Научное обоснование и практическая реализация технологий молочных продуктов с использованием семян сосны кедровой сибирской

На правах рукописи

СУББОТИНА МАРГАРИТА АЛЕКСАНДРОВНА

НАУЧНОЕ обоснование и практическая реализация технологий молочных продуктов с использованием семян сосны кедровой сибирской

Специальность 05.18.04 – Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени

доктора технических наук

Кемерово 2011

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» (ФГБОУ ВПО КемТИПП)

Научный консультант:	Заслуженный деятель науки и техники РФ, доктор технических наук, профессор Остроумов Лев Александрович
Официальные оппоненты:	Доктор биологических наук, профессор, член-корр. Россельхозакадемии Мотовилов Константин Яковлевич Доктор медицинских наук, профессор Громов Константин Георгиевич Доктор технических наук, профессор Лупинская Светлана Михайловна
Ведущая организация:	ФГБОУ ВПО «Кемеровский государственный сельскохозяйственный институт»

Защита диссертации состоится 14.03.2012 г. в 10.00 ч. на заседании диссертационного совета Д 212.089.01 при ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» по адресу: 650056, г. Кемерово, бульвар Строителей, 47.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО КемТИПП. С авторефератом можно ознакомиться на официальном сайте ВАК Минобрнауки РФ ( http://vak.ed.gov.ru ) и на сайте ФГБОУ ВПО «Кемеровский технологический институт пищевой промышленности» (www.kemtipp.ru).

Автореферат разослан « » февраля 2012 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Н.Н. Потипаева

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. Важной стратегической задачей развития агропромышленного комплекса России является рациональное использование природно-сырьевых ресурсов и обеспечение населения высококачественными, биологически полноценными и безопасными продуктами питания. В связи с этим особую актуальность приобретают вопросы рационального использования местных природных ресурсов, особенно дикорастущих, которые являются богатым источником питательных, в том числе биологически активных веществ. Разработка пищевых продуктов общего и функционального назначения, в том числе диетической и лечебно-профилактической направленности обусловлена широким распространением так называемых алиментарных заболеваний, связанных с недостаточностью питания и повсеместным дефицитом в рационе незаменимых пищевых веществ – полиненасыщенных жирных кислот, полноценных белков, пищевых волокон, витаминов и минеральных веществ.

В решении проблемы обеспечения населения функциональными продуктами питания ведущая роль принадлежит молочной промышленности. Сочетание молочного и растительного сырья обеспечивает возможность взаимного обогащения входящих в состав этих продуктов ингредиентов по одному или нескольким эссенциальным факторам и позволяет создавать продукты сбалансированного состава, повышенной пищевой и биологической ценности, расширять ассортимент молочных продуктов и придавать им функциональные свойства.

Производство продуктов массового, профилактического, диетического и функционального назначения требует расширения и совершенствования сырьевой базы отечественной молочной промышленности.

Использование новых видов функционального сырья для направленной коррекции химического состава пищевых продуктов требует новых технологических решений, обеспечивающих получение высококачественной, конкурентоспособной продукции. Разработка эффективных технологий продуктов питания с высокими потребительскими свойствами представляется актуальной и социально значимой.

Автор в своих исследованиях руководствовался теоретическими и практическими трудами отечественных учёных В.И. Ганиной, Г.Б. Гаврилова, Н.Б. Гавриловой, М.В. Гернет, Л.В. Голубевой, М.Б. Данилова, Н.И. Дунченко, И.А. Евдокимова, Л.А. Забодаловой, Л.М. Захаровой, Н.П. Захаровой, З.С. Зобковой, Н.С. Королева, П.Ф. Крашенинина, Н.Н. Липатова, Н.Н. Липатова (мл.), А.М. Маслова, А.А. Майорова, К.Я. Мотовилова, П.Г. Нестеренко, Л.А. Остроумова, А.А. Покровского, И.А. Рогова, В.Ф. Семенихиной, Н.А. Тихомировой, В.А. Тутельяна, М.С. Уманского, И.С. Хамагаевой, В.Д. Харитонова, А.Г. Храмцова А.М. Шалыгиной, Г.П. Шамановой и др.

При производстве молочных продуктов с высокой пищевой ценностью широкие перспективы имеет использование дикорастущего растительного сырья. Дикорастущая флора может стать существенным источником пополнения фондов пищевого сырья, но пока еще используется недостаточно. Обширные лесные массивы Сибири уникальны по запасам дикорастущих растений. Особое место среди них занимает сосна кедровая сибирская или кедр сибирский, который является источником семян (кедровых орехов).

Следует отметить недостаточный объём исследований технологических свойств кедровых орехов и продуктов их переработки, а также их использование в производстве молочных продуктов функциональной направленности.

Важность и актуальность рассматриваемой проблемы подтверждается положениями Концепции государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации, одобренной постановлением Правительства № 917 от 10.08.1998г.

Основные этапы работы выполнены в рамках Федеральных целевых программ «Научные и научно-педагогические кадры инновационной России» на 2009-2013 гг. и «Исследования и разработки по приоритетным направлениям развития научно-технического комплекса России на 2007-2012 годы».

Цель и задачи исследования. Цель работы – теоретическое и экспериментальное обоснование технологических, физико-химических закономерностей формирования молочных продуктов с использованием продуктов переработки семян сосны кедровой сибирской, а также разработка концепции, позволяющей создавать новые виды продуктов в соответствии с современными требованиями науки о питании.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- провести комплексную оценку ядер семян сосны кедровой сибирской, произрастающей на территории Кемеровской области;

- исследовать технологические свойства семян сосны кедровой сибирской как сырья для получения функциональных ингредиентов;

- изучить влияние термической обработки на состав и свойства семян сосны кедровой сибирской с целью выбора оптимальных режимов их хранения, обосновать способы подготовки ядер кедровых орехов к последующей их переработке;

- исследовать состав и свойства продуктов переработки семян сосны кедровой сибирской с целью использования их для производства функциональных молочных продуктов;

- изучить основные закономерности формирования функциональных молочных продуктов с использованием ядер семян сосны кедровой сибирской и продуктов их переработки (пасты кедровой, кедрового масла, кедрового жмыха, кедровой муки обезжиренной);

- изучить комплексное влияние технологических факторов на формирование свойств молочных продуктов с использованием семян сосны кедровой сибирской (мягких кислотно-сычужных сырных продуктов, плавленых сырных продуктов, творожных продуктов, сливочного мороженого);

- исследовать изменение состава и свойств молочных продуктов с использованием семян сосны кедровой сибирской в процессе хранения;

- изучить пищевую ценность новых видов молочных продуктов,

- использовать установленные закономерности для разработки технических документов и внедрения на предприятиях промышленности при создании функциональных продуктов.

Научная новизна:

- установлено содержание основных компонентов и фракционный состав ядер семян сосны кедровой сибирской, произрастающей в Кемеровской области;

- получены и систематизированы новые сведения о технологическом потенциале семян сосны кедровой сибирской;

- выявлено влияние технологических факторов на биохимический состав семян сосны кедровой сибирской в процессе хранения;

- доказана необходимость предварительной технологической обработки ядер семян сосны кедровой сибирской, обеспечивающей сохранение биохимического состава, микробиологическую надёжность, увеличение продолжительности хранения;

- раскрыты особенности биохимического состава и функционально-технологических свойств продуктов переработки семян сосны кедровой сибирской, доказана целесообразность их использования в производстве молочных продуктов функциональной направленности;

- установлены физико-химические и технологические закономерности производства пищевых молочных продуктов с использованием продуктов переработки семян сосны кедровой сибирской;

- получены данные об основных закономерностях формирования органолептических, физико-химических, структурно-механических свойств молочных продуктов с использованием продуктов переработки ядер семян сосны кедровой сибирской;

- получены сведения о пищевой ценности новых молочных продуктов, полученных с использованием продуктов переработки семян сосны кедровой сибирской, изменение основных качественных характеристик в процессе хранения.

Практическая значимость и реализация результатов работы в промышленности. Создана серия оригинальных технологий, новизна технических решений которых подтверждена патентами №2269273 и №2407395. Разработаны технические условия и технологические инструкции производства и предложены частные технологии молочных продуктов с использованием продуктов переработки семян сосны кедровой сибирской. Указанные разработки внедрены в производство: ТУ 9225-152-02068315-2011 – мягкий кислотно-сычужный сырный продукт «Особый»; ТУ 9225-153-02068315-2011 – мягкий кислотно-сычужный сырный продукт «Оригинальный»; ТУ 9225-154-02068315-2011 – плавленый сырный продукт «Любительский»; ТУ 9225-155-02068315-2011 – плавленый сырный продукт «Ореховый»; ТУ 9225-156-02068315-2011 – плавленый сырный продукт «Ореховый шоколадный»; ТУ 9222-157-02068315-2011 – творожный продукт «Бодрость»; ТУ 9146-007-02068315-2008 – мороженое сливочное с наполнителем «Орешек»; ТУ 9143-042-02068315-2006 – диетический майонез.

Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы и результаты исследований доложены, обсуждены и получили одобрение на научно-практических конференциях, симпозиумах различного уровня, в том числе: «Совершенствование техники и технологии в пищевых отраслях промышленности» (Кемерово, 1994); «Комбинированные пищевые продукты» (Кемерово, 1996); «Новые технологии в научных исследованиях и образовании» (Юрга, 2001); «Федеральный и региональный аспекты государственной политики в области здорового питания» (Кемерово, 2002); «Пища. Экология. Качество» (Новосибирск, 2003, 2004); «Технологические и экономические аспекты обеспечения качества продукции и услуг в торговле и общественном питании» (Кемерово, 2003); «Технология и техника агропромышленного комплекса» (Улан-Удэ, 2005); «Перспективы производства продуктов питания нового поколения» (Омск, 2005); «Непрерывное профессиональное образование и карьера - ХХ1» (Юрга, 2007); «Технология и продукты здорового питания» (Саратов, 2008); «Пища, экология и качество» (Кемерово, 2009); «Реализация государственной программы развития сельского хозяйства и регулирования рынков сельскохозяйственной продукции, инновации, проблемы, перспективы» (Омск, 2009); «Пищевые технологии и биотехнологии» (Казань, 2009, 2010), «Инновационные технологии в пищевой промышленности» (Самара, 2009), «Инновационные технологии переработки продовольственного сырья» (Владивосток, 2011).

Публикации. Основное содержание диссертации опубликовано в шестидесяти семи печатных работах, в том числе – монографии общим объемом 10 п.л., статьях и тезисах, в журналах, рекомендованных ВАК РФ для публикации основных материалов диссертаций: «Масложировая промышленность» (три публикации), «Хранение и переработка сельхозсырья» (четыре), «Вестник КрасГАУ» (три), «Достижения науки и техники АПК» (три), «Техника и технология пищевых производств» (две), в научных трудах институтов, всероссийских и международных научно-практических конференций, а также описаниях патентов.

Основные положения, выносимые на защиту:

- результаты исследований биохимического состава, функционально-технологических свойств семян сосны кедровой сибирской и продуктов их переработки;

- результаты исследований по изучению влияния технологических факторов на формирование физико-химических, структурно-механических, микробиологических характеристик молочных составных и молокосодержащих продуктов с использованием продуктов переработки семян сосны кедровой сибирской;

- технологические решения производства новых видов молочных составных и молокосодержащих продуктов.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из девяти глав, в том числе введения, аналитического обзора, методической части, результатов собственных исследований, выводов, списка использованных литературных источников и приложений. Основной текст изложен на 350 страницах, содержит 126 таблиц, 38 рисунков, 340 литературных источников.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение. Обоснована актуальность работы, её научная новизна, сформулированы основные положения диссертации, выносимые на защиту.

Глава 1. Теоретические и технологические аспекты производства функциональных продуктов. Обобщены литературные данные, научная информация и экспериментальные материалы отечественных и зарубежных авторов по обсуждаемой проблеме. Теоретические исследования направлены:

- на изучение роли отдельных пищевых веществ в поддержании здоровья и жизнеспособности человека;

- на анализ реальной структуры питания населения и фактической обеспеченности эссенциальными нутриентами.

Вопросы разработки продуктов питания, сочетающих животное и растительное сырье, продолжают оставаться одним из наиболее перспективных направлений исследования. Новизна современного подхода заключается в обосновании и использовании новых видов растительного сырья.

Поиск новых видов растительного сырья и изучение их свойств решает ещё одну очень важную задачу – создание базы данных и получение новых знаний, необходимых в последующем при разработке функциональных продуктов.

К перспективным и возобновляемым сырьевым ресурсам для обогащения молочных продуктов полиненасыщенными жирными кислотами, витамином Е, растительным белком, биоэлементами следует отнести семена сосны кедровой сибирской и продукты их переработки.

Кемеровская область обладает достаточными ресурсами для развития орехового промысла и организации производства по переработке семян сосны кедровой сибирской. Кедровые насаждения Кемеровской области занимают площадь 185,3 тыс. га. Значительные массивы кедровых насаждений находятся в Таштагольском (143,9 тыс. га), Тисульском (24,7 тыс. га), Мариинском (8,9 тыс. га), Мысковском (9,7 тыс. га), Тяжинском (7,5 тыс. га), Яшкинском (4,97 тыс.га) районах. Оценка биологических запасов семян сосны кедровой сибирской, произрастающей на территории Кемеровской области, показала, что сбор кедровых орехов может составить от 2 до 3 тысяч тонн в год, что достаточно для организации производства по переработке кедровых орехов, с целью получения кедрового масла и белоксодержащих продуктов.

Анализ проведённых патентных исследований свидетельствует о том, что в отечественной практике при производстве молочных продуктов, кондитерских изделий, напитков – кедровые орехи и продукты их переработки используют ограниченно. Это свидетельствует о расширении возможностей использования ядер кедровых орехов для создания продуктов, обладающих высокой пищевой ценностью.

Учитывая ценные свойства и доступность получения, семена сосны кедровой сибирской и продукты их переработки представляют научный и практический интерес для изучения возможности их использования при создании новых функциональных продуктов питания. В целом есть достаточно веские основания считать, что в области технологии функциональных продуктов рассмотренное направление будет развиваться в ближайшие годы очень динамично.

На основании вышесказанного, определены направления исследования в создании молочных продуктов функционального назначения. Одно из таких направлений заключается в обогащении молочных продуктов различного профиля за счет внесения в них продуктов переработки семян сосны кедровой сибирской. С учётом сложившейся экологической, социальной и экономической ситуации разработка новых конкурентоспособных молочных продуктов с функциональными свойствами представляется актуальной.

Глава 2. Организация эксперимента и методы исследования. Теоретические и экспериментальные исследования выполнены в 2000-2010 гг. в Кемеровском технологическом институте пищевой промышленности. Общая схема исследований приведена на рис. 1.

Первый, экспериментальный этап исследований заключался в изучении химического состава, органолептических свойств, показателей безопасности ядер семян сосны кедровой сибирской, произрастающей на территории Кемеровской области. Изучение состава ядер кедровых орехов включало определение содержания основных компонентов и их фракционный состав.

На втором этапе определяли технологические (физико-механические, физико-химические, биохимические и микробиологические) свойства целых семян сосны кедровой сибирской. Изучали биохимические процессы, происходящие при послеуборочном дозревании семян, разделённых на фракции по естественной неоднородности. Оценку естественной биохимической неоднородности семян сосны кедровой сибирской проводили по активности ферментного комплекса (активности липазы и липоксигеназы), жизнеспособности семян. Оценку технологического качества семян вели по: кислотному и перекисному числам масла в семенах, массовой доле сырого жира в ядре семян.

Исследовали влияние технологических факторов (температуры, относительной влажности воздуха) на биохимический состав семян. Для оценки перспектив хранения семян сосны кедровой сибирской использовали объективный способ определения динамики перекисного и кислотного чисел, микробиологические показатели и субъективный способ – сенсорную оценку.

Рис. 1. Схема проведения исследования и эксперимента