Разработка технологии пектиносодержащего продукта с сорбционными и нутритивными свойствами

На правах рукописи

ДВОЕНОСОВА ПОЛИНА АЛЕКСАНДРОВНА

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПЕКТИНОСОДЕРЖАЩЕГО ПРОДУКТА

С СОРБЦИОННЫМИ И НУТРИТИВНЫМИ СВОЙСТВАМИ

Специальность: 05.18.01 «Технология обработки, хранения и переработки злаковых, бобовых культур, крупяных продуктов, плодоовощной продукции и виноградарства»

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва – 2009

Диссертационная работа выполнена на кафедре «Технология продуктов функционального и специализированного назначения и длительного хранения»

ГОУВПО «Московский государственный университет пищевых производств»

Научный руководитель: кандидат технических наук, профессор

Доронин Алексей Федорович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Дубцова Галина Николаевна

кандидат химических наук, профессор

Якунина Елена Сергеевна

Ведущая организация: ГНУ НИИ пищеконцентратной промышленности и специальной пищевой технологии

Защита состоится «3» декабря 2009 г. в 11 часов 30 мин. на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.148.03 при ГОУВПО «Московский государственный университет пищевых производств», 125080, г. Москва, Волоколамское шоссе, д. 11., ауд. 302.

Автореферат размещен на сайте www.mgupp.ru

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ГОУВПО «Московский государственный университет пищевых производств».

Автореферат разослан «29» октября 2009 г.

Ученый секретарь

совета Белявская И. Г.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Нарушение и недостаточность питания являются достаточно частым и весомым фактором в клинической практике, предрасполагающим к заболеваниям внутренних органов. Наблюдаемая недостаточность питания у пациентов хирургического профиля составляет 20-50% и непосредственно связана с видом патологии и тяжестью течения данного заболевания. Недостаточность питания в первую очередь влияет на функционирование органов пищеварения, при этом достаточно быстро развивается синдром кишечной недостаточности (СКН), который рассматривается клиницистами как обострение патологии желудочно-кишечного тракта, присоединение инфекции, дисбактериоза, ятрогенного влияния целого ряда медикаментов на слизистую кишечника.

В связи с этим, разработка пектиносодержащих продуктов с сорбционными и нутритивными свойствами и технологий их производства из пищевого растительного сырья является актуальной задачей, как для пищевой промышленности, так и клинической медицины.

Наметившаяся в последнее время тенденция к использованию нутрицевтиков и пребиотиков при лечении СКН позволяет улучшить результат лечения хирургических больных с острой патологией органов брюшной полости.

Особое внимание привлекает применение для этой цели пищевых волокон, пектинов и нутрицевтиков – глутамина и аргинина (Е.Б.Лазарева и др. 1999, Т.С.Попова 2002, Т.П.Македонская 2003, Daly J.M. et al. 1988, Barbul A. et al. 1990, Kirk S.J. et al. 1993, Hall J.C. et al. 1996, Braga M. et al. 1996). Следует отметить, что использование пектинов в лечении острой хирургической патологии более физиологично по сравнению с другими энтеросорбентами.

Чистые пектиновые препараты получают из растительных источников различными способами. В настоящее время, существующие современные технологии, включающие гидролиз и экстрагирование с применением кислот, обладающих коррозионной активностью, очистку и концентрирование пектиновых экстрактов и сушку, являются довольно энергоемкими и экономически мало привлекательными. Ключевое отличие состоит в применяемых экстрагентах, технологических приемах и методах интенсификации пектинового производства.

Полученный такими способами пектин не используют для питания в лечебных целях. Как правило, пектин применяют в комплексе с другими нутриентами (аминокислотами, витаминами и другими фармопрепаратами). Поэтому, в настоящее время наиболее актуальным является разработка технологий пектиносодержащих продуктов (ПсП) из растительного сырья, как природного комплекса нутриентов, содержащего в своем составе не только пектин, но и другие биологически активные вещества.

Современные эффективные технологии, включая сублимацию, позволяют получать порошковые монопродукты из растительного сырья и использовать их в качестве пектиносодержащих полифункциональных добавок для производства продуктов функционального назначения. Сублимация позволяет не только максимально сохранить нутриенты продуктов, но и использовать совместно с фармопрепаратами, так как они получены одним способом – лиофилизацией.

Благодаря уникальным сорбционным и бактерицидным свойствам сублимированных порошковых продуктов имеется опыт их использования в клинической хирургии. Так, положительные результаты получены при применении препарата на основе сублимированного порошкового продукта столовой свеклы путем зондового введения для энтеросорбции при СКН (Патент РФ №2341269 «Способ лечения хирургического эндотоксикоза», 2008). Однако данный продукт не сбалансирован по белково-углеводному комплексу, что характерно для монопродукта, а при его применении происходили большие потери препарата и засорение энтеральных зондов из-за высокого содержания в них балластных веществ. Применение водорастворимых фракций этих препаратов значительно снижало их сорбирующие и нутритивные возможности. Оральное применение препарата ограничивалось неудовлетворительными органолептическими показателями.

В этой связи, мы считаем наиболее перспективным получение ПсП сублимационной сушки с пониженным содержанием балластных веществ, улучшенными нутритивными и органолептическими свойствами, как для орального, так и зондового применения.

Цель работы: разработка технологии пектиносодержащего порошкового продукта с сорбционными и нутритивными свойствами для профилактического питания и зондового применения, который мог бы в определенной степени удовлетворять запросы лечебных учреждений.

Для реализации этой цели использовали в качестве сырья корнеплоды и ботву молодой столовой свеклы на ранних стадиях вегетации.

В рамках поставленной цели решались следующие задачи исследования:

- изучить физико-химические и технологические свойства пектиносодержащего сырья - молодой столовой свеклы;

- определить рациональные режимы паротермической очистки корнеплодов молодой столовой свеклы;

- исследовать процесс получения сока из молодой столовой свеклы методом прессования;

- исследовать биохимические показатели порошков ботвы, сока и жома сублимационной сушки, полученных из сырья с различными периодами вегетации;

- разработать рецептуру и технологию промышленного производства ПсП;

- исследовать качественные и количественные показатели, характеризующие пищевую и биологическую ценность готового продукта;

- разработать нормативно-техническую документацию на опытную партию ПсП;

- апробировать в промышленных условиях результаты экспериментальных исследований и провести комплексные исследования ПсП по показателям безопасности;

- исследовать комплексообразующую способность ПсП для профилактического и зондового применения для оценки сорбционных свойств продукта;

- исследовать эффективность ПсП для зондового применения больных проведением его клинической апробации.

Научная новизна. Впервые получены данные химического и биохимического состава порошка ботвы сублимационной сушки из сырья с различными периодами вегетации.

Выявлено преимущество биохимического состава порошков, полученных из сырья с наличием 6-7 листьев, характеризующееся низким содержание легкоусвояемых углеводов, включая сахарозу, и высоким содержанием белка, пектиновых веществ, витамина С и жирорастворимых пигментов (хлорофилл - , – каротин). Аминокислотный состав белка порошков ботвы сублимационной сушки в преобладающем количестве содержит аргинин и глутаминовую кислоту, которые занимают ведущие позиции в метаболическом обмене тонкой кишки, иммуномодуляции и цитопротекции.

Показана комплексообразующая способность восстановленного пектиносодержащего продукта и препарата на его основе для зондового применения с тяжелыми металлами.

Доказана эффективность применения препарата на основе пектиносодержащего продукта для энтеросорбции и нутритивной поддержки в хирургической клинике, и установлена профилактическая доза.

Научная новизна подтверждена патентом РФ «Способ лечения хирургического эндотоксикоза» № 2341269 от 20.12.2008 и положительным решением от 30.07.09 по заявке № 2008145709/13(059723) от 20.11.2008 «Способ получения порошкового продукта столовой свеклы».

Практическая значимость. Определены рациональные режимы паротермической очистки от кожицы корнеплодов молодой столовой свеклы для сохранности термолабильных компонентов сырья, уменьшения потерь и отходов. Разработаны оптимальные режимы получения сока из измельченных корнеплодов молодой столовой свеклы и режимы совместной сублимационной сушки компонентов рецептур для получения пектиносодержащего продукта, послужившие основой для интенсификации технологического процесса производства.

Разработана технология производства порошкового ПсП с сорбционными и нутритивными свойствами. Разработаны и утверждены рецептуры и нормативная документация (ТУ, ТИ). Изучены качественные и количественные показатели ПсП, характеризующие его повышенную пищевую и биологическую ценность.

Предложены технологические решения, расширяющие область применения молодой столовой свеклы с ботвой для создания функциональных пищевых продуктов. Показана целесообразность применения порошка ботвы молодой столовой свеклы сублимационной сушки как ценного пищевого компонента пищевых продуктов.

Результаты работы используются в пищеконцентратной промышленности, в лечении больных хирургического профиля. Материалы работы использовались при публикации учебно-методического пособия, с грифом УМО РФ для специалистов пищевой промышленности и практических врачей.

Апробация работы. Результаты диссертации апробированы в промышленных условиях. Выработка экспериментальных образцов и опытно-лабораторные испытания производства порошкового ПсП осуществлялись в условиях ЗАО «Биопрогресс» г. Щелково, Московской области при ВНИИТИ биологической промышленности РАСХН. Выработка опытной партии продукта осуществлялась на производственных мощностях ООО «НПП «Биоритм». Клиническая апробация проведена в Больнице Центросоюза РФ.

Результаты доложены и обсуждены на Международной конференции «Профессиональное долголетие и качество жизни» (Москва, 2007), XI конгрессе с международным участием «Парентеральное и энтеральное питание (Москва, 2007), Международной научно-практической конференции «Технологии продуктов здорового питания. Функциональные пищевые продукты» (Москва, 2008), Всероссийской научно-технической конференции с международным участием «Выскоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации. Эффективное использование ресурсов отрасли» (Москва, 2008), Юбилейной конференции НИИДП «Научно-практические аспекты совершенствования качества продуктов детского и геродиетического питания» (Истра, 2009), а также на кафедральных заседаниях «Технология продуктов функционального и специализированного назначения и длительного хранения» МГУПП и эндоскопической хирургии МГМСУ.

Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 10 печатных работ, из них 1 статья в журнале, рекомендованным ВАК, патент РФ и положительное решение по заявке на изобретение.

Структура работы. Диссертация состоит из следующих разделов: введение, обзор литературы, экспериментальной части, технологической части, клинических исследований, выводов, списка литературы, приложений. Основное содержание работы изложено на 154 листах машинописного текста, проиллюстрировано 27 рисунками и 36 таблицами. В приложениях имеется ряд документов подтверждающих степень внедрения работы. Список литературы включает 201 источник отечественных и зарубежных авторов.

1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В обзоре литературы представлены сведения о столовой свекле, как источнике пищевых волокон, пектиновых веществ и других нутриентов для создания пектиносодержащих порошковых продуктов, обладающих сорбционными и нутритивными свойствами. Рассмотрены современные технологии получения порошковых продуктов, в том числе сублиматов, и способы хранения. Приведен анализ и обобщение данных о современных энтеросорбентах и нутрицевтиках, применяемых, как для профилактики синдрома кишечной недостаточности, так и в хирургической практике.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

В экспериментальной части представлены схема проведения эксперимента (рис.1), характеристика объектов исследований, методы анализа и методика проведения эксперимента, принципиальная схема лабораторной установки сублимационной сушки 50л – ТГ 50.4.

Рисунок 1. Схема проведения исследований

2.1. Объекты исследований

Объектами исследований при выполнении экспериментальной части работы служили:

- листовая часть (ботва) и корнеплоды молодой столовой свеклы сорта Бордо 237 по ОСТ 10 300-2002 «Свекла молодая свежая. Технические условия». Для исследований использовали урожай молодой столовой свеклы с листовой массой (ботвой), выращенный на с/х угодьях ФГОУ СПО «Яхромский аграрный колледж» в поселке городского типа Ново-Синьково Дмитровского района Московской области на минеральных почвах (от 22 августа 2008г);

- экспериментальные образцы порошков сублимационной сушки: ботвы, сока и жома молодой столовой свеклы, полученные по традиционной технологии;

- продукты сублимационной сушки из столовой свеклы (по ТУ 9199-013-00353158-97);

- пектиносодержащий продукт (ПсП) столовой свеклы сублимационной сушки повышенной пищевой и биологической ценности, полученный по разработанной технологии.

2.2. Методы исследований.

Исследования проводились с использованием современных методов анализа в соответствии со схемой:

- определение качественных показателей полуфабрикатов и готового сухого продукта ПсП - отбор и подготовка проб к анализу по ГОСТ 26929; активная кислотность рН – на портативном рН- метре по ГОСТ 15113.5-77; органолептические показатели по ГОСТ 13340.1; массовая доля влаги по ГОСТ 15113.4; титруемая кислотность по ГОСТ 25555.0; массовая доля порошка, проходящего через сито с размером ячейки в свету 1мм. по ГОСТ 13340.1; массовая доля темных включений в 10 мг порошка по ГОСТ 13979.4; массовая доля металлических примесей по ГОСТ 13340.2; массовая доля минеральных примесей по ГОСТ 25555.3;

- определение биохимических показателей полуфабрикатов и готового сухого продукта ПсП проводили следующими методами - определение аминокислотного состава методом распределительной хроматографии на бумаге, общего азота, аминного азота, сырого протеина методом Несслера, общего белка методом Лоури, молекулярных масс белковых фракций методом гель хроматографии на колонках; определение пигментного комплекса - хлорофиллы методом Годнева, каротиноиды методом колориметрирования по бихромату калия; определение содержания суммарных липидов методом экстракции, липидных фракций методом адсорбционной хроматографии в тонком слое; определение пектина проводили по пектату кальция, лигнина по Вильштеттеру и Цехмейстеру, гемицеллюлозы методом Оболенской, сырой клетчатки методом Кюршнера и Ганнака, крахмал по Н. Н. Проскурякову и А. Н. Кожевниковой; определение редуцирующих сахаров методом Бертрана; определение содержания витамина С методом Тильманса; определение комплексообразующей способности ПсП по ГОСТ 10398.

Определение показателей безопасности сырья и готового продукта: отбор проб и подготовка их для микробиологических анализов по ГОСТ 26668, 26669; определение микробиологических показателей по ГОСТ 10444.8, 10444.12, 10444.15, ГОСТ Р 52814, 52816; подготовка проб, минерализация для определения токсичных элементов по ГОСТ 26929; определение токсичных элементов по ГОСТ 26927, 26930, 30178.

Обработку результатов эксперимента проводили с помощью пакета прикладных программ операционной системы MS Windows 2000, «Statistica 6.0».

3. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПЕКТИНОСОДЕРЖАЩЕГО ПОРОШКОВОГО ПРОДУКТА ИЗ СТОЛОВОЙ СВЕКЛЫ

При разработке технологии ПсП из столовой свеклы, на основании формализованных медико-биологических рекомендаций к составу и качеству ПсП с сорбционными и нутритивными свойствами, обоснован состав продукта и технология производства.

Выработка экспериментальных образцов порошков ботвы, сока и жома молодой столовой свеклы осуществлялась по традиционной технологии (ТУ 9199-013-00353158-97) в экспериментальной лаборатории ЗАО «Биопрогресс» г. Щелково, Московской области при ВНИИТИ биологической промышленности РАСХН.

Результаты исследований биохимического состава экспериментальных образцов порошковых продуктов ботвы, сока и жома молодой столовой свеклы, представленные в таблицах 1, 2, 3, 4, легли в основу компьютерного проектирования и оптимизации рецептурных композиций пектиносодержащих порошковых продуктов (ПсП) с сорбционными и нутритивными свойствами.

Таблица 1. Химические и биохимические показатели порошкового продукта ботвы молодой столовой свеклы (массовая доля, % на СВ)

Химические и биохимические показатели	Содержание в % на СВ	Химические и биохимические показатели	Содержание в % на СВ
Массовая доля сухих веществ	96	Массовая доля неусваиваемых углеводов: в т. ч. Пектин	27,41 2,77