Разработка творожного продукта
Введение:
В период экономической
нестабильности и неблагоприятного
воздействия экологической
В последнее десятилетие особое внимание при разработке функциональных продуктов питания уделяется про-и пребиотикам, пищевым волокнам, антиоксидантам, витаминам, минеральным веществам, дефицит которых имеет место во многих странах мира.
Особенно возрос
интерес к кальцию, в частности
в связи с проблемой
При недостаточном
потреблении кальция, либо при нарушении
всасывания его в кишечнике происходит
мобилизация этого элемента из костной
ткани, в которой содержится 99 % от
общего содержания кальция в организме.
Длительное сохранение отрицательного
баланса кальция приводит к нарушению
метаболизма костной ткани, развитию
целого ряда патологических состояний,
снижению защитно-адаптационных
Степень биодоступности кальция зависит в первую очередь от наличия в продукте остеотропных и сопутствующих им элементов, витаминов и ряда других ингредиентов, стимулирующих ремоделирование костной ткани.
Молоко и молочные продукты, богатые микронутриентами и аминокислотами, являются лучшими источниками пищевого кальция. Однако концентрация его в молоке не является постоянной и обусловлена многими факторами. В связи с этим обогащение молочных продуктов дополнительными источниками кальция и ингредиентами, усиливающими его биоусвояемость, является актуальной и важной проблемой.
Еще в 1987 г. авторами O.Sheikls, R.Santa и др. ставился вопрос о замене препаратов кальция молочными продуктами с повышенным содержанием кальция и назначении препаратов только при непереносимости молочных продуктов [101]. P.Burckhardt с соавторами показали, что после прекращения потребления молочных продуктов оптимальная концентрация кальция в организме сохраняется более длительный период времени в сравнении с лекарственными средствами [98].
В настоящее время разработан ряд молочных продуктов, обогащенных различными источниками кальция (фосфатами, лактатами, цитратами, карбонатами кальция) [2,20,32].
Однако следует отметить, что технологии производства молочных продуктов, обогащенных кальцием, за немногим исключением, достаточно трудоемки; в рецептуру отдельных композиций включены синтетические компоненты, снижающие лечебно-профилактическую направленность продукта.
Анализ литературных источников показывает, что сам факт введения в пищевые композиции нутриентов профилактической направленности (или биологически активных веществ) не означает «автоматического» придания продуктам ожидаемых функциональных свойств, а только определяет эту возможность. Экспериментально получены многочисленные подтверждения отсутствия ожидаемого уровня функционального действия у сложных пищевых композиций, содержащих различные нутриенты, обладающие известной биоэффективностью. Это может быть связано как со снижением их биодоступности, так и с изменением их биоактивности в составе многокомпонентных рецептур. На профилактическую эффективность новых пищевых продуктов существенное влияние может оказывать и способ применяемой технологической обработки (высокая температура, высокое давление и т.п.).
Установление
реальной эффективности новой пищевой
композиции возможно лишь при проведении
последовательной комплексной медико-
Поэтому чрезвычайно
важное значение приобретают работы, связанные
с созданием полифункциональных молочных
продуктов с повышенной биоусвояемостью
кальция, расширением их ассортимента
и усилением интенсификации технологических
процессов производства.
Выдержки из автореферата диссертации
Актуальность работы. В последнее десятилетие особое внимание при разработке функциональных продуктов питания уделяется про-и пребиотикам, пищевым волокнам, антиоксидантам, витаминам, минеральным веществам, дефицит которых имеет место во многих странах мира.
Особенно возрос
интерес к кальцию, в частности
в связи с проблемой
Степень биодоступности кальция зависит от многих факторов и в первую очередь от наличия в продукте остеотропных и сопутствующих им элементов, витаминов и ряда других ингредиентов, стимулирующих ремоделирование костной ткани.
Молоко и молочные продукты, богатые микронутриентами и аминокислотами, являются лучшими источниками пищевого кальция. Однако концентрация его в молоке не является постоянной и зависит от многих факторов. В связи с этим обогащение молочных продуктов дополнительными источниками кальция и ингредиентами, усиливающими его биоусвояемость, является актуальной и важной проблемой.
Еще в 1987 г. авторами O.Sheikls, R.Santa и др. ставился вопрос о замене препаратов кальция молочными продуктами с повышенным содержанием кальция и назначении препаратов только при непереносимости молочных продуктов. P.Burckhardt с соавторами показали, что после прекращения потребления молочных продуктов оптимальная концентрация кальция в организме сохраняется более длительный период времени в сравнении с лекарственными средствами.
В настоящее
время разработан ряд молочных продуктов,
обогащенных различными источниками
кальция. Следует отметить, что технологии
их производства, за немногим исключением,
достаточно трудоемки, в рецептуру
отдельных продуктов включены синтетические
компоненты, снижающие лечебно-
Решение задач, поставленных в работе, основано на трудах В.Б.Спиричева, И.Я. Коня, К.С. Ладодо, В.А. Тутельяна, В, Матковича, Л.Я. Рожинской, A.A. Королева, A.B. Устиновой, Г.А. Донской, Е.В. Литвиновой и др.
Целью настоящей работы является разработка полифункционального творожного продукта с повышенной биоусвояемостью кальция за счет обогащения белково-углеводной основы альгинатом кальция и микронутриентами, стимулирующими усвоение кальция костной тканью.
Рабочая гипотеза основана на предположении, что обогащение белково-углеводной основы альгинатом кальция в сочетании с лимонной кислотой или цитратом калия повысит биоусвояемость кальция, улучшит структуру продукта, а в совокупности с витаминами и растительными ингредиентами усилит профилактическую направленность продукта.
Для выполнения поставленной цели определены следующие задачи;
• разработать научно-обоснованные требования к составу и качеству полифункционального творожного продукта с повышенной биоусвояемостью кальция;
• обосновать состав белково-углеводной композиции продукта с альгинатом кальция, приближенной к оптимальному соотношению остеотропных элементов кальция и фосфора в организме;
• разработать специальную шкалу оценки консистенции и осуществить проектирование пастообразного продукта с использованием методов компьютерного моделирования;
• обосновать выбор и концентрации применения пищевых ингредиентов, стимулирующих усвоение кальция и определяющих функциональную направленность продукта;
• изучить влияние альгината кальция на технологические параметры и радиопротекторные свойства продукта;
• исследовать
окислительно-
• изучить влияние лимонной кислоты и цитрата калия в составе продукта на биоусвояемость кальция;
• разработать
научно-обоснованные рецептуры полифункционального
творожного продукта, изучить санитарно-
• провести медико-биологическую оценку продукта и исследовать его влияние на биоусвояемость кальция и интегральную эффективность работы антиоксидантной системы биообъекта;
• разработать
технологическую схему с
Научная новизна. Впервые установлен факт влияния цитрата калия и лимонной кислоты в составе творожного продукта на усиление биоусвояемости кальция. Экспериментально подтверждено, что при потреблении животными разработанного продукта снижается концентрация кальция в моче до 27-42 % в сравнении с контролем, что является показателем поглощения кальция костной тканью.
Показано, что обогащение белково-углеводной основы альгинатом кальция, цитратом калия, витаминами и растительными пищевыми добавками сублимационной сушки усиливает остеопластические, протекторные и антиоксидантные процессы в биообъектах.
Разработаны медико-биологические
требования к обогащенным творожным
продуктам профилактического
Практическая значимость работы.
Разработана техническая документация на продукт, согласованная и утвержденная в установленном порядке.
Функциональные
свойства продукта, подтвержденные результатами
клинических исследований, определили
перспективу использования
Использование в составе продукта до 25 % сыворотки молочной позволит улучшить экономические и экологические факторы при его производстве.
Широкое внедрение
разработанного продукта, особенно в
районах с неблагополучной
Техническая новизна выполненной работы отражена в заявках на два патента: № 2005131760 «Паста творожная», № 2005131759 «Паста творожная».
Технология производства продукта апробирована на ПЭЗ ВНИМИ и Екатеринбургском молочном заводе.
"Ассоциацией
«Университетский комплекс
Апробация работы. Основные положения и результаты работы были обсуждены на научных конференциях: «Научно-практические аспекты переработки молока в современных условиях» (Москва, 2004); «Кафедре технологии молока и молочных продуктов МГУПБ 60 лет» (Москва, 2005).
…
Основные результаты исследований.
Обоснование и проектирование компонентного состава продукта.
На основании работ В.Б. Спиричева и зарубежных исследователей, а также консультаций со специалистами Медицинской академии им. И.М. Сеченова разработаны научно-обоснованные требования к составу и качеству полифункционального продукта с повышенной биоусвояемостью кальция. Согласно разработанным требованиям состав продукта должен регламентироваться следующими показателями, усиливающими усвоение кальция:
- --массовая доля белка (не менее 9 %);
- массовая доля жира (не более 7 %); ...
- наличие лактозы;
- наличие витаминов Д, С и др.;
- соотношение кальций:фосфор (не менее 1);
- наличие макро- и микроэлементов: кальций, фосфор, магний, калий, медь, цинк и др.;
- наличие аминокислот (фенилаланин, лизин, изолейцин, метионин, цистин и др.), повышающих функциональные свойства продукта.
~ Ингредиентный
состав полифункционального
В качестве белково-углеводной основы продукта была выбрана смесь творога с сывороткой. Основанием для выбора творога являлось высокое содержание солей кальция и фосфора, белков с повышенным количеством аминокислот. Исследования творога показали, что по содержанию аминокислот, участвующих в построении костной ткани (лизин, изолейцин, лейцин, фенилаланин), он превосходит многие молочные продукты.
Таблица 1. Ингредиенты, определяющие профилактическую направленность продукта с повышенной биоусвояемостью кальция
Нпшмовтне ингреянвгга Состав |
1. Творог с массовой долей жира 9% /ГОСТ Р 52096/ Са, белок /казеин/, в т.ч. аминокислоты: лейцин, лизин, | феинлаланин, шолебцин, мегионнн, цистин; жир, лактоза, Р, К, №. М§. Си, 2ц, МП. витамины: А, Р-каротин, В|, В2. РР, С.
2. Сыворотка молочная (творожная) /ОСТ 10213/ лактоза, белок /сыворотснный. казеин/, в т.ч. аминокислсгш: лейцин, лиэнн, фенил ала нин, изолейцин, метионин, цистин: даугоферрии. Са, Р, К, № Си, Ъ\ витамины: р-каротин, В1, В2, Вц, РР, С.
3. Альгинат кальция /ТУ 9284-019-00462769/ кальциевая соль альгиновой кислоты, Ыа, К Мя. Р,
4. Крапива двудомная сублимационной сушки /ТУ 9164.003-11520731/ белок /растительный/, в т.ч. аминокислоты: лейцин, лизин, с феинлалании, юолейцин, метионин, цистин; углеводы, Са, К, | Р, Иа, Г.%, 2а. М& Си, флавоноиды. витамины: С, К, фалнеиау 1 кислота, В,,В2,РР, Р-каротин. |
5. Чесноксублимационной сушки /ТУ 10-04.18.70/ белок /растительный/, в т.ч. аминокислоты: лейцин, лтоин. - Е феннлаланин, гаолейцин. метионин; серосодержащие I соединения, углеводы, Р. К, 2п. М$, Иа, Са, инулин. | витамины: С, В,. В2, РР, Р-каротин. Ц
б. Сахар-песок /ГОСТ 21/ сахароза |
7. Витамин С (аскорбиновая кислота) /Р№ 000144.01 -00/ |
8. Витамин Дг (зюгашьивфсрол) /Р.71.593.5/ 1
9. Цитрат калия /ГОСТ 5538.', лимонная кислота /ГОСТ 908,' 1
Введение в
композицию творожной сыворотки
обусловлено богатым
В качестве дополнительного источника кальция выбран альгинат кальция, являющийся одним из эффективных энтеросорбентов, способных связывать и выводить из организма соли тяжелых металлов, радионуклидов, не нарушая кальциевого обмена. Помимо этого он обладает уникальными иммуностимулирующими свойствами, связывая в организме иммунные комплексы и иммуноглобулины Е, препятствуя тем самым развитию аллергии и воспалительных заболеваний.
При оптимизации
компонентного состава белково-
Консистенцию выработанных образцов оценивали по специально разработанной 30-балльной шкале (таблица 2) в сравнении с заданным эталоном консистенции. По оценке экспертов консистенция менялась от «жидкой» до «чрезмерно густой».
В результате математической
обработки экспериментальных
V = —1328,5 -107.9-Х, + 880,2-Х2 + 375,5 -ХгХг-^.З-Х,2 - 167,5-Х22 (1),
где У - консистенция продукта, баллы;
X) — соотношение творог:сыворотка;
Х2 — массовая доля альгината кальция в смеси, %
Уравнение адекватно
при следующих значениях
0,86 <Х1 <6,25; 0,7 <Х2<_1,5.
Для визуализации результатов (рис. 2 и 3) построены график и сечение поверхности, описываемой уравнением (1) и - показывающей зависимость консистенции (У) от соотношения творопсыворотка (X]) и массовой доли альгината кальция в этой смеси (Ха).
В результате была выбрана оптимальная область У (экспериментальные точки 5-7), в большей степени приближенная к эталонному образцу и находящаяся в следующем диапазоне независимых переменных: 1,9 <Х]<3,2 и 0,9<Х2<1,1.
При выборе рациональной
точки для дальнейших исследований
в качестве ограничительного фактора
учитывали рекомендуемое
В качестве обогащающих добавок, способствующих усилению остеопластических и антиоксидантных процессов в организме, использовали натуральные растительные добавки, традиционно используемые в питании населения. Это крапива двудомная сублимационной сушки -антибактериальная пищевая добавка, источник остеотропных элементов кальция, фосфора, магния, витаминов С, К, флавоноидов, хлорофилла. Чеснок сушеный - серосодержащая пищевая добавка, обладающая антиоксидантными, антиканцерогенными, антибактериальными свойствами, богатая витаминами, остеотропными элементами, фитостеринами, фитонцидами, способствующими усвоению кальция.
Таблица 2. Разработанная шкала дегустационной оценки консистенции
продукта
Показатели консистенции Скидка, баллы, в зависимости от степени выраженности недостатка Оценка, . баллы
Пастообразная, нежная, в меру плотная, мажущаяся, без отделения сыворотки, с включением частиц использованных пищевых добавок. , Г« VV' ' ! зо'
Пастообразная, нежная, в меру плотная, мажущаяся, без отделения сыворотки, с включением частиц использованных пищевых добавок, с наличием незначительной мучнистости. 4-6 24-26
Пастообразная, нежная, в меру плотная, мажущаяся, с включением частиц использованных пищевых добавок, с незначительным отделением сыворотки и наличием значительной мучнистости. 6-10 20-24
Пастообразная, но недостаточно плотная (кремо-или сметанообразная), нежная, мажущаяся, с включением частиц пищевых добавок, без или с незначительным (<1% по объему) отделением сыворотки, с наличием незначительной мучнистости. 10-15 15-20
Чрезмерно плотная и густая, с выраженной мучнистостью или жидкая. 20-27 , 3-10
Рис. 2. График поверхности процесса Рис. 3. Сечение поверхности
Результаты химического анализа крапивы двудомной и чеснока показывают, что их состав обеспечивает широкий спектр оздоравливающего действия на организм человека, в т.ч. на костную ткань.
Лимонная кислота стимулирует перенос кальция через мембраны энтероцитов и способствует образованию в кишечнике растворимых, легко всасываемых комплексов.
Наличие витамина Д является основополагающим для поддержания гомеостаза кальция в организме. Витамин С, участвует в преобразовании аминокислот и коллагена, стимулирует биоусвояемость кальция и антиоксидантную защиту организма.
Соли калия согласно литературным данным увеличивают плотность кости.
Введение сахара обусловлено влиянием сахарозы на рост костной ткани.
В качестве пищевкусовых продуктов выбраны мед, соль.
Таким образом, анализ литературных и экспериментальных данных позволил научно обосновать состав полифункционального продукта с повышенной биоусвояемостью кальция.
Исследование влияния альгината кальция на технологические параметры и функциональные свойства продуют.
Проведенные ранее
эксперименты показали, что неорганические
соли кальция при попадании в
желудочно-кишечный тракт сравнительно
легко отдают ион кальция. Вопрос
о степени усвоения организмом кальция,
входящего в структуру
Для изучения влияния альгината кальция на технологические параметры продукта была исследована его влагоудерживающая способность в сывороточной среде путем определения количества связанной влаги в зависимости от температуры и времени экспозиции (Рис.4).
Таблица 3. Переход кальция из творожных продуктов в модельные растворы, имитирующие кислотную среду организма
т Содержание овщего Содержание кальция в растворе, ыг %
образца прод>тсте. мг '/с 0,1 вШ 0,05 нШ SB-I-' 0.01 н на йВ = 2.0 1н СН^СООКН» PS-J.5 0.005 н NaOH ¡¡Be 8,5 V от общего Са
98 14,0 13.8 us 12,8 12,2 65.7 67
, :± 1,1 ±1,4 ±0.8 ±0,3 ±0,4 ±4 ±3
180 19,7 18.8 15.» 17,8 12J 84.4 46,8
±2.4 ±0,? ±1.0 ±0,7 ±1,1 ±0.4 ±3,7 ±1,5
192 19.9 22.1 17.0 18.2 14,8 92 Н- ge
±2,3 ±0,7 ±0,6 ±0.2 ±0,4 ±0,4 ±2,3
Примечание: № 1 - контроль: творог с массовой далей жира 9 %;
№2 - творог 9 И +сыворотка творожная +альгинат кальция + чеснок +сахар + соль + витамины С.Д № 3 - творог 9 % + сыворотка творожная +яльгииат кальция + ЩШШЙ мед + витамины С, Д;
Связанную влагу (СВ) рассчитывали по формуле (2):
СВ (%) = 100 - (ш ,/ш • 100) (2)
где: Ш| - масса несвязанной влаги после контакта с альгинатом;
m — исходная масса сыворотки до контакта с альгинатом. Максимальное количество связанной влаги альгинатом 16,6 % получено при температурном режиме (65±2) °С и времени экспозиции 30 мин. Полученные результаты были использованы при разработке технологического процесса производства разрабатываемого продукта, так как позволили обосновать способ оптимального набухания альгината кальция и одновременно устранить порок мучнистости в продукте.
При изучении сорбционной способности альгината кальция в сыворотке творожной, загрязненной радионуклидами цезия (Cs) и стронция (Sr) in vitro (Рис.5), в качестве основных влияющих факторов были выбраны соотношение альгинатхыворотка в диапазоне от 1:200 до 1:28 и время экспозиции в диапазоне от 30 до 60 мин. Критерием оценки влияния выбранных факторов явилась эффективность сорбции (ЭС), определяемая по формуле (3): ЭС (%) = [1 - (Акон± ш,)/ (Аисх± ш2)] • 100 (3)
где: Акш, - активность сыворотки после контакта с альгинатом, Бк/г;
Ане* - активность сыворотки до контакта с альгинатом, Бк/г;
(5±2) (2512) (4542) (65±2) (85±2) Температур», *С
Рис. 4. Изменение влагоудерживающей способности альгината кальция в сыворотке творожной в зависимости от температуры и времени экспозиции
Я.«
С,1М
1М
г »
1:« 1:28
Соотюшаае шаганкт: шюцюткп
1:200 1:100 1М 1:2»
Общее уравнение
аппроксимации
Ш| - абсолютная погрешность для Ако„, Бк/г; ш2- абсолютная погрешность для Аисх, Бк/г.
Показано, что
максимальная сорбция 5г-85 и Се-134 обеспечивается
при соотношении
Результаты исследований показали, что сорбция радионуклидов из сыворотки возрастает по мере увеличения соотношения альгинатхыворотка и в меньшей степени зависит от времени экспозиции. Дальнейшее увеличение экспозиции не оказывает влияния на эффективность сорбции.
Таким образом,
обладая ионообменными
Изучение окислительно-
Для обоснования
сроков хранения проектируемого продукта
и предполагаемых антиоксидантных
свойств сыворотки с функциональными
пищевыми добавками были изучены их окислительно-восстановительные
свойства. Согласно технологии производства
разрабатываемого продукта в сыворотку
творожную вносят функциональные пищевые
добавки и другие ингредиенты с последующим
диспергированием творога с сывороточной
смесью. В связи с этим изучение окислительно-