуктов органолептической оценки и данных клинической апробации на основе соевых белков Разработка технической документации Промышленное внедрение в5производство Рисунок 1 – Структурная схема исследований коэффициентом усвояемости белка (PDCAAS), микрокапсулированных форм ви таминов, макро- и микроэлементов в виде сбалансированных премиксов.
Впервые установлено, что ПНЖК Омега-3 обеспечили высокие потребитель ские качества сухих смесей, стабильность витаминов (В1, В2, С, Е) и торможение процессов перекисного окисления липидов за счет использования высокоста бильных микрокапсулированных форм ПНЖК Омега-3 в виде пищевой добавки «РОПУФА ''10'' n-3 FOOD POWDER».
Установлено, что внесение соевых белковых изолятов SUPRO PLUS 2600 и SUPRO PLUS 675 в количествах 52 и 14% соответственно в состав сухих смесей обеспечивает 11-12% нормы физиологической потребности в полноценном белке, а использование поливитаминных и мультиминеральных премиксов - 15-75% норм физиологических потребностей в микронутриентах за счет употребления одной порции восстановленного продукта.
Анализ потребительских предпочтений, органолептическая оценка восстанов ленных продуктов и данные клинической апробации (по показателям содержания сывороточного железа, продуктов перекисного окисления липидов, данным кар диотокограммы и доплерометрии кровотока в артерии пуповины) показали эф фективность использования сухих смесей на основе соевых белков в питании бе ременных и кормящих женщин.
Практическая значимость. Разработаны рецептуры сухих смесей на основе соевых белковых изолятов с полноценным аминокислотным составом, обогащен ных инновационными ингредиентами – витаминами, макро- и микроэлементами, ПНЖК Омега-3.
Разработаны технологические решения (способ производства сухих смесей, длительность хранения, конструирование вкусоароматического профиля), обеспе чивающие качество, безопасность и высокие потребительские свойства продукта в течение срока годности 12 месяцев.
Установлено, что технология поэтапного смешивания ингредиентов обеспечи вает равномерность распределения минорных компонентов по массе продукта, при значении коэффициента вариации Vс = 2,6 – 3,25 (качество выше среднего), а выбранные комбинированные пленочные упаковочные материалы – уровень со хранности витаминов 72-92% в течение гарантированного срока годности про дукта.
Использование комбинированного пленочного материала (полиэтилентере фталат-полиэтилен металлизированный) позволило обеспечить регламентируе мые показатели качества и безопасности сухих смесей и определить срок годно сти продукта 12 месяцев.
Разработана и утверждена техническая документация на смеси сухие белковые «Мадонна» тм: «Смеси сухие белковые «Мадонна» с витаминами, макро- и микро элементами» ТУ 9197-028-17028327-03 (смесь №1);
«Специализированные пище вые продукты для питания беременных женщин и кормящих матерей - смеси су хие белковые обогащенные «Мадонна Плюс ДЦ-ПНЖК Омега-3» ТУ 9197-055-17028327-11 (смесь №2).
Научная новизна работы подтверждена материалами заявки на изобретение «Сухая белковая смесь» (регистрационный номер 2010142400 от 18.10.2010 г., положительное решение о выдаче патента от 23.08.2011 г).
Проведенная апробация (Тульский областной родильный дом, г. Тула и МУЗ «Городской родильный дом №2» г. Саранск, Мордовия) восстановленного про дукта доказала эффективность использования сухих смесей на основе соевых бел ков, обогащенных микронутриентами, в питании женщин.
Работа выполнялась в рамках инновационного проекта Министерства про мышленности, науки и технологий РФ (2003 г.) «Провести исследования по раз работке полноценного белкового продукта, обогащенного полным набором вита минов, макро- и микроэлементов для беременных и кормящих женщин. Выпу стить опытную партию продукта» (Распоряжение Минпромнауки РФ № 08.900.43/227 от 25.08.2003 г.).
Результаты работы внедрены в промышленность на ЗАО «Валетек Про димпэкс» (Россия, Москва) в 2003 г. и используются в лечебной практике. При менение белковых смесей «Мадонна» рекомендовано в качестве дополнительного питания женщин, содержащего полноценный растительный белок, комплекс из витаминов, 10 макро- и микроэлементов и ПНЖК Омега-3.
Объем выпущенной продукции по состоянию на 09.2011 г. составил 27 тонн.
Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены на Международном симпозиуме «Федеральный и региональный ас пекты государственной политики в области здорового питания» (Кемерово, г.), Международной конференции «Функциональные продукты питания: гигиени ческие аспекты и безопасность» (Кубань, 2003 г.), региональной научно практической конференции «Использование пищевых добавок при производстве продуктов питания» (Пятигорск, 2004 г.), VII Всероссийском конгрессе «Полити ка здорового питания в России» (Москва, 2003 г.), Всероссийском семинаре «Приоритеты и научное обеспечение реализации государственной политики здо рового питания в России» (Орел, 2003 г.), Международной конференции «Техно логии и продукты здорового питания» (Москва, 2004-2008 гг.), научно практической конференции «Питание здорового и больного человека» (Санкт Петербург, 2005 г.), Х и XI Всероссийских конгрессах диетологов и нутрициоло гов «Питание и здоровье» (Москва, 2008-2009 гг.), XII Международной научной конференции «Здоровье семьи – XXI век» (Израиль, Эйлат, 2008 г.), IV Россий ском Форуме «Здоровое питание с рождения: медицина, образование, пищевые технологии» (Санкт-Петербург, 2009 г.), научно-практической конференции «Проблемы биологической безопасности и качества продуктов питания» (Москва, 2009 г.), конференциях молодых ученых НИИ питания РАМН, МГУ ТУ (2009 2010 гг.).
Разработка «Сухая белковая смесь «Мадонна» экспонировалась на междуна родной выставке «Технологии и продукты здорового питания – 2004» и награж дена «Золотой медалью ВВЦ».
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 19 печатных работ, в том числе 4 статьи в журналах, рецензируемых ВАК, и 2 пакета технической до кументации, получено положительное решение от 23.08.2011 г о выдаче патента на изобретение.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, библиографического ука зателя и приложений. Работа изложена на 151 странице машинописного текста, содержит 25 рисунков и 25 таблиц. Библиографический указатель включает источника, в т.ч. 55 зарубежных авторов. Приложения к диссертации изложены на 23 страницах.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цели и задачи исследований, определены основные направления реализации цели, показаны научная новизна и практическая значимость результатов исследований.
1. Обзор литературы В обзоре литературы дана характеристика биологически активных компонен тов бобов сои и продуктов ее переработки. Показана практически полная адекват ность соевых белков таковым животного происхождения по скорректированному аминокислотному коэффициенту усвояемости белка (PDCAAS). Рассмотрены особенности питания беременных и кормящих женщин, проанализированы реко мендуемые нормы потребления энергии, основных пищевых веществ и микро нутриентов. Проведен анализ современных технологий получения сухих смесей.
2. Экспериментальная часть Исследования проводили в лабораториях кафедры «Технологии хлебопекар ного, макаронного и кондитерского производств» ФГБОУ ВПО «Московский гос ударственный университет технологий и управления им. К.Г. Разумовского», в лабораториях химии пищевых продуктов, витаминов и минеральных веществ, технологии новых специализированных продуктов профилактического действия НИИ питания РАМН, испытательной лаборатории ЗАО «Валетек Продимпэкс».
Опытные партии сухих смесей на основе соевых белков вырабатывали в произ водственных условиях ЗАО «Валетек Продимпэкс» и в компании Solae Europe S.A. (Швейцария). Апробация продукта проведена в Тульском областном родиль ном доме (г. Тула) и МУЗ «Городской родильный дом №2» г. Саранска (Респуб лика Мордовия).
2.1 Объекты и методы исследований При проведении исследований использовали: сухие смеси на основе изолятов соевого белка – SUPRO PLUS 2600, SUPRO PLUS 675, SUPRO PLUS 1761, SU PRO ХТ 219D, SUPRO 670, SUPRO PLUS 651 и соевые пищевые волокна FIBRIM 1020, полученные из генетически немодифицированных источников (фирма Solae Europe S.A., Швейцария);
поливитаминный (ЕМ 28304) и минеральный (ЕМ 28263) премиксы, пищевую добавку – «РОПУФА ''10'' n-3 FOOD POWDER» (компания DSM Nutritional Products Europe Ltd, Швейцария);
пищевой обогати тель - лактат магния «Пюрамекс MG» (компания PURAC biochem B.V., Нидер ланды);
пищевую поваренную соль по ГОСТ Р 51574-2000;
ароматизаторы нату ральные и идентичные натуральным (компания Givaudan Schweiz AG, Швейца рия);
пищевую добавку «Сок красной свеклы порошкообразный» (компания DI ANA VEGETAL, Франция);
сахар-песок по ГОСТ 21-78;
мальтодекстрин «MD 1925 QS» (компания «Syral», Франция);
инулин «Фибрулин Инстант» (компания «Косукра Груп Варкоинг С.А.», Бельгия);
биологически активную добавку «Тау рин» (компания «Сичуань Тоншенг Амино Эсидс Ко., ЛТД», Китай).
В работе использовали общепринятые и специальные методы исследований свойств сырья и готовой продукции.
Отбор и подготовку проб сухих смесей, белковых суспензий, восстановленно го продукта к анализам проводили по ГОСТ 15113.0-77;
органолептические пока затели, готовность сухих смесей к употреблению и оценку дисперсности суспен зии – по ГОСТ 15113.3-77;
массовую долю влаги по ГОСТ 15113.4-77.
Индекс растворимости сухих смесей определяли по ГОСТ 30648.6-99 мето дом, основанном на измерении объема нерастворившегося осадка в восстанов ленной пробе изолята.
Содержание белка определяли методом Къельдаля в соответствии c «Руковод ством по методам контроля качества и безопасности биологически активных до бавок к пище» Р 4.1.1672-03.
Перекисное число жира определяли по ГОСТ 26593-85.
Общее содержание ПНЖК Омега-3 и докозагексаеновой кислоты определяли методом газовой хроматографии с использованием насадочной колонки колонки для определения качественного и количественного состава смеси жирных кислот в виде метиловых эфиров, полученных по ГОСТ Р 51483-99.
Содержание витаминов В1 и В2 определяли флюорометрическим методом, ви таминов А и Е - методом высокоэффективной жидкостной хроматографии;
аскор биновой кислоты - методом визуального титрования с использованием раствора 2,6-дихлорфенолиндофенолята натрия.
Разработан способ восстановления сухой смеси: для одной порции продукта налить в стакан 200 мл питьевой воды или молока комнатной температуры, доба вить 3 столовые ложки сухой смеси (48 г или 40 г), тщательно размешать до пол ного растворения или взбить блендером.
Оценку потребительских предпочтений осуществляли с помощью профильно го метода сенсорного анализа (ГОСТ Р ИСО 3972-05).
Оценку эффективности использования специализированного продукта в пита нии женщин осуществляли: а) рандомизированным методом оценки потребитель ских предпочтений;
б) методом балльной оценки;
в) методами оценки биохимиче ских показателей крови.
Обработку статистических данных результатов исследования осуществляли на компьютере с применением «Microsoft Excel».
2.2 Результаты исследований и их анализ 2.2.1 Научное обоснование выбора функциональных ингредиентов специализированных продуктов на основе соевых белков Белки. Наиболее перспективным источником белка в питании женщин явля ются высокоочищенные соевые изоляты с содержанием белка более 90%. Они от личаются высокой усвояемостью и сбалансированным аминокислотным составом, эквивалентным белкам молока, яиц и мяса (табл. 1). В работе использованы вы сокобелковые соевые белковые изоляты марки «SUPRO». Качество белка оцени вали по Скорректированному Аминокислотному Коэффициенту Усвояемости Белка (PDCAAS).
Таблица 1 - Содержание незаменимых аминокислот в белках животного и растительного происхождения Аминокисло- Содержание аминокислот, мг/1 г белка ты Стандар ФАО/ВОЗ Supro Supro Яйца Молока Говя для детей 2-5 лет plus 675 plus 2600 куриного коровьего дины Изолейцин 28 49 49 68 55,5 Лейцин 66 82 82 90 95,1 Лизин 58 63 63 63 76,5 Метионин + 25 26 26 54 33,4 цистин* Фенилаланин 63 90 90 103 104 + тирозин* Треонин 34 37 38 50 44,8 Триптофан 11 14 14 17 14,8 10, Валин 35 50 50 66,2 56,5 * -заменимые аминокислоты Витамины и минеральные вещества. Особое внимание при разработке специа лизированных продуктов для питания беременных и кормящих женщин (СП ПБКЖ) было уделено фолиевой кислоте в связи с ее важной ролью в формирова нии невральной трубки в первые недели беременности и профилактике врожден ных пороков развития плода. В состав продуктов включены также жирораствори мые витамины А, Е, Д и К, имеющие исключительное значение для процессов репродукции, эмбрионального развития и роста;
витамины группы В (В1, В2, В6, В12, РР), пантотеновая кислота и биотин;
витамин С, необходимый для эффектив ного функционирования антиоксидантной системы организма и успешного вса сывания в кишечнике негемового железа;
необходимые макро- и микроэлементы, в том числе: кальций, магний, железо, цинк, медь, марганец, йод, селен, молибден и хром. Доза каждого нутриента в одной порции восстановленных продуктов со ставляет от 15 до 75% рекомендуемых норм их потребления для женщин.
Для равномерного распределения компонентов по массе продукта использова ны готовые (поливитаминный (13 витаминов) и мультиминеральный (10 соедине ний) премиксы производства компании DSM (Голландия)* – смеси определенного состава, обеспечивающие одновременное внесение микронутриентов в соотноше ниях, соответствующих как рецептуре продукта, так и обеспечивающих физиоло гические потребности женщин.
В качестве ингредиента, играющего важную роль в формировании головного мозга и органов зрения плода, а также в развитии когнитивных функций будуще го ребенка, использованы ПНЖК Омега-3. Для обеспечения стабильности ПНЖК Омега-3 в процессе производства и хранения продукта и создания вкусо ароматического профиля специализированного продукта без неприятных рыбных вкуса и запаха была выбрана пищевая добавка «РОПУФА®», с массовой долей ПНЖК Омега-3 не менее 9%.
2.2.2 Разработка рецептур специализированных смесей на основе соевых белков Наиболее сложными задачами в процессе разработки СП ПБКЖ явились обес печение гомогенности питательных веществ в восстановленных продуктах и со здание вкусоароматического профиля продукта, соответствующего потребитель ским предпочтениям женщин.
На первом этапе исследований был проанализирован химический состав изо лятов, изучена агрегативная устойчивость и текстура в зависимости от содержа ния белков и состава рецептурных компонентов.
На рис.2 представлены данные изменения индекса растворимости соевых изо лятов, приготовленных в виде суспензий 10% концентрации в воде с температу рой t=20-220С, в зависимости от длительности отстаивания. Установлено, что наибольшее значение исследуемого показателя имели пробы Supro Plus 675 (№1) и Supro Plus 2600 (№2), которые были использованы в дальнейшей работе.
Остальные образцы изолятов имели неприятный цвет с серовато-землистым оттенком (Supro XT 219D (№4), Supro 670 (№5), Supro 651(№6) и быстро расслаи вались в течение 30 мин после приготовления растворов (Supro 1761(№3).
* - Рецептуры премиксов разработаны д.б.н., проф., заслуженным деятелем науки РФ Спиричевым В.Б.
Объем осадка, см № № № № № № 1 10 30 Длительность отстаивания, мин Рисунок 2 - Индекс растворимости белков в суспензиях соевых белковых изолятов (пробы №1-6) При создании вкусоароматического профиля СП ПБКЖ изучили возможность использования в рецептурах натуральных и идентичных натуральным вкусоаро матических добавок, имеющих хорошие технологические свойства, обеспечива ющих высокие сенсорные показатели готовых продуктов. Наиболее предпочти тельным оказалось использование капсулированных ароматизаторов по сравне нию с порошкообразными, поскольку при длительном хранении сухих смесей происходило ослабление и изменение профиля аромата за счет испарения легко летучих ароматических веществ, входящих в состав порошкообразных ароматиза торов.
Изучение потребительских предпочтений женщин проводили с использовани ем рандомизированного метода (метода случайной выборки). Было проведено ан кетирование 100 беременных женщин в женских консультациях г. Москвы, ро дильных домах, на детских площадках, в парках отдыха. Установлено, что из опрошенных 30% отдали предпочтение вкусу «клубника», 23% - «ваниль», 20% «яблоко». Вкусы «груша» и «персик-маракуйя» были менее предпочтительны, по мнению целевой аудитории, они плохо сочетались с основой продукта.
2.2.3 Влияние отдельных параметров технологического процесса на качество сухих смесей 2.2.3.1 Влияние способа производства сухих смесей на равномерность распределения микродобавок по массе продукта Поскольку при использовании технологии сухого смешивания компонентов затруднительно получение продукта с заданным гарантированным содержанием пищевых веществ из-за возможной неравномерности распределения компонентов, при разработке СП ПБКЖ в качестве приоритетной была выбрана технология двухступенчатого смешивания, т.е. последовательного разбавления смеси основ ным рецептурным компонентом.
Использовали два типа смесителей – вибросмеситель для приготовления пред смесей и шнековый смеситель для приготовления основного продукта.
Для оценки однородности смесей использовали коэффициент вариации (Vc), или коэффициент неоднородности:
n (Ci-Cср), где i= V c= Ccр n- Vc – коэффициент неоднородности распределения, Cср – среднее арифметиче ское значение концентрации основного минорного компонента во всех n пробах смеси, Сi – концентрация определяемого компонента в i-той пробе, n – количе ство проб.
На первом этапе в камеру вибросмесителя загружали минорные компоненты (премиксы, ПНЖК Омега-3, вкусоароматические добавки) и разбавляли смесь са харозой в весовом соотношении 1:100. Длительность перемешивания - 5 мин. Ко эффициент вариации Vc определяли по содержанию витамина С в пробах, кото рые отбирали из 6 точек месильной камеры вибросмесителя после окончания процесса смешивания. Аналитические данные (табл. 2) свидетельствуют, что на показатель Vc оказывают влияние длительность перемешивания, значения верти кальной и горизонтальной амплитуд колебаний, угол разворота дисбалансов.
Значение коэффициента вариации Vc составило 2,6-2,8, что свидетельствовало о достижении уровня качества продукта выше среднего (2,5 - 4,0%).
Определение коэффициентов вариации Vc для основной смеси продукта осу ществляли при ее приготовлении на шнековом смесителе. Основными контроли руемыми показателями были выбраны содержание витаминов С и В1, которые находятся в смеси в соотношениях (1:6)х10-2 и (1:4)х10-4 соответственно.
Данные, представленные на рис. 3, свидетельствуют, что при увеличении дли тельности перемешивания смесей значения Vc уменьшаются и через 15 мин до стигают значений 2,82 и 3,25.
Таблица 2- Влияние режимов смешивания компонентов на вибросмесителе на качество предсмесей (n=6) №№ Продолжи- Амплитуда колеба- Угол раз- Частота Содержание Коэффи опы- тельность ний, мм ворота колеба- витамина С, циент ва та смешивания, дисбалан- ний, г/кг пред- риации верти- горизон мин- мин сов, град смеси Vc, % кальная тальная Контроль - - - - 16,0 1. 5 1,5 1,5 90 1500 13,792+0,00 13, 2. 5 2,5 1,5 30 1500 14,8+0,005 7, 3. 10 1,5 1,5 90 1500 15,552+0,03 2, 4. 10 2,5 1,5 30 1500 15,584+0,02 2, 5. 15 1,5 1,5 90 1500 14,752+0,04 7, 6. 15 2,5 1,5 30 1500 15,488+0,01 3, 7. 20 1,5 1,5 90 1500 14,272+0,03 10, 8. 20 2,5 1,5 30 1500 15,312+0,02 4, Рисунок 3 - Влияние длительности смешивания предсмесей на коэффициент неоднородности сухих смесей неоднородности, Vc, 10 Витамин С Коэффициент Витамин В % 5 10 Продолжительность смешивания, мин 2.2.3.2 Влияние длительности хранения сухих смесей на содержание витаминов в продукте Сухие смеси относятся к продуктам длительного хранения, поэтому стабиль ность потребительских свойств, сохранность микронутриентов в них, зависящие во многом от вида и качества упаковочного материала, имеют большое значение при определении срока годности продукта.
В качестве упаковочного материала был выбран комбинированный пленочный материал отечественного производства - металлизированный полиэтилентерефта лат -полиэтилен (ПЭТмет – ПЭ).
Выработанные в условиях экспериментального производства ЗАО «Валетек Продимпэкс» образцы СП ПБКЖ были расфасованы массой нетто 200 г в пакеты из указанного материала и заложены на хранение в нерегулируемых условиях на 12 месяцев. Через 3, 6, 9 и 12 месяцев определяли физико-химические, органолеп тические показатели и содержание витаминов В1, В2 и С в сухих смесях и в вос становленных продуктах. Отмечено, что внешний вид, цвет и запах сухих смесей, также как влажность, кислотность, сыпучесть не изменялись в процессе хранения в течение 12 месяцев.
Исследование содержания витаминов С, В1 и В2 показало высокий уровень со хранности лабильных микронутриентов (рис. 4).
Витамин В 80 Витамин В Витамин С % 0 1 3 6 9 Длительность хранения, месяц Рисунок 4 – Изменение содержания витаминов В1, В2 и С в сухих смесях в про цессе хранения При этом содержание микроингредиентов как в сухих смесях, так и восста новленном продукте соответствовало декларированным производителем значени ям к концу срока годности.
Некоторые потери витаминов обусловлены наличием в составе мультимине рального премикса солей металлов переменной валентности (железо, медь), ока зывающих негативное влияние на сохранность витаминов.
На основании полученных результатов предварительно был установлен срок годности СП ПБКЖ – 12 месяцев.
2.2.4 Влияние ПНЖК Омега-3 на качество и гигиенические показатели сухих смесей в процессе хранения Изучено влияние ПНЖК Омега-3, содержащих 80% докозагексаеновой кисло ты (ДГК) на качество, гигиенические показатели и содержание витаминов в сухих смесях на основе соевого белка в процессе хранения в течение 12 месяцев. Каче ство смесей определяли сразу после приготовления и через 1, 3, 6, 9 и 12 месяцев хранения в нерегулируемых условиях по содержанию влаги, органолептическим показателям (внешний вид, цвет, запах, вкус), перекисному числу жира, содержа нию ПНЖК Омега-3, ДГК), сохранности витаминов С, В1, В2, А, Е.
Установлено, что внесение ПНЖК Омега-3 не оказывало существенного влия ния на органолептические показатели как сухих смесей, так и восстановленных продуктов, в течение всего срока хранения. При оценке вкусо- ароматического профиля восстановленного продукта установлено, что сладкий вкус оценивался как неизменившийся, а интенсивность молочного (белкового) вкуса незначитель но снизилась за 12 месяцев хранения на 0,3 балла, дескриптор яблочного вкуса – на 0,5 балла.
Значение перекисного числа в продукте осталось неизменным в течение всего периода хранения и составило ~ 2 ммоль активного кислорода на 1 кг жира, при предельно допустимом уровне этого показателя для специализированных продук тов питания – 4 ммоль.
Сохранность ПНЖК и наиболее активной кислоты класса Омега-3 докозагек саеновой (ДГК) была высокой (85% и 98% соответственно).
Содержание витаминов в сухих смесях к концу хранения отличалось от ис ходного их количества и зависело как от физико-химических свойств субстанций, так и их способности сохранять биологическую активность в процессе длительно го хранения. Так, например, сохранность самого стабильного жирорастворимого витамина-антиоксиданта Е составила 96%, а потери витамина А, наименее устой чивого из жирорастворимых витаминов, достигали 50% от исходного количества (рис. 5). Сохранность витамина С составила к концу срока хранения 75%.
Содержание витамина А мг/100 г cухой смеси Содержание витамина Е Содержание витамина С 0 1 3 6 9 Длительность хранения, месяц Рисунок 5 - Изменение содержания витаминов-антиоксидантов в сухих смесях в процессе хранения Потери водорастворимых витаминов В1 и В2 были также относительно невы соки и составили 13% для рибофлавина, 24% для тиамина (рис.6).
% Витамин В Витамин В 0 1 3 6 9 Длительность хранения, месяц Рисунок 6 - Изменение содержания витаминов В1 и В2 в сухих смесях в процессе хранения Таким образом, выявлено, что добавки ПНЖК Омега-3 не ухудшают органо лептические показатели и не влияют на перекисное число жира, обеспечивают высокую сохранность ПНЖК и ДКГ, витаминов группы В и витаминов антиокси дантов Е и С. Поэтому этот инновационный ингредиент может быть использован при разработке новых рецептур СП ПБКЖ.
Таблица 3 – Ингредиентный состав специализированных продуктов для питания беременных и кормящих женщин Наименование ингредиента Смесь сухая белковая Смесь сухая белковая «Мадонна» с витаминами, обогащенная «Мадонна Плюс макро- и микроэлементами ДЦ-ПНЖК Омега-3» (смесь №1) (смесь №2) Supro Plus 2600 + + Supro Plus 675 + + Сахар - песок + + Мальтодекстрин + + Инулин «Фибрулин Инстант» - + Пищевая добавка «РОПУФА» - + Магний молочнокислый + + Ароматизатор + + Соевые волокна Fibrim 1020 + Минеральный премикс + + Витаминный премикс + + Соль повареная Экстра + + Таурин - + На основании результатов проведенных исследований в рамках проекта Ми нистерства промышленности, науки и технологий РФ разработаны новые виды продуктов, составы которых представлены в таблице 3. В сравнении с существу ющими на отечественном рынке аналогами разработанные продукты имеют пол ноценный витаминный состав, содержат фолиевую кислоту и витамин К, из мине ральных веществ – кальций, железо и йод. Использование в качестве белковой ос новы соевых изолятов с полноценным аминокислотным составом позволяет реко мендовать эти продукты женщинам детородного возраста, страдающим лактазной недостаточностью.
2.2.5 Исследование показателей качества и безопасности разработанных продуктов Для определения категории разработанных продуктов (торговая марка «Ма донна») как специализированных были определены его качество и пищевая цен ность как аналитическими методами, так и расчетным путем.
Сухие смеси являются источником значительного количества полноценного соевого белка: 10-12% рекомендуемого потребления в 1 порции (табл. 4). Вклю чение в рецептуры СП ПБЖК комплексов витаминов и минеральных веществ обеспечивает при потреблении 1 порции восстановленных продуктов удовлетво рение суточной физиологической потребности женщин в витаминах и минераль ных веществах на 15-70% (табл. 5,6).
Таблица 4 - Химический состав специализированного продукта для питания беременных и кормящих женщин Наименование % норм физиологической потребности в одной порции компонента Смеси сухие белковые «Мадонна» Смеси сухие белковые с витаминами, макро- и микроэле- обогащенные «Мадонна Плюс ДЦ ментами (смесь №1) ПНЖК Омега-3» (смесь №2) для беременных для кормящих для беременных для кормящих Белок, г 12 11 12 Жир, г 0,75 0,75 7 Углеводы, г: 10 8 6 в т. ч. сахароза, г 16 15 23 в т. ч. инулин, г - - 10 Таурин, мг - - 3 Докозагексаеновая - - 21 к-та ПНЖК -3, мг Калорийность, 7,4 7 7,2 6, ккал Установлено, что разработанные сухие смеси не содержат генетически моди фицированных компонентов (трансгенной ДНК, промотор 35S терминатор NOS), что подтверждено санитарно-эпидемиологическими заключениями Роспотребна дзора Минздравсоцразвития РФ (№77.99.02.916.Д.001620.03.03, №77.99.02.916.Д.006534.09).
Таблица 5 – Витаминная ценность специализированных продуктов для питания беременных и кормящих женщин Наименование % норм физиологической потребности в одной порции компонента Смесь №1 Смесь № для беременных для кормящих для беременных для кормящих D3, мкг 40 40 38 Е, мг 41 37 16 В1, мг 53 47 29 В2, мг 50 48 35 В6, мг 48 44 26 В12, мкг 43 43 40 Фолиевая кислота, 58 70 27 мкг Пантотеновая 45 39 30 кислота, мг РР, мг 41 39 16 Биотин, мкг 30 30 15 С, мг 60 50 26 К1, мкг 37,5 37,5 15 Таблица 6 – Минеральная ценность специализированных продуктов для питания беременных и кормящих женщин Наименование % норм физиологической потребности в одной порции компонента Смесь №1 Смесь № для беременных для кормящих для беременных для кормящих Кальций, мг 31 29 Магний, мг 19 19 11 Железо, мг 44 80 24 Цинк, мг 39 39 27 Медь, мкг 53 41 35 Марганец, мкг 44 34 11 Йод, мкг 63 48 25 Селен, мкг 44 44 11 Молибден, мкг 34 34 9 Хром, мкг 58 58 14 По всем показателям сухие смеси соответствовали санитарно-гигиеническим требованиям, предъявляемым к специализированным продуктам для питания беременных и кормящих женщин, и являлись доброкачественными и пригодными для коррекции их питания.
На основании проведенных исследований были разработаны, согласованы и утверждены в установленном порядке комплекты технической документации на «Смеси сухие белковые «Мадонна» с витаминами, макро- и микроэлементами» ТУ 9197-028-17028327-03 и «Специализированные пищевые продукты для питания беременных женщин и кормящих матерей - смеси сухие белковые обогащенные «Мадонна Плюс ДЦ-ПНЖК Омега-3» ТУ 9197-055-17028327- (Свидетельства о государственной регистрации №77.99.02.916.Д.001620.03.03, №77.99.02.916.Д.006534.09).
2.2.6 Оценка эффективности разработанного продукта в питании женщин Исследования проводили в 3 этапа: I – изучали потребительские предпочтения женщин в отношении СП ПБКЖ с целью установления их формы и вкусоарома тического профиля (результаты исследований описаны выше);
II – проводили балльную оценку органолептических показателей восстановленных продуктов (Тульский областной роддом*, г. Тула);
III – исследовали влияние приема разра ботанного продукта на некоторые биохимические показатели крови беременных женщин (МУЗ «Городской родильный дом №2», г. Саранск).
Результаты проведенных исследований показали, что восстановленные про дукты получили высокие оценки по органолептическим показателям.
На фоне приема восстановленного продукта женщинами с различными пато логиями отмечено достоверное увеличение содержания сывороточного железа в крови, особенно у беременных с анемией (на 60%), по сравнению с показателями до начала наблюдения. Употребление продукта оказывало положительное влия ние на снижение концентрации (на 29,%) как конечных, так и промежуточных продуктов перекисного окисления липидов (ПОЛ) сыворотки крови.
Показатели кардиотокограммы (КТГ) и доплерометрии (ДМ) кровотока в ар терии пуповины свидетельствовали об улучшении состояния плода у беременных, регулярно принимавших специализированный белково-витаминный продукт. По лученные данные подтвердили целесообразность использования в питании бере менных женщин с различными патологиями сухих белковых смесей на основе соевых белков с витаминами, минеральными веществами и ПНЖК Омега-3, вос становленных водой или молоком.
ВЫВОДЫ 1. На основании теоретических и экспериментальных исследований осуществлен выбор инновационных биологически активных ингредиентов, рекомендуемых для использования в продуктах для питания беременных и кормящих женщин, и вку соароматических добавок, соответствующих предпочтениям данной целевой аудитории:
* - Исследования проведены совместно с к.м.н., врачом высшей категории Ладодо О.Б.
(ЗАО «Валетек Продимпэкс») - высокобелковых соевых изолятов «Supro» со Скорректированным Аминокис лотным Коэффициентом Усвояемости Белка (PDCAAS), эквивалентным белкам молока, яиц и мяса;
- сбалансированного поливитаминного высокостабильного премикса с содержа нием витаминов: А, D, E, K, РР, C, B1, B2, B6, B12, фолиевой и пантотеновой кис лот, биотина, обеспечивающих их рекомендуемое суточное потребление;
- мультиминерального сбалансированного премикса с содержанием солей железа, цинка, меди, марганца, йода, селена, молибдена и хрома;
- полиненасыщенных жирных кислот класса Омега-3 в виде микрокапсулирован ной водорастворимой добавки, обеспечивающей стабильность жирных кислот и приемлемый вкусоароматический профиль продукта;
- вкусоароматических композиций, обеспечивающих за счет микрокапсулирован ных форм стабильные сенсорные показатели готовых продуктов и позволяющих существенно расширить ассортимент выпускаемой продукции.
2. Разработаны рецептуры сухих специализированных смесей, обеспечивающих при употреблении 1 порции восстановленного продукта поступление в организм женщин 10-12% рекомендуемой суточной потребности белка, 15-75% витаминов и минеральных веществ, 21% докозагексаеновой кислоты. Установлено, что роль структурирующего агента выполняют соевые изоляты Supro Plus 675 и Supro Plus 2600, обеспечивающие стабильность суспензии восстановленного продукта в те чении 60 мин.
3. Установлено, что на равномерность распределения микронутриентов в сухих смесях оказывают влияние способ их производства, параметры и продолжитель ность процессов смешивания.
3.1. В качестве приоритетной использована технология двухступенчатого смеши вания ингредиентов. Для получения предсмесей минорных компонентов качества выше среднего (коэффициент вариации Vc = 2,6-2,8) использован вибросмеситель объемного типа. Установлены рациональные режимы приготовления предсмесей, обеспечивающие равномерность распределения витаминов: значения амплитуды колебания 1,5-2,5мм (вертикальная) и 1,5мм (горизонтальная), уголы разворота дисбалансов 300, 900 и длительность перемешивания 10 мин.
3.2. Определены оптимальные режимы получения основной смеси продукта, обеспечивающие равномерное распределение микроингредиентов (Vc =2,8-3,5):
уровень загрузки рабочей камеры 80%, скорость вращения рабочего органа об/мин, время перемешивания 15 мин.
4. Установлена высокая сохранность витаминов (72-92%) в сухих смесях в тече ние 12 месяцев хранения при использовании в качестве упаковочного материала металлизированного полиэтилентерефталат - полиэтилена. Установлен срок год ности продукта 12 месяцев.
5. Впервые установлено, что добавление ПНЖК Омега-3 не оказывает негатив ного влияния на качество и гигиенические показатели сухих смесей на основе со евых белков. Значение перекисного числа жира (2 ммоль активного кислорода на 1 кг жира) оставалось неизменным в течение всего срока хранения. Сохранность биологически активных компонентов – ПНЖК Омега-3 и докозагексаеновой кис лоты составила 85% и 98% соответственно;
сохранность витамина Е – 96%, ви тамина В2 – 87%, тиамина – 76%, витамина А – 50%.
6. Определены показатели качества (пищевая и биологическая ценность) и без опасности сухих смесей, соответствующие требованиям к специализированным продуктам для питания беременных и кормящих женщин. Установлено, что раз работанный продукт не содержит генетически модифицированных организмов.
7. Эффективность использования сухих смесей на основе соевых белков, обога щенных витаминами, минеральными веществами и ПНЖК Омега-3 в питании бе ременных и кормящих женщин подтверждена:
- результатами рандомизированного метода оценки потребительских предпочте ний беременных и кормящих женщин;
- высокой балльной оценкой органолептических показателей восстановленного продукта группой беременных и кормящих женщин;
- результатами клинической апробации разработанного продукта по биохимиче ским показателям крови (повышение концентрации сывороточного железа, сни жение концентрации промежуточных и конечных продуктов перекисного окисле ния липидов), по показателям кардиотокоргаммы и доплерометрии.
8. На новые виды сухих смесей разработана и утверждена техническая докумен тация: ТУ 9197-028-17028327-03 «Смеси сухие белковые «Мадонна» с витамина ми, макро- и микроэлементами», ТУ 9197-055-17028327-11 «Специализированные пищевые продукты для питания беременных женщин и кормящих матерей - смеси сухие белковые обогащенные «Мадонна Плюс ДЦ-ПНЖК Омега-3».
9. Организовано промышленное производство новых видов продуктов на ЗАО «Валетек Продимпэкс» (Москва, Россия).
*** Автор диссертации выражает искреннюю благодарность кандидату техни ческих наук, старшему научному сотруднику Воробьевой Валентине Матвеевне за неоценимую помощь, оказанную при выполнении работы.
Список опубликованных работ по теме диссертации 1. Михеева Г.А., Воробьева В.М. Вкусоароматические компоненты витаминизирован ных напитков и киселей. Пищевая промышленность. – 2004. - №5.–С.12-13.
2. Михеева Г.А., Шатнюк Л.Н., Спиричев В.Б. Новый отечественный белковый про дукт для беременных и кормящих женщин. Пищевая промышленность. – 2004. – №7. – С. 88-89.
3. Спиричев В.Б., Конь И.Я., Шатнюк Л.Н., Михеева Г.А., Спиричева Т.В. Медико биологические подходы к разработке специализированных продуктов питания для бе ременных и кормящих женщин. Вопросы детской диетологии. –2005.–т.3.-№3.–C. 41-48.
4. Михеева Г.А. Инновационные ингредиенты в продуктах питания беременных и кормящих женщин. Вопросы детской диетологии. –Москва.-2009.–Том 7.-№ 4.–С. 65-66.
5. Михеева Г.А., Спиричев В.Б., Шатнюк Л.Н. Разработка специализированных про дуктов питания для беременных и кормящих женщин. Тезисы докладов. Международ ная конференция «Функциональные продукты питания: гигиенические аспекты и без опасность». – Кубань. – 2003. – С. 110-112.
6. Шатнюк Л.Н., Юдина А.В., Михеева Г.А., Воробьева И.С. Витаминно-минеральные премиксы-обогатители для пищевых продуктов. Тезисы докладов. Международная кон ференция «Функциональные продукты питания: гигиенические аспекты и безопас ность». – Кубань. – 2003. – С. 165-168.
7. Михеева Г.А., Спиричев В.Б., Шатнюк Л.Н. Соевые продукты в производстве спе циализированного питания для беременных и кормящих женщин. Материалы всерос сийского семинара: «Приоритеты и научное обеспечение реализации государственной политики здорового питания в России». – Орел. - 2003. – С. 26-28.
8. Михеева Г.А., Спиричев В.Б., Конь И.Я., Шатнюк Л.Н. Новый продукт для питания беременных и кормящих женщин. Материалы VII Всероссийского конгресса «Политика здорового питания в России». – Москва. – 2003. – С. 359-360.
9. Михеева Г.А., Шатнюк Л.Н., Спиричев В.Б. Использование вкусо-ароматических добавок в производстве специализированных продуктов питания для беременных и кормящих женщин. Материалы региональной научно-практической конференции «Ис пользование пищевых добавок при производстве продуктов питания». – Пятигорск. – 2004. – С. 41-42.
10. Михеева Г.А., Шатнюк Л.Н., Спиричев В.Б. Новый отечественный специализиро ванный продукт для беременных и кормящих женщин. Сборник материалов докладов Международной конференции «Технологии и продукты здорового питания». – Москва.
– 2004. – С. 181-185.
11. Михеева Г.А. Дополнительное питание для беременных и кормящих женщин. Мате риалы научно-практической конференции «Питание здорового и больного человека». – Санкт-Петербург. – 2005. – С. 148-149.
12. Михеева Г.А., Шатнюк Л.Н. Функциональные ингредиенты в продуктах для пита ния беременных и кормящих женщин. Материалы Х Всероссийского конгресса диетоло гов и нутрициологов «Питание и здоровье». – Москва. - 2008. – С. 80.
13. Михеева Г.А., Шатнюк Л.Н., Спиричев В.Б., Спиричева Т.В., Ладодо О.Б. Функ циональные продукты для питания беременных и кормящих женщин. Материалы XII Международной научной конференции «Здоровье семьи – XXI век». – Пермь:
- Изда тельство ПОНИЦАА. - 2008. - Ч. I – С. 45-48.
14. Михеева Г.А. Использование белковых ингредиентов нового поколения в специали зированных продуктах питания для спортсменов. Материалы ХI Всероссийского кон гресса диетологов и нутрициологов «Питание и здоровье». – Москва. - 2008. – С. 102.
15. Михеева Г.А., Ладодо О.Б. Принципы разработки специализированных продуктов питания для беременных и кормящих женщин. Материалы симпозиума «Питание в профилактике социально-значимых заболеваний». – Красноярск. - 2009. – С. 89-92.
16. Михеева Г.А., Шатнюк Л.Н., Мендельсон Г.И. Белковые продукты нового поколе ния в специализированных продуктах питания. Сборник научных трудов МПА. Под ред.
В.А. Бутковского. - М.: Троицкий мост. - 2009. – Вып. VII/2. - С. 181-186.
17. Михеева Г.А. Обоснование использования соевых белковых продуктов нового поко ления в функциональных сухих смесях. Сборник научных статей. Международный научно-образовательный Форум «Формирование отраслевой инновационной среды на основе развития профессиональных сообществ и саморегулируемых организаций АПК, пищевой промышленности и индустрии питания». – Москва. - МГУТУ. - 2009. –С.77-79.
18. Михеева Г.А. Инновационные белковые ингредиенты в специализированных про дуктах питания. Сборник материалов «круглого стола» «Основы государственной поли тики в области создания продуктов здорового питания: технологические аспекты» в рамках Международного научно-образовательного Форума, посвященного присвоению ФГОУ ВПО «Московский государственный университет технологий и управления» имени К.Г. Разумовского. – Москва. – МГУТУ. – 2010. – С. 88-91.
19. Шатнюк Л.Н., Михеева Г.А. Основные принципы разработки функциональных про дуктов питания для беременных и кормящих женщин. Материалы Межрегиональ ной научно-практической конференции молодых ученых МГУТУ. – Москва. - МГУТУ.
- 2010. – С. 83-85.