Биотехнология йогурта для функционального питания в условиях Крайнего Севера тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.18.07, кандидат наук Лепешкин Артем Ильич

• Лепешкин Артем Ильич
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Лепешкин Артем Ильич

Оглавление

Реферат

Synopsis

Введение

1 Состояние проблемы производства функциональных продуктов питания в условиях Крайнего Севера

1.1 Анализ структуры питания в условиях Крайнего Севера

1.2 Производства обогащенных кисломолочных напитков в условиях Крайнего Севера

1.3 Кисломолочные продукты в рационе питания населения

1.4 Анализ функциональных ингредиентов для профилактики неинфекционных заболеваний

1.5 Усвоение витамина D у людей на Крайнем Севере

1.6 Основные способы инкапсулирования биологически активных компонентов

1.7 Выводы по анализу литературных данных

2 Объекты и методы исследований

2.1 План проведения экспериментальных и аналитических исследований

2.2 Объекты исследований

2.3 Методы исследований

3 Биотехнология йогурта для функционального питания в условиях Крайнего Севера

3.1 Оценка самообеспеченности коренного населения Крайнего Севера основными продуктами

3.2 Исследование кисломолочного продукта (йогурта) в качестве основы для производства функционального продукта

3.3 Исследование процессов инкапсулирования

3.4 Исследование сухой смеси в качестве наполнителя для производства функционального йогурта

3.5 Установление технологических режимов производства готового продукта152

3.6 Требования к готовому продукту

Заключение

Список литературы

Приложение

Приложение

Приложение

Приложение

Приложение

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Биотехнология йогурта для функционального питания в условиях Крайнего Севера»

Реферат

Общая характеристика диссертации

Актуальность темы. На сегодняшний день для реализации оборонных и экономических проектов Российской Федерации ставится задача изучения арктических территорий.

Площадь арктической зоны составляет около 6 млн км2, включая 2,2 млн км2 земли, на которой проживает более 2,5 млн человек. Территории, относящиеся к Арктической зоне обозначены в указе Президента Российской Федерации от 2 мая 2014 года №296 "О сухопутных территориях Арктической зоны Российской Федерации". Тяжелые природно-климатические условия, повышенная электромагнитная активность и радиацией, необычный фотопериодизм и тому подобные экстремальные условия жизни очень усложняют жизнь и работу в Арктике.

В Российской Федерации становятся популярны и укрепляют свои позиции обогащенные продукты питания. Обогащение массовых продуктов питания является актуальным и важным направлением в пищевой промышленности, так как позволяет улучшить структуру питания и способствует поддержанию здоровья людей

Сегодня наблюдается качественный и количественный недостаток потребления белка в рационе питания населения Российской Федерации. В связи с концепцией сбалансированного питания, которая гласит, что суточный рацион питания должен включать достаточное количество полноценных белков, актуально проводить исследования для повышения ассортимента продуктов питания с биологически полным и качественным составом.

Основная идея исследования заключается в том, что внесение инкапсулиованных форм БАК не повлечет за собой структурные и органолептические изменения готового продукта, а лишь повысит его биологическую ценность.

Целью диссертационной работы является разработка рецептуры и технологии йогурта функционального назначения обогащенного

инкапсулированной формы биологически активных ингредиентов, а именно: витамина Д3 и полипренолов, для питания населения в условиях Арктической зоны.

Для достижения данной цели в рамках диссертации были сформулированы задачи:

Задача 1: Провести анализ статистических данных об уровне самообеспеченности населения в основных видах продуктов питания в ряде регионов Арктической зоны РФ;

Задача 2: Обосновать выбор и целесообразность использования биологическиа активных компонентов (БАК), в частности, витамина Д3 и полипренолов, в качестве функциональных ингредиентов в составе рационов питания населения Арктической зоны;

Задача 3: Разработать рациональную технологию инкапсулирования БАК для производства функциональных продуктов питания;

Задача 4: Подобрать рациональное соотношение ингредиентов в составе сухой многофункциональной смеси с БАК для обогащения йогурта функционального назначения;

Задача 5: Установить особенности технологии функционального йогурта с использованием сухой многофункциональной смеси;

Задача 6: Определить рациональную дозу внесения сухой многофункциональной смеси для производства йогурта функционального назначения;

Задача 7: Исследовать показатели качества и безопасности сухой многофункциональной смеси и йогурта функционального назначения с ее использованием, становить срок годности разработанных продуктов;

Задача 8: Разработать техническую документацию на технологию сухой многофункциональной смеси и йогурта функционального назначения;

Задача 9: Провести технико-экономическую оценку разработанного продукта.

Методы исследования. При проведении экспериментальных исследований использовали современные методы исследований определения физико-химических, микробиологических, органолептических показателей. Результаты экспериментальных исследований обрабатывали при помощи математических методов.

Показатели качества и безопасности сырья и готовых продуктов оценивали в соответствии с Техническим регламентом Таможенного союза (ТР ТС 033/2012 «О безопасности молока и молочных продукции», ТР ТС 021-2011 «О безопасности пищевой продукции»).

Определение показателей качества сырья и готового йогурта функционального назначения проводили в соответствии со стандартными методамими исследований:

- отбор проб и подготовка их к анализу - по ГОСТ 13928-84;

- определение массовой доли жира проводили методом, обозначенным в ГОСТ ИСО Р 2446-2011;

- значение кислотности определяли титриметрическим методом в соответствии с ГОСТ 3624-92;

- плотность молока определяли в соответствии с ГОСТ Р 54758-2011;

- определение массовой доли белка - методом Кьельдаля по ГОСТ 23327-98, ГОСТ Р 54662-2011;

- определение солей фосфора в жмыхи определяли по ГОСТ 33500-2015;

- содержания кальция, натрия, калия и магния оценивали по ГОСТ ISO 8070/IDF 119-2014;

- определение лактозы проводили по ГОСТ 34304-2017;

- определения железа в исследуемом молочном сырье проводили по ГОСТ 26928-86;

- определение содержания меди проводили по ГОСТ 26931-86;

- определение содержания цинка проводили по ГОСТ 26934-86;

- определение содержания йода проводили по ГОСТ 31505-2012;

- определение содержания витамина D проводили по ГОСТ 32916-2014;

- определение содержания марганца проводили по ГОСТ 13047.21-2014;

- определение содержание хлора;

- определение содержание кобальт;

- влажность и сухие вещества в сырье и готовом продукте измеряли по ГОСТ 3626-73;

- оценку органолептических показателей готовых йогуртов проводили по ГОСТ 33630-2015.

Все анализы по оценки органолептических характеристик проводились по 10-балльной шкале, после получения результатов заполнялся дегустационный лист;

- микробиологический показатели йогуртов оценивали по ГОСТ 32901-2014;

Основные положения, выносимые на защиту:

Данные о биологически активных компонентах, полученных путем инкапсулирования и дальнейшим использованием в производстве функциональной сухой смеси;

Рациональная комбинация сухих ингредиентов в составе функциональной сухой смеси для сквашивания молочного сырья;

Оптимальные условия сквашивания молока с использованием выбранной заквасочной микрофлоры и функциональной сухой смеси.

Научная новизна диссертации отражена в следующих пунктах:

Обоснована и экспериментально доказана возможность получения стабильных инкапсулированнных форм биологически активных компонентов и их использование для производства функционального продукта с профилактическими свойствами.

Обоснован выбор добавок и их комбинация (жмых ягод брусники - 20 %, жмых ягод клюквы - 20 %, крахмал холодного набухания - 25%, концентрат молочного белка - 25% и 10% микрокапсулы с витамином Д3 и полипренолами) для разработки сухой функциональной смеси и производства йогурта функционального назначения с гарантированными показателями качества и безопасности.

Обоснованы режимы технологии производства йогурта функционального назначения с добавлением инкапсулированной формы БАК, для питания населения в условиях Арктической зоны, в частности количество заквасочной микрофлоры, сухой функциональной смеси, содержащей БАК, температура и продолжительность сквашивания для производства продукта с заданными свойствами.

Научно-техническая задача, решаемая в диссертации, заключается в создании сухой функциональной смеси, содержащей БАК и функционального кисломолочного продукта на ее основе.

Объектами исследования являлись:

- молоко коровье сырое в соответствии с ГОСТ 31449-2013;

- ягоды брусники и клюквы быстрозамороженные ГОСТ 33823-2016;

- жмых ягод брусники и клюквы, полученный путем переработки исходного сырья;

- крахмал холодного набухания по нормативной документации;

- концентрат молочных белков СБТ 1858-2009 [42], ГОСТ 33629-2015;

- йогурт по ТУ;

- молоко обезжиренное ГОСТ 31658-2012;

- микрокапсулы соковой части клюквы и брусники;

- микрокапсулы с холекальциферолом;

- закваска прямого внесения ГОСТ 34372-2017.

- закваска «Скваска» (Streptococcus thermophilus и Lactobacillus delbrueckii подвид bulgaricus).

- закваска «Живой Баланс» (Streptococcus thermophilus и Lactobacillus delbrueckii подвид bulgaricus).

- закваска ВНИИЖ (Streptococcus thermophilus и Lactobacillus delbrueckii подвид bulgaricus)

- заквасочные культуры BDF Natural Ingredients® LC D 17 - культура, включающая Streptococcus thermophiles, Lactobacillus subsp. bulgaricus. Культура

обладает высоковязкой, кремовой структурой, выраженным кисломолочным ароматом, мягким вкусом;

- заквасочные культуры BDF Natural Ingredients® LC D 44 - культура, включающая Streptococcus thermophiles, Lactobacillus subsp. bulgaricus.

Теоретическая и Практическая значимость

Получение стабильных инкапсулированнных форм биологически активных компонентов и их использование для производства функционального продукта с профилактическими свойствами обосновано и доказано экспериментально.

Разработаны рецептура и технология йогурта функционального назначения с добавлением инкапсулированной формы БАК, а именно: витамина Д3 и полипренолов, для питания населения в условиях Арктической зоны, составлен проект технической документации на новый вид продукта.

Работа была выполнена в рамках реализации проекта ФЦП «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технологического комплекса России на 2014-2020 годы», мероприятие 1.4, уникальный идентификатор соглашения: RFMEFI58117X0020 при поддержке Минобрнауки и в рамках реализации проекта НИОКТР Университета ИТМО «Разработка пайка для функционального питания в условиях Крайнего Севера».

Достоверность

Степень достоверности подтверждается 5-кратной повторяемостью, воспроизводимостью данных, применением современных методов исследований и математической обработкой результатов экспериментальных исследований.

Внедрение результатов работы

Получены 3 патента РФ на полезные модели, которые в свою очередь поставлены на баланс Университета ИТМО.

Апробация результатов работы. Основные результаты научно-квалификационной работы докладывались и обсуждались на конференциях: Международный семинар «multidisciplinary collaboration for food bioscience development», 2021 год, Университет ИТМО; Международный семинар «A Workshop organized by the Swedish University of Agricultural Sciences (SLU) and the

International Research Centre "Biotechnologies of the Third Millennium" and the Faculty of Biotechnology, ITMO University», 2021 год, Университет ИТМО; Пятидесятая научная и учебно-методическая конференция, 2021 год, Университета ИТМО; Международная конференция «11 International conference Biosystems Engineering 2020», 2020 год, Технологический Институт, Эстонский университет естественных наук, Тарту; IX Конгресс молодых ученых, 2020 год, Университета ИТМО; XLIX научная и учебно-методическая конференция Университета ИТМО, 2020 год, Университета ИТМО; Международная конференция « 10 International conference Biosystems Engineering 2019», 2019 год, Технологический Институт, Эстонский университет естественных наук, Тарту; VIII Конгресс молодых ученых, 2019 год, Университета ИТМО; XLVIII Научная и учебно-методическая конференция университета ИТМО, 2019 год, Университета ИТМО.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, 3 глав, общих выводов, списка литературы, включающего 119 наименований среди которых 45 отечественных и 74 иностранных авторов и 5 приложений.

Текстовая часть работы содержит 219 страниц машинного текста, включая 27 таблиц и 20 рисунков.

Заключение диссертации по теме «Биотехнология пищевых продуктов (по отраслям)», Лепешкин Артем Ильич

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

По результатам работы сделаны следующие выводы:

1. Оценка потребности населения в молокопродуктах показала малую самообеспеченность молочными продуктами и повышенный спрос на данные продукты. Тем самым йогурт с биологически активными компонентами способен покрыть потребность не только в молочных продуктах, но и в витамине Д3;

2. Обоснован состав смеси для инкапсулирования биологически активных компонентов на инкапсуляторе ЬисЫ Ь-290;

3. Подобран режим инкапсулирования биологически активных компонентов на инкапсуляторе ЬисЫ Ь-290 и распылительной сушилке еуе1а Бё-1000;

4. Физико-химические показатели молока-сырья, биологически активных компонентов и дополнительных сухих ингредиентов показали, что данная функциональная сухая смесь может служить источником обогащения функциональных продуктов питания, в частности для изготовления функциональных молочных продуктов;

5. Подобраны режимы технологического процесса производства функционального йогурта с использованием разработанной сухой функциональной смеси, включающий инкапсулированные биологически активные компоненты;

6. Разработана техническая документация, технические условия и технологическая инструкция, для внедрения разработанной технологии на производстве: ТИ ТУ 10.51.52.112-001- 02066397-2020. «Функциональный молочный продукт»

7. Технико-экономические показатели разработанного продукта, а именно себестоимость йогурта, составила 135 руб./литр.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Лепешкин Артем Ильич, 2021 год

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ REFERENCES

1. Nile, S.H., Park, S.W. (2014). Edible berries: Bioactive components and their effect on human health. Nutrition, 30(2), 134-144.

2. Ulaszewska, M. [et al.] (2020). Food intake bi-omarkers for berries and grapes. Genes Nutr, 15 (1), P. 17.

3. Yeung, A.W.K, [et al.] (2019). The berries on the top. JBR, (9), (1), 125-139.

4. Padmanabhan, P., Correa-Betanzo, J. &Pali-yath, G. (2016). Berries and Related Fruits. Encyclopedia of Food and Health. Elsevier, P. 364-371.

80

5. Khoo, C., Falk, M. & Zhang, J. (2018). Cranberry Polyphenols: Effects on Cardiovascular Risk Fac-tors.Polyphenols: Prevention and Treatment of Human Disease. Elsevier, P. 107-122.

6. Szajdek A. & Borowska, E.J. (2008). Bioactive Compounds and Health-Promoting Properties of Berry Fruits: A Review. Plant Foods Hum Nutr, 63 (4), 147-156.

7. Struck, S. [et al.] (2016). Berry pomace - a review of processing and chemical analysis of its polyphenols. IntJ Food SciTechnol, 51(6), 1305-1318.

8. Klavins, L. [et al.] (2018). Berry press residues as a valuable source of polyphenols: Extraction optimisation and analysis. LWT, (93), 583-591.

9. Fontana, A.R., Antoniolli, A. & Bottini, R. (2013). Grape Pomace as a Sustainable Source of Bioactive Compounds: Extraction, Characterization, and Biotechnological Applications of Phenolics. J. Agric. Food Chem, 61(38), 8987-9003.

10. White, B.L., Howard, L.R. & Prior, R.L. (2010). Polyphenolic Composition and Antioxidant Capacity of Extruded Cranberry Pomace. J. Agric. Food Chem, 58 (7), 4037-4042.

11. Medina-Larque, A.S., Desjardins, Y. & Jacques, H. (2020). Cranberry, oxidative stress, inflammatory markers, and insulin sensitivity: a focus on intestinal microbiota. Diabetes. Elsevier, P. 245-253.

12. Roopchand, D.E. [et at] (2013). Food-compatible method for the efficient extraction and stabilization of cranberry pomace polyphenols. Food Chemistry, 141 (4), 3664-3669.

13. Bilyk, A. & Sapers, G.M. (1986). Varietal differences in the quercetin, kaempferol, and myricetin contents of highbush blueberry, cranberry, and thornless blackberry fruits. J. Agric. Food Chem, 34 (4), 585-588.

14. Amiot, M.J. [et at] (1995). Influence of Cultivar, Maturity Stage, and Storage Conditions on Phenolic Composition and Enzymic Browning of Pear Fruits. J. Agric. Food Chem, 43(5), 1132-1137.

15. ReilJner, A.-M. [et at] (2019). Composition and physicochemical properties of dried berry pomace: Composition and technofunctional properties of berry pomace. J. Sci. Food Agric, 99(3), 1284-1293.

16. Muceniece, R. [et al.] (2019). Antiox¡dative, hypo-glycaemic and hepatoprotective properties of five Vaccin-ium spp. berry pomace extracts. JBR, 9(2), 267-282.

17. Kahkonen, M.P. [et at] (2003). Berry anthocya-nins: isolation, identification and antioxidant activities: Berry anthocyanins. J. Sci. Food Agric, 83(14), 1403-1411.

18. Moze, S. [et al.] (2011). Phenolics in Slovenian Bilberries (Vacciniummyrtillus L.) and Blueberries (Vacciniumcorymbosum L.). J. Agric. Food Chem, 59 (13), 6998-7004.

19. Osman, A.I. [et al.] (2020). Physicochemical Characterization and Kinetic Modeling Concerning Combustion of Waste Berry Pomace.ACS Sustainable Chem. Eng. 8(47), 17573-17586.

20. Skrede, G, Wrolstad, R.E. & Durst, R.W. (2000). Changes in Anthocyanins and Polyphenoiics During Juice Processing of Highbush Blueberries (Vacciniumcorymbosum L.). J Food Science, 65(2), 357-364.

21. Tseng, A. &Zhao, Y. (2012). Effect of Different Drying Methods and Storage Time on the Retention of Bioactive Compounds and Antibacterial Activity of Wine Grape Pomace (Pinot Noir and Merlot). Journal of Food Science, 77(9), H192-H201.

ПОЛЗУНОВСКИЙ ВЕСТНИК № 2 2021

Информация об авторах

А. Ю. Чечеткина-к.т.н., старший преподаватель Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики.

М. Б. Мурадова - аспирант Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики.

А. В. Проскура - аспирант международного научного центра «Биотехнологии третьего тысячелетия» Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики.

А. И. Лепешкин - аспирант Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики

Л. А. Надточий - к.т.н., доцент Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики.

М. А. Хаи/им -аспирант Санкт-Петербургского национального исследовательского университета информационных технологий, механики и оптики.

Information about the authors

A. Yu. Chechetkina - Candidate of Technical Sciences, Senior Lecturer, St. Petersburg National Research University of Information Technologies. Mechanics and Optics.

M. B. Muradova - postgraduate student of the St. Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optts.

A. V. Proskura - post-graduate student of the International Scientific Center "Biotechnology of the Third Millennium " of the St. Petersburg National Research University of Information Technologies. Mechanics and Optics.

A. I. Lepeshkin-postgraduate student of the St. Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics.

L A. Nadtochii - Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the St. Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics.

M. A. Hashim - post-graduate student of the St. Petersburg National Research University of Information Technologies, Mechanics and Optics. Авторы заявляют об отсутствии конфликта интересов. The authors declare that there is no conflict of interest.

Статья поступила в редакцию 16.02.2021; одобрена после рецензирования 12.05.2021; принята к публикации 27.05.2021.

The article was received by the editorial board on 16 Feb 21; approved after editing on 12 May 21; accepted for publication on 27 May 21.

22. Horszwald, A, Julien, H. & Andlauer, W. (2013). Characterisation of Aronia pcwders obtained bydiffeientdrying processes. Food Chemistry, 141 (3), 2858-2863.

23. Khanal, R.C. [et al.] (2009). Influence of Extrusion Processing on Procyanidin Composition and Total Anthocyanin Contents of Blueberry Pomace. Journal of Food Science, 74(2), H52-H58.

24. Mayer-Miebach, E., Adamiuk, M. & Behsnilian, D. (2012). Stability of Chokeberry Bioactive Polyphenols during Juice Processing and Stabilization of a Polyphenol-Rlch Material from the By-Product. Agriculture, 2(3), 244-258.

25. Sojka, M. & Krol, B. (2009). Composition of industrial seedless black currant pomace. Eur Food Res Technol, (228), (4), 597-605.

26. Galvan, D'Alessandro L. [et al.] (2014). Kinetics of ultrasound assisted extraction of anthocyanlns from Aro-nlamelanocarpa (black chokeberry) wastes. Chemical Engineering Research and Design, 92(10), 1818-1826.

27. White, B.L., Howard, L.R. & Prior, R.L. (2010). Polyphenols Composition and Antioxidant Ca-pacfty of Extruded Cranberry Pomace. J. Agric. Food Chem, 58 (7), 4037-4042.

28. Kapasakalldis, P.G., Rastall, R.A. & Gordon, M.H. (2006). Extraction of Polyphenols from Processed Black Currant (Ribesnigrum L.) Residues. J. Agric. Food Chem, 54 (11), 4016-4021.

29. Herrero, M. [et al.] (2012). Extraction Techniques for the Determination of Phenolic Compounds in Food. Comprehensive Sampling and Sample Preparation. Elsevier, P. 159-180.

30. Lu, Y. [et al.] (2020). Microencapsulation of Pigments by Directly Spray-Drying of Anthocyanins Extracts from Blueberry Pomace: Chemical Characterization and Extraction Modeling.International Journal of Food Engineering, 16(3).

31. Chi, W. [et al ] (2020). Developing a highly pH-sensltive к-carrageenan-based intelligent film incorporating grape skin powder via a cleaner process. Journal of Cleaner Production, (244), P. 118862.

32. Quek, R. & Henry, C.J. (2015). Influence of polyphenols from lingonberry, cranberry, and red grape on in vitro digestibility of rice. Internatbnal Journal of Food Sciences and Nutrition, 66(4), 378-382.

33. Бекетов, E.B., Абрамов, A.A. & Нестерова, O.B. (2005). Идентификация и количественная оценка флавоноидов в плодах черемухи обыкновенной. Вестн. Моск. ун-та. Химия, 46 (4), 259-262.