Geum.ru

Разработка технологии дрожжевых обогатителей пищи на базе молочной сыворотки и растительного сырья

Вид материалаАвтореферат
Защита состоится
1. Обзор литературы
2. Экспериментальная часть
2.2. Результаты исследований и их обсуждение
Подобный материал:
1   2   3   4   5



Ведущая организация: ОАО «Очаковский молочный завод»


Защита состоится: «_29__» ____мая_______2007 г. в ________час. в ауд. _____ на заседании диссертационного совета Д 212.148.04 при ГОУ ВПО «Московский Государственный Университет пищевых производств» по адресу: 125080, Москва, Волоколамское шоссе, д. 11.


С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУ ВПО МГУПП


Отзыв на автореферат в двух экземплярах, заверенный печатью учреждения, просим направлять по адресу: 125080, Москва, Волоколамское шоссе, д. 11, МГУПП, ученому секретарю диссертационного совета Д 212.148.04.


Автореферат разослан «_____» _____________2007 г.


Ученый секретарь

диссертационного совета, д.т.н., проф. Крюкова Е. В.

Общая характеристика работы

Актуальность темы. На сегодняшний день в России достаточно остро стоит проблема нарушения структуры питания населения. Нехватка в рационе полноценных белков, витаминов, пищевых волокон, макро- и микронутриентов вызывает рост социально опасных заболеваний, в том числе желудочно-кишечных. Часто причиной этих заболеваний является нарушение микробиоценозов желудочно-кишечного тракта.

Ассортимент ферментированных продуктов, употребляемых в пищу населением России, относительно неширок и, в основном, ограничен кисломолочными продуктами, тогда как спектр ферментируемого сырья и микроорганизмов, осуществляющих его ферментацию, может быть значительно расширен, как это делается в странах Юго-Восточной Азии и Океании, где широко используется биотрансформация растительных субстратов композициями на основе мицелиальных грибов, дрожжей и бактерий.

В связи с увеличением объемов и ассортимента производства молока и молочных продуктов в России и за рубежом весьма актуальна проблема утилизации молочной сыворотки, которая ввиду своего состава, пищевой и биологической ценности является ценнейшим сырьем, однако нередко сбрасывается в канализацию, что негативно сказывается на работе очистных сооружений. Одним из способов ее утилизации, не требующим предварительной обработки и значительных материальных затрат, является выращивание на ней специальных штаммов дрожжей. Дрожжи – весьма технологичные микроорганизмы: они обладают высокой скоростью роста, устойчивостью к посторонней микрофлоре и богатым химическим составом.

В условиях дефицита кормового и пищевого белка дрожжевая биомасса является весьма перспективным источником не только белка и незаменимых аминокислот, но и минеральных веществ (в частности металлопротеинов), витаминов и других БАВ (1). Поэтому в последнее время все больше внимания уделяется дрожжам как основе БАД к пище, да и самих пищевых продуктов.

Имеется достаточно фактических данных о положительном влиянии дрожжей на нормофлору кишечника. Клеточные стенки дрожжей активно сорбируют токсины и токсичные метаболиты, обладают выраженным лакто- и бифидогенным эффектом, т.е. дрожжевые препараты могут играть роль не только нутрицевтиков, но и парафармацевтиков. Поэтому производство дрожжевых обогатителей пищи и продуктов на их основе представляется весьма актуальным.

Цель и задачи исследования. Основная цель диссертационной работы состояла в разработке технологии дрожжевых обогатителей (ДО) пищи на базе растительного сырья и молочной сыворотки и теоретическом и экспериментальном обосновании целесообразности использования полученных обогатителей пищи в хлебопекарной промышленности.

Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:
  • выделение из молочнокислых и ферментированных продуктов высокопродуктивных штаммов дрожжей, способных расти на молочной сыворотке и на негидролизованных растительных субстратах;
  • испытание различных растительных субстратов в качестве компонента питательных сред для ГФ и ТФФ дрожжей и выбор наиболее перспективных из них;
  • подбор оптимального состава питательных сред для максимального накопления биомассы и белка отселекционированными дрожжами;
  • подбор оптимальных режимов культивирования в условиях ферментера;
  • разработка технологии ДО для различных условий культивирования и комплекта документов для производства дрожжевых обогатителей;
  • оценка биологической ценности и безопасности полученных ДО;
  • исследование возможности применения ДО в хлебопечении.

Научная новизна работы. Впервые осуществлен скрининг дрожжей из молочнокислых и других ферментированных продуктов, активно растущих на молочной сыворотке с растительным компонентом; проведена идентификация до рода дрожжевых культур, наиболее продуктивных в отношении накопления биомассы.

Выделен и охарактеризован новый штамм дрожжей Candida inconspicua А3 (идентифицирован методом ПЦР-анализа 28S-субъединицы рРНК), активно накапливающий биомассу, белок и витамины на молочной сыворотке и растительном сырье. Определен и оптимизирован состав питательных сред для ТФФ и ГФ выделенных дрожжей; четко продемонстрировано более интенсивное накопление биомассы и белка дрожжами на жидкой гетерогенной питательной среде по сравнению с гомогенной.

Впервые подобраны технологические режимы культивирования дрожжей C. inconspicua А3 на жидкой гетерогенной питательной среде, содержащей молочную сыворотку и растительное сырье в условиях ферментера. Проведена биохимическая, санитарно-гигиеническая и токсикологическая оценка полученного ДО, доказавшая его биологическую ценность и безопасность для потребителя. Показана возможность использования полученного ДО в хлебопечении.

Практическая значимость и реализация результатов работы. Проведенные исследования явились основой для решения задачи по созданию технологии ДО пищи на основе молочной сыворотки и растительного сырья.

Предлагаемая технология переработки кислой молочной сыворотки существенно упрощена по сравнению с существующими за счет исключения стадий предобработки (раскислениения, деминерализации и пр.). Предложен способ повышения продуктивности дрожжевых культур и увеличения содержания белка и витаминов в дрожжевом обогатителе в несколько раз за счет введения в молочную сыворотку растительных субстратов.

Разработана и экспериментально обоснована технология получения из молочной сыворотки и растительного сырья жидких и твердых ДО. Показана их биологическая ценность и доказана безвредность. Наработана опытная партия ДО в условиях ОАО "Вимм-Билль-Данн". В производственных условиях секции хлебопекарных технологий МГУПП проведена апробация способа выпечки формового и подового хлеба на основе полученных ДО, повышающих биологическую ценность изделий.

Разработан проект технических условий получения дрожжевого обогатителя пищи и проект технологической инструкции по получению дрожжевого обогатителя пищи. Подана заявка на выдачу патента РФ на способ получения биологически активных полуфабрикатов (№2006142024 от 28.11.06).

Теоретические и прикладные положения диссертационной работы излагаются в учебном процессе при чтении лекций и проведении практических занятий в Московском Государственном Университете пищевых производств, а также изложены в студенческом практикуме по селекции микроорганизмов, рекомендованном для студентов высших учебных заведений по специальности 271500 (240902) «Пищевая биотехнология», как способ формирования новых направлений в биотехнологии,.

Апробация работы. Основные положения работы докладывались на российских и международных конференциях и симпозиумах: Международной конференции «Пробиотики, пребиотики, синбиотики и функциональные продукты питания (Москва, 2004); Всероссийской научно-технической конференции-выставке «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации (Москва, 2004, 2005 и 2006); Третьем съезде общества биотехнологов России им. Ю.А. Овчинникова (Москва, 2005); Пятой ежегодной международной молодежной конференции ИБХФ РАН-ВУЗЫ (Москва, 2005); Седьмом Международном Форуме «Высокие технологии XXI века» (Москва, 2006); Четвертой Международной научно-практической конференции «Технологии и продукты здорового питания» (Москва, 2006).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 12 печатных работ, в т.ч. 2 статьи в научных журналах, подана 1 заявка на выдачу патента РФ.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, библиографического списка, включающего 260 источников, из них 60 иностранных источников, и 11 приложений. Работа изложена на 193 страницах машинописного текста, включает 38 таблиц и 21 рисунок.


1. Обзор литературы

В литературном обзоре рассмотрены общие представления о составе нормальной микрофлоры различных отделов ЖКТ, рассмотрены ее функции и механизмы антагонистической активности. Систематизированы литературные данные по БАД, приведена их классификация и краткая характеристика. Сделан обзор существующих способов применения дрожжей в изготовлении продуктов функционального назначения. Уделено внимание технологическим аспектам культивирования дрожжей. Рассмотрена общая характеристика молочной сыворотки. Систематизированы литературные данные о способах ее применения в различных отраслях промышленности, переработки и утилизации.

Анализ литературных данных выявил проблемы, существующие в данной области знаний, и позволил сформулировать цель и задачи данного исследования.


2. Экспериментальная часть

2.1. Материалы и методы исследований

Объектом исследования служили штаммы дрожжей, выделенные из спонтанных микробных ценозов плодово-ягодного сырья и из ценозов ферментированных, в т.ч. кисломолочных, продуктов. Продукты высевали на пшеничные отруби, увлажненные до 50-55% 10%-ным раствором сахарозы с добавлением 50 мкг/мл гентамицина для подавления роста бактерий. После инкубации в аэробных условиях при температуре 26-32ºС выделяли доминирующие культуры и оценивали их продуктивность на отрубях, увлажненных молочной сывороткой. Критерием оценки служила концентрация дрожжевых клеток в 1 г субстрата, накопленная в процессе ТФФ. Подсчет клеток осуществляли микроскопически в камере Горяева с разведением исследуемого твердофазного субстрата водой. Идентификацию дрожжей проводили по общепринятой методике [Бабьева И.П., Голубев В.И., 1979] согласно определителям дрожжей, на сайте www.cbs.knaw.nl, а также по анализу последовательности нуклеотидов 28S-субъединицы участка рРНК [Фомичева Г.М. и др., 2006; Kurtzman C.P., Robnett C.J., 1998] на капиллярном автоматическом секвенаторе ABI PRISM 3100-Avant на базе межинститутского центра коллективного пользования «Геном» при Институте молекулярной биологии РАН.

В качестве основы питательных сред использовали 6%-ную кислую молочную сыворотку и растительное сырье: зерно и отходы его переработки, крупы, солодовые ростки, соломенную и травяную муку.

ТФФ в лабораторных условиях проводили в чашках Петри при высоте слоя 2-3 см и влажности субстрата 50-55%. Чашки помещали в термостат на 24-48 часов при температуре воздуха 30±2°С.

ГФ вели в качалочных колбах на круговой лабораторной качалке при 180-220 об./мин. и в ферментере фирмы Biotron (Южная Корея) емкостью 40 дм3 с лопастной многоярусной мешалкой и кольцеобразным барботером. Продолжительность ферментации – 18-24 ч, температура 30±2°С. Оптимизацию состава питательной среды для культивирования дрожжевых культур проводили методом аддитивно-решетчатого математического описания объекта [Бирюков В. В., Кантере В. М., 1985].

Содержание белка определяли по ГОСТ 23327-98 методом Къельдаля, РВ и крахмала - цианидным методом, влажность – по ГОСТ 29143-91 и ГОСТ 9404-88. Величину рН измеряли потенциометрическим методом. Содержание сахаров определяли по ГОСТ 29247-91, витаминов - методом ВЭЖХ на хроматографе Varian Dynamax по ГОСТ 30627-98. Аминокислотный состав ДО определяли на аминокислотном анализаторе Hitachi-835 по методике, предлагаемой производителем. Содержание кадмия и свинца определяли по ГОСТ Р 51301-99, ртути – по ГОСТ 26927-86, мышьяка – по ГОСТ 26930-86, пестицидов – в соответствии с общепринятым методикам [Клисенко М.А., 1992]. Микробиологический контроль полученных ДО проводили общепринятыми методами [СанПиН 2.3.2.1078-01, ГОСТ 9225-84].

Качество хлебобулочных изделий, приготовленных безопарным способом с использованием полученных ДО, оценивали по органолептическим и физико-химическим показателям, принятым в хлебопекарной отрасли [Пучкова Л. И., 1997].

Статистическую обработку экспериментальных данных, полученных не менее, чем в 3-х повторностях, проводили по программе Excel 2003 Microsoft Office.


2.2. Результаты исследований и их обсуждение

2.2.1. Выделение и первичный отбор дрожжей из дрожжесодержащих

материалов

Из естественных микробных ценозов плодово-ягодного сырья (облепиха, малина, кизил, ежевика и др.) и ферментированных (квашеная капуста, моченые яблоки и пр.), в том числе кисломолочных (кефир, айран, кумыс и др.), продуктов были выделены 274 новые дрожжевые культуры. В табл. 1 представлена продуктивность дрожжей, проявивших наибольшую интенсивность роста при первичном посеве на сывороточно-отрубевую питательную среду.

Таблица 1

Продуктивность дрожжей на сывороточно-отрубевой среде

№ п/п
Дрожжи
Продуктивность, млрд кл/г
№ п/п
Дрожжи
Продуктивность, млрд кл/г

24 часа
48 часов
24 часа
48 часов

1
2
3
4
5
6
7
8

1
К1
0,240
0,870
41
А1
0,880
1,150

2
К2
0,190
0,150
42
А2
1,130
3,700

3
К3
0,360
0,360
43
А3
2,030
4,850

4
К4
0,880
2,970
44
А4
0,890
2,320

5
К5
1,250
4,680
45
А5
1,250
2,540

6
К6
0,050
0,150
46
П1
0,380
0,750

7
К7
0,140
1,290
47
П2
0,100
0,050

8
К8
0,390
1,940
48
П3
ед кл
ед кл

9
К9
1,770
2,540
49
П4
0,980
3,520

10
К10
0,350
0,740
50
П5
0,350
0,490

11
К11
1,640
4,530
51
П6
ед кл
ед кл

12
К12
0,790
3,430
52
П7
0,050
0,250

13
К13
1,060
3,900
53
П8
0,200
0,250

14
К14
0,350
0,450
54
П9
0,760
3,920

15
К15
1,110
2,900
55
П10
0,380
0,640

16
К16
0,380
1,610
56
П11
0,770
3,560

17
К17
0,480
0,930
57
П12
0,030
0,040

18
К18
0,710
0,850
58
П13
0,490
0,550

19
К19
1,760
2,450
59
П14
0,130
0,130

20
К20
1,150
3,400
60
П15
0,470
0,750

21
К21
1,000
1,030
61
П16
0,180
0,780

22
К22
0,880
2,950
62
П17
ед кл
ед кл

23
К23
0,810
2,990
63
П18
2,290
3,790

24
К24
0,730
3,930
64
П19
0,780
0,680

25
К25
1,000
1,700
65
П20
0,160
0,260

26
К26
0,360
0,880
66
П21
1,490
3,870

27
К27
0,050
0,050
67
П22
ед кл
ед кл

28
К28
1,470
4,120
68
П23
0,380
0,480

29
К29
0,370
0,770
69
П24
0,290
0,600

30
К30
0,130
1,200
70
П25
ед кл
ед кл

31
К31
0,970
0,750
71
П26
ед кл
ед кл

32
К32
0,280
2,800
72
П27
0,030
0,050

33
К33
1,050
3,670
73
П28
0,460
0,690

34
К34
0,250
0,780
74
П29
ед кл
ед кл

35
К35
0,220
3,000
75
П30
0,100
0,240

Продолжение таблицы 1

1
2
3
4
5
6
7
8

36
К36
ед кл
ед кл
76
П31
0,150
0,250

37
К37
1,250
1,100
77
П32
ед кл
ед кл

38
К38
0,060
0,060
78
П33
2,360
3,890

39
К39
0,990
3,350
79
П34
0,180
0,800

40
Кум*
0,350
1,550
80
С.f.**
2,130
4,160