Разработка биотехнологии сывороточно-соковых напитков с функциональными свойствами
На правах рукописи
Пилипенко Надежда Юрьевна РАЗРАБОТКА БИОТЕХНОЛОГИИ СЫВОРОТОЧНО-СОКОВЫХ НАПИТКОВ С ФУНКЦИОНАЛЬНЫМИ СВОЙСТВАМИ Специальность: 05.18.04 – Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств
АВТОРЕФЕРАТ
диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук
Ставрополь – 2013
Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет»
Научный консультант: доктор химических наук, профессор Брыкалов Анатолий Валерьевич Жидков Владимир Евдокимович,
Официальные оппоненты:
доктор технических наук, профессор, «Ставропольский институт сервиса», директор Орлова Татьяна Александровна, доктор технических наук, доцент, кафедра технологии производства и переработки с/х продукции, ФГБОУ ВПО «Ставропольский государственный аграрный университет», доцент
Ведущая организация: ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет», г. Краснодар
Защита состоится «8» июля 2013 г. в 13:00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.245.05 ФГАОУ ВПО «Северо-Кавказский федеральный университет» по адресу: 355009, г. Ставрополь, ул. Пушкина, 1, корпус 3, ауд.506.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГАОУ ВПО федеральный университет», по адресу:
«Северо-Кавказский 355009, г.Ставрополь, ул. Дзержинского, 120.
Автореферат разослан « » июня 2013 г.
Ученый секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор В.И. Шипулин
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность проблемы. В рамках национального проекта «Здоровье» в России ведущим направлением целевого питания является создание ассортимента продуктов, способствующее улучшению здоровья при их ежедневном употреблении в составе рациона. В центре внимания ученых – разработка качественно новых продуктов, которые не только бы удовлетворяли физиологической потребности человека в питательных веществах, но и обладали бы функциональными свойствами.
Особенностью современного развития пищевой промышленности является разработка новых функциональных продуктов питания, основным предназначением которых является: улучшение функции пищеварения и состояния сердечно-сосудистой системы, укрепление иммунитета, повышение энергетического обмена организма человека и т. д.
Получение продуктов функционального назначения, в том числе и напитков, предусматривает использование в качестве одного из основных составляющих молочную сыворотку, которая содержит комплекс – биологически активных веществ.
Значительный вклад в изучение состава и свойств, а также разработку технологий напитков из молочного сырья внесли отечественные и зарубежные ученые: Н.Н. Липатов, Н.Н. Липатов (младший), А.Г. Храмцов, В.Д. Харитонов, А.А. Остроумов, К.К. Полянский, П.Г. Нестеренко, Л.В.
Голубева, В.В. Василисина, В.Е. Жидков, Е.И. Мельникова, J. Zadow, E.
Murray, O. Braun, M. Tomita и другие.
Особый интерес представляет возможность регулирования пищевой, биологической ценности и функциональных свойств напитков на основе молочной сыворотки, посредствам введения в их состав биологически активных компонентов лекарственных растений и фруктовых соков, которые обогащают продукт витаминами, аминокислотами, органическими кислотами, минеральными веществами, полифенольными соединениями.
На основании вышеизложенного можно сделать вывод о том, что создание биотехнологии получения сывороточно-соковых напитков с функциональными свойствами является актуальным и целесообразным.
Цель и задачи диссертационной работы. Целью настоящей работы является разработка освежающих напитков функционального назначения на основе молочной сыворотки с добавлением экстрактов лекарственных растений и фруктового сока, исследование их состава и биологических свойств.
В соответствии с сформулированной целью исследования в работе решались следующие задачи:
разработать технологию получения экстрактов из лекарственных • растений;
экспериментально обосновать и оптимизировать параметры • получения экстрактов из лекарственных растений;
исследовать структуру и основные квант-химические • характеристики природных фенольных соединений растительного происхождения;
изучить состав, физико-химические, антиоксидантные свойства • растительных композиций для напитков;
разработать технологию получения функциональных напитков на • основе молочной сыворотки с антиоксидантной добавкой;
исследовать состав, физико-химические, биохимические, • микробиологические и органолептические показатели нового вида функционального продукта;
разработать аппаратурно-процессовую технологическую схему • производства функциональных напитков на основе молочной сыворотки;
разработать техническую документацию на сывороточно • соковые напитки функционального назначения;
провести оценку экономической эффективности, экологический • мониторинг и обосновать безопасность разработанной технологии с использованием элементов ХАССП.
Научная новизна работы заключается в следующем:
оптимизированы технологические параметры экстракции биологически активных веществ из лекарственных растений с установлением состава;
проведены сравнительные исследования состава экстрактов лекарственных растений мелиссы лекарственной, мяты перечной и эхинацеи пурпурной с использованием в качестве экстрагентов воды, творожной молочной сыворотки и изомеризованной сыворотки;
- установлено влияние природы и состава экстрагентов – вода, творожная сыворотка и изомеризованная молочная сыворотка на показатели антиоксидантной активности экстрактов;
- результаты исследований легли в основу для разработки технологии новых сывороточно-соковых напитков, содержащих антиоксиданты флавоноидной природы;
- изучены качественные показатели функциональных сывороточно соковых напитков с установлением уровня их пищевой и биологической ценности и с обоснованием сроков хранения.
Практическая значимость работы. Разработана техническая документация на сывороточно-соковые напитки, содержащие экстракты лекарственных растений - СТО 9224-035-10125033-13;
СТО 9224-036 и СТО 9224-037-10125033-13. Произведены опытно 10125033- промышленные выработки сывороточно-соковых напитков на базе учебного научно-производственного комплекса «Агробиотехпереработка», Кубанский госагроуниверситет, г. Краснодар (2013 г.), ООО НПФ «Виктория +», г.
Ставрополь (2013 г.). Результаты работы используются в курсовом и дипломном проектировании студентов специальности 260100.68 – Технология продуктов питания, факультета перерабатывающих технологий, КубГАУ.
Инновационные приоритеты работы.
- исследование закономерностей влияния состава и природы экстрагента на антиоксидантную активность экстрактов лекарственных растений - разработка рецептуры и инновационных технологий производства сывороточно-соковых напитков, обогащенных антиоксидантами фенольной природы в сочетании с пребиотиком лактулозой.
Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на различных международных, всероссийских и региональных научно-практических конференциях: научно-практической конференции молодых ученных и студентов юга России «Медицинская наука и здравоохранение» (г. Краснодар, 2011);
международной научно практической конференции «Научно-техническое творчество молодежи – путь к обществу, основанному на знаниях» (г. Москва, 2011);
всероссийской научно-практической конференции молодых ученых «Научное обеспечение агропромышленного комплекса» (г. Краснодар, 2012);
международной научно-практической конференции «Современные достижения в области производства и переработки натуральной пищевой продукции и оценка ее качества» (г. Краснодар, 2012);
всероссийской конференции «Аналитическая хроматография и капиллярный электрофорез» (г. Краснодар, 2013).
Публикации. Основное содержание работы
отражено в публикациях, в том числе в 5 статьях в журналах, рекомендованных ВАК РФ и одной монографии.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы, содержащего 136 наименований, в том числе 31 иностранный источник и 5 приложений. Содержание работы изложено на 155 страницах, включая 39 таблиц и 33 рисунка.
СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ Во введении рассмотрена и обоснована актуальность выбранного направления. Сформулирована цель диссертационной работы.
В первой главе проведен анализ научной информации и экспериментальных данных отечественных и зарубежных авторов, подтверждающих актуальность производства функциональных напитков.
Дана характеристика состава и свойств вторичного молочного сырья и растительных компонентов, как объектов физико-химической и биотехнологической обработки. В соответствии с проведенным анализом научной литературы и поставленной целью сформулированы задачи научной работы.
Во второй главе рассмотрена организация работы и определена схема проведения исследований, которая представлена на рисунке 1. Она отражает последовательность и взаимосвязь различных этапов выполнения диссертационной работы. Также в данной главе изложены требования к объектам исследований и экспериментальным установкам. Описаны методики исследований, методы математического планирования и обработки результатов эксперимента.
Объектами исследований являлись молочная сыворотка соответствующая ГОСТ 53438-2009;
молочная сыворотка изомеризованная, соответствующая требованиям ТУ 9223-123-04610209-2002 «Сыворотка молочная сухая подсырная»;
лекарственные травы соответствующие нормативной документации (мелисса лекарственная - ФС 42-3645-98, мята перечная - ГОСТ 23765-94, эхинацея пурпурная - ВФС 42-2371-94);
сок манго соответствующий ГОСТ Р 52187-2003;
пектин (Andre Pectin) в соответствии с требованиями ГОСТ 29186-91;
лимонная кислота отвечающая требованиям ГОСТ 908-2004;
сахар соответствующий ГОСТ 21 – 92 «Сахар – песок».
Анализ состояния вопроса Постановка цели и задач исследований Объекты исследования Методы исследования Молочная сыворотка (творожная Традиционные методы и изомеризованная) Лекарственные растения (мелисса Совершенствование методов лекарственная, мята перечная, определения лактозы и лактулозы эхинацея пурпурная) Разработка методологии и концепции экспериментальных исследований Изучение параметров проведения экстракции лекарственных растений соотношение температура время рН компонентов Оптимизация процесса экстракции Изучение состава и показателей экстрактов лекарственных растений Исследование Разработка технологии квантово-химических свывороточно-соковых напитков характеристик полифенольных с функциональными свойствами, соединений растительных опытно-промышленным путем экстрактов Изучение состава и показателей качества напитков (пищевой, биологической ценности, антиоксидантных свойств, физико-химических показателей) Обработка и оптимизация опытных данных Адаптация Органолептическая Разработка системы ХАССП технической оценка напитков для технологии документации напитков Экономическая Показатели Апробация результатов эффективность безопасности исследования Рисунок 1 – Схема проведения исследований Основные методы и методики исследований. При проведении исследований объектов использовались общепринятые ГОСТы, стандартные методы определения физико-химических, биохимических и микробиологических показателей. Также для определения химического состава объектов исследования промежуточных и конечных продуктов были использованы специальные методики – капиллярный электрофорез на оборудовании «Капель 105» (ОАО «НПФ Люмэкс», Россия), определение антиоксидантной активности на приборе «Цвет Яуза-01-АА», определение дубильных веществ, флавоноидов и гидроксикоричных кислот спектрофотометрическим методом. Результаты экспериментальных исследований подвергались статистической обработке данных с помощью пакета прикладных программ «Statistica 5.5», «Microsoft Exсel».
В третьей главе была разработана технология получения экстрактов лекарственных растений в соответствии с поставленной целью и задачами.
Экстракцию биологически активных веществ из растительных источников осуществляли водой при соотношении компонентов 1:13-1:40, при температуре 55-650С и времени процесса 30-90 мин. Кроме водной экстракции лекарственных растений проведена экстракция творожной и изомеризованной молочной сывороткой при оптимальных условиях – соотношении компонентов 1:40, температуре 450С и времени процесса минут. Данная технология имеет 8 стадий (рисунок 2).
Для оптимизации параметров в технологии экстракции биологически активных веществ из фитосырья был реализован трехфакторный эксперимент. В качестве выходного параметра использовали содержание флавоноидов в экстрактах из мелиссы лекарственной, мяты перечной, эхинацеи пурпурной (у1,у2,у3). В качестве изучаемых факторов оптимизации были исследованы соотношения масс фитосырья и экстрагента (х1 – 1:40;
1:20;
1:13) температурный режим экстракции (х2 – 450С;
550С;
650С) и продолжительность экстракции (х3 – 30, 60, 90 минут).
Подготовка фитосырья, оценка по качеству 2 Консервация фитосырья в холодильной камере при 4-50С Очистка фитосырья, высушивание при 21-240С Измельчение сырья до размера частиц 1-1,5 мм Получение экстрактов Экстракт на основе Экстракт на основе творожной молочной изомеризованной сыворотки молочной сыворотки Экстракт водный Фильтрация Пастеризация экстрактов при t=750С, = 15 сек Охлаждение до температуры 23-270С Рисунок 2 – Схема получения экстрактов лекарственных растений Для определения оптимальных параметров процесса экстракции фенольных компонентов лекарственных растений были построены поверхности отклика выходных параметров процесса.
Анализ результатов нейроно-сетевого моделирования позволил получить уравнения регрессии адекватно описывающие процесс экстракции флавоноидов из лекарственного растения мелиссы лекарственной:
у1 = – 2,06750 + 0,62х1 + 0,11967х1 + 0,0229х1 –0,013х1-0,0026х2 – 0,05х + 0,0001х1х2 – 0,0058х1х3 + 0,00057х2х В соответствии с приведенным нейроно-сетевым моделированием и анализом полученных графических зависимостей установлено, что оптимальными факторами экстракции флавоноидов из мелиссы лекарственной является соотношение фитосырья с экстрагентом 1:13, температура экстракции 550С и продолжительность экстракции 50 минут.
Оптимальными факторами экстракции флавоноидов соответственно из эхинацеи пурпурной и мяты перечной являются соотношения фитосырья с экстрагентом 1:13 и 1:40, температуры экстракции 550С и 650С, продолжительность экстракции 30 минут и 90 минут.
В полученных экстрактах определено содержание биологически активных веществ. В таблице 1 представлены результаты исследований.
Таблица 1 – Физико-химические показатели и состав водных экстрактов лекарственных растений Наименование Мелисса Мята Эхинацея показателя лекарственная перечная пурпурная Плотность, кг/м3 996±49,8 997±49,85 998±49, Значение рН 7,17±0,36 7,35±0,37 7,32±0, Содержание сухих 2,74±0,14 2,74±0,14 2,74±0, веществ, % Количественное содержание 0,64±0,032 0,67±0,034 0,75±0, флавоноидов, % Количественное содержание 0,14±0,007 0,16±0,008 0,18±0, гидроксикоричных кислот, % Количественное содержание 1,4±0,070 1,88±0,094 1,44±0, дубильных веществ, мг/г Экстракты характеризуются широким набором фенольных соединений – антиоксидантов. Содержание флавоноидов в экстрактах лекарственных растений в пределах 0,64-0,75 %, гидроксикоричных кислот 0,14-0,18 % и дубильных веществ 1,40-1,88 %.
В составе экстрактов лекарственных растений было количественно определено содержание катионов, анионов, органических кислот, фенольных соединений, витаминов, аминокислот и сахаров методом капиллярного электрофореза. Результаты исследований приведены в таблице 2.
Таблица 2 – Сравнительный состав водных экстрактов лекарственных растений Наименование Эхинацея Мята Мелисса показателя пурпурная перечная лекарственная Содержание катионов, мг/дм Калий 18442±553,6 17208±516,2 25156±754, Натрий 339±10,1 792±23,7 1153±34, Магний 4550±136,5 1505±45,1 1944±58, Кальций 10773±323,1 4100±123,0 2285±68, Содержание анионов, мг/дм Хлорид 3723±111,6 639±19,1 4230±126, Сульфат 593±17,7 1320±39,6 1315±39, Нитрат 215±6,4 2913±65,7 2920±87, Содержание органических кислот, мг/дм Щавеливая кислота 510±15,3 280±8,4 350±10, Винная кислота 2250±67,5 2850±85,5 10410±312, Яблочная кислота 18610±558,3 5510±165,3 6400±192, Янтарна кислота 4430±132,9 2370±71,1 1690±50, Лимонная кислота 3340±100,2 15260±457,8 4670±140, Содержание аминокислот мг/дм Лейцин - 2,98±0,09 0,81±0, Валин 0,67±0,02 12,49±0,37 0,40±0, Пролин 29,62±0,88 49,65±1,49 11,36±0, Треонин - 7,14±0,21 2,80±0, Серин 0,75±0,02 4,13±0,12 0,48±0, Аланин 1,47±0,04 4,77±0,14 Глицин 1,52±0,05 1,26±0,04 Содержание сахаров мг/дм Галактуроновая 49,77±1,4 15,63±0,4 39,9±1, кислота Фруктоза 1205,0±36,1 3038,0±91,1 949,7±28, Глюкоза 1249,0±37,4 - 1215,0±36, По данным таблицы в экстрактах трех лекарственных растений преобладают катионы калия и кальция, в меньшем количестве обнаружено содержание катионов натрия и магния. В спектре органических кислот наибольшее содержание лимонной кислоты, яблочной и винной, которые как компоненты в технологии напитков могут создавать особенности их органолептических свойств, также как и обнаруженные фруктоза и глюкоза.
По данным таблицы экстракты мяты перечной и мелиссы лекарственной содержат незаменимые аминокислоты, такие как лейцин, метионин и валин.
По результатам сравнительных экспериментальных исследований методом КЭФ установлено, что при использовании в качестве экстракта лекарственных растений творожной молочной сыворотки также как и в водных экстрактах из катионов наибольшее содержание калия, кроме преобладающих яблочной, винной и лимонной органических кислот определено количественное содержание молочной кислоты 65,4-87,7 г/дм3, из незаменимых аминокислот обнаружен дополнительно аргинин.
В экстрактах лекарственных растений была исследована их антиоксидантная активность. Полученные результаты представлены в таблице 3.
Таблица 3 – Биантиоксидантные свойства экстрактов лекарственных растений Антиоксидантная активность, мг/дм3 (по галловой кислоте) Экстракция Наименование Экстракция Экстракция изомеризованной творожной водой молочной сывороткой сывороткой Мята перечная 173,7±8,6 111,3±5,5 110,9±5, Эхинацея 63,1±3,1 173,1±8,6 160,5±8, пурпурная Мелисса 233,5±11,6 125,8±6,2 115,8±2, лекарственная Результаты исследований показывают, что при использовании водного экстрагента полученные экстракты по показателям антиоксидантной активности могут быть ранжированы следующим образом: экстракт мелиссы лекарственной экстракт мяты перечной экстракт эхинацеи пурпурной, тогда как сыворотки и изомеризованной сыворотки установлен следующий ряд: экстракт эхинацеи пурпурной экстракт мелиссы лекарственной экстракт мяты перечной. Результаты могут быть объяснены различием природы и состава экстрагентов и лекарственных растений.
Особенностью экстрактов лекарственных растений с применением экстрагента изомеризованной молочной сыворотки является содержание в составе кроме полифенольных антиоксидантов пребиотика лактулозы в концентрации 2,4 г/дм3, что обуславливает бифидус фактор.
Направленность полученных результатов экспериментальных исследований по биоантиоксидантным свойствам лекарственных растений определяется последующим их применением в качестве добавки к напиткам, обеспечивающей конкурентоспособные показатели качества, безопасность. К тому же применение фитоантиоксидантов флавоноидной природы в производстве продуктов будет способствовать ингибированию окисления липидов, что является фактором увеличения продолжительности хранения пищевых продуктов при сохранении пищевой и биологической ценности.
Таким образом, экстракты исследуемых лекарственных растений имеют высокий уровень антиоксидантных свойств благодаря содержанию флавоноидов, гидроксикоричных кислот, дубильных веществ, витаминов, растительных белков с сульфгидридными группами, что создает обоснованную возможность по их применению в качестве компонентов в напитках.
В четвертой главе описывается технологический процесс производства сывороточно-соковых напитков функционального назначения, который проводился в соответствии с блок-схемой, представленной на рисунке 3, в качестве экстрагента использовалась вода.
На основе разработанной технологии были проведены опытные выработки сывороточно-соковых напитков.
Для оценки качества напитков функционального назначения на основе молочной сыворотки был изучен их состав и исследованы физико химические параметры, проведена органолептическая оценка продуктов.
Результаты исследований отражены в таблице 4.
МОЛОЧНАЯ СЫВОРОТКА Приемка, подготовка сырья Сахарный сироп Очистка от казеиновой пыли Пастеризация Пектин t=72±20С, = 15-20 сек Сок манго Внесение наполнителей, Лимонная перемешивание, кислота ферментация = 10-15 мин, t=38±20С Пастеризация Экстракты лекарствен t=72±20С, = 15-20 сек ных растений Охлаждение t=4±20С Розлив, упаковка, маркировка Хранение, реализация t=4-80С Рисунок 3 – Блок-схема получения сывороточно-соковых напитков Таблица 4 – Состав и физико-химические показатели сывороточно соковых напитков Напитки сывороточно-соковые Наименование с мелиссой с мятой с эхинацеей показателей лекарственной перечной пурпурной 1 2 3 Внешний вид и Однородная непрозрачная жидкость с выпадением при консистенция хранении незначительного осадка, исчезающего при перемешивании Вкус и запах чистый, кисло- чистый, кисло сладкий, кисло-сладкий, с сладкий, освежающий с выраженным тонизирующий с ароматом ароматом мяты ароматом мелиссы и манго эхинацеи и манго 1 2 3 Цвет светло желтый Плотность,кг/м3 1072±53,6 1071±53,6 1073±53, Значение рН 3,97±0,19 3,95±0,19 3,98±0, Кислотность, 0Т 61±3,05 60±3,00 62±3, Содержание 0,53±0,02 0,69±0,03 0,61±0, флавоноидов, % Содержание гидроксикоричн 0,03±0,002 0,04±0,002 0,05±0, ых кислот, % Содержание сухих веществ, 7,55±0,38 7,54±0,38 7,55±0, % Содержание минеральных 0,32±0,02 0,30±0,02 0,31±0, веществ, % Для более полной органолептической оценки проводилась дегустация полученных напитков. Ниже, на рисунке 4 приведено графическое представление результатов дегустационных данных с помощью профильного анализа.
Дегустационная оценка качественных характеристик трех напитков показала, что все характеризуются сложным ароматом, достаточно насыщенным. Напиток с экстрактом мяты перечной имеет выраженный аромат настоя травы.
Вкус напитков кисло-сладкий, сложный для напитков, содержащих экстракты мяты перечной и эхинацеи пурпурной, и в меньшей степени с экстрактом мелиссы лекарственной. Сливочный вкус указанных напитков придают продуктам гармоничность.
Послевкусие напитков приятное и характеризуется продолжительностью. Сывороточно-соковый напиток, содержащий экстракт эхинацеи пурпурной отличается некоторой терпкостью в послевкусии.
Рисунок 4 – Графическое представление результатов профильного анализа аромата, вкуса и послевкусия сывороточно-соковых напитков По результатам исследований установлено, что срок хранения напитков составляет 15 суток при температуре 4±20С с сохранением органолептических показателей, титруемой кислотности и с соответствием с ФЗ №88 «Технический регламент на молоко и молочную продукцию».
В таблице 5 представлены данные по микробиологической оценке сывороточно-соковых напитков, срок хранения 15 суток.
Таблица 5 – Микробиологическая оценка сывороточно-соковых напитков, содержащих экстракты лекарственных растений Наименование показателей С мелиссой С мятой С эхинацеей лекарственной перечной пурпурной КМАФАнМ, КОЕ в 1 см3, не 3,9104 2,8103 1, более БГКП, в 0,1 см3 не обнар. не обнар. не обнар.
Коагулазоположительные стафилококки и S.aureus в 1,0 не обнар. не обнар. не обнар.
см Патогенные м.о., в т.ч.
не обнар. не обнар. не обнар.
сальмонеллы, в 25 см L.monocytogenes, в 25 см3 не обнар. не обнар. не обнар.
По микробиологическим показателям напитки соответствуют установленным требованиям ФЗ №88 «Технический регламент на молоко и молочную продукцию».
Разработана аппаратурно-процессовая схема производства сывороточно-соковых напитков с использованием имеющегося в отрасли оборудования (рисунок 5).
Рисунок Схема технологической линии производства 5 – функциональных напитков на основе молочной сыворотки.
1– насос центробежный;
2 – счетчик объемный;
3 – вибрационное сито;
4 – охладитель пластинчатый;
5 резервуар для сыворотки;
6 пластинчатая – – пастеризационно-охладительная установка;
7 – резервуар для напитка;
8 – резервуар для сока;
9 – резервуар для экстракта лекарственных растений;
10 – фасовочный аппарат;
11 – мельница;
12 – экстрактор;
13 – центрифуга.
С использованием принципов ХАССП определены риски и критические контрольные точки при производстве напитков. Проведен мониторинг и анализ опасных факторов по каждой критической контрольной точке. Качество сывороточно-соковых напитков определяется взаимодействие следующих факторов: качественными показателями сырья (молочная сыворотка, сок манго, экстракт лекарственных растений), уровнем качества технологических процессов и соблюдением функционирования принципов ХАССП по контролю на этапах производства продукции.
В пятой главе представлены технико-экономические показатели по разработанной технологии напитков.
Анализ экономической эффективности разработанной технологии сывороточно-соковых напитков с функциональными свойствами показал, что данные продукта имеют невысокий уровень себестоимости в пределах 25- тыс.руб. за 1 тонну, что определяется использованием в технологии выбранного вторичного сырья – молочная сыворотка, а также за счет того, что продукты будут производиться на имеющемся оборудовании и в цехах существующих предприятий молочной промышленности. Данные экономические факторы с рентабельностью в пределах 46-55 % позволяют окупить затраты на промышленное внедрение технологии, выделить средства на рекламную деятельность, маркетинговые исследования.
Выводы 1. Теоретически обоснованна и экспериментальна подтверждена целесообразность применения компонентов из лекарственных растений для разработки технологии функциональных напитков на основе молочной сыворотки, обогащенных флавоноидами и витаминами, придающими напиткам антиоксидантные свойства.
2. Получены математические модели адекватно описывающие процесс экстракции биологически активных веществ флавоноидов из – лекарственных растений. Рациональными режимами процесса экстракции являются следующие: для мелиссы лекарственной соотношение фитосырья с экстрагентом 1:13, температуры экстракции 550С, продолжительность экстракции 50 мин. Для эхинацеи пурпурной и мяты перечной соответственно: 1:13, 550С, 30 мин;
1:40, 650С, 90 мин.
Проведены исследования разных вариантов экстракции 3.
лекарственных растений водная, творожной сывороткой и – изомеризованной молочной сывороткой. Установлено, что водные экстракты содержат широкий спектр следующих биологически активных веществ:
флавоноидов 0,64-0,75 %, гидроксикоричных кислот 0,14-0,18 %, дубильных веществ 1,4-1,8 %. В экстрактах молочной творожной сывороткой, кроме нативных соединений, обнаружено содержание флавоноидов 0,41-0,59 %, гидроксикоричных кислот 0,08-0,25 %, дубильных веществ 1-1,12 %.
Особенностью экстракта на основе изомеризованной молочной сыворотки является содержание пребиотика лактулозы в концентрации 2,2-2,4 г/дм3.
Установлено, что при использовании водного экстрагента, 4.
полученные экстракты по показателям антиоксидантной активности ранжированы следующим образом: экстракт мелиссы лекарственной экстракт мяты перечной экстракт эхинацеи пурпурной, тогда как с использованием экстрагентов – творожная сыворотка и изомеризованная сыворотка установлен следующий ряд: экстракт эхинацеи пурпурной экстракт мелиссы лекарственной экстракт мяты перечной.
5. Оптимизированы параметры технологических этапов производства сывороточно-соковых напитков на основе молочной сыворотки с содержанием биологически активных компонентов мелиссы лекарственной, мяты перечной и эхинацеи пурпурной. Разработаны аппаратурно процессовые технологические схемы производства напитков с принципиальным этапом ферментации растительных экстрактов и молочной сыворотки.
Исследовано влияние состава и свойств фитодобавок из 6.
лекарственных растений на показатели качества сывороточно-соковых напитков в процессе хранения. Установлены сроки годности напитков, содержащих комплекс полифенольных антиоксидантов растительного происхождения.
При изучении качественных показателей функциональных 7.
сывороточно-соковых напитков установлен высокий уровень их пищевой и биологической ценности в сочетании с оригинальными и гармоничными органолептическими показателями.
8. Результаты проведенных исследований легли в основу разработки биотехнологии сывороточно-соковых напитков с последующей выработкой их в опытно-промышленных условиях учебного научно-производственного комплекса «Агробиотехпереработка» Кубанского государственного аграрного университета, г. Краснодар и ООО НПФ «Виктория +», г.Ставрополь.
9. Разработана техническая документация на напитки функционального назначения, обогащенных биологически активными компонентами лекарственных растений (три стандарта организации на сывороточно соковые напитки СТО 9224-035-10125033-13 «ЭЛИТОН-МЛ», СТО 9224 036-10125033-13 «ЭЛИТОН-МП», СТО 9224-037-10125033-13 «ЭЛИТОН ЭП»).
10. Маркетинговая и технико-экономическая оценка технологий трех сывороточно-соковых напитков подтвердила их безотходность и выявила конкурентоспособность, перспективу востребованности на рынке.
Экономическая эффективность разработки технологий определяется показателями рентабельности на уровне 46-55 %. Результаты экологического мониторинга, определение рисков и критических контрольных точек с использованием принципов ХАССП для разработанной технологии напитков установили их безопасность.
Основное содержание диссертации опубликовано в следующих работах:
1. Пилипенко, Н.Ю. Исследование фенольных компонентов лекарственных растений, применяемых в качестве антиоксидантов в напитках с функциональными свойствами [Текст] / Н.Ю. Пилипенко, А.В.
Брыкалов // Материалы IV всероссийской научно-практической конференции молодых ученных «Научное обеспечение агропромышленного комплекса».
Краснодар, 2010. – С. 291-292.
2. Пилипенко, Н.Ю. Разработка технологии напитков функционального назначения на основе молочной сыворотки [Текст] / Н.Ю. Пилипенко // Материалы IX научно-практической конференции молодых ученых и студентов юга России «Медицинская наука и здравоохранение», Краснодар.
2011. – С. 185-188.
3. Пилипенко, Н.Ю. Использование молочной сыворотки в технологии напитков функционального назначения [Текст] / Н.Ю. Пилипенко // IV Международная (заочная) научно-практической конференции молодых ученных «Инновационные тенденции развития российской науки».
Красноярск, 2011. – С.97- 4. Пилипенко, Н.Ю. Изучение состава антиоксидантов на основе фенольных соединений лекарственных растений, используемых для приготовления напитков [Текст] / Н.Ю. Пилипенко, А.В. Брыкалов // Материалы IV международной научно-практической конференции «Молодежь и наука: реальность и будущее». – Невинномысск, 2011. – С. 166.
5. Пилипенко, Н.Ю. Разработка инновационной технологии получения напитков нового поколения с функциональными свойствами на основе молочной сыворотки [Текст] // Сборник докладов III Международной научно-практической конференции «Научно-техническое творчество молодежи – путь к обществу, основанному на знаниях». – Москва, 2011. – С.
370-372.
6. Брыкалов, А.В. Использование капиллярного электрофореза для количественного определения фитохимического состава лекарственных растений [Текст] / А.В. Брыкалов, Н.Ю. Пилипенко, Е.М. Головкина // Труды Кубанского государственного аграрного университета. – 2011.- №2(29). – С.115-118.
7. Брыкалов, А.В. Биологически активные растительные компоненты и их применение в получении напитков из молочной сыворотки [Текст] / А.В.
Брыкалов, Н.Ю. Пилипенко // Труды Кубанского государственного аграрного университета. – 2011.- №6(33). – С.79-81.
8. Храмцов, А.Г. Изучение состава сыворотки возможностями капиллярного электрофореза [Текст] / А.Г. Храмцов, А.В. Брыкалов, Н.Ю.
Пилипенко, Е.М. Головкина // Молочная промышленность. - 2011. - №5. – С. 9. Пилипенко, Н.Ю. Биотехнология получения напитков нового поколения с функциональными свойствами [Текст] / Н.Ю. Пилипенко, А.В.
Брыкалов // Материалы V всероссийской научно-практической конференции молодых ученных «Научное обеспечение агропромышленного комплекса».
Краснодар, 2011. – С. 295- 10. Пилипенко, Н.Ю. Изучение антиоксидантных свойств напитков функционального назначения [Текст] / Н.Ю. Пилипенко, А. В. Брыкалов // Материалы V международной научно-практической конференции «Молодежь и наука: реальность и будущее». – Невинномысск, 2012. – С. 56 58.
11. Храмцов, А.Г. Напитки из сыворотки с растительными компонентами [Текст] / А.Г. Храмцов, А.В. Брыкалов, Н.Ю. Пилипенко // Молочная промышленность. - 2012. - №7. – С.64-66.
12. Брыкалов, А.В. Исследование антиоксидантной активности напитков на основе молочной сыворотки [Текст] / А.В. Брыкалов, Н.Ю.
Пилипенко // Научный журнал КубГАУ [Электронный ресурс]. - 2012. - № (10) // http://ej.kubagro.ru/2012/10/pdf/09.pdf 13. Брыкалов, А. В. Современные методы выделения и исследования биологически активных веществ и микроорганизмов [Текст] / А.В. Брыкалов, Ю. Ф. Якуба, Н. Ю. Пилипенко, П. Ришом, Ф. Симоно – Краснодар: КубГАУ, 2013. – 116 с.
14. Брыкалов, А. В. Bсследование состава лекарственных растений методом капиллярного электрофореза [Текст] / А.В. Брыкалов, Н. Ю.
Пилипенко Ю. Ф. Якуба // Материалы II Всероссийской конференции «Аналитическая хроматография и капиллярный электрофорез».- Краснодар, 2013. – С. 60.
Органолепти Экономичес Показатели Апробация Анализ безопасност результатов состояния ческая кая эффективнос исследовани оценка вопроса и напитков ть я Печатается в авторской редакции Подписано в печать … 2013.
Формат 6084 1/16 Усл.печ.л. …, Уч.-изд.л. … Бумага офсетная. Печать офсетная. Заказ № … Тираж … экз.
ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет» 350044, г. Краснодар, ул. Калинина 13.
Типография Кубанского государственного аграрного университета