Научно-практическое обоснование использования сырьевых ресурсов дальнего востока в качестве источников для производства функциональных пищевых продуктов
| Вид материала | Документы |
- Научно-практическое обоснование использования новых пробиотических препаратов в промышленном, 990.82kb.
- О возможности использования природных ресурсов в целях ускорения социально-экономического, 46.91kb.
- Научное обоснование и практические аспекты разработки и оценки потребительских свойств, 620.99kb.
- Руп «Белорусский научно-исследовательский и проектно-конструкторский институт пищевых, 26.21kb.
- Детализированный план проведения исследований по проекту: Создание базы данных техногенных, 111.28kb.
- «Курганская государственная сельскохозяйственная академия им. Т. С. Мальцева», 872.6kb.
- Задачи этапа №2 : Сопоставление ожидаемых показателей новой продукции после внедрения, 120.45kb.
- Харламов анатолий Васильевич научно-практическое обоснование новых подходов к повышению, 1007.97kb.
- Потребительское поведение на рынке функциональных пищевых продуктов приморского края, 71.92kb.
- Паспорт инвестиционного проекта "создание транспортной инфраструктуры для освоения, 104.17kb.
Защита диссертации состоится 24 декабря 2009 г. в 14.30 часов на заседании диссертационного совета ДМ 212.054.02 при Тихоокеанском государственном экономическом университете по адресу: 690091, г. Владивосток, Океанский проспект 19, ауд. 148, тел./факс: (4232) 43-40-55.
С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Тихоокеанского государственного экономического университета, с авторефератом – на официальных сайтах ВАК РФ v.ru и ТГЭУ ru.
Автореферат разослан 23 ноября 2009 г.
Ученый секретарь
диссертационного совета,
кандидат технических наук, доцент Л.О. Коршенко
ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ
Актуальность темы Совершенствование современных технологий производства продуктов питания тесно связано с расширением ассортимента за счет переработки нетрадиционного сырья, переходом от использования искусственных пищевых добавок к натуральным, обладающим биологической активностью, разработкой специализированных, функциональных продуктов. Одним из основных направлений государственной политики в области здорового питания является создание широкого ассортимента гастрономически привлекательных, сбалансированных по составу, безопасных пищевых продуктов, обогащенных жизненно важными компонентами (Спиричев, 2000; Кочеткова, 2002; Тужилкин и др., 2002; Шендеров, 2003; Тутельян и др., 2006; Новоселов, 2008; Хуршудян, 2009).
Структура питания населения экономически развитых стран характеризуется: избыточным потреблением жиров животного происхождения богатых холестерином и насыщенными жирными кислотами; значительным увеличением потребления сахара и соли (концентрированных «чистых» продуктов); существенным уменьшением потребления пищевых волокон (в частности, клетчатки); выраженным круглогодичным дефицитом в рационах витаминов, макро- и микроэлементов, биологически активных веществ различной этиологии (Дадали и др, 2002; Тутельян, 2002, 2003; Скальная, 2002; Шендеров, 2003; Jones, 2003). Исследованиям различных аспектов технологии функциональных продуктов питания посвящены фундаментальные труды отечественных и зарубежных ученых, таких как: Антипова Л.В., Дадали В.А., Доценко С.М., Дубцов Г.Г., Дунченко Н.И., Гернет М.В., Елисеева Л.Г., Жаринов А.И., Ивашкин Ю.А., Ивашов В.И., Каленик Т.К., Кизеветтер И.В., Кочеткова А.А., Кудряшов Л.С., Лабутина Н.В., Липатов Н.Н., Лисицын А.Б., Мглинец А.И., Мезенова О.Я., Митасева Л.Ф., Нечаев А.П., Панфилов В.И., Позняковский В.М., Рогов И.А., Розанцев Э.Г., Савватеева Л.Ю., Спиричев В.Б., Титов Е.И., Токаев Э.С., Тужилкин В.И., Тутельян В.А., Устинова А.В., Хлебников В.И., Цыганова Т.Б., Шатнюк Л.Н., Шендеров Б.А., Шульгина Л.В., Уголев А.М., Хуршудян С.А., Campbell M.F., Honikel K.O., Hopkins D.T., Johonson L.A., Kotter L., Mariott B., и др.
Человек современного урбанизированного общества при традиционном питании обречен на те или иные виды пищевых недостаточностей. А с ними его всегда будут сопровождать неспособность соответствующих защитных сил организма адекватно отвечать на неблагоприятные воздействия окружающей среды, что резко повышает риск развития различных заболеваний (Самсонов, 2001; Политика здорового питания…, 2002; Тутельян, Суханов, 2008; Вржесинская, 2009; Trace elements…, 1996; Court, 1997; Market sketches…, 2004).
В пищевом статусе россиян в настоящее время повсеместно выявляется круглогодичный глубокий дефицит, как у взрослого, так и детского населения большинства витаминов и минеральных веществ. Следует учитывать и то, что для нормального функционирования организма необходимы не только витамины и минеральные вещества (точнее - сбалансированные витаминно-минеральные комплексы) и другие эссенциальные вещества, но и значительно более широкий набор натуральных компонентов пищи, к которым организм человека генетически адаптирован (Тутельян, 2001, 2009; Хасина и др., 2001; Тутельян и др., 2002; Шабров и др., 2003; Рогов, 2008; Филиппова, 2008; Галкина, 2009). Сырьем для производства таких продуктов могут и должны стать местные источники фауны и флоры. К сожалению, их значимость для поддержания нормального состояния здоровья явно недооценивается, а информация об их природе и характере действия на организм не вполне достаточна (Зориков, 2004; Палагина, Дубняк, 2006; Егорова, 2008; Шарафетдинов, 2008).
В связи с этим становится актуальным новое направление развития биотехнологии - конструирование функциональных и специализированных пищевых систем, обогащенных необходимыми нутриентами с использованием местных сырьевых ресурсов. Биопотенциал последних можно значительно повысить, например, в дальневосточном регионе, применяя дикорастущие растения или гидробионты, т.е. сырье с оптимально сбалансированным химическим составом, богатое витаминами, микроэлементами, ферментами, другими биологически активными веществами с широким спектром действия и полифункциональными свойствами. Дальний Восток располагает доступной и до сих пор малоиспользуемой сырьевой базой для получения функциональных и специализированных пищевых продуктов, биологически активных добавок к пище (Сосудистые растения…, 1996; Измоденов, 2001; Рыбохозяйственный комплекс…, 2009). Достаточно актуальным является также использование в качестве сырья возобновляемых органов растений, не подрывая базу биоресурсов, а также отходов переработки гидробионтов, что является экономически и экологически обоснованным.
Географическое положение Российского дальневосточного региона и Приморья, в частности, определяются большой протяженностью в меридианном направлении, близостью океана, своеобразным климатом. Этим объясняются биоразнообразие и другие особенности формирования местной флоры и фауны - потенциального сырья для пищевой и перерабатывающей промышленности. Морские гидробионты и уникальная растительность дальневосточной тайги – источники богатейшего разнообразия биологически активных веществ, которые могут быть использованы в биотехнологии пищевых продуктов направленного действия и биологических добавок к пище.
Целью диссертационного исследования явилось научное обоснование и разработка теоретических и практических основ использования сырьевых ресурсов Дальнего Востока в качестве источников для производства функциональных пищевых продуктов.
Для реализации цели были поставлены следующие задачи:
- на основе анализа, обобщения и критической оценки литературных данных научно обосновать целесообразность использования дальневосточного пищевого сырья (дикорастущих растений, гидробионтов, минеральных вод) в биотехнологии функциональных пищевых продуктов;
- научно обосновать использование новых видов и форм пищевого сырья Дальнего Востока для получения функциональных продуктов;
- разработать теоретические аспекты и обосновать биотехнологию функциональных и специализированных пищевых продуктов с использованием дальневосточного сырья;
- обосновать и разработать биотехнологию функциональных безалкогольных напитков на основе дальневосточных минеральных вод;
- разработать биотехнологию комбинированных фитонапитков из дальневосточного растительного сырья;
- обосновать возможность получения алкогольных напитков брожения с повышенной биологической ценностью из растительного сырья дальневосточного региона;
- обосновать и разработать технологии функциональных продуктов на основе отходов переработки сырья ценных гидробионтов (морских рыб, голотурий, моллюсков);
- разработать биотехнологию пробиотических комбинированных продуктов с использованием дальневосточных растений и гидробионтов;
- обосновать и разработать эмульсионные функциональные продукты с использованием дальневосточных гидробионтов и продуктов их переработки;
- разработать пакеты нормативной документации на новые функциональные пищевые продукты.
Научная новизна работы Сформулированы положения научной концепции применения дальневосточного пищевого сырья для производства функциональных продуктов системного действия, которая основывается на сочетании полифункциональных эффектов природных биологически активных веществ (используемых в качестве функциональных ингредиентов) с позиций их воздействия на организм человека через продукты питания. Функциональные ингредиенты, представленные комплексом соединений различной структуры оказывают мягкий и пролонгирующий эффект в коррекции и предупреждении ряда наиболее распространенных заболеваний современности.
Актуальность и целесообразность использования натурального дальневосточного сырья в биотехнологии функциональных продуктов системного действия обусловлены широким спектром биологической активности дикоросов и гидробионтов, их структурной уникальностью, ресурсной обеспеченностью, экологической и экономической значимостью.
Впервые показано, что для производства функциональных пищевых продуктов используется пищевое сырье возобновляемых органов растений (ветви, листья) или отходов переработки ценных гидробионтов.
Научно обоснованы и определены традиционные и новые виды и формы дальневосточного сырья растительного и водного происхождения, их технологические параметры для получения функциональных пищевых продуктов. Разработаны методологические подходы к получению растительных композиций с максимальным извлечением биологически активных веществ и сохранением их функциональных свойств. Научно обоснованы рецептуры и технологии новых продуктов.
Практическая значимость работы Экспериментально обоснована и подтверждена гипотеза о целесообразности введения нативных композиций дикоросов и гидробионтов в функциональные пищевые продукты. Экспериментально подтверждены новые технологические решения использования дикоросов и гидробионтов для производства функциональных продуктов системного действия. Обоснованы и разработаны технологии функциональных и специализированных пищевых продуктов на основе отходов от переработки сырья ценных гидробионтов: рыб семейства лососевых, кукумарии, мидии. Определены наиболее информативные показатели биотехнологических процессов по производству функциональных продуктов питания на основе биологически активных веществ сырья дальневосточного региона.
Разработана технология на серию пробиотических комбинированных напитков «Вкус здоровья» (кисломолочных и соевых с рыбным концентратом) регулирующих минерально-витаминный состав организма. Разработана биотехнология пробиотических фитонапитков общеукрепляющего действия серии «Вкус здоровья» на основе сои с добавлением экстрактов лимонника. Напитки способны стимулировать центральную нервную систему, оказывать противовоспалительное, антиоксидантное действия, обладают тонизирующими и адаптогенными свойствами.
Научно обоснована и разработана биотехнология безалкогольных напитков на основе дальневосточных минеральных вод и растительных компонентов. Медико-биологическими исследованиями показано, что напитки являются функциональными продуктами общеукрепляющего и восстанавливающего действия, обладают антирадикальными, антиокидантными, иммуномодулирующими и умеренными тонизирующими свойствами.
Обоснована возможность создания напитков брожения с выраженной биологической активностью - пива и вина - с использованием уникальных дальневосточных растений: винограда амурского, шиповника, лимонника, ореха маньчжурского, растений семейства Аралиевые и др. Использование этих напитков обогащает рацион витаминами, микроэлементами и другими ценными соединениями.
Разработаны технологии новых эмульсионных продуктов - майонезов с антиатерогенными, гипохолестеринеэмическими, антиоксидантными, адаптогенными свойствами. В их рецептуре использованы гидробионты (или отходы от их переработки): кукумария, морская капуста (обогащенная селеном), молоки минтая.
Разработан и утвержден пакет нормативной документации на новые виды пищевых продуктов: ТУ 9283-130-02067936-2004 Концентрат рыбный белковый; ТУ 9222-131-02067936-2004 Напитки кисломолочные «Вкус здоровья»; ТУ 9224-127-02067936-2004 Кефир с рыбным белковым концентратом «Вкус здоровья»; ТУ 9376-137-02067936-2004 Фиточай «Кладовая природы»; ТУ 9185-161-02067936-2008 Напитки безалкогольные «Вкус здоровья»; ТУ 9184-163-02067936-2007 Напитки соевые сквашенные с рыбным белковым концентратом «Вкус здоровья»; ТУ 9184-176-02067936-2009 «Пиво специальное «живое», прошедшие производственную апробацию.
Результаты диссертационных исследований внедрены в учебный процесс Тихоокеанского государственного экономического университета специальностей «Пищевая биотехнология», «Технология бродильных производств и виноделие», «Технология продуктов общественного питания». Материалы диссертации были использованы при подготовке учебных пособий «Безопасность потребительских товаров: Пищевые продукты», «Ампелография винограда Дальнего Востока», патентов РФ № 2270586 «Пищевая кальцийсодержащая добавка и функциональный пищевой продукт ее содержащий» и № 2272547 «Способ обогащения селеном морских организмов».
Основные положения, выносимые на защиту:
- концептуальная модель и основные принципы биотехнологии новых функциональных продуктов питания с использованием сырья дальневосточного региона;
- методология получения биологически активных комплексов из природного сырья для дальнейшего использования их в технологии продуктов системного действия;
- обоснование дозазависимых эффектов в технологии продуктов системного действия с использованием природного сырья;
- совокупность данных, обуславливающих совершенствование традиционных и создание новых технологий функциональных продуктов системного действия с использованием биологически активных композиций дальневосточного дикорастущего сырья и гидробионтов;
- решение экологических и экономических проблем региона путем комплексного использования возобновляемого дальневосточного растительного сырья и вторичных ресурсов водного происхождения.
Апробация работы Основные материалы диссертационной работы в период с 1995 по 2009 гг. были представлены на Международных, Всероссийских и Региональных научно- практических конференциях и симпозиумах
Публикации результатов работы По материалам диссертационной работы опубликовано 60 печатных работ, в том числе 2 монографии и 15 статей в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ.
Структура и объем работы Работа состоит из введения, обзора литературы (глава 1), описания объектов, методик и методов исследования (глава 2), результатов собственных исследований (главы 3-7), заключения, выводов, списка использованной литературы (включающего 268 источников) и приложений. Текст диссертации изложен на 310 страницах, иллюстрирован 62 таблицами и 74 рисунками.
ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
Во введении обоснована актуальность работы, сформулированы цель и задачи исследований.
В главе 1, обзоре литературы, посвященному теоретическим предпосылкам получения продуктов функционального назначения на основе сырьевых ресурсов Дальнего Востока, обобщены литературные данные, отражающие современное состояние функциональных продуктов и биологически активных добавок. Проанализированы основные функциональные ингредиенты, входящие в функциональные продукты, определены физиологические функции микронутриентов. Представлена классификация функциональных продуктов и биологически активных добавок к пище. В разделе «Общие сведения о перспективных пищевых растениях и гидробионтах Дальнего Востока» обосновано использование ряда объектов с выраженной биологической активностью. На основании анализа литературных данных определены направления исследований, обосновано создание биотехнологии функциональных продуктов с применением перспективных пищевых растений и гидробионтов. Определены технологические аспекты создания функциональных пищевых продуктов.
В главе 2 «Методология теоретических и экспериментальных исследований» представлена общая схема исследований (рисунок 1), дано описание объектов и использованных методов.
Работа выполнялась на кафедре химии и технологии живых систем Института пищевых технологий и товароведения, лаборатории фундаментальных и прикладных проблем пищевой биотехнологии Центра коллективного пользования и аккредитованном Испытательном центре «Океан» Тихоокеанского государственного экономического университета в 1999-2008 гг. в рамках тематик госбюджетных и хоздоговорных работ. Часть исследований проводилась в других организациях с разделением объектов интеллектуальной собственности.
Для проведения исследований использовали дикорастущие плоды шиповника морщинистого ( Rosa rugosa Thunb), винограда амурского (Vitis amurensis Rupr.), лимонника китайского (Schisandra chinensis (Turcz.) Baill), ореха маньчжурского (Juglans mandshurica); культурные сорта Приморской селекции винограда, малины и черной смородины; соевое зерно сортов «Приморская 13», «Венера», «Приморская 69», «Октябрь-70»; корни, ветки, листья аралии маньчжурской (Aralia mandshurica Rupr. et Maxim); корни солодки (Glycyrrhizae) уральской и голой; ламинария японская (Laminaria japonica); мороженое рыбное сырье (горбуша, кета, сельдь, минтай и молоки минтая, терпуг); лиофилизованный экстракт кукумарии японской (Cucumaria japonica), воду минеральную Дарасунского типа различных источников Приморского края; сухие закваски на чистых бактериальных культурах Streptococcus thermophilus и Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaric; дрожжи винные и пивоваренные рас Saccharomyces cerevisiae и др.
Образцы дикорастущего растительного сырья были собраны на территории Приморского края и Амурской области в период максимального накопления в них биологически активных веществ, ламинария японская - в летне-осенний период в прибрежных водах зал. Петра Великого. Эксперименты по доращиванию ламинарии в модельных средах выполняли в резервуарах, предусматривающих аэрацию и использование проточной морской воды. Все применяемые в ходе работ объекты и материалы соответствовали требованиям действующей нормативной документации.
В работе использовали общепринятые и специальные физико-химические, биохимические, микробиологические, органолептические методы исследования свойств сырья и готовых продуктов, в том числе хроматографические (тонкослойная, газожидкостная, ионообменная и высокоэффективная жидкостная хроматография), спектрофотометрический, атомно-абсорбционный, флуоресцентный, иммерсионной вольтамперометрии, капиллярный электрофорез.
Статистическую обработку и визуализацию экспериментальных данных проводили с использованием компьютерных программ Statistica 6.0, MicroCall ORIGIN 5,0, МathCAD.
В главе 3 «Научные основы разработки функциональных продуктов питания с использованием сырья дальневосточного региона» представлены концептуальная модель и научные принципы разработки функциональных продуктов питания с использованием сырья дальневосточного региона (рисунок 2). Данная работа явилась обобщением многообразного опыта, накопленного за 2002-2009 годы в ходе выполнения биотехнологических и медико-биологических исследований по темам «Биотехнология создания комбинированных пищевых систем адаптогенной направленности на основе животного и растительного сырья Дальневосточного региона», «Технологические особенности создания функциональных продуктов питания (напитков) на основе экстрактов из солодки уральской, элеутерококка колючего, аралии маньчжурской, лимонника китайского и других лекарственных и пищевых растений», «Исследование биохимических механизмов действия метаболических корректоров пищевого назначения на функциональные системы организма в неблагоприятных экологических условиях», поддерживаемые РФФИ, Федеральным агентством по образованию, Тихоокеанским государственным экономическим университетом. Концептуальная модель рассматривается в качестве главного научно-теоретического итога, позволяющего определить новое направление исследований на стыке разных отраслей знаний.
Для разработки функциональных продуктов системного действия были исследованы теоретические аспекты влияния функциональных ингредиентов пищевого сырья на биотехнологию функциональных продуктов с заданным химическим составом. Установленными нормами рационального питания для удовлетворения физиологических потребностей человека (в том числе с учетом повышенных нагрузок) (Тутельян, 2008) обусловлено присутствие биологически активных веществ в готовых продуктах в достаточно больших количествах. Отмечено, что особый интерес представляет комплексное использование растительных биологически активных веществ, так как, взаимно дополняя друг друга, они могут оказывать более сильный эффект, чем каждый в отдельности.
Рисунок 2–Концептуальная модель биотехнологических особенностей использования дальневосточного сырья в продуктах функционального назначения
В главе 4 представлено обоснование выбора функциональных компонентов из дальневосточного сырья в биотехнологии функциональных продуктов. Для получения достаточного необходимого количества биологически активных веществ с пищей, таких как минеральные вещества, витамины, эссенциальные жирные кислоты и другие целесообразно использовать природные комплексы натуральных дикорастущих растений и морских гидробионтов. Продукты, полученные с их использованием, обычно относят к продуктам системного действия, то есть такие продукты регулируют функциональное состояние нескольких систем организма и влияют на гомеостаз в целом. Из функциональных продуктов системного действия современных потребителей привлекают, прежде всего, продукты общеукрепляющего, адаптационного, детоксикационного и антиоксидантного типа действия, регуляторы минерального и витаминного состояния организма. Большое значение придается также продуктам, регулирующим белковый, липидный и углеводный обмен и состояние иммунной системы. На основе проведенных комплексных теоретических и экспериментальных исследований для производства функциональных продуктов и биологически активных добавок перспективными растениями дальневосточного региона выделены следующие (таблица 1).
Таблица 1 - Перспективные дальневосточные растения в биотехнологии функциональных пищевых продуктов
| Растения | Биологически активные вещества |
| Аралиевые (Araliaceae): аралия высокая и маньчжурская | тритерпеновые гликозиды - аралозиды А, В и С |
| Элеутерококк колючий (Eleutherococcus senticosus) | тритерпеновые гликозиды - элеутерозиды |
| Актинидия (Actinidia) | витамины (С, РР и др.), минеральные, пектиновые, дубильные вещества, сапонины, катехины, биофлавоноиды, органические кислоты |
| Виноград амурский (Vitis amurensis Rupr.) | витамины (С, РР и др.) органические кислоты, катехины, биофлавоноиды |
| Ламинария японская (ссылка скрыта) | минеральные вещества, альгиновая кислота, органические кислоты, микроэлементы |
| Лимонник китайский (Schzandra chinensis) | лигнаны, флавоноиды, органические кислоты, сахара, танины, витамины |
| Маньчжурский орех (Juglans manshurica) | витамины, минеральные вещества, дубильные вещества, эссенциальные липиды, в незрелых плодах алколоиды и сапонины |
| Розоцветные: черная смородина (Ribes nigrum L.), малина (Rubus idaeus), шиповник (Rosa) | витамины, дубильные, флавоновые, пектиновые, минеральные вещества, сахара и органические кислоты |
| Солодка уральская и голая (Glycyrrhizae) | глицирризиновая кислота, флавоноиды, углеводы, органические кислоты, витамины, пигменты, горечи |
| Соя (дальневосточной селекции) | аминокислоты, липиды, витамины |