Иразработка технологии хитозансодержащихфункциональныхпродуктов из водных биоресурсов

–международных конференциях, симпозиумах ифорумах: Пятом Международном симпозиуме «Экология человека:пищевые технологии и продукты на пороге XXIвека» (Москва–Пятигорск, 1997); Международнойнаучно-технической конференции «Рыбохозяйственныеисследования Мирового океана»(Владивосток, 1999);Пятой Международной научно-техническойконференции «Новые перспективы в исследовании хитина и хитозана» (Москва, 1999);ШестойМеждународнойконференции «Новыедостижения висследовании хитина и хитозана» (Москва, 2001); Международной научно-техническойконференции «Актуальные проблемытехнологии живых систем» (Владивосток, 2005);Международной научной конференции «Инновации в науке и образовании»(Калининград, 2005); Международнойнаучной конференции «Рыбохозяйственныеисследования Мирового океана»(Владивосток, 2006); Международной научнойконференции «Инновации в науке иобразовании –2006» (Калининград, 2006); ВосьмойМеждународной конференции «Современныеперспективы в исследовании хитина ихитозана» (Москва, 2006); 3-й Международной заочнойнаучно-практической конференции«Достижения учёных XXI века» (Тамбов, 2007), VМеждународной научной конференции«Инновации в науке и образовании – 2007» (Калининград,2007); Международных научных чтениях«Приморские зори – 2007» (Владивосток, 2007); Международнойнаучно-технической конференции «Наука иобразование –2007» (Мурманск, 2007); Международном экологическом форуме «Природа без границ» (Владивосток,2007); Международной научной конференции«Перспективные нано- и биотехнологии впроизводстве продуктов функциональногоназначения» (Краснодар, 2007); 3-йМеждународной научно-практическойконференции «Пищевая и морскаябиотехнология» (Кемерово, 2008);Международной научной конференции«Исследование Мирового океана»(Владивосток, 2008); Девятой Международной конференции«Современные перспективы в исследованиихитина и хитозана» (Москва, 2008), 3-й Международнойнаучно-практической конференции «Пищевая и морская биотехнология»:проблемы и перспективы (Калининград (Светлогорск), 2008); III Всероссийскойнаучно-практической конференции смеждународным участием «Современноесостояние и перспективы развития пищевойпромышленности и общественного питания»(Челябинск, 2010); Международнойнаучно-техническойконференции«Актуальные проблемы освоениябиологическихресурсов Мирового океана»(Владивосток, 2010);ДесятойМеждународнойконференции «Новые достижения в исследовании хитина и хитозана» (Москва, 2010);Международнойнаучно-техническойконференции«Инновационные технологии переработкипродовольственногосырья» (Владивосток, 2011);

– всероссийскихнаучных инаучно-практическихконференциях и съездах:Всесоюзной научно-техническойконференции«Интенсификациятехнологическихпроцессов врыбнойпромышленности»(Владивосток, 1989); III Всесоюзнойнаучно-техническойконференции (Москва, 1992); IVВсероссийскойконференции «Производство и применение хитина и хитозана» (Москва, 1995); IVсъезде Общества биотехнологовРоссии им.Ю.А. Овчинникова (Москва, 2006);конференцииОбществабиотехнологов России по пищевой и морской биотехнологии(Калининград, 2006);Всероссийскойконференции«Инновационные технологии обеспечениябезопасностипитания иокружающей среды» (Оренбург, 2007);Vсъезде общества биотехнологовРоссии им.Ю.А. Овчинникова (Москва, 2008), Научно-практическойконференции «Пищевая и морская биотехнология:проблемы иперспективы» (Москва, 2008);Всероссийской научно-техническойконференции«Современныетенденции развития перерабатывающихкомплексов, пищевого оборудованияи технологиипищевых производств» (Владивосток, 2011);

– отраслевых и региональныхконференциях:Юбилейной научной конференции «Рыбохозяйственноеиспользование океана» (Владивосток, 1996);Первой межвузовскойстуденческойнаучно-техническойконференции «Студенты вузов – свободной экономическойзоне «Находка»» (Находка, 1997); Региональной конференции«Проблемы бизнеса и технологии вДальневосточном регионе» (Находка,2006); Научно-практическойконференции «Пищевая и морскаябиотехнология: проблемы иперспективы» (Москва, 2006); Юбилейнойнаучно-практическойконференции«Современныетенденции развития общественногопитания исервиса»(Екатеринбург, 2007); Научнойконференции,посвященной 70-летию С.М.Коновалова«Современноесостояние водных биоресурсов»(Владивосток, 2008).

Автор принимал личноеучастие на всех стадияхработы, а именно: в формировании научногонаправления, концепции, постановке цели изадач; в планировании, организации путейрешения и выполнении экспериментов,опытно-промышленных и биологическихиспытаний; в анализе и обобщениирезультатов исследования, формулированиивыводов; в разработке патентов, подготовкепубликаций и написании диссертационнойработы и автореферата.

Публикации. По теме диссертации опубликовано89 работ, в томчисле 1 монография, 4 учебных пособия, 18статей в изданиях, рекомендованных ВАК,11 патентов, 1статья – виностранном издании.

Объем и структурадиссертации. Основной текстдиссертации изложен на 398 с., включающих:введение, 6 глав экспериментального ианалитического материала, выводы, списокиспользуемых источников из 455наименований, в том числе 45 иностранныхавторов, приведено 48 табл., 61рис., 49 приложений, включающихнормативные документы; протоколылабораторных испытаний, дегустационныхсовещаний; акты проведения биологическихиспытаний, выпуска опытных партий,внедрения в учебный и научный процессы;патенты.

Работа выполнялась впериод с 1987 по 2012 г. в Дальневосточномгосударственном техническомрыбохозяйственном университете всоответствии с планаминаучно-исследовательских работуниверситета.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Введение содержит обоснование актуальности,концепцию, цель и задачи работы,методологию исследования,научные положения, выносимые на защиту,характеристику научной новизны,практической значимости иапробации.

Глава 1 Научные ипрактические предпосылки разработкитехнологии функциональных продуктов изводных биоресурсов с использованиемхитозана. На основаниипроведенного анализа литературныхсведений и научной деятельности в областисовременных требований к здоровомупитанию, перспектив технологиифункциональных продуктов из водныхбиоресурсов, характеристикимногопрофильной добавки хитозанаобоснованы и сформулированы научнаяконцепция работы, цель и задачиисследований.

Глава 2Методологический подход, объекты и методыисследований. Методологическую основуисследований составил системный подход,обеспечивающий комплексное рассмотрение иизучение технологии функциональныхпищевых продуктов из водных биоресурсов сиспользованием многопрофильных свойствхитозана.

Методология разработкитеоретических основ и технологиифункциональных рыбных продуктов, стойких вхранении с использованием хитозана,соответствовала сформулированнойконцепции (рис. 1). На завершающем этаперазрабатывались частные технологиихитозансодержащих функциональныхпродуктов и производилась оценкаэффективности работы в целом всоответствии с программно-целевой модельюисследования (рис. 2).

Рисунок 1 – Программно-целеваямодель исследований

Объектисследований – продукт во временина этапах: обоснованиеактуальности –проектирование – технология – хранение. Под продуктом в данномконтексте понимается совокупность вновьразработанных хитозансодержащихфункциональных пищевых продуктов изводных биоресурсов.

Предметисследований –закономерностиизмененияэффективности функционально-технологических ифункционально-физиологическихсвойств хитозанав зависимости отхарактеристикполимера, состава и параметров обработки пищевойсреды, представленные всовокупности как теоретическиеосновы технологии хитозансодержащихфункциональныхпродуктов изводных биоресурсов.

В качестве основногоматериала внаучных исследованиях использовалиразномолекулярный хитозан отечественногопромышленного производства:низкомолекулярный хитозан молекулярноймассой (ММ) 32 кДа (НМХ-32), высокомолекулярныехитозаны ММ 270 (ВМХ-270) и ММ 588 кДа (ВМХ-588),водорастворимый полимер ММ 55 кДа (ВРСХ-55).Хитозан применяли в двух фазовыхсостояниях: растворы (водный иуксуснокислый) и сухой порошок.

Рисунок 2 – Концепцияформирования эффективностихитозансодержащих продуктов (ХСП): ММ–молекулярная масса; ИВВХ – интенсивностьвяжущего вкуса хитозана

Исследовали хитозаныкак продукты переработки панциряракообразных и других биологическихобъектов: промышленных видов крабов,антарктического криля, травяного шримса,гаммаруса, гладиуса кальмара, сепионафараоновой каракатицы, биомассы комнатноймухи разных личиночных стадий, а такжеобразцы карбоксиметилхитина различноймолекулярной массы.

При выполненииисследований использовали общепринятые,стандартные и оригинальные методыисследований.

Определение содержанияхитозана вготовых продуктах проводили колориметрическимметодом, основанным на принципеколичественного учета свободныхаминогрупп хитозана и адаптированным дляпищевых сред (Немцев и др., 2006).

Антимикробнуюактивность (АМА) хитозанав пищевых средах и ХСПоценивали по изменению величины КМАФАнМ(ГОСТ 10444.15).

Определение содержаниямалонового диальдегида (МДА) для оценкиантиокислительных свойств (АОА) проводилипо методике, основанной на взаимодействиитиобарбитуровой кислоты инизкомолекулярных диальдегидов(Гончаренко, Латинова, 1985).

Для определенияпотенциальной антиокислительнойактивности (ПАА) хитозана использовалимодифицированный спектрофотометрическийметод (Новгородцева и др., 2003; Gorbi, Regoli, 2003;Максимова и др., 2009). Модификацияобусловлена физическими свойствамирастворов хитозана. Определение ПААосуществляли по отношению крадикал-катиону ABTS+ – диаммониевая соль2,2'-азино-бис(3-этилбензтиазолин-6-сульфоновойкислоты), который при восстановлениихарактеризуется уменьшениеминтенсивности полос поглощения в УФ- ивидимой областях спектра при длине волны 731нм.

Определениеотносительной биологической ценности (ОБЦ)проводили модифицированным методомбиотестирования с использованием вкачестве тест-объекта реснитчатойинфузории Tetrahymenapyriformis путем единовременнойпостановки множественного эксперимента(Черемных, 2004).

Медико-биологическиеисследования осуществляли на лабораторныхживотных, руководствуясь правилами,принятыми Европейской конвенцией позащите позвоночных животных, используемыхдля экспериментальных и иных научныхцелей (протокол № 1 от 04.10.2010 г.).

Липотропные свойстваобъектов с хитозаном оценивали наполовозрелых белых крысах-самцах линии Вистар массой180–300 г.Экспериментальная модель атеросклерозабыла получена с использованием методикиК.А. Мещерской. Развитиеатеросклеротического процессаустанавливали по следующим показателямсыворотки крови: содержаниюобщих липидов (ОЛ),триглицеридов (ТГ), фосфолипидов (ФЛ),холестерина (ХС), отношению ФЛ/ХС,активности аланинаминотрансферазы АлАТ иаспартатаминотрансферазы (АсАТ),количеству липопротеидов низкой плотности(ЛПНП) и липопротеидов высокой плотности(ЛПВП). Содержание ТГ, ХС, ЛПНП и ЛПВПопределяли ферментативнымколориметрическим методом, АсАТ и АлАт– с помощьюоптимизированного УФ-теста. ОЛ и ФЛопределяли фотометрически при длине волны530 нм.

Оценку сенсорныхсвойств хитозансодержащих продуктовосуществляли разработанным методомколичественной оценки интенсивностивяжущего вкуса хитозана, приведенным в гл.3.

Величину эффективности каждого барьераустанавливалирасчетным путем, вычитая из допустимогосрока хранения продуктазначения стойкости, обеспеченныепредыдущим барьером. Учетзащитного действия каждогобарьера основанна экспериментальном определении стойкостиобъекта,изготовленного с последовательно возрастающимколичеством барьеров при всех прочихравных условиях.

Количественную оценкуиндивидуального вклада барьеров в ихсовместный антибактериальный эффектпроводили по разработанному намиметоду. Приколичественной оценке барьернойэффективности хитозана использовалиосновные информативные показателикачества продукта: его микробиологическуюхарактеристику, биологическую ценность,степень окисления липидов и сенсорныесвойства.

С целью развитияпредставлений о механизме биоцидногодействия барьеров введено понятиебарьерной решетки как графическогоаналога барьера.

Экспериментальныеисследования проводились с использованиемметодов планирования многофакторныхэкспериментов и математическогомоделирования. Анализ и обработкаэкспериментального материалаосуществлялись методом математическойстатистики.

Для построенияграфических моделей функциональнойзависимости эффективности использованияхитозана в технологии пищевых продуктов изводных биологических ресурсов отхарактеристик хитозана и параметровусловий пищевой среды использовалипрограммное обеспечение Table Curve 3D v.2.0.6.

Оценку достоверностиэкспериментальных данных ивоспроизводимости опытов осуществляли пометодике Э.Э. Рафалес-Ламарка и В.Г.Николаева.

Для обеспечениянадежности результатов в научныхэкспериментах принята доверительнаявероятность Р = 0,95 и доверительный интервал±5, втехнологических разработках – Р = 0,90, ±10.

Глава 3 Исследованиеи совершенствование сенсорных свойствхитозана. Приэкспериментальном моделированиипродуктов с хитозаном учитывали прямуюзависимость их качества от количествавнесенного биополимера. Адекватныйуровень потребления хитозана составляет 5,верхний допустимый – 15 г/сут. В связи с этим была поставленазадача исследовать сенсорные свойствапищевого хитозана и разработатьрекомендации по совершенствованию вкусабиополимера и ХСП.

Исследованыпоследовательность возникновенияуказанного вкуса среди других и областиротовой полости, наиболее чувствительные квяжущему вкусу хитозана. Охарактеризованаспецифика восприятия вяжущего вкусахитозана. Экспериментально определены ирекомендованы нейтрализаторы послевкусия.Для количественной оценки интенсивностивяжущего вкуса хитозана и ХСП использованметод балльных шкал.

Разработанная шкалапринята как составная часть изданногометодического руководства при оценкевкуса хитозана и ХСП. Установленный фактсвязи вяжущего вкуса хитозана с егоприродой подтверждают данные литературныхисточников, опубликованные послезавершения наших исследований.

Поскольку вяжущий вкус,обусловленный хитозаном, обнаруживаетсядостоверно, технологической задачейявлялось снижение ИВВХ в полимере либо егодекорирование в ХСП.

Установлена дифференциация ИВВХ взависимости от вида сырья, из которогополучен полимер. Максимальные значенияинтенсивности характерны для хитозана изпанциря ракообразных – краба, креветки,криля, гаммаруса, а минимальные – для хитозана изнетрадиционного сырья – комнатноймухи.

Определена линейнаязависимость между ИВВХ и концентрациейхитозана в уксуснокислых растворах иобратная –между ИВВХ и ММ хитозана.

Результатыисследования влияния на ИВВХ составапищевой среды – основных (рис. 3) и вспомогательныхматериалов (табл. 1) – позволилисформулировать рекомендации понаправленному декорированию вяжущеговкуса хитозана. Результаты последующихработ российских ученых в областитехнологии молочных продуктов ихлебопечения подтвердили установленныезакономерности (Алиева и др., 2002, 2004;Евдокимов и др., 2006).

Наше предположение оналичии определенного резерва сниженияИВВХ в его технологии было подтвержденоэкспериментально.

Снижение ИВВХ (с 4,5 до 1,6балла), достигнутое обработкой хитозанажидким азотом в герметичных условиях втечение 2–4 минили в условиях испаряющегося азота – 10 мин, представляетсобой наиболее эффективный итехнологичный из известных в настоящеевремя способ улучшения сенсорных свойствполимера.

Таблица 1 – Состав модельныхсистем (МС) и их характеристика