Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по техническим специальностям  

На правах рукописи

Вторушина Ирина Викторовна

ПОЛУЧЕНИЕ И ПРИМЕНЕНИЕ

ИММОБИЛИЗОВАННЫХ КОЛЛАГЕНОВЫХ

ПРЕПАРАТОВ СЕЛЕНА В ТЕХНОЛОГИИ

МЯСНЫХ И РЫБНЫХ РУБЛЕНЫХ

ПОЛУФАБРИКАТАХ

05.18.07 - Биотехнология пищевых продуктов и
биологических активных веществ

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Воронеж Ц 2012

Работа выполнена на кафедре пищевой биотехнологии и переработки животного и рыбного сырья ФГБОУ ВПО Воронежский государственный университет инженерных технологий

Научный руководитель:	Заслуженный деятель науки РФ, доктор технических наук, профессор Антипова Людмила Васильевна (ФГБОУ ВПО Воронежский государственный университет инженерных технологий)
Официальные оппоненты:	Шалимова Оксана Анатольевна доктор биологических наук, профессор ФГБОУ ВПО Орловского государственного аграрного университета, директор ИНИИЦ (Инновационный научно- исследовательский испытательный центр) Салихов Азат Рамзилевич кандидат технических наук, доцент ФГБОУ ВПО Башкирский ГАУ
Ведущая организация:	ГНУ Поволжский НИИ производства и переработки мясомолочной продукции РАСХН

Защита состоится 21 марта 2012 года в 13 часов 30 минут на заседании диссертационного совета Д 212.035.04 при ФГБОУ ВПО Воронежский государственный университет инженерных технологий по адресу: 394036, г. Воронеж, проспект Революции, 19, ауд. 035

Отзывы на автореферат (в двух экземплярах), заверенные гербовой печатью учреждения, просим присылать в адрес совета академии.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО Воронежского государственного университета инженерных технологий

Автореферат размещен в сети Интернет на официальном сайте Министерства образования и науки РФ referat _vak@mon.gov.ru и на сайте ФГБОУ ВПО ВГУИТ http//www.vsuet.ru л20 марта 2012 г.

Автореферат разослан л 20 марта 2012 г.

Ученый секретарь совета по защите

докторских и кандидатских

диссертаций, д.т.н.                                 Л.В.аГолубева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Питание является одним из основных факторов внешней среды, определяющих здоровье человека, (нормальный рост и развитие, физическую и умственную работоспособность), продолжительность жизни, а также формирующих физиологический и иммунный статус биологических макросистем. Последнее связано с ролью компонентов пищи в обеспечении надежности биологических систем, а, следовательно, здоровья человека

Одна из наиболее актуальных в настоящее время проблем питания - дефицит веществ-антиоксидантов, которые защищают клетки организма от воздействия негативных факторов различного происхождения и продлевают его молодость, работоспособность и устойчивость к заболеваниям. К таким веществам относится селен. В ряде регионов выявлена недостаточная обеспеченность населения селеном. Недостаток и неравномерное распределение селена в окружающей среде обуславливает его низкое содержание в организме, что способствует возникновению ряда заболеваний.

В Российской Федерации крайне низкие уровни Se в почвах отмечаются в Бурятии, Читинской и Иркутской областях, Центрально- чернозёмном и других регионах России и СНГ :Ленинградская, Псковская, Новгородская, Калужская, Брянская, Ярославская области, Алтайский край, Северо-запад Украины, Белоруссия, Киргизия и др. В этих районах и областях могут быть выявлены отдельные категории населения (беременные женщины, дети, лица, пострадавшие от радиации в Чернобыле), обеспеченность которых селеном оказывается значительно ниже среднего уровня.

Селен является одним из эссенциальных микроэлементов. Он участвует в работе иммунной, антиоксидантной и детоксикационной систем организма. В составе ферментов пероксидазы и глутатионпероксидазы микроэлемент ингибирует образование перекисей, прерывает цепь свободнорадикального окисления и нейтрализует свободные радикалы в момент их возникновения. Также селен является антагонистом ртути, кадмия, свинца, мышьяка, галлия, теллура и ванадия, защищает клетки от токсического действия. Доказаны защитные свойства селена при ионизирующем излучении, токсичном действии нитратов и нитритов, тяжелых металлов. Это - геропротектор, замедляющий старение организма.

В работах И.В. Гмошинского, Н.А. Голубкиной, Е.А. Егоровой, В.К. Мазо, И.Ф. Горлова, В.Н. Храмовой, И.С. Хамагаевой, С.Д. Жамсарановой, И.Т. Бубеева, А.Ю. Мишанина, A. Alzate, T. Chen, I Hininger-Favier, др. отечественных и зарубежных ученых обоснованы подходы к обогащению селеном продуктов питания повседневного спроса, включая стимуляцию аккумулирования селена зерновыми и зернобобовыми культурами, использование в качестве источников селена морских водорослей, коррекцию кормовых рационов сельскохозяйственных животных за счет использования селенсодержащих добавок. При этом их реализация связана с комплексной модернизацией системы животноводства и требует времени и материальных затрат, а использование концентрированных источников селена, например, диметилдипиразолилселенида, путём внесения в колбасные фарши, что не гарантирует его равномерное распределение по объёму продукта.

Специфика аминокослотного состава коллагена, а также наличие значительного количества гидрофильных и гидрофобных участков, идентифицируемых по содержанию полярных и неполярных остатков (Л.В. Антипова, С.А. Сторублевцев, 2009), во многом определяет функциональность избранных сырьевых источников коллагена - отходов жиловки говядины в виде жилок, сухожилий, фасций как объектов с высокой сорбционной способностью (Л.В. Антипова, С.А. Сторублевцев, 2009; Ю.В. Болтыхов, И.А. Глотова, 2009; И.В. Поленов, 2010 и др.). Однако вопросы разработки полифункциональных пищевых добавок для защиты биосистем и коррекции селендефицитных состояний изучены и реализованы в виде технологических решений и рекомендаций отраслям пищевой промышленности крайне недостаточно.

Существующие меры профилактики не решают в полном объеме проблемы, связанные с недостатком селена, поэтому необходима разработка новых технических решений по расширению ассортимента продуктов питания, компенсирующих дефицит этого микроэлемента в пищевых рационах.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом НИР кафедры пищевой биотехнологии и переработки животного и рыбного сырья ФГБОУ ВПО Воронежский государственный университет инженерных технологий: Теория и практика производства биологически полноценных, комбинированных, аналоговых и функциональных продуктов питания на основе рационального использования сельскохозяйственных ресурсов с привлечением методов биотехнологии(№ г.р. 012.006.037.63 2008-2011 гг.);

Цель работы - исследование закономерностей сорбции (иммобилизации) селена на коллагеновом носителе в расширении ассортимента полифункциональных источников биопротекторных факторов в питании для дозированного обогащенния селеном продуктов питания широкого потребительского спроса на основе мясного и рыбного сырья.

В рамках поставленной цели решались следующие задачи:

-выбор исходных объектов для проектирования селенсодержащих полифункциональных добавок;

-обоснование условий получения полифункциональной добавки для обогащения селеном мясных и рыбных пищевых систем;

- комплексная оценка свойств селенсодержащей коллагеновой добавки;

-изучение влияния селенсодержащей добавки на ФТС мясных и рыбных пищевых систем с использованием мясного и рыбного сырья

-изучение влияния технологических факторов на стабильность селена;

- проектирование рецептур обогащённых селеном мясных и рыбных рубленых полуфабрикатов.

- оценка показателей их качества, пищевой и биологической ценности;

- разработка проектов технической документации на новые виды мясных и рыбных полуфабрикатов с использованием селенсодержащей добавки;

- технико- экономическая оценка результатов исследований, опытно- промышленная апробация

Научная новизна состоит в обосновании выбора диметилдипиразолилселенида как источника селена и биомодифицированных коллагеновых белков животных тканей как биополимерной основы для получения полифункциональной пищевой добавки с биопротекторными свойствами.

Установлены условия и закономерности сорбции органического (диметилдипиразолилселенид) и неорганического (селенид натрия) источников селена на биомодифицированных коллагеновых носителях.

Выявлены закономерности влияния иммобилизированного коллагенового препарата селена на ФТС мясных и рыбных фаршей.

Методами SDS-электрофореза идентифицированы структурные особенности продуктов модификации коллагеновых белков и изучен их молекулярно-массовый состав.

Проведена оценка сорбционной способности биополимерной системы продуктов модификации жилок и сухожилий крупного рогатого скота по отношению к диметилдипиразолилселениду.

На основе квантово-механического моделирования разработана гипотетическая модель взаимодействия продуктов модификации коллагеновых белков с диметилдипиразолилселенидом.

Для дозированного обогащения селеном продуктов питания широкого потребительского спроса обоснованы режимы получения полифункциональной пищевой добавки и проведена комплексная оценка ее свойств. Обоснованы режимы получения и разработана технологическая схема получения полифункциональной пищевой добавки для обогащения селеном пищевых систем на основе мясного и рыбного сырья.

Практическая значимость. Подтверждена стабильность селена в составе добавки при различных видах и соответствующих им режимах технологической обработки (перемещивание, варка, запекание.)

Предложены модифицированные технологические схемы производства мясных и рыбных рубленых полуфабрикатов, обеспечивающих удовлетворение суточной потребности в селене на 25-50 %

Новые и модифицированные технологии прошли промышленную апробацию на ОАО Комбинат мясной Россошанский, г. Россошь Воронежской обл. и ООО Системы качества жизни (г. Нововоронеж). На новые полуфабрикаты разработаны проекты технической документации (Полуфабрикаты мясные рубленые, обогащенные селеном, Полуфабрикаты рыбные рубленые, обогащённые селеном). Подана заявка на патент Использование селенсодержащей коллагеновой добавки в технологии мясных и рыбных продуктов

Расчеты доказывают экономическую целесообразность и эффективность технических решений.

Научные положения, выносимые на защиту:

• сравнительная оценка антиоксидантной способности, биологической активности и токсических свойств селенита натрия и диметилдипиразолилселенида как источников селена для получения, иммобилизованных коллагеновых препаратов;
• условия получения и свойства селенсодержащей добавки, условия её стабильности в составе мясных и рыбных фаршевых систем;
• условия и рекомендации по применению селенсодержащей коллагеновой добавки в технологии мясных и рыбных рубленых полуфабрикатах

Соответствие диссертации паспорту научной специальности. Диссертационное исследование соответствует п. 1, 4, 5 и 10 паспорта специальности 05.18.07 - Биотехнология пищевых продуктов и биологических активных веществ.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы доложены и обсуждены на отчетных научных конференциях Воронежского государственного университета инженерных технологий (2008-2011); международной научно-технической конференции Инновационные технологии переработки сельскохозяйственного сырья в обеспечении качества жизни: наука, образование и производство (Воронеж, 2008); VIII научно-практической конференции Совершенствование техники, технологии и методов управления на предприятиях пищевой и перерабатывающей промышленности (Воронеж, 2008); Пятом съезде Общества биотехнологов России им. Ю.А. Овчинникова (Пущино, 2008); Пятом Московском международном конгрессе Биотехнология: состояние и перспективы развития (Москва, 2009); Московской международной научно-практической конференции Биотехнология: экология крупных городов (Москва, 2010); международной научно-практической конференции Инновационные пути в разработке ресурсосберегающих технологий производства и переработки сельскохозяйственной продукции (Волгоград, 2010) и др.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 18 печатных работ, в том числе 3 статьи в журналах, входящих в перечень периодических изданий, рекомендованных ВАК России, 4 тезиса,
11 статей в научно- технических журналах и материалах конференций.

Структура и объем работы. Диссертационная работа включает введение, обзор литературы, характеристику объектов и методов исследований, три главы экспериментальной части, выводы, список использованных источников и приложений. Работа содержит 150 страниц машинописного текста, (112) страниц приложений, 25) таблиц, (51)рисунок. Библиографический список включает 117 наименований, в том числе
42 иностранных.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы, сформулированы цель и задачи исследований.

В главе I Аналитический обзор литературы Осуществлён аналитический обзор данных литературы, касающихся биологических функций и метаболизма селена в организме человека. Изучены источники селена для обогащения пищевых продуктов и пути коррекции его дефицита в питании. Проанализирован зарубежный и отечественный опыт, а также тенденции производства обогащённых селеном продуктов питания. Показано, что отечественное производство обогащённых селеном продуктов питания не развито и требует дополнительных исследований.

В главе II Объекты и методы исследований представлены порядок проведения, объекты и методы экспериментальных исследований.

В соответствии с целью и задачами работы объектами исследования служили: жилки и сухожилия, выделенные при жиловке говядины в условиях колбасных цехов мясоперерабатывающих предприятий (ОАО Хладокомбинат, г. Воронеж, ОАО Комбинат мясной Россошанский, г. Россошь, Воронежская обл.), как исходное сырье для получения коллагеновых носителей при проектировании селенсодержащих пищевых добавок; продукты их химической и ферментативной модификации; селенит натрия (производитель - фирма МСД Кемикалс (лMCD, г. Москва); диметилдипирозолилселенид натрия (Селекор, производитель - ООО Селекор, г.аМосква, ТУ 9291-007-59582032),а также коллагеновые полупродукты, полученные в результате иммобилизации соединений селена.

Экспериментальные исследования проводили в условиях НИЛ кафедры пищевой биотехнологии и переработки животного и рыбного сырья, кафедры аналитической и физической химии, аналитического центра ФГБОУ ВПО Воронежского государственного университета инженерных технологий, Воронежского филиала ГУ ДПО Академия стандартизации, метрологии и сертификации, в лаборатории методов оптико-спектрального анализа ИБК РАН (г.аПущино Московской обл.), а также во Всероссийском научно-исследовательском ветеринарном институте патологии, фармакологии и терапии.

Оценку рецептур проводили, анализируя комплекс органолептических показателей, потребительских и технологических характеристик. Производственную апробацию модифицированных технологических решений по производству мясных и рыбных полуфабрикатов, обогащенных селеном, производили в условиях ОАО Комбинат мясной Россошанский (г. Россошь, Воронежская обл.) и ООО Системы качества жизни (г. Нововоронеж).

При определении общего химического состава коллагеновых полупродуктов, модельных мясных и рыбных фаршей, мясных и рыбных рубленых полуфабрикатов с использованием селенсодерщащих полифункциональных добавок пользовались методами:

- массовой доли влаги - термогравиметрическим в соответствии с требованиями ГОСТ 9793-74; - жира - методом Сокслета и рефрактометрическим после экстрагирования жира из высушенной навески образца монобромнафталином в соответствии с рекомендациями ГОСТ 13979.2-94; минеральных веществ - гравиметрическим методом после сжигания органических веществ в муфельной печи при температуре 500-700 оС в течение 5-6 ч до постоянной массы в соответствии с известными рекомендациями; белка - фотометрическим методом по ГОСТ 25011-81. Функционально-технологические свойства пищевых систем на основе животного и рыбного сырья (ВУС, ВСС, ВВС, ЖУС, ЭС, СЭ) определяли в соответствии с рекомендациями по методу Грау и Хама в модификации В.П.аВоловинской и Б.И. Кельман; а также традиционными методами

Определение антиоксидантной активности с использованием амперометрического способа определения содержания антиоксидантов. Содержание селена в образцах определяли по МУК 04-33, а также флуориметрическим методом с использованием 2, 3 -диаминонафталина (ДАН). Оценку аминокислотной сбалансированности и биологической ценности продуктов проводили расчетным путем в автоматизированном режиме на ПЭВМ по аминокислотному скору; коэффициент различия аминокислотного скора; биологическая ценность пищевого белка согласно рекомендациям (Н.Н.Липатов,1995);определение количества мезофильных аэробных и факультативно-анаэробных микроорганизмов проводили посевом продукта в агаризованную питательную среду с последующим подсчётом выросших колоний. Биологическую безопасность определяли на биотесте-одноклеточном организме - культуре Paramecium caudatum в стационарной фазе роста, который предложен к использованию в качестве токсикологического тест-объекта (Э.Г.аГолубкова, 1978) на базе которого адаптирована и рекомендована для тестирования биообъектов в работах сотрудников ВНИВИПФиТ (В.С.аБузлама и др., 1997); Сравнительную оценку структурных изменений коллагенов проводили с использованием метода ИК-спектроскопии. Определение УФ-спектров водных растворов селенита натрия и диметилпирозолилселенида проводили на портативном спектрофотометре UVМini-1240 японской фирмы УShimadzu; Изучение ароматов проводили на анализаторе запахов МАГ-8 с методологией лэлектронный нос (производство ООО Сенсорные технологии, Воронеж). Концентрацию белков определяли фотометрически на спектрофотометре НаноДроп ND 1000; Молекулярно-массовое распределение коллагеновых фракций проводили с помощью SDS-электрофореза (VE-1M, ООО Биоклон). Построение гипотетической пространственной модели взаимодействия коллагеновых белков и молекул селена осуществляли с использованием квантово-химической и молекулярно-динамической программы HyperChem Release 8.0; Проектирование рецептур продуктов на мясной и рыбной основе, использовали программу Generic2.0 (Г.И. Касьянов и др., КубГТУ).

В главе III Исследование условий получения иммобилизованных форм селена на коллагеновых носителях приведены сравнительная оценка антиоксидантной способности, биологической активности и токсических свойств альтернативных источников селена.

Сравнительная оценка антиоксидантной способности источников селена в соответствии с рекомендациями на основе сопоставительного анализа хроматограмм антиоксидантной активности растворов представлена на рис.1, откуда видно,ч то раствор диметилдипиразолилселенида имеет в 5 раз большую антиоксидантную активность, чем раствор селенита натрия.

Оценку безвредности и биологической активности источников селена проводили с помощью экспресс-биотеста. Как показали результаты экспериментов (таблица 1), что в пробах неорганического соединения селена обнаруживается незначительное агрессивное воздействие на биообъекты,в то время как раствор диметилдипиразолилселенида в разведениях 1:1000 и 1:10000, судя по показателям плотности инокулята, симулирует размножение одноклеточного организма Paramecium caudatum.

Рисунок 1 - Сравнительная оценка антиоксидантной способности
альтернативных источников селена

Таблица 1 - Сравнительная оценка биологической активности
и безвредности альтернативных источников селена

Разведение	Биологическая безопасность	Плотность Инокулята (ПИ)	Индекс биологической активности (ИБА)
Раствор селенита натрия
1:1000	БА*	08,10,1**	0,760,1***
1:10000	ИН	0,870,1	0,90,1
1:1000000	ИН	1,00,1	1,00,1
Коллагеновый носитель с селенитом натрия
1:1000	ИН	1,00,1	1,00,1
1:10000	ИН	1,00,1	1,10,1
1:1000000	ИН	1,10,1	1,00,1
Раствор диметилдипиразолилселенида
1:1000	ИН	1,180,1	1,20,1
1:10000	ИН	1,10,1	1,00,1
1:1000000	ИН	1,00,1	1,00,1
Колагеновый носитель с диметидипиразолилселенидом
1:1000	ИН	1,10,1	1,150,1
1:10000	ИН	1,10,1	1,00,1
1:1000000	ИН	1,00,1	1,00,1

Сравнительная оценка биологической активности и токсических свойств источников селена позволяет обосновать предпочтительный выбор органической формы селена для конструирования полифункциональных добавок с целью регулирования функционально-технологических свойств и обогащения селеном пищевых систем. Таким образом, усложнение структуры органического носителя селена приводит к уменьшению токсичности вещества, а так же, к значительному уменьшению кумулятивных свойств (И.С. Хамагаева, О.С. Кузнецова; O.аChinrasri, P. Chantiratikul, W. Thosaikham)

В результате исследований обоснованы условия модификации коллагеновых животных белков под действием биотехнологических факторов. На этапе модификации коллагенсодержащее сырьё подвергали ферментной обработке коллагеназой. Выбор данного ферментного препарата основывался на оптимуме значения рH для проявления его максимальной активности, близком к уровню рH мясного сырья, наличию его промышленного производства, а также высоким сродством к гидролизу коллагеновых субстратов. Гидролиз проводили в течение четырех часов коллагеназой в концентрации 0,05%, что соответствует дозировке 0,8-1,0 ед. ПА/г сырья. Режимы обработки аналогичны обоснованным и рекомендованным для аналогичных объектов работами проф. Л.В.аАнтиповой, О.Т. Ибрагимовой (2003-2004 гг.). Вторым этапом модификации коллагенсодержащего сырья была пероксидно-щелочная обработка, с содержанием 10 г/дм3 гидроксида натрия и 5 г/дм3 пероксида водорода при соотношении компонентов 2:1., в течении 6 час, t = 16-25оС.

Проведенный предварительно ферментативный гидролиз позволяет выбрать более низкий уровень pH при гидролизе (pH 9), так как в пищевом производстве крайне нежелательна высокая агрессивная щелочная среда, и сократить время обработки до шести часов.

В результате разделения исследованного нами раствора коллагена методом SDS-электрофореза в препарате было выявлено 4 основных белковых фракции. Результаты свидетельствуют, что выбранный вариант обработки обеспечивает деструкцию нативного коллагена, сопровождающуюся уменьшением его молекулярной массы от 3 до 5,9 раза, однако, полученные низкомолекулярные фракции коллагена сохраняют упорядоченные области (Л.В.Антипова 2006 г.)

В полученный препарат коллагеновых белков с pH 9,0 вносили соответственно растворы селенита натрия и диметилдипиразо-лилселенида из расчета 2 мкг/г при температуре 18-20 0С. Значение рН препарата коллагеновых белков обусловлено реакционной способностью селенит-иона и диметилпиразолилселенида.Результаты исследований показывают, что селенит натрия и диметилдипирозолилселенид примерно одинаково вступают в реакцию с коллагеновыми белками. Максимальное связывание селена происходит при 2-4 часах, далее начинаются процессы ресорбции.

При исследовании спектральных характеристик препаратов селена. изучены ИК-спектры коллагенового носителя и двух добавок на основе коллагеновых белков, обогащённых селеном. В качестве источника селена в первом случае выступал селенит натрия (рис 2), во втором - диметилпиразолилселенид (рис.3). Во всех идентифицируемых нами спектрах присутствуют одинаковые пики при 631 см-1, 816 см-1, 2842 см-1 и 3263 см-1. Последний пик свидетельствует о наличии в молекулах групп ЦNHЦ.

Рисунок 2 ИК-спектры базовых объектов и селенита натрия при иммобилизации на коллагеновом носителе:1-селенит натрия; 2- коллагеновый носитель; 3- коллагеновый носитель с селенитом натрия

Рисунок .3 ИК - спектры базовых объектов и диметилдипиразолилселенида при иммобилизации на коллагеновом носителе: 1- диметилдипиразолилселенид; 2-коллагеновый носитель; 3-коллагеновый носитель с диметилдипиразолилселенидом

В спектрах биомодифицированных препаратов коллагена до и после иммобилизации неорганического селена совпадает ярко выраженный пик при 1631 см-1. В аналогичных условиях в спектрах биомодифицированного коллагена и коллагена, связанного с органической формой селена, совпадает пик при 1526 см-1.

Для ИК-спектра коллагена, связанного с неорганическим селеном, характерны ярко выраженные пики при 1132 см-1, 1368 см-1. Для ИК-спектра коллагена, связанного с органическим селеном характерны ярко выраженные пики при 579 см-1, 1079 см-1, 1289 см-1. Последний спектр свидетельствует о более сложном строении молекулы, по сравнению с предыдущей, и служит подтверждением гипотезы о том, что функциональные группы в составе биомодифицированных форм коллагеновых белков способны к образованию дополнительных связей с производными селена. Данное свойство позволяет использовать биомодифицированные коллагеновые белки в качестве матрицы для конструирования пищевых добавок с заданными свойствами.

Изучена сорбционная способность модифицированных коллагеновых белков по отношению к источникам селена. Результаты исследований показывают, что селенит натрия и деметилдипиразолилселенид примерно одинаково вступают в реакцию с коллагеновыми белками и максимально связывают селен через 2-4 часа, далее преобладают процессы ресорбции.

В главе 4 Получение и комплексная оценка свойств иммобилизованного селена на коллагеновом носителе представлены технологическая схема производства селенсодержащей добавки с использванием коллагеновых носителей (рис.4).

Рисунок 4. Технологическая схема производства селенсодержащей добавки с использованием коллагеновых белков как носителей

Результаты исследования условий получения иммобилизованных форм селена положены в основу разработанной и предложенной технологической схемы производства полифункциональной добавки, которая реализуется на этапах: приемка вторичного коллагенсодержащего сырья (смесь жилок и сухожилий крупного рогатого скота, выделяемых на этапах жиловки в колбасном, консервном, полуфабрикатном производствах), измельчение на волчке, промывка проточной водой, ферментативный гидролиз балластных белковых фракций с повторной промывкой, пероксидно-щелочной гидролиз, внесение раствора диметилпиразолилселенида с последующей иммобилизацией селена на носителе, нейтрализация, промывка (рис. 4). Промывные воды могут быть использованы в кормопроизводстве.

Данные о химическом составе полученной добавки представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Химический состав селенсодержащей добавки

Показатели	Значение показателей
Массовая доля, %:
влаги	76,4
белка в т.ч. в сухом веществе	12,5 52,9
жира в т.ч. в сухом веществе	9,9 41,9
зола в т.ч. в сухом веществе	1,2 5,1

Содержание селена в золе 1,23210-2 %.

Иммобилизация селена позволяет равномерно распределить его по объему добавки и, как следствие, обеспечить технологические преимущества при последующем использовании в пищевых системах при их перемешивании. Полученные данные показывают, что иммобилизованный селен на коллагеновом носителе повышает стабильность добавок к микробиологической порче. Оценку безвредности и биологической активности новой селенсодержащей коллагеновой добавки проводили с помощью экспресс-биотеста на культуре Paramecium caudatum. Результаты проведенных исследований показывают, что изучаемые коллагеновые добавки нетоксичны. К тому же, коллагеновый носитель с диметилдипиразолилселенидом в разведении 1:1000 проявляет способность стимулировать размножение и повышать жизнеспособность клеток, что подтверждает биологическую активность.

При обогащении селеном на носителе продуктов питания из животного и рыбного сырья, необходимо изучение комплекса функционально-технологических свойств.

Исследовано влияние селенсодержащей коллагеновой добавки на функционально-технологические свойства (ФТС) пищевых систем. Результаты исследования ФТС мясных фаршей (состав говядина второго сорта - свинина полужирная в соотношении 1:1)с добавлением коллагеновой добавки представлены в таблице 3.

Таблица 3 - Основные функционально - технологические свойства мясных фаршевых систем

Массовая доля замены основного сырья коллагеновой добавкой, %	ЖУС, %	ВСС, %	ВУС, %	ЭС, %	СЭ, %
0	80,00	39,82	93,00	7,10	95,00
5	80,09	44,21	96,34	7,00	95,00
10	82,11	52,77	97,84	7,00	95,40
15	83,73	59,79	98,54	6,80	95,90
20	85,12	53,45	99,10	6,70	96,30
25	86,69	49,01	99,15	6,40	96,30
30	87,71	48,67	99,46	6,30	96,60

В результате проведённых исследований установлено, что по функционально-технологическим показателям котлетные фарши с коллагеновой добавкой и с коллагеновой добавкой, обогащённой селеном существенно не отличаются. Кроме того, отмечается некоторое увеличение показателей. Данный факт, по-видимому, связан с тем, что механизм иммобилизации селена на коллагеновом носителе не затрагивает функциональные группы, ответственные за связывание молекул воды. Отмечается также некоторое увеличение показателей: ВСС - на 0,8 %, ВУС - на 0,64 %, ЖУС - на 1,99 %, ЭС - на 1,23 %, СЭ - на 0,5 %, что видимо связано со смещением электронной плотности различных видов связей влаги (адсорбционная, осмотическая и капиллярная влага). Однако массовая доля добавки свыше 20% снижает эти показатели.

Аналогичные исследования проведены применительно к рыбным фаршам. В качестве объектов исследования выступали: контрольный фарш из трески, фарш с внесением 20 % коллагеновой добавки и фарш с внесением 20 % селенсодержащего коллагенового препарата (Л.В. Антипова, О.П.аДворянинова).

Результаты проведенных экспериментов подтвердили имеющиеся литературные данные о том, что коллагеновые субстанции, полученные методами биотехнологии на основе отходов при жиловке говядины, обладают комплексом целевых функционально-технологических свойств применительно к пищевым системам на основе рыбного сырья.

Таким образом, фарши на основе рыбного сырья с массовой долей 20а% селенсодержащей добавки имеют высокие функциональные характеристики, которые превосходят аналогичные показатели контрольных образцов и в значительной мере поддаются целенаправленному регулированию. В результате этого возможна разработка рецептур продуктов на основе животного и рыбного сырья, которые позволят получить продукт с высокими функционально-технологическими свойствами и, кроме того, обладать еще и функциональным действием на организм человека как источники селена при условии стабильности связанного селена при различных режимах и параметрах обработки, характерных для технологии мясных и рыбных продуктов.

Экспериментальные данные о влиянии технологических факторов на стабильность иммобилизованных форм селена в составе пищевых систем, свидетельствуют о том, что при кулинарной обработке мясного и рыбного фарша наблюдается увеличение концентрации селена. Данный факт можно объяснить изменением соотношения сухих веществ и влаги. Небольшая разница в содержании селена в образцах при разных режимах кулинарной обработки полуфабрикатов, возможно, связана с температурой и длительностью процесса. На основе полученных данных можно сделать вывод, что наиболее предпочтительно использовать жарение и варку на пару.

При хранении охлажденных мясных и рыбных полуфабрикатов, обогащенных селеном в течение 3 суток при температуре плюс 2оС, достоверно значимых различий в изменении содержания селена выявлено не было. Другая картина наблюдалась при хранении замороженных полуфабрикатов. Полученные данные по исследованию стабильности селена в составе замороженных мясных полуфабрикатов представлены на рис. 5. Как видно на диаграмме, представленной на рисунке 5, при хранении замороженных мясных полуфабрикатов содержание селена уменьшается. Аналогичные закономерности характерны и для полуфабрикатов из рыбы, что можно объяснить процессами, происходящими в фарше при холодильной обработке.

Рисунок .5 - Стабильность селена
в составе мясных рубленых полуфабрикатов при хранении

(t = минус 82 С)

Связи между селеном и продуктами модификации коллагена имеют невысокую энергию. Пищевые продукты представляют собой полидисперсные системы, в которых чаще всего вода является дисперсионной средой, а дисперсная фаза включает в себя большое количество органических и неорганических веществ с различно степенью дисперсионности частиц. При замораживании происходит перераспределение растворенных веществ между дисперсионной средой и дисперсной фазой, и селен, предположительно, переходит в дисперсионную среду. При размораживании теряется значительное количество воды с растворенным в ней селеном.

Таким образом, полифиункциональная селенсодержащая добавка на коллагеновой основе может быть рекомендована к использованию при разработке рецептур мясных и рыбных охлажденных полуфабрикатов.

В главе 5 Разработка рекомендаций по использованию полифункциональной селенсодержащей добавки в частных технологиях мясных и рыбных полуфабрикатов приведены результаты проектирования рецептур с применением селенсодержащей коллагеновой добавки на основе программного обеспечения Generic 2.0 и разработки модифицированных технологий производства мясных и рыбных полуфабрикатов представлены на рисунке 6.

Функция желательности аминокислот  Функция желательности аминокислот

а б

Рисунок 6 - Диаграммы функций желательности сбалансированного аминокислотного состава рецептурной композиции для мясных котлет а) где dl, d2, ... d8 - частные функции желательности: d1 - валин, d2 Цизолейцин, d3 - лейцин, d4 - лизин, d5 - метионин+цистин, d6 - треонин, d7 - триптофан, d8 - фенилаланин. Dобщ - Обобщенный критерий желательности и для рыбных котлет б) где dl, d2, ... d8 - частные функции желательности: d1 - валин, d2 Цизолейцин, d3 - лейцин, d4 - лизин, d5 - метионин+цистин, d6 - треонин, d7 - триптофан, d8 - фенилаланин.Dобщ - Обобщенный критерий желательности

Обобщенный критерий желательности для мясных котлет равен 0,96, для рыбных котлет 0,92, что соответствует оценке " очень хорошо" по шкале желательности и превосходит аналогичный показатель для базовых рецептур. По результатам исследований обоснованы и предложены модифицированные рецептурно-компонентные решения и технологические схемы производства : мясных и рыбных охлажденных полуфабрикатов.с применением полифиункциональной селенсодержащей добавки на коллагеновой основе.

Модифицированные технологические схемы отличаются от традиционных дополнительными стадиями подготовки и внесения добавки на этапе перемешивания. Примеры рецептур, для полуфабрикатов мясных рубленных приведены в табл.4, модифицированная технологическая схема - на рис. 7.

Таблица 4 - Рецептурный состав полуфабрикатов мясных рубленных

Наименование основного сырья и материалов	Базовая рецептура	Модифицированная рецептура
Мясо котлетное	39,00	31,00
Свинина полужирная	29,00	20,00
Селенсодержащая добавка	-	20,00
Крупа манная	7,00	6,00
Яйца куриные	2,00	2,00
ук репчатый	7,00	7,00
Сухари панировочные	4,00	4,00
Соевый изолят	6,00	4,00
Вода	4,00	4,00
Соль поваренная	2,00	2,00
Перец черный молотый	0,02	0,02

Рисунок 7- модифицированная технологическая схема
производства мясных полуфабрикатов.

По органолептическим показателям разработанные котлеты мясные Добрые соответствуют требованиям к традиционным продуктам данной ассортиментной группы (табл. 5). В результате органолептической оценки обнаружено, что селенсодержащая добавка не влияет на вкус, консистенцию. Показатели химического состава готовых котлет и контрольного образцов незначительно различались по содержанию массовой доли влаги, жира, белка и золы. Результат расчёта биологической ценности готовых продуктов приведён в таблице 6.

Таблица 5 - Органолептические показатели продукции

Наименование показателя	Характеристика для полуфабрикатов
	Котлеты мясные Добрые
Внешний вид	Изделия из мясного фарша округлой или овальной формы. В панировке, декоративной обсыпке или без нее. Без разорванных и ломаных краев
Консистенция	Охлажденных полуфабрикатов - мягкая, не крошливая; замороженных - твердая
Вид на разрезе	Хорошо перемешанного фарша, без сухожилий, хрящей, кровяных сгустков и пленок, кусочков кости, не промешанного хлеба и жира
Цвет на разрезе	От светло-красного до темно-красного
Запах и вкус	Свойственный доброкачественному сырью, с ароматом специй

Таблица 6 - Расчет биологической ценности мясных рубленых
полуфабрикатов

Наименование образца	КРАС,%	БЦ,%	Коээфициент утилитарности аминокислотного состава
Котлеты Добрые	42,60	57,40	0,74
Котлеты традиционные	44,9	55,10	0,71

При оценке биологической активности и безвредности мясных рубленных полуфабрикатов было установлено, что присутствие селена в фарше повышает жизнеспособность клеток. По микробиологическим показателям полуфабрикаты мясные рубленные не превышают предельно- допустимые уровни, установленные Гигиеническими требованиями к качеству и безопасности продовольственного сырья и пищевых продуктов л СанПиН 2.3.2.1078-01.(рис.8) Аналогичные исследования проводились по полуфабрикатам рыбным рубленным, получены идентичные результаты

Проведено изучение аромата для опытного и контрольного образцов мясных и рыбных полуфабрикатов. Изучена динамика изменения аромата над образцами свежеприготовленными и после хранения 10 ч. при температуре 20С и 12 ч при температуре 4С для установления возможной порчи.

Рисунок 8 - микробиологические показатели мясного фарша

Для тестируемых проб на основе мяса характерно заметное различие в аромате, отражающееся составом равновесной газовой фазы (РГФ) над пробами (рис. 9, 10). Функция отклика выбранных сенсоров связана с содержанием легколетучих кислородсодержащих веществ (спирты, кислоты, альдегиды и др.), воды, а также ароматформирующих компонентов добавки. Более тонкие различия в составе РГФ над образцами позволяют установить оптимизированные кинетические визуальные отпечатки РГФ над образцами свежеприготовленными и после хранения.

Наблюдаются существенные различия в качественном составе легколетучих соединений в образцах из мясного сырья как свежеприготовленного, так и после хранения.

В пробах с добавлением коллагена с селеном увеличивается содержание влаги в свежеприготовленных образцах на 18,4 % по сравнению с контрольной пробой (без добавки).

Уменьшается аромат после хранения: для образцов без добавки на 33,2 %; для образцов с добавкой на 59,2 %. Аналогичные исследования проводились с рыбными полуфабрикатами. В пробах с добавлением коллагена с селеном увеличивается содержание влаги в свежеприготовленных образцах на 26,4 % по сравнению с контрольной пробой (без добавки). В процессе хранения наблюдается существенное уменьшение аромата. Для проб без добавки на 54,5 %; для проб с добавкой на 84,6 %.

Такое значительное различие в уменьшении аромата для проб, с добавкой и без добавки может быть объяснено тем, что в пробе, обогащенной селенсодержащей добавкой увеличивается содержание влаги, за счет наличия в ней коллагена. Это можно объяснить тем, что коллаген обладает высокими водоудерживающей и водосвязывающей способностями.

Рисунок 9 Цпримеры визуальных отпечатков аромата
свежеприготовленных тестируемых проб на основе мясного фарша.

Рисунок 10 примеры визуальных отпечатков аромата
после хранения тестируемых проб на основе мясного фарша.

Уменьшение аромата может быть объяснено тем, что кроме естественной потери аромата при хранении в пробах начинаются процессы порчи, в результате которых изменяется состав РГФ. Это подтверждается появлением на кинетических визуальных отпечатках РГФ проб без добавок и в меньшей степени с добавкой новых сигналов сенсоров (отмечено областями). Таким образом, можно утверждать, что добавление коллагена с селеном способствует подавлению микробиологической порчи продукта на основе мясного и рыбного сырья, что подтверждают также данные микробиологических исследований.

В результате расчетов установлено, что расчетная годовая прибыль от производства 500 кг мясных полуфабрикатов в смену 5238 тыс.р., уровень рентабельности 15%. Масса упаковки котлет 750 г (в упаковке 10 котлет). Цена за упаковку 139 р. Цена на традиционные мясные полуфабрикаты из натурального сырья 144 р., что несколько выше разработанных, т.к. при производстве котлет Добрые ценное мясное сырье заменяется на более дешевое вторичное мясное сырье (коллаген). Расчетная годовая прибыль от производства 600 кг рыбных полуфабрикатов в смену 3204,5 тыс. р., уровень рентабельности 15%.. Цена за упаковку 92,2 р. Цена на традиционные рыбные полуфабрикаты выше и составляет 101,3 р. Кроме более низкой цены разработанные нами полуфабрикаты имеют функциональную направленность и высокие органолептические показатели.

ВЫВОДЫ

1. По показателям биологической активности, токсичности, антиоксидантной активности предпочтительной формой для моделирования пищевых добавок с иммобилизованной формой селена является диметилдипиразолилселенид.
2. В качестве носителя селена для обогащения пищевых систем целесообразно использовать модифицированные формы коллагена путем последовательной ферментативной и пероксидно-щелочной обработки.
3. Условия обработки (первая стадия - дозировка препарата коллагеназы 0,8-1,0 ед. ПА/г сырья, температура 37 оС, продолжительность 2,5-3 ч; вторая стадия - 10 г/дм3 гидроксида натрия и 5 г/дм3 пероксида водорода при соотношении компонентов 2:1, продолжительность 6 ч, температура 16-25аоС) обеспечивают получение низкомолекулярных фракций коллагена с сорбционной емкостью в отношении селена на уровне 1мкг/г белка.
4. Нетоксичность и биологическая активность иммобилизованных коллагеновых препаратов селена подтверждены с помощью экспресс-биотеста на культуре Paramecium caudatum.
5. Установлено, что коллагеновые субстанции, полученные методами биотехнологии на основе отходов при жиловке говядины, обладают комплексом целевых функционально-технологических свойств применительно к пищевым системам на основе мясного и рыбного сырья при дозировках до 30 % к массе мясного и до 20 % к массе рыбного фарша.
6. Условия сорбции диметилдипиразолилселенида на модифицированном коллагеновом носителе обеспечивают получение препарата, стабильного при режимах термической обработки, применимых в технологиях мясных и рыбных рубленых полуфабрикатов (варка на пару, жаренье, запекание).
7. Разработанные рецептуры полуфабрикатов сбалансированы по составу, обеспечивают удовлетворение суточной потребности в селене в среднем на 25-50 % от рекомендуемой суточной дозы при употреблении 100 г продукта.
8. Проведенные расчеты подтверждают экономическую целесообразность предлагаемых технических решений при рентабельности производства мясных и рыбных рубленых полуфабрикатов на уровне 15 %.
9. Разработанные проекты технической документации на новые виды мясных и рыбных полуфабрикатов с использованием селенсодержащей добавки позволяют оценить предлагаемые технологические решения как готовые к использованию в условиях мясо- и рыбоперерабатывающих предприятий.

Основные результаты диссертации опубликованы
в следующих работах:

Публикации в изданиях, рекомендованных ВАК РФ

1. Глотова, И.А. К вопросу защиты биосистем путем разработки пищевых добавок с использованием компьютерного моделирования нанообъектов/ И.А.аГлотова, Ю.В. Болтыхов, И.В. Вторушина// Информация и безопасность. - 2008. - № 3. - С. 455-458.-0,3 п.л.(лично автором 0,2п.л.)

2. Антипова, Л.В. Разработка пищевых добавок для защиты биосистем с использованием компьютерного моделирования нанообъектов [Текст] / Л.В.аАнтипова, Ю.В. Болтыхов, И.В. Вторушина, В.В. Прянишников, И.А. Глотова // Хранение и переработка сельскохозяйственного сырья. - 2008. - № 11. - С. 44-46.-0,2п.л. (лично автором 0,08 п.л.)

3. Вторушина, И.В. Получение и свойства пищевых добавок с иммобилизованными препаратами селена на коллагеновых белках/ И.В. Вторушина, И.А. Глотова // Вестник ВГТА. - 2010. - № 3. - С. 91-95.- 0,3 п.л. (лично автором 0,2 п.л.)

Статьи и материалы конференций

4. Глотова, И.А. Перспективы биомодифицированных коллагеновых белков соединительных тканей в качестве органической матрицы биологически активных веществ [Текст] / И.А. Глотова, И.В. Вторушина, Ю.В. Болтыхов // Материалы XLVI отчетной научной конференции за 2007 год: В 3 ч. / Воронеж. гос. технол. акад. - Воронеж, 2008. - Ч.1. - С. 152-154.- 0,2 п.л (лично автором 0,08 п.л.)

5. Вторушина И.В. Разработка полифункциональных добавок для обогащения селеном продуктов питания животного происходжения[Текст] / И.В.Вторушина// Материалы XLIX отчетной научной конференции преподавателей и научных сотрудников ВГТА за 2010 год: - Воронеж, 2010. - Ч.1. - С. 75.- 0,2 п.л.

6. Вторушина, И.В. Выделение и модификация коллагеновых субстанций из соединительных тканей животных в получении препаратов с биопротекторными свойствами / И.В. Вторушина, И.А. Глотова. - Материалы XLVII отчетной научной конференции ВГТА за 2008 год. - Воронеж, 2009. - Ч. 1. - С. 127-128.- 0,12 п.л. (лично автором 0,06 п.л.

7. Глотова, И.А. Биомодифицированные коллагеновые белки как носители микронутриентов в производстве полифункциональных пищевых добавок [Текст] / И.А. Глотова, И.В.Вторушина, Ю.В. Болтыхов // Инновационные технологии переработки сельскохозяйственного сырья в обеспечении качества жизни: наука, образование и производство: Материалы Международной научно-технической конференции; Воронеж. гос. технол. акад. - Воронеж, 2008. - С.а168-171.- 0,3 п.л.(лично автором 0,2 п.л.)

8. Антипова, Л.В. Белки как носители биологически активных веществ/ Л.В. Антипова, И.А. Глотова, М.М. Данылив, Ю.В. Болтыхов, И.В. Поленов, И.В.аВторушина// Материалы пятого съезда общества биотехнологов России, Москва, 2-4 декабря 2008 г. - М., 2009. - С. 23-25.- 0,2 п.л. (лично автором 0,09 п.л.)

9. Вторушина, И.В. Сравнительная оценка биопротекторных свойств и биологической активности источников селена для обогащения пищевых систем [Текст] / Вторушина И.В., Землянухина Ю.А., Костина Е.Н., Глотова И.А. // Современные наукоемкие технологии. - 2009. - № 4. - С. 59-60.- 0,12 п.л. (лично автором 0,06 п.л.)

10. Землянухина, Ю.А. Спектральные характеристики препаратов селена, иммобилизованных на коллагеновых носителях [Текст] / Ю.А.аЗемлянухина, Е.Н.Костина, И.В.Вторушина, И.А.Глотова // Современные наукоемкие технологии. - 2009. - № 4. - С. 62.- 0,06 п.л. (лично автором 0,03 п.л.)

11. Костина, Е.Н. Компьютерное моделирование рецептур эмульгированных продуктов на мясной и рыбной основе для коррекции селендефецитных состояний [Текст] / Е.Н. Костина Е.Н., Ю.А. Землянухина, И.В. Вторушина, И.А.аГлотова// Современные проблемы науки и образования. - 2009. - № 3. -
С. 63-64.-0,12 п.л. (лично автором 0,06 п.л.)

12. Антипова, Л.В. Реализация биопотенциала второстепенного коллагенсодержащего сырья в перерабатывающих отраслях АПК на основе биотехнологических методов/ Л.В. Антипова, И.А. Глотова, Н.М. Ильина, Ю.Ф. Галина, С.А. Сторублевцев, И.В. Вторушина, Е.Н. Костина. - Материалы Московской международной научно-практической конференции Биотехнология: экология крупных городов , 15- 17 марта 2010. - М., 2010. - С. 201-202.- 0,12 п.л. (лично автором 0,04 п.л.)

13. Антипова, Л.В. Полифункциональные белковые добавки для функциональных мясных продуктов/ Л.В. Антипова, И.А. Глотова, М.М. Данылив, И.В. Вторушина, Е.Н. Костина// Инновационные пути в разработке ресурсосберегающих технологий производства и переработки сельскохозяйственной продукции: Материалы межд. науч.-практ. конф. - Волгоград: РПК Политехник. - 2010. - Ч. II: - С. 204-207.- 0,3 п.л. (лично автором 0,15 п.л.)

14. Вторушина, И.В. Исследование условий получения полифункциональной добавки для обогащения селеном пищевых систем/ И.В. Вторушина, И.А. Глотова// В мире научных открытий. - 2010. - № 4.4. - С. 58-59.- 0,12 п.л. (лично автором 0,06 п.л.)

15. Вторушина, И.В. Биотехнологический потенциал альтернативных источников для обогащения селеном продуктов питания на основе сырья животного происхождения/ И.В. Вторушина, И.А. Глотова// Материалы XLVIII отчетной научной конференции за 2009 год: В 3 ч. Воронеж. гос. технол. акад. - Воронеж, 2010. - Ч. 1. - С. 161-166.- 0,4 п.л. (лично автором 0,2 п.л.)

16. Глотова, И.А. Обоснование возможности использования иммобилизованных препаратов селена как средства профилактики селендефицитных состояний в составе пищевых форм/ И.А. Глотова, И.В. Вторушина// Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. - 2010. - № 5. - С. 17-19.- 0,2 п.л. (лично автором 0,1 п.л.)

17. Глотова, И.А. Использование вторичного коллагенсодержащего сырья в производстве обогащенных селеном мясных полуфабрикатов/ И.А. Глотова, И.В. Вторушина// Мясной ряд. - 2010. - № 4. - С. 56-57. - 0,12 п.л. (лично автором 0,06 п.л.)

18. Antipova, L.V. Realization of Biopotential Minor Collagen Raw Materials in Processing Branches of Agrarian And Industrial Complex on the Basis of Biotechnological Methods/ L.V. Antipova, I.A. Glotova, S.A. Storublevtsev, J.V. Boltyhov, I.V. Vtorushina, N.M. Ilina, J.F. Galina // Biotechnology and the Ecology of Big Cities. Biotechnology in Agricalture, Industry and Medcine. - Nova Science Publishers, Inc., New York, 2011. С.59-69.-0,7 п.л. (лично автором 0,2 п.л.)

Подписано в печать 17.02. 2012. Формат 60 х 84 1/16

Усл. печ. л. 1,0. Тираж 100 экз. Заказ № 31

ФГБОУВПО Воронежский государственный университет инженерных технологий

(ФГБОУВПО ВГУИТ)

Отдел полиграфии ФГБОУВПО ВГУИТ

Адрес университета и отдела полиграфии:

394036, Воронеж, пр. Революции, 19

Авторефераты по всем темам  >>  Авторефераты по техническим специальностям