Разработка технологии ферментированного напитка с пробиотическими свойствами из гречневой муки тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Бучилина Алина Сергеевна

• Бучилина Алина Сергеевна
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Бучилина Алина Сергеевна

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОГЛАВЛЕНИЕ

РЕФЕРАТ

SYNOPSIS

ВВЕДЕНИЕ

1 ЛИТЕРАТУРНЫЙ ОБЗОР

1.1 Современные мировые тенденции в производстве пищевых продуктов

1.2 Альтернативные продукты на растительной основе

1.2.1 Характеристика используемого и перспективного сырья

1.2.2 Бактериальные культуры для ферментации растительных основ и их свойства

1.2.3 Получение растительной основы ферментированных продуктов

1.3 Критерии оценивания качества и безопасности ферментированных продуктов на растительной основе

1.4 Заключение

2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ПРОВЕДЕНИЯ ИССЛЕДОВАНИЙ

2.1 Объекты исследований

2.2 Методы исследования

3 ОБОСНОВАНИЕ ПАРАМЕТРОВ ФЕРМЕНТАТИВНОГО ГИДРОЛИЗА ГРЕЧНЕВОЙ МУКИ

3.1 Исследование сахаролитической активности культур молочнокислых бактерий

3.2 Основные показатели химического состава гречневой крупы и муки

3.3 Экспериментальное определение параметров процесса гидролиза гречневой муки

3.3.1 Температура гидролиза

3.3.2 Исследование влияния ферментов и продолжительности процесса гидролиза на показатели химического состава гречневой основы

4 ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ КУЛЬТУР МОЛОЧНОКИСЛЫХ БАКТЕРИЙ ДЛЯ ФЕРМЕНТАЦИИ ОСНОВЫ НАПИТКА ИЗ ГРЕЧНЕВОЙ МУКИ

4.1 Исследование антагонистической активности культур молочнокислых бактерий

4.2 Изучение биотехнологического потенциала пробиотических культур молочнокислых бактерий при ферментации основы из гречневой муки

4.2.1 Активность кислотообразования

4.2.2 Скорость роста

4.2.3 Органолептическая оценка ферментированных гречневых гидролизатов

5 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПАРАМЕТРОВ ТЕПЛОВОЙ И МЕХАНИЧЕСКОЙ ОБРАБОТКИ ОСНОВЫ НАПИТКА ИЗ ГРЕЧНЕВОЙ МУКИ

5.1 Режимы тепловой обработки для обеспечения микробиологической безопасности и предотвращения порчи готового напитка

5.2 Параметры гомогенизации

6 ТЕХНОЛОГИЯ ФЕРМЕНТИРОВАННОГО НАПИТКА С ПРОБИОТИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ ИЗ ГРЕЧНЕВОЙ МУКИ

7 ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ КАЧЕСТВА И БЕЗОПАСНОСТИ ФЕРМЕНТИРОВАННОГО НАПИТКА С ПРОБИОТИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ

ИЗ ГРЕЧНЕВОЙ МУКИ И ОБОСНОВАНИЕ СРОКОВ ЕГО ГОДНОСТИ

7.1 Физико-химические показатели

7.2 Микробиологические показатели

7.3 Органолептические показатели

7.4 Обоснование сроков годности

8 ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИЙ РАСЧЕТ ПРОИЗВОДСТВА ФЕРМЕНТИРОВАННОГО НАПИТКА С ПРОБИОТИЧЕСКИМИ СВОЙСТВАМИ

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

ПРИЛОЖЕНИЕ В

ПРИЛОЖЕНИЕ Г

ПРИЛОЖЕНИЕ Д

ПРИЛОЖЕНИЕ Е

ТЕКСТЫ ПУБЛИКАЦИЙ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технологии ферментированного напитка с пробиотическими свойствами из гречневой муки»

РЕФЕРАТ

Актуальность темы. Современный продовольственный рынок находится в постоянном поиске сырья для создания новых функциональных продуктов питания. Если не так давно основным сырьем для производства функциональных продуктов считалось молоко, то сегодня фокус все больше смещается в сторону альтернативных растительных основ. Расширение линейки альтернативных продуктов питания из растительного сырья обуславливается увеличением числа вегетарианцев и потребителей, которые по этическим причинам стремятся ограничить потребление животной пищи. Помимо этого, тенденция перехода к альтернативным растительным продуктам объясняется непереносимостью лактозы и белка молока значительной частью населения, а также современным представлением о здоровом образе жизни, которое популяризирует физиологическую предпочтительность продуктов на основе растительного белка [4, 103]. Количество потребителей, отдающих предпочтение растительной диете, стремительно увеличивается во всем мире. До 8% мирового населения в той или иной степени придерживаются вегетарианства [13 6]. В России от 10 до 15% потребителей также готовы выбирать растительные продукты, при чем пожилое население лояльно настроено в пользу продуктов питания из вегетарианского сегмента [17].

Сырьем для альтернативных продуктов на растительной основе служат бобовые (соя), масличные (подсолнечник), злаковые (овес, рис) и псевдозлаковые культуры (киноа), а также орехи (миндаль) [114-115]. В России актуальным сырьем для производства напитков альтернативных молочным может быть гречневая крупа и получаемая из нее мука. Гречневая крупа благодаря высокому содержанию в ней уникальных безглютеновых белков, флавоноидов, пищевых волокон, витаминов, минеральных веществ характеризуется высокими функциональными и пребиотическими свойствами. Она обладает высокой противодиабетической и холестеринпонижающей активностью, гипотензивными, антимикробными,

антиокислительными, противоопухолевыми свойствами и поэтому способствует предотвращению и лечению диабета, заболеваний желудочно-кишечного тракта и сердечно-сосудистой системы [3, 6, 28, 58, 78, 102, 127, 145, 150-151]. Ферментирование гречневой основы пробиотическими культурами молочнокислых бактерий обусловливает пробиотические свойства и наилучшие органолептические показатели готового продукта. Однако в настоящее время продукты из семян гречихи, ферментированные молочнокислыми бактериями не представлены на рынке. В связи с этим разработка технологии производства ферментированного напитка с пробиотическими свойствами из гречневой муки является актуальной.

Степень разработанности темы. Исследованию процесса получения ферментированного солода из семян гречихи для пивоваренной, безалкогольной и других отраслей пищевой промышленности посвящены работы Г. В. Агафонова, А. Е. Чусовой, Н. С. Ковальчук, Н. В. Зуевой и др. ученых [1, 3, 5, 6]. Зарубежными авторами Matejcekova Ъ., Liptakova Б., Уа11к Ь., Wronkowska М., 1еНшИ Т., Majkowska А., ЙеНшИ Н. и другими были проведены исследования по ферментации гречневой муки культурами молочнокислых бактерий [84, 137, 151]. Однако следует отметить отсутствие в литературе данных по ферментативному гидролизу гречневой муки, углеводному и азотистому составу гидролизатов, обеспечивающему оптимальные условия развития молочнокислых бактерий, параметрам механической, тепловой обработки и ферментации культурами молочнокислых бактерий гречневых гидролизатов.

Цель и задачи исследования. Цель работы - разработать технологию ферментированного напитка с пробиотическими свойствами из гречневой муки.

Для достижения поставленной цели были поставлены следующие задачи.

Исследовать сахаролитическую активность молочнокислых бактерий различных видов для ферментации гречневой основы.

Определить основные показатели химического состава гречневой крупы различных Российских производителей для выработки основы ферментированного напитка.

Определить температуру гидролиза гречневой муки в зависимости от степени деструкции крупы и гидромодуля.

Исследовать влияние вида, дозы ферментных препаратов, продолжительности процесса гидролиза гречневой муки с различными степенью деструкции частиц и гидромодулем на концентрацию в гречневых гидролизатах легкодоступных молочнокислым бактериям источников углерода и азота.

Обосновать выбор стартовой культуры для ферментации растительной основы из гречневой муки.

Обосновать режимы гомогенизации и тепловой обработки растительной основы напитка из гречневой муки.

Определить показатели качества и микробиологической безопасности, обосновать срок годности ферментированного напитка с пробиотическими свойствами из гречневой муки.

Разработать проект технической документации на ферментированный напиток.

Научная новизна работы. Научно обосновано применение гидролизатов гречневой муки в технологии ферментированного напитка с пробиотическими свойствами.

Определен биотехнологический потенциал культур молочнокислых бактерий при ферментации гидролизатов гречневой муки. Выявлена зависимость активности пробиотической культуры L. acidophilus от концентрации в гидролизате гречневой муки глюкозы и альфа-аминного азота.

Установлена зависимость продолжительности ферментации гречневого гидролизата культурой L. acidophilus от дозы внесения глюкоамилазы и протеазы.

Теоретическая и практическая значимость работы. Теоретически обоснованы и экспериментально установлены параметры гидролиза гречневой муки с

различной степенью деструкции частиц и гидромодулем для обеспечения оптимальных условий развития пробиотических культур молочнокислых бактерий.

Показано, что однородная вязкая консистенция и стабильность ферментированного напитка при его хранении зависят от величины давления при гомогенизации гречневого гидролизата.

Доказано, что режим тепловой обработки гидролизата гречневой муки 121±2 град. Цельсия с выдержкой 15 мин обеспечивает микробиологическую безопасность ферментированного напитка с пробиотическими свойствами в соответствии с требованиями Технического регламента Таможенного союза ТР ТС 021/2011 "О безопасности пищевой продукции".

Технология ферментированного напитка с пробиотическими свойствами из гречневой муки апробирована в промышленных условиях на ООО «Русская еда» г. Всеволожск Ленинградской области. Акт испытаний от 12.04.2022.

Основные положения, выносимые на защиту. Результаты исследования способности культур молочнокислых бактерий для ферментации зернового сырья к усвоению различных углеводов.

Результаты определения основных показателей химического состава гречневой крупы различных Российских производителей.

Обоснование технологических параметров процесса гидролиза гречневой муки для обеспечения наибольшей активности в гречневой основе ферментированного напитка пробиотических культур молочнокислых бактерий.

Результаты исследования зависимости активности пробиотической культуры L. acidophilus от концентрации в гидролизате гречневой муки глюкозы и альфа-аминного азота.

Обоснование технологических режимов гомогенизации и тепловой обработки гречневой основы для достижения стабильной однородной вязкой консистенции и гарантированной микробиологической безопасности ферментированного напитка.

Результаты определения показателей качества, микробиологической безопасности и срока годности ферментированного напитка с пробиотическими свойствами из гречневой муки.

Технология ферментированного напитка с пробиотическими свойствами из гречневой муки.

Степень достоверности и апробация результатов. Обоснованность и достоверность результатов проведенных исследований основывается на использовании стандартных микробиологических, биохимических и физических методов исследования культур молочнокислых бактерий, сырья, полуфабрикатов, готового продукта; проведении экспериментов не менее чем в трех повторностях; статистической обработке полученных результатов.

Основные положения работы и результаты исследований представлены на международных, всероссийских и университетских научных конференциях: XI Конгресс молодых ученых 2022 г.; Х Конгресс молодых ученых 2021 г.; Пятьдесят первая научная и учебно-методическая конференция Университета ИТМО 2022 г.; Пятидесятая научная и учебно-методическая конференция Университета ИТМО 2021 г.; Всероссийская научно-практическая конференция «Современные подходы к развитию агропромышленного, химического и лесного комплекса. Проблемы, тенденции, перспективы» 2021 г.; Innovative Technologies in Agroindustrial, Forestry and Chemical Complexes and Environmental Management (ITAFCCEM) 2021 г.

Публикации. По теме работы опубликовано 8 статей, из них 3 публикации в изданиях, рецензируемых Web of Science и Scopus, 2 публикации в журналах из перечня ВАК.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, восьми глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа представлена на 276 страницах и содержит иллюстраций - 26, таблиц - 35, приложений - 6. В список литературы включено 151 наименование источников, в том числе 125 на иностранном языке.

Заключение диссертации по теме «Другие cпециальности», Бучилина Алина Сергеевна

Выводы

Гречневая крупа, произведенная из сортов гречихи, прттзрастасмой в Алтайском крае, характеризуется высокой птпиевой ценностью вследствие высокого содержания в ней важных для человека компонентов химического состава.

Экспериментально установлены основные показатели гашзевой ценности гречневой крупы ядрицы из семян гречихи вида Fagppyrwn esculentimi сортов Дпкуль и Девятка, выращенных в Целинном п Солгонском районах Алтайского края в 2018-2020 гг

Установлено, что колнчествашый сослав крупы зависит числа осадков н температуры воздуха в течение вегета-тзониого периода выращивания гречихи

Содержание белков в гречневой крупе ядрице в течение периода исследования изменялось от 11.54 до 20.734 и в среднем составило 15-24 й ь Белен тречневой крупы не содержат плотей, они отличаются высоким содержанием лизина. хоропю сбалансированным аминокис лотным составом и высокой ппкколестернвемической активностью

Содержание жиров в период исследования колебалось от 2.5*ii до 6.1°.. его среднее значение составило 3.83е«. Биологическая ценность Ж31ра гречневой крупы определяется преобладанием в его составе го.тинеиасгляекных жирны* кислот высоким содержанием витамина Е и наличием тритерпниоида ыилиацнна с лечебными свойствами

Общее количество утлеводов в крупе варьировало от 57.8° а до "2.6" «ив среднем составило 55.13* о Количество крахыа лп изменялось в течение трех лет от 42,38° fc до 61.34. в среднем оно равнялось 51.13"о. Соотношение амилозы к амию пектину в гречневом крахмале составляет 13 В составе пишевых волокон преобладают растворимые некрах-малыше по.шеахариды. характеризующиеся шгзким т.ли-кемнческнм индексом и гззшгшлестсрннемзгчесзоой активностью

Показано, что гречневая крупа отличается высоким содержанием витаминов В,. В:. В,. Е. Р и минеральных веществ железа. шшка. меди, мар аила, кремния. Устаиовте-но. что содержание витамина В не подвержено зклчзпель-ным колебаниям в зависимости от климатических условий и в среднем в крупе нз А.ттайского края составляет 8.73 мктт

Высокая шшзевая ценность И фнзно кя нческая акгнв-иость 1речневой крупы, вырашенной в Алтайском крае, обуслов тпвдет пелесообразность ее нсполыоватзя в технологиях функциональных продуктов гагтания

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Бучилина Алина Сергеевна, 2022 год

rupaeet.i. B. BrtmotiKUU B .1 Poccw — wpHuRaa .nep*aita 2-cniX. nejwpafi Maori M JclMiipHiu. 2009 4~l c Aiazia G. Oomah B. D Buckwheat In B Caballero (Ed). Encyclopcdia of food scicnccs and nutrition Cambridge: Academic Puis. J00J pj> 692-699.

Ski ohauja V.. Ken or B, Goloh T. t.iljcberg Elmstdhl H G, Bjdrck / M. Kiefl I Effect <>l Spelt Wheal Flow awl Kernel on Bread Composition and Nutritional Characteristic* I Airic Food Chan 2001.49 (1): 497-500

References

Gordeev A, V, Butkosskij V. A. Rrnan — joam nation Moscow, DeUprii*. 2009.471 p (bi RiiMuni)

Mazza O . Oomah B D Buckwheat In B Caballero (Ed ). Encyclopedia of food scirnccs and nutrition Cambridge Academic Press. 2003. pp 692-699.

Skiabaiiia V. Kovac B , Oolot) T. I iljelioji ElmslAhl H. O.. Bjdrck 1 M . Kiell I Eftecl of Spelt Wheat FJoui and Keniel on Bread Composition and Nutritional Characteristics J Agnc FoodChem 2001.49(1): 497-500.

4. U S. Q Zhang Q Н Advance» ш the Development of Fuuctmtial food«. Irom Buckwheat Li and Q Howard 7hang От) Rev Food Sci Null 2001,41 (б) 451-164

5. Ahmed A. Khahd N.. Ahmad A., Abbasi jV. .1., LattfM. A". Z. Randhana M A Iliytochetuicals and btofuncOoual properties of buckwheat: a «view I Agric. Sci. 2014. 152 (3): ЗЛ9-Ш

6 Ktkoikm-aB. ккахла 7. Ptosis lactic caapenHtMOfbuckwIlMt Food Rev Inl 2005. 38(5) 561-568

7. (Лм J. Liu У. Ям J'. )'. It Z Dietary tartary buckwheat intake aneuuates insulin resistance and improves Lq>ui profiles ш patients with type 2 diabetes a landouiized controlled trial. NuU. Res. 2016.36(12): 1392 1401

8 lemoeaA H. Кпиингчш В П. Пяптщкая И И, Паккратъ eta И А, ЛтыОова II А, Поптпла О В крушшыс продукты как компонент здорового питания. М. ГНУ ВН11Ш Вэсссдь-хозакадемиа 2008.72 с.

9 MeirOnnn Г В . Матвее» II В , Федоров А В. Несо.юженые млтерил1Ы ■ пивоюреиии учебное пособие СПб: Vmmepcn-mllTMO. 2017.66 с

10 TontotaktH. YamamotoN, YanakaS. OktnalaH. YamazaktR. Kmashua J . Koto AC Hiuli protein buckwheat flurn suppresses hypercholesterolemia tu rats and gallstone foauutiuji ui trace by bypeivbotesicrolenu: diet and liody bit ui rats became of its low protein digest ibibty Nutrition 2006 22(2* 166-73

11 Utrabanja Y. Ktefi I Nuritioaal value of buckwheat proteins and starch In Molecul&i breeding and numuoual aspects of buckwheat. Cauibtidpe: Acadetuie Press, 2016 pp lffl-176.

12 Yang J. C,u Z Zhu L. Cheng l. LiZ, It C . Hong Y Buckwheat digestibility allectcd by the chemical and structural features of lis nuimccrapooenrs Food H\xhocotl 2019.96: 596-603

U IMmuz Я ft. Аукая X Г, Мац f S. Buckwheat: A Useful Food and is FJ'fects oo Human Healfli Cun. Nulr. Food Sci. 2020. 16 (1> J9-34

14. Агафонов Г В Ч\говаА £. Ковпът кН С. 3\еваН В Возможность применение гречихи в технологии фермент врован-вого саюла Вес тник Воронежского государе таенного \ нн-аерситета инженерных технологий. 2018. Т. 80 V) 4. С 170-I76i

1' Протасова О С. Печпяиюва/f А.. Попова О С оценка минера гыюго состава гречневой крупы в зависимости от региона произрастания н способа обработки зерна Вестник Уральского государственного медицинского университета 2019 ,N> L С. 65-67

16 Самим А А..СажимаС. В.. Порее* ¡1 Я Сорпчмгасо&енип-ст гречихи в условиях 2020 газа на фоне обработки семенного материа ла гулениовымл удобрениями Развитие научной. творческой н инновационной деятельности молодежи 2020. С 177-182.

17 Mold С. Santos М., Майю R Samman .V. Mates A S. bra О. Castanhena 1 Protein content and amino acids profile of pscudocercals Food Chem 2016.193:55-61

18 ЗенъковаМЛ Исследование минерального и аминокислотного состава проращенного н консервированного ирва пше-ннпы Техника и lex натопи пищевых проишолств. 2019. Т 49 Nb 4 С 513 521

4 U S. Q. Zliaug Q H Advances m die Development of Functional Foods from Buckwheat Li and Q Howard Zhang Crit Rev Food So .Vwfr 2001.41 (6) 451-464

5. Ahmed A.. Khabd N . Ahmad A, Abbasi N. A . Latif M S Z., Randhasva M. A Phytocbemicalk and biofuuctioual properties ofbuckwlieat a review J Ague. Sci 2014. 152 (3): 349-369.

6 Krkoikova B Mra/ova Z Piophylaetic coiiiponenti of tack« beat Food Res Int 2005. 38 (5): <<il-568

7. Qiu J. Liu Y. Yue Y_ Qin V. Li Z Dietary ttrtnry buckwheat uitaLe anenuates imulin resistance and improves lipid piofiles iu patients Willi typ< 2 diabetes a randomized controlled trial. .Will Res 2016. 36 (12): 1392-1401

8 Zenkova A N . Kauiuivktj V" P. Pjafiuckaia I N . Panktat"ev» I A . Davydov» 1 A . Politiiha O V Cereal products as a component of a bealdiy diet Moscow. 2008 *2 p. (in Russian)

9. Meleduu T V.. Maiveev L v., Fcdcrov A. V. Lnuialted Nlatenals in Bie» It!« A Study Guide Saxdtt-Peteibiuit: IT MO finversity, 2017. 66 p (in Russian)

10 Touwtake H. YamanxMoN. YanakaN Ohinata H. Yamazaki R. Kavashita J . Rato N. High protem buckv« beat flour iuppiesses hypercliotestaoleuua in rati and gallstone formation in mice by hvpejcliotesleioletmc diet aud body Cat ui I »ts because ot its low protein digestibility. Xutnnon 2006 22 (2): 166- 73

11 ^krabania V.. Kreft I Nutritional value of buckwheat proteins and starch In Molecular breeding and nutritional aspects of buckw bcat Cambridge. Academic Press. J0I6. pp. 169-176.

12 Yang J.. Qu Z . Zhu L_ Cbeug L .LlZ, L1C., Hong Y Buck» beat dsjKs'ibiUty allected by the ebemical and structwal features of its main components Food H\ drocoll 2019.96: 596-603

13 Yilmaz H. 0.. Avban N. Y. Men? <,' S Buckwheat: A Useful Food and its Effects on Humau Health Cuir. Nun. Food Sa 2020. 16 (1): 29-34.

14 Agafonov G V,. Chusova A E.. Koval'chiik N. S., Zueva N. Possibility of using liuckwhcal ill lenuented malt technology I'estntk t'orone:h<kogo gosudarsrvennogo unrstrateta mzhenetm h tehnologij 2018. vxjI 80. no I. p 170176. (in Russian)

15 Protasova O S, Belokoixnva N. A. a O S Asvsssruent ot the mineral composition of buckwteat. depending on the region of growth and the method of gram processing Veitmk I'ral'skogo gosudaritveimogo medianikogo unnermeia. 2019. no 1 Pp. 6567. (in Russian)

16. Sa/bin A. A. Sazluna S- V, Poisev I. N Cultivar leatures of buckw beat m tbe coodiliens of 2020 against 'lie background ol processing seed material with bumie fertilizers. Razx ttte nauchnoj. rvorcheskaj i innomaoimo/ dejaiel >ioin molodezh 2020. Pp 177-182. (iu Rusuan)

17 Mota C.. Santos M . Mauro R . Santiuan N . Malos A S , Tones D. Caslanlieira I Protein content and amnio acids profile of pseudocereah Food Chem 2016.193; 55-61

18 Zen'kova M L A study of the mineral and ammo acid composition of get uuuated and canned w heat grams Teinuka l tehttologijapnhhcishptoiTvodsft 2019 vol.49 no4 Pp 513521 (in Russian)