Иразработка технологии хитозансодержащихфункциональныхпродуктов из водных биоресурсов

На правах рукописи

Максимова СветланаНиколаевна

Научноеобоснование иразработка технологии
хитозансодержащихфункциональныхпродуктов
из водных биоресурсов

05.18.04 Технология мясных,молочных и рыбных продуктов и холодильныхпроизводств

Автореферат

диссертации насоискание ученой степени

доктора техническихнаук

Калининград – 2012

Работа выполнена вФедеральном государственном бюджетномобразовательном учреждении высшегопрофессионального образования«Дальневосточный государственныйтехнический рыбохозяйственныйуниверситет» (ФГБОУ ВПО«Дальрыбвтуз»).

Научныйконсультант	Доктор технических наук,профессор, Заслуженный работниквысшей школы РФ Сафронова ТамараМихайловна
Официальные оппоненты:	МасловаГалина Васильевна, доктор техническихнаук, ст. науч. сотр., ОАО «ГИПРОРЫБФЛОТ»,заместитель директора по технологиипереработки гидробионтов, Почетный работникрыбного хозяйства РФ, Заслуженный технолог РФ Андреев МихаилПавлович, доктор техническихнаук, ст. науч. сотр., ФГУП «АтлантНИРО»,заместитель директора, Заслуженный работникрыбного хозяйства РФ Ярочкин АльбертПавлович, доктор техническихнаук, ст. науч. сотр. ФГУП «ТИНРО-центр»,заведующий лабораторией рациональногоиспользования гидробионтов, Почетный работникрыбного хозяйства РФ
Ведущаяорганизация	ГНУ «Всероссийскийнаучно-исследовательский итехнологический институт биологическойпромышленности» (ВНИТИБП) РАСХН

Защита диссертациисостоится 15.02.2013 г. в 1500 ч на заседании диссертационногосовета Д 307.007.01 на базе ФГБОУ ВПО«Калининградский государственныйтехнический университет» (ФГБОУ ВПО«КГТУ») по адресу: Россия, 236022, г.Калининград, Советский пр., 1, конференц-зал(ауд. 255), факс 8(4012)91 68 46.

С диссертацией можноознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО«КГТУ».

Автореферат разослан«____» _________2012 г.

Ученый секретарьдиссертационного совета,

д-р техн. наук,профессорВеликанов Николай Леонидович

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКАРАБОТЫ

Актуальность работы базируется на трех научно изаконодательно обоснованных положениях:требованиях к питанию современногочеловека, пищевой и физиологическойценности водных биоресурсов,перспективных технологиях пищевыхпродуктов.

Образ жизнисовременного человека, в частности егонизкая физическая активность итрадиционная пища, приводит к дефицитумикронутриентов в организме и кпостепенной потере здоровья практическивсем населением. Поскольку проблемааприори не может быть решена увеличениемколичества потребляемой пищи из-заопасности формирования избыточной массытела, альтернативой становитсянеобходимость корректировки состава исвойств пищи.

Оптимизированная понутриентам пища – функциональное питание – оказываетположительное влияние на физическое ипсихическое здоровье, предотвращает илиуменьшает частоту возникновениязаболеваний. Концепция функциональногопитания включена в международные и многие,в том числе российскую, национальныепрограммы развития питания ХХI в.

Сказанное вышепозволяет считать целесообразным созданиефункциональных пищевых продуктов изводных биоресурсов.

Как известно,водные биоресурсы представляют собойфизиологически ценноепищевое сырье,ингредиенты которого обладаютфункциональнымисвойствами, зачастую присущимитолько им.Рыбы, беспозвоночные животные и водоросли служатприродным источником многихиндивидуальныхбиологически активных веществ,применяемых визолированном виде как БАВк пище или какэссенциальные добавки, придающиепродуктам питания функциональныесвойства.

Придифференцированномподходек составуводных биоресурсов и при ихсоответствующей обработке теоретическиони способнысохранить свою функциональнуюактивность вготовом продукте. Однако в процессе производстванаблюдаютсязначительные потери биологическиактивных соединений и энергетическойценности сырья (порядка 10 %). В связис этим разработка технологии функциональныхпродуктов изводных биоресурсов относится к актуальной проблеме.

Анализ результатовисследований и практической деятельностив области технологии рыбных продуктов, атакже материалы Концепции долгосрочногосоциально-экономического развитияРоссийской Федерации до 2020 г. указывают нанеобходимость решения, помимопроизводства функциональных продуктов,ряда других проблем. В настоящее время кактуальным задачам относятся: расширениеассортимента высококачественныхпродуктов, изыскание способов компенсациинегативных изменений сырья впроизводственном процессе, повышениебезопасности продуктов для здоровьячеловека, их стойкости в хранении ибиологической ценности.

Сопоставлениепотенциальных возможностей современныхтехнологий пищевых продуктов и основныхметодов получения функциональныхпродуктов позволяет отметить широкоеприменение в обоих случаях пищевыхдобавок, часть из которых обладаетфункционально-биологическими свойствами ифизиологической активностью. В данномслучае рациональным может оказатьсяпредположение возможности одновременногои комплексного решения технологическихзадач и придания продуктам функциональныхсвойств.

Впоследнеедесятилетие вряде областейдеятельностичеловека находитприменение природный полимер хитин и ближайшее егопроизводное хитозан, обладающеемногими полезными свойствами, в том числе ифизиологической активностью. Фундаментальныеисследованияхитозана, егопроизводных иолигомеров,осуществляемые в областибиомедицины,агробиологии,экологии, служат научнойпредпосылкойиспользования этих соединений в технологиипищевых продуктов и БАД.Однако различие в целях применения и внешнихусловиях действия хитозана вызываютнеобходимость дополнительныхисследований и адаптацииизвестныхзакономерностейприменительно к пищевым технологиям.

Проблемам производстваи использования хитозана в технологиипищевых продуктов посвятилисвои многочисленные работы отечественныеи зарубежные ученые: А.И.Албулов, Л.Р.Алиева, Л.В.Антипова, В.Д. Богданов, Т.М. Бойцова, В.П.Быков, В.М. Быкова,В.П.Варламов, С.В. Василисин,Г.А. Вихорева,Л.С. Гальбрайх, В.Н.Горностай, В.М. Дацун, И.А.Евдокимов, К.Д. Жоголев, Б.А. Комаров, Г.Н. Ким, А.Н. Ключко, В.В. Кращенко, Е.Э. Куприна,С.А.Лопатин, Г.В. Маслова, О.Я. Мезенова, М.Д. Мукатова, С.В. Немцев, В.Ю. Новиков, Л.А. Нудьга, В.В. Садовой, Т.М.Сафронова, D.Knor, C. Jeuniaux,R.R.A. Muzzarelli, K.M.Rudall идр. На основании ихисследованийразработаны технологии пищевыхпродуктов сцелевым использованиемхитозана длярегулирования структурыпродукта, агрегации белковыхвеществ, сорбции липидов, снижения уровня канцерогенныхвеществ вкоптильных средах, усилениягелеобразования, получения защитныхпленок, снижениямикробной контаминации.

Дальнейшему развитиютехнологии хитозансодержащих продуктовмогут способствовать исследованияхарактеристики вкуса хитозана и путей егоулучшения, антиоксидантных свойстврастворов пищевого хитозана, взаимосвязихарактеристик хитозана промышленногопроизводства и его антимикробнойактивности, влияния внешних условий наэффективность барьерных и функциональныхсвойств хитозана, динамикиантиоксидантной и антимикробнойактивности биополимера в процессехранения продуктов.

Таким образом, научноеобоснование и разработка технологиихитозансодержащих функциональныхпродуктов из водных биоресурсовнаправлены на решение важнойнароднохозяйственной проблемы – созданиевысококачественных, стойких в хранении,физиологически активных, экономически исоциально значимых пищевых продуктовнового ассортимента.

Рабочей гипотезойявляется обоснованноепредположение о том, что хитозан припроизводстве пищевых продуктов из водныхбиоресурсов синхронно проявляет наряду смногопрофильнымифункционально-технологическимисвойствами и физиологическую активность,что позволит комплексно решатьтехнологические задачи и получатьфункциональные продукты.

Научнаяконцепция работы. Заданная эффективностьхитозана втехнологиипродуктов изводных биоресурсов естьмножественнаяфункция характеристик полимера,установленная в переменныхусловиях состава и режимных параметровобработки пищевой среды.

Цель и задачиисследований. Цель настоящейработы –научное обоснование и разработкатехнологии продуктов из водныхбиоресурсов с использованием хитозана вкачестве многопрофильной добавки к пище,обеспечивающей возможность расширенияассортимента, повышение качества ибиологической ценности, безопасности,стойкости в хранении и приданиефункциональных свойств готовойпродукции.

Для реализациипоставленной цели сформулированыследующие задачи:

• на основании анализанаучной и практической деятельности вобласти производства пищевых продуктовобосновать целесообразность разработкитехнологии хитозансодержащихфункциональных пищевых продуктов изводных биоресурсов, сформулироватьконцепцию и задачи исследования;
• идентифицировать иисследовать сенсорные свойства хитозана всопоставлении с природой сырья итехнологией его производства; разработатьметоды совершенствования качествапищевого хитозана;
• изучить динамикуэффективностифункционально-технологических свойствхитозана в зависимости от егохарактеристик, состава и условий обработкипищевой среды;
• обосновать иэкспериментально подтвердить invivoфизиологическую эффективность хитозанаразличных характеристик и его сочетаний сдругими функциональными добавками всоставе продуктов из водных биоресурсов,обработанных в широком диапазонетемператур;
• исследовать синхронноепроявление множественных функций хитозанаи на основании выявленных закономерностейсформулировать теоретические основытехнологии хитозансодержащихфункциональных пищевых продуктов изводных биоресурсов;
• обосновать новыйассортимент и разработать приоритетныечастные технологии хитозансодержащихпищевых продуктов с заданными свойствамииз водных биоресурсов;
• осуществить анализсоциально-экономической эффективноститехнологии хитозансодержащихфункциональных продуктов;
• разработать и утвердитьнормативную документацию на новыехитозансодержащие функциональные пищевыепродукты;
• практическиреализовать результаты научныхисследований в производственных условиях,учебном и научном процессах.

Научные положения,выносимые на защиту:

• концептуальный подход висследованиях – заданная эффективность хитозана втехнологии продуктов из водныхбиоресурсов есть множественная функцияхарактеристик полимера, установленная впеременных условиях состава и режимныхпараметров обработки пищевой среды;
• установленный фактфизиологическойэффективностихитозана, синхронно реализуемой с егофункционально-технологическими свойствами,обосновывающийотнесениехитозансодержащихпродуктов кфункциональным;
• зависимостиэффективности множественных функцийхитозана от характеристик полимера,состава и условий обработки пищевой среды,образующие в совокупности научные основытехнологии хитозансодержащих продуктов изводных биоресурсов, критерии и методы ихоценки;
• методы количественнойоценки и способы регулированияинтенсивности вяжущего вкуса хитозана,расширяющие возможность примененияполимера в технологии пищевыхпродуктов;
• новый ассортимент иприоритетные технологиихитозансодержащих функциональныхпродуктов из водных биоресурсов, ихсоциальная значимость.

Научная новизна работы.Обоснована и сформулированаконцепция управления эффективностьюфункционально-технологических ифункционально-физиологических свойствхитозана, используемого в составе пищевыхпродуктов из водных биоресурсов, путемнаправленного регулированияхарактеристик полимера, состава и условийобработки пищевой среды.

Разработанытеоретические основы технологии хитозансодержащихфункциональных продуктов из водныхбиоресурсов, позволяющие обеспечитьформирование высокого качества готовойпродукции с заданными органолептическимихарактеристиками, стойкостью в хранении,биологической ценностью и физиологическойэффективностью.

Выявлены закономерностии описаны функциональные зависимостиэффективностифункционально-технологических ифункционально-физиологичес-ких свойствхитозана в зависимости от молекулярноймассы, фазового состояния, растворимости иконцентрации полимера, а также оттехнологических параметров обработки исостава пищевой среды.

Обоснованметодологический подход к количественнойоценке барьерной эффективностихитозана.

Проведен сравнительныйанализ антимикробной активности хитозанаразличной молекулярной массы,растворимости при его действии в пищевыхсистемах. Установлено, что максимальнойантимикробной активностью обладаетнизкомолекулярный водорастворимыйхитозан гидрохлорид.

Определена дляисследованных условий рациональнаяконцентрация хитозана (0,3 %) как барьерногосоединения.

Впервые изучена и подтвержденасравнительная потенциальная антиоксидантнаяактивность растворов хитозана различноймолекулярной массы. Установлено повышениеустойчивости к окислению липидовхитинсодержащих рыбных продуктов, чтопозволяет увеличить их срок хранения в1,5–2,0раза.

Установленаконцентрационная зависимостьотносительной биологической ценности рыбныхпродуктов, полученных с использованиемхитозана. Доказано, что рациональнаяконцентрация полимера составляет 0,1–0,3 %.

Исследовано влияниетемпературных режимовобработки нафункционально-технологические ифункционально-физиологические свойствахитозана.

Обосновано иэкспериментально подтверждено in vivо выраженноелипотропное действие разномолекулярногохитозана и его комплекса с другимидобавками в составе пищевых систем ипродуктов из водных биоресурсов,обработанных в диапазоне температур впределе минус 196 – плюс 160 0С.

Математически описаныпроцессы, обусловливающие формированиеосновных показателей качества пищевогопродукта из ламинарии, изготовленного сиспользованием хитозана.

Научно обоснованычастные технологии функциональныхпродуктов из водных биоресурсов сдифференцированным использованиеммногопрофильной добавки хитозана.

Новизна и приоритеттехнологических решений подтверждены 11патентами.

Достоверностьрезультатов подтверждаетсявысокой воспроизводимостьюэкспериментальных данных лабораторных ипроизводственных испытаний, полученных сиспользованием современныхфизико-химических, микробиологическихметодов анализа и математическойобработки, а также установлением ихадекватности аналитическим решениям;базируется на совокупностивзаимосвязанных органолептических,структурно-механических,физико-химических показателей качестваполуфабрикатов и готовых продуктов.Безопасность продукции подтвержденаисследованиями в аккредитованномиспытательном лабораторном центре лаборатории ФГУЗ«Центр гигиены и эпидемиологии вПриморском крае».

Практическаязначимость и реализация результатовработы. Созданаконцептуальная методологическая база дляпроизводства функциональных пищевыхпродуктов из водных биоресурсов сиспользованием многопрофильной добавкихитозана.

Самостоятельно и всоавторстве соискателем разработаны технологии и нормативнаядокументация на хитозансодержащиефункциональные продукты 9 наименований, усовершенствованатехнология пищевого хитозана.

Разработаны,утверждены и внедрены в производствотехнологии продуктов «Хитозан пищевой»(Изм. № 1 к ТИ утв. 22.06.1994 г.), «Палочки,биточки рыбные хрустящие» (Изм. № 1 к ТИ №004-96), «Продукция из лососевых рыбмалосоленая с хитозаном» (ТУ 9262–068–00471515-2010, ТИ № 068-2010);консервов «Паштет крабовыйс хитозаном «Здоровье»» (ТУ9273-065-00471515-2010, ТИ № 065-2010).

Получено экспертное заключение о проведениисанитарно-эпидемиологи-ческой экспертизы на «Продукцию из лососевых рыб малосоленую с хитозаном» № 0001/01-Т от 18.01.10 инаконсервы «Паштет крабовый с хитозаном«Здоровье»»№ 25 ПЦ.01.744.Т.000048.01.09 от 20.01.2009 г. Поитогам оценкина Дегустационном совете ФГУП «ВНИРО» консервамприсвоен ассортиментный знак 66А,они успешноапробированы на биообъектах для лечения атеросклероза.

Промышленные партииконсервов выпущены вусловиях ООО «Меридиан» (с. Аян),малосоленой продукции с хитозаном –на ООО«Босантур Два» (г.Комсомольск-на-Амуре).

Разработаны проектынормативной документации на пищевуюпродукцию: консервы «Роллы морские схитозаном», «Палочкилососевые сушеные с хитозаном», «Сушеные формованные листы изламинарии с хитозаном», аналог икрыосетровых «Морская аптека», «Крабовыепалочки».

По результатамтеоретических и научно-экспериментальныхисследований разработаны и внедрены вучебный и научный процесс Владивостокского медицинскогогосударственного университетаметодические указания «Определение вкусапищевых продуктов, содержащиххитозан».

Материалы диссертациивнедрены в учебный и научный процессы ФГУП«ВНИРО», ФГБОУ ВПО «Дальрыбвтуз», ФГБОУ ВПО«КГТУ», ФГБОУ ВПО «МГТУ», ГБОУ ВПО«ВГМУ».

Апробация работы. Основные положения диссертациидокладывались и обсуждались на следующихсобраниях научной общественности: