Разработка состава и технологии ферментированного продукта с онкопротекторными свойствами тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.18.07, кандидат наук Белякова Татьяна Николаевна

• Белякова Татьяна Николаевна
• кандидат наук
• 2021

Оглавление диссертации кандидат наук Белякова Татьяна Николаевна

Оглавление

РЕФЕРАТ

SYNOPSIS

ВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ РАЗРАБОТКИ ПРОДУКТОВ С ОНКОПРОТЕКТОРНЫМИ СВОЙСТВАМИ

1.1 Эколого-медицинские аспекты питания современного человека

1.2 Источники растительного сырья, обуславливающие онкопротекторные свойства

1.3 Биологическая ценность, состав и свойства репы

1.4 Фармакологическое действие репы

1.5 Онкопротекторные и антиоксидантные свойства сульфорафана

1.6 Выводы из обзора литературных источников

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ

2.1 Методология проведения научных исследований

2.2 Объекты исследований

2.3 Методы исследований

ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

3.1 Разработка рецептуры и технологии ферментированного напитка с добавлением пюре репы

3.1.1 Выбор сорта и способа подготовки вносимого компонента

3.1.2 Выбор порядка технологических операций и заквасочной культуры

3.2 Разработка рецептуры и технологии ферментированного напитка с добавлением экстракта сульфорафана

3.2.1 Получение водного экстракта сульфорафана

3.2.2 Изучение противоопухолевой активности экстракта сульфорафана

3.2.3 Исследование антиоксидантной активности водного экстракта сульфорафана и определение содержания витамина С

3.2.4 Выбор порядка технологических операций и заквасочной культуры

3.2.5 Влияние водного экстракта сульфорафана на процесс ферментации молока

и показатели качества готового продукта

3.3 Обоснование сроков годности ферментированного напитка

3.3.1 Определение сроков годности ферментированного напитка с добавлением пюре репы

3.3.2 Определение сроков годности ферментированного напитка с добавлением экстракта сульфорафана

3.4. Технико-экономический расчет производства ферментированного напитка с онкопротекторными свойствами

3.4.1 Экономический расчет производства водного экстракта сульфорафана

3.4.2 Экономический расчет ферментированного напитка с водным экстрактом сульфорафана

ВЫВОДЫ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ

ПРИЛОЖЕНИЕ

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

ТЕКСТЫ ПУБЛИКАЦИЙ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка состава и технологии ферментированного продукта с онкопротекторными свойствами»

РЕФЕРАТ

Актуальность темы. За последние годы в России значительно вырос уровень онкологических заболеваний. По данным Росстата, на период 2019 г. в России насчитывается более 1,74 миллиона онкологических больных, и это количество постоянно растет.

К основным причинам возникновения онкологических заболеваний можно отнести снижение иммунитета, воспалительные процессы, образование свободных радикалов. К факторам повышенного риска относится излишняя масса тела, приводящая к таким заболеваниям, как рак молочной железы, рак желудка, матки, толстой кишки и почек. Алкоголь и курение также относятся к факторам повышенного риска, приводящим к возникновению рака печени и легкого. Международным агентством по изучению рака было установлено, что ведущее место среди многочисленных причин возникновения рака занимает фактор питания.

Одной из причин возникновения предрака является пролиферация клеток, регулирование которой возможно осуществлять посредством биологически активных веществ, поступающих в организм, в том числе с продуктами питания. Таким биологически активным веществом является сульфорафан, который ингибирует прогрессирование клеточного цикла и вызывает апоптоз в предраковых и опухолевых клетках различного происхождения, оказывает цитотоксическое действие на раковые клетки, ингибирует способность самообновления раковых стволовых клеток. Источником сульфорафана являются представители семейства крестоцветных, в том числе репа. Целесообразно провести исследования по определению способа включения сульфорафана в рецептуру функционального продукта в виде обработанных корнеплодов репы или в виде экстракта.

Степень разработанности темы. Вопросы о влиянии природных компонентов и продуктов питания на возникновение и рост онкологических

заболеваний изложены в научных трудах таких ученых, как Боев Р. С., Кругляк Л., Корсун Е. В., Лахтин В.М., Шперлинг Н.В., Венгеровский А.И., Беспалов В.Г., Чурикова С.Ю., Румянцева В.В., Рыхлова К.В., Anna Herman-Antosiewicz, James Melrose, Stephanie M. Tortorella, Parham Jabbarzadeh Kaboli, Masoomeh Afzalipour Khoshkbejari и др.

Цель и задачи исследования. Цель работы — обоснование состава и разработка технологии ферментированного напитка на молочной основе с онкопротекторными свойствами. Для выполнения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:

- провести анализ и обосновать выбор сырья для получения компонента с онкопротекторными свойствами;

- определить режимы тепловой обработки корнеплодов репы, обеспечивающие максимальное сохранение глюкорафанина, а также количество вносимого компонента и стадию его внесения;

- выявить рациональные параметры процесса получения активного вещества из исходного сырья методом экстракции;

- исследовать водный экстракт сульфорафана на наличие противоопухолевой активности;

- определить антиоксидантные свойства экстракта сульфорафана;

- определить количество и стадию внесения экстракта сульфорафана в молочную основу для получения ферментированного напитка;

- изучить влияние вносимого функционального ингредиента на процесс сквашивания молочной смеси и показатели качества полученных сгустков;

- разработать рецептуру и технологическую схему производства ферментированного молочного продукта с онкопротекторными свойствами;

- определить органолептические, физико-химические, структурно-механические и микробиологические показатели готового продукта, рассчитать его энергетическую ценность;

-исследовать свойства продукта в процессе хранения и определить допустимые сроки годности;

- разработать проект технической документации;

- рассчитать технико-экономические показатели ферментированного напитка.

Научная новизна. Обоснована целесообразность использования корнеплодов репы в виде пюре или водного экстракта для извлечения глюкорафанина - предшественника сульфорафана, обладающего онкопротекторными свойствами и применения его в качестве функционального ингредиента при производстве ферментированного напитка на молочной основе. Выявлено влияние пюре репы и экстракта сульфорафана на процесс сквашивания молока, свойства сгустков, показатели качества готового продукта. В исследованиях с клетками рака молочной железы MCF-7 отмечено, что экстракт сульфорафана проявляет противоопухолевую активность, что подтверждается снижением выживаемости клеток и изменением их морфологии. Установлено, что сульфорафан обладает антиоксидантными свойствами. Получены математические зависимости, описывающие влияние вносимого компонента на титруемую и активную кислотность, способность сгустков удерживать влагу, структурно -механические показатели.

Показана целесообразность применения двукратного цикла «замораживания-размораживания» сырья и его ферментации для повышения эффективности процесса экстрагирования и трансформации глюкорафанина в сульфорафан.

Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретически обоснована и экспериментально доказана возможность и целесообразность применения дешевого отечественного сырья - репы в качестве источника сульфорафана при производстве ферментированного напитка с онкопротекторными свойствами. Разработана технология получения водного раствора сульфорафана, рецептура и технология ферментированного напитка на молочной основе.

Практическая значимость работы подтверждена актом промышленной апробации результатов в ООО «Молочный мир» г. Кинель Самарской области.

Результаты работы используются в учебном процессе подготовки магистрантов по образовательной программе «Биотехнология продуктов функционального назначения» направления 19.04.01 Биотехнология.

Составлен проект технической документации (ТУ и ТИ) на предлагаемый продукт.

Степень достоверности. Обоснованность и достоверность результатов проведенных исследований базируется на проработке большого количества литературных источников, в том числе зарубежных, не менее трехкратной повторности экспериментальных исследований с использованием стандартных и современных методов исследований и математической обработке полученных результатов.

Положения, выносимые на защиту:

-данные о количественном содержании глюкорафанина в различных сортах репы и влиянии режимов тепловой обработки на его сохранность;

- обоснование параметров технологического процесса получения пюре репы с максимальным содержанием активного вещества;

- рациональные параметры процесса получения водного экстракта сульфорафана с применением двойного цикла «замораживание-размораживание» сырья и его последующей ферментации;

-экспериментальные данные по влиянию репы и экстракта сульфорафана на процесс сквашивания молока, свойства сгустков, органолептические, структурно-механические и микробиологические показатели готового продукта;

- рецептуры и технология ферментированного напитка на молочной основе, обогащенного сульфорафаном.

Апробация работы. Направления диссертационной работы и результаты научных исследований были представлены на международных и Российских конференциях: XIII International Scientific and Practical Conference "State and Prospects for the Development of Agribusiness - INTERAGROMASH (Ростов-на-Дону, 2020); Topical Problems of Green Architecture, Civil and Environmental Engineering (Москва, 2019); VII и VIII Международной научно-технической

конференции «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке» (Санкт-Петербург 2015, 2017); II Всероссийском молодёжном научном форуме молодых ученых «Наука будущего - наука молодых» (Санкт-Петербург, 2016); XLV, XLVIII научной и учебно-методической конференции Университета ИТМО (Санкт-Петербург, 2016, 2019).

Публикация результатов исследований. Результаты исследований опубликованы в 8 статьях, включая 2 статьи в журналах международной базы данных Scopus и 3 статьи в журналах, рецензируемых ВАК РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, трех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа представлена на 246 страницах и содержит иллюстраций - 25, таблиц - 36, приложений - 8. В список литературы включены 117 наименований источников, в том числе 64 на иностранном языке.

Заключение диссертации по теме «Биотехнология пищевых продуктов (по отраслям)», Белякова Татьяна Николаевна

Выводы

Показана целесообразность использования репы сорта «Петровская-l» в качестве источника вещества с онкопротекторными свойствами на основании его доступности и высокого содержания глюкорафанина — предшественника сульфорафана.

Выявлено, что внесение экстракта сульфорафана в молоко приводит к получению ферментированного продукта с однородной, но менее вязкой по сравнению с контролем консистенцией, однако, более выраженными тиксотропными свойствами. С увеличением дозы вносимого экстракта при опробовании продукта ощущалось легкое послевкусие, обусловленное природой вносимого наполнителя, что в целом не оказывало отрицательного влияния на восприятие продукта.

На основании полученных результатов можно рекомендовать вносить экстракт сульфорафана в молоко при производстве кисломолочного продукта в количестве от 3,5 до 17,5%. При этом максимальная дозировка позволяет обеспечить с порцией продукта (200 мл) поступление в организм терапевтической дозы сульфорафана, продукт с минимальной дозировкой может быть использован для профилактических целей.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Белякова Татьяна Николаевна, 2021 год

Литература

1. Каприна АД., Старинский В.В., Петрова Г.В. (ред.) Состояние онкологической помощи населению России в 2018 году. М.: Моск. науч.-исслед. онкологический ин-т им. ПА. Герцена, 2019. 236 с .

2. Ларионова В.Б., Крысанов И.С., Снеговой AS., Зейналова ПА., Крысанова B.C., Ермакова В.Ю. Рациональная тактика поддерживающей терапии анемии, индуцированной химиотерапией: фармакоэкономический анализ применения эритропоэз-стимулирующих препаратов у пациентов с онкологическими заболеваниями в условиях здравоохранения Российской Федерации // Онкогематология. 2018. Т. 13. NS. 2. С. 48-61.

3. Белякова ТЛ., Забодалова Л А., Шевченко М.Ю. Использование репы (Brassica Rapa I.) при производстве ферментированного напитка на молочной основе с онкопротекторными свойствами // Вестник Бурятской государственной сельскохозяйственной академии им. В.Р. Филиппова. 2018. № 3. С. 111-119.

4. Снеговой AS., Салтанов AM., МанзюкЛ£.,Селъчук В JO. Нутритивная недостаточность и методы ее лечения у онкологических больных // Практическая онкология. 2009. Т. 10. № 1. С. 49-53.

5. Боев P.C. Вещество с цитосгатической и апоптозиндуцирующей активностью из корня лопуха // Химия в интересах устойчивого развития. 2005. № 3. С. 119-122.

6. Корсун Е.В., Малышко МА. История использования лекарственных растений в онкологии [Электронный ресурс] // Материалы 2-й Международной научно-практической конференции «Сопроводительная фитотерапия в онкологии» (Москва, 23 мая 2015 г.). С. 91-99- URL: https://repository.rudn.ru/ги/ recordsources/recordsource/5718.

7. Антонцева Е.В., Белякова Т.Н., Забодалова Л А., Шамцян ММ Полисахариды вешенки в производстве йогурта // Молочная промышленность. 2019. № 2. С. 54-55.

59

8. Facchini J.M. et al. Antitumor activity of Pleurotos ostreatus polysaccharide fractions on Ehrlich tumor and Sarcoma 180. International Journal of Biological Macromolecules. 2014, V. 68, pp. 72—77.

9. Cao X. Y. et al. Antitumor activity of polysaccharide extracted from Pleurotus ostreatus mycelia against gastric cancer in vitro and in vivo. Molecular Medicine Reports. 2015. V. 12, no. 2, pp. 2383—2389.

10. De Souza C.G., Sattler J A., de Assis A.M., et al. Metabolic effects of sulforaphane oral treatment in streptozotocin-diabetic rats. J. Med. Food. 2012. V. 15, no. 9, pp. 795-801.

11. Zhang Y., Talalay P., Cho C.G., et al. A major inducer of anticarcinogenic protective enzymes from broccoli: isolation and elucidation of structure. Proc. Natl. Acad. Sci. U.SA. 1992. V. 89, no. 6, pp. 2399-2403.

12. Tortorella S.M., Royce S.G., Licciardi P.V., Karagiannis T.C. Dietary sulforaphane in cancer chemoprevention: the role of epigenetic regulation and HDAC inhibition. Antioxidants & Redox Signaling. 2014, V. 22, no. 16, pp. 1382—1424.

13. Выращивание репы в открытом грунте, агротехника [Электронный ресурс] // Сад и Огород. URL: http://ogorod23.rU/vyirashhivanie-repy/#vyrashhivanie-repy-optimalnye-usloviya (дата обращения 15.05.2019).

14. Белякова Т.Н., Шевченко М.Ю., Забодалова ЛА. Применение растительных компонентов с онкопротекторными свойствами // Переработка молока. 2017. №. 12. С. 52—53.

15. Дамодорян 111., Паркин KJI., Финнема О.Р. Химия пищевых продуктов. СПб.: Профессия, 2012. 1040 с.

16. Burmeister W.P., Cottaz S„ Drigues H., Iori R., Palmieri S., Henrissat B. The crystal structures of Sinapis alba myrazinaze and a covalent glycosyl-enzime intermediante provides insights into the substrate recognition and active- site machinery of an S-glucosidase. Structure. 1997, no.5, pp. 663-665.

17. Fahey J.W., Zalcmann AT., Talalay P. The chemical diversity and distribution of glucosinolates and isothiocyanates among plants. Phytochemistry. 2001, V. 56, no. 1, pp. 5—51.

18. Наймушина Л. В., Зыкова И. Д., Саторник А. Д. Перспективность репы (Brassica rapa L.) в качестве источника ценных биологически активных веществ // Вестник Красноярского государственного аграрного университета. 2016. № 4. С. 120—125.

19. Conaway С.С., Getahun S.M., Liebes L.L., et al. Disposition of glucosinolates and sulforaphane in humans after ingestion of steamed and fresh broccoli. Nutr Cancer. 2000, no. 38, pp. 168—178.

20. Вешняков BA., Хабаров Ю.Г., Каманина НД. Сравнение методов определения редуцирующих веществ: метод Бертрана, эбулиостатический и фотометрический методы // Химия растительного сырья. 2008. № 4. С. 47-50.

References

1. Kaprina A.D., Starinsky V.V., Petrova G.V. (Ed.) The status of cancer care for the population of Russia in 2018. Moscow, Mosc. scientific researcher oncological institute named after A.I. Herzen, 2019. 236 p. (.In Russian).

2. Larionova V.B., Krysanov I.S., Snegova AV., Zeynalova PA, Krysanova V.S., Ermakova V.Yu. Rational tactics of maintenance therapy for chemotherapy-induced anemia: pharmacoeconomic analysis of the use of erythropoiesis-stimulating drugs in patients with cancer in the health care system of the Russian Federation. Oncohematology. 2018, V. 13, no. 2, pp. 48-61 (In Russian).

3. Belyakova T.N., Zabodalova LA., Shevchenko M.Yu. The use of turnips (Brassica Rapa 1.) in the production of a fermented milk-based drink with oncoprotective properties. Bulletin of the Buryat State Agricultural Academy named after V.R. Filippov. 2018, no. 3, pp. 111-119 (.In Russian).

4. Snegovoy A.V-, Saltanov A.I., Manzyuk L.V., Selchuk V.Yu. Nutritional deficiency and methods of its treatment in cancer patients. Practical Oncology. 2009, V. 10, no. 1, pp. 49-53 (.In Russian).

5. Boev R.S. A substance with cytostatic and apoptosis-inducing activity of burdock root. Chemistry in the interests of sustainable development. 2005, no 3, pp. 119-122 (In Russian).

6. Korsun E.V., Malyshko MA The history of the use of medicinal plants in oncology. Proceeding of the 2„ d International Scientific-practical Conference "Accompanying herbal medicine in oncology" (Moscow, May 23, 2015). pp. 91-99-URL: https://repository.rudn.ru/ru/recordsources/recordsource/5718. (In Russian).

7. Antontseva E.V., Belyakova T.N., Zabodalova LA, Shamtsyan M.M. Oyster mushroom polysaccharides in yogurt production. Dairy Industry. 2019, no. 2, pp. 54-55 (In Russian).

8. Facchini JJM. et al. Antitumor activity of Pleurotus ostreatus polysaccharide fractions on Ehrlich tumor and Sarcoma 180. International Journal of Biological Macromolecules. 2014, V. 68, pp. 72-779. Cao X. Y. et al. Antitumor activity of polysaccharide extracted from Pleurotus ostreatus mycelia against gastric

cancer in vitro and in vivo. Molecular Medicine Reports. 2015. V. 12, no. 2, pp. 2383-2389.

10. De Souza C.G., Sattler JA, de Assis AM., et al. Metabolic effects of sulforaphane oral treatment in streptozotocin-diabetic rats. J. Med. Food. 2012. V. 15, no. 9, pp. 795-801.

11. Zhang Y„ Talalay P., Cho C.G., et al. A major inducer of anticarcinogenic protective enzymes from broccoli: isolation and elucidation of structure. Proc. Natl. Acad. Sci. U.SA. 1992. V. 89, no. 6, pp. 2399-2403.

12. Tortorella S.M., Royce S.G., Licciardi P.V., Karagiannis T.C. Dietary sulforaphane in cancer chemoprevention: the role of epigenetic regulation and HDAC inhibition. Antioxidants & Redox Signaling. 2014, V. 22, no. 16, pp. 1382-142413. Growing turnips in the open field, agricultural technology. Garden. URL: http://ogorod23.ru/vyirashhivanie-

repy/#vyrashhivanie-repy-optimalnye-usloviya (accessed 15.05.2019).

14. Belyakova T.N., Shevchenko M.Yu., Zabodalova L.A. The use of plant components with oncoprotective properties. Milk Processing. 2017, no. 12, pp. 52-53 (In Russian).

15. Damodoryan S„ Parkin K.L., Finnema O.R. Chemistry of food. St. Petersburg, Profession Publ., 2012. 1040 p. (In Russian).

16 Burmeister W.P., Cottaz S., Drigues H., Iori R„ Palmieri S., Henrissat B. The crystal structures of Sinapis alba myrazinaze and a covalent glycosyl-enzime intermediante provides insights into the substrate recognition and active- site machinery of an S-glucosidase. Structure. 1997, no.5, pp. 663-665.

17. Fahey J.W., Zalcmann AT., Talalay P. The chemical diversity and distribution of glucosinolates and isothiocyanates

among plants. Phytochemistry. 2001, V. 56, no. 1, pp. 5-5118. Naimushina L.V., Zykova I.D., Satornik AD. Prospects for turnips (Brassica rapa L.) as a source of valuable biologically active substances. Bulletin of the Krasnoyarsk State Agrarian University. 2016, no. 4, PP- 120-125 (In Russian).

19. Conaway C.C., Getahun S.M., Liebes L.L., et al. Disposition of glucosinolates and sulforaphane in humans after ingestion of steamed and fresh broccoli. Nutr Cancer. 2000, no. 38, pp. 168-178.

20. Veshnyakov VA., Khabarov Yu.G., Kamakina N.D. comparison of reducing compounds determination methods: bertrand's method, ebulliostatical and photometrical methods. Chemistry of Plant Materials. 2008, no. 6, РР- 47-50 (In Russian).