4 ВВЕДЕНИЕ
Одним из приоритетных направлений Государственной политики индустриально развитых стран является обеспечение продовольственной безопасности и формирование системы здорового питания.
Для реализации Государственной политики в области здорового питания населения России в южном регионе имеются большие возможности с точки зрения сырьевой базы и, прежде всего растительного происхождения.
В качестве перспективных источников растительного • сырья для создания биологически активных добавок, содержащих в своем составе физиологически функциональные ингредиенты, практический интерес представляют вторичные ресурсы, из которых большой интерес представляют выжимки тыквы, полученные в результате промышленной переработки плодов тыквы.
В связи с изложенным актуальной является разработка технологии и оценка потребительских свойств биологически активной добавки (БАД) из вторичного растительного сырья - выжимок тыквы.
Целью работы являлась разработка технологии и оценка потребительских свойств биологически активной добавки из выжимок тыквы, отвечающей современным требованиям науки о питании.
Для достижения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
- провести анализ и систематизацию научно-технической литературы и патентной информации по теме исследования;
- провести маркетинговые исследования, анализ потребительских мотиваций и предпочтений для выявления потенциальных возможностей на рынке биологически активных добавок;
5
- обосновать применение в качестве сырья для получения БАД
вторичного растительного сырья - выжимок тыквы;
выявить влияние метода механохимической активации на потребительские свойства БАД из выжимок тыквы;
- разработать технологические режимы обработки выжимок тыквы в механохимическом активаторе;
- исследовать органолептические, физико-химические, микробиологические показатели и показатели безопасности БАД «Тыковка»;
- исследовать медико-биологические свойства БАД «Тыковка»;
- провести оценку потребительских и функциональных свойств БАД «Тыковка» в процессе хранения;
- разработать комплект технической документации на БАД «Тыковка», включающий технические условия и технологическую инструкцию;
- провести оценку экономической эффективности от внедрения разработанных технологических решений.
Научная новизна работы заключается в следующем.
Впервые обоснована целесообразность и эффективность применения выжимок тыквы в качестве сырья для получения БАД. Впервые показано, что обработка выжимок тыквы с применением метода механохимической активации позволяет получить БАД, имеющую высокие потребительские свойства и пищевую ценность.
Впервые научно обоснована и экспериментально подтверждена эффективность применения метода механохимической активации при переработке выжимок тыквы. Выявлено, что использование роторно-валкового дезинтегратора (РВД) вертикального типа при обработке выжимок тыквы приводит к увеличению степени их дисперсности и достижению требуемых потребительских свойств БАД на их основе. Показано, что измельчение выжимок тыквы в РВД позволяет получить БАД, обладающую
6
высокой растворимостью в воде. Выявлено, что обработка выжимок тыквы в РВД при установленных режимах не приводит к накоплению кукурбитацинов.
Впервые установлено, что БАД из выжимок тыквы обладает антиоксидантными, гипохолестеринимическими и гепатопротекторными свойствами.
Новизна разработанных технологических решений подтверждена 3 решениями о выдаче патентов РФ на изобретения.
Практическая значимость. По результатам маркетинговых исследований выявлены предпочтения и потребительские мотивации, положенные в основу при разработке биологически активной добавки. Разработаны технологические режимы получения БАД из выжимок тыквы с применением метода механохимической активации. Разработан комплект технической документации на БАД «Тыковка», включающий технические условия и технологическую инструкцию.
На защиту выносятся следующие основные положения диссертации:
- анализ и систематизация научно-технической литературы и патентной информации по теме исследования;
- результаты маркетинговых исследований, анализ потребительских мотиваций и предпочтений для выявления потенциальных возможностей на рынке биологически активных добавок;
- обоснование выбора в качестве сырья для получения БАД вторичного растительного сырья - выжимок тыквы;
- результаты влияния метода механохимической активации на потребительские свойства БАД из выжимок тыквы;
- разработанные технологические режимы получения БАД из выжимок тыквы в механохимическом активаторе;
tft
7
- результаты исследования органолептических, физико-химических,
микробиологических показателей и показателей безопасности БАД «Тыковка»;
- результаты медико-биологических исследований свойств БАД «Тыковка»;
- результаты оценки потребительских и функциональных свойств БАД «Тыковка» в процессе хранения;
комплект технической документации на БАД «Тыковка», включающий технические условия и технологическую инструкцию;
- результаты оценки экономической эффективности от внедрения разработанных технологических решений.
8 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР
1.1 Биологически активные добавки к пище и функциональные пищевые продукты - факторы, определяющие здоровье людей
Качество жизни современного человека определяется многими социальными, гигиеническими и биологическими факторами, среди которых немаловажное значение имеют состояние питания и уровень заболеваемости.
К числу наиболее распространенных болезней цивилизации относят сердечно-сосудистые, онкологические и желудочно-кишечные, возникновение и развитие которых прямо или косвенно связано с нарушением питания. Особое значение в патогенезе указанных заболеваний имеет дефицит витаминов, йода, железа, селена, кальция, пищевых волокон, полиненасыщенных жирных кислот, других незаменимых, в том числе минорных компонентов пищи. Показано, что этот дефицит носит постоянный и всесезонный характер /1/.
В настоящее время есть все основания полагать, что наиболее быстрым, экономически приемлемым и научно обоснованным путем решения проблемы рационализации питания населения (в том числе и для экономически развитых стран) и профилактики неинфекционных заболеваний является широкое применение в повседневной практике биологически активных добавок к пище (БАД) и обогащенных ими пищевых продуктов /2,3/.
Причинами все возрастающей необходимости применения этой группы пищевой продукции являются:
- несомненное участие экзогенных биологически активных веществ в регуляции многих жизненно важных адаптивно-защитных систем организма, что, по-видимому, в процессе эволюции закреплено генетически;
9
- значительное увеличение уровней воздействия на организм неблагоприятных факторов окружающей среды (химической, физической и биологической природы), а также эмоциональных нагрузок, что сопровождается соответствующим возрастанием требований к функциональной активности многих систем организма;
- существенное снижение энергозатрат, сопровождающееся адекватным уменьшением объема потребляемой пищи;
- существенные изменения структуры питания населения в сторону усугубления дисбаланса основных компонентов рациона (недостаточное потребление витаминов, макро- и микроэлементов, полиненасыщенных жирных кислот, пищевых волокон, незаменимых аминокислот на фоне избыточного поступления в организм животных жиров).
Использование БАД и обогащенных ими продуктов в профилактическом и лечебном питании обусловлено, в первую очередь, возможностью достаточно легко и быстро, не повышая калорийности рациона, ликвидировать дефицит микронутриентов, потребность которого у больного человека значительно возрастает.
Установлено, что БАД способствуют повышению неспецифической резистентное™ организма. Это особенно важно для профилактического питания на стадии адаптации, когда отмечается снижение устойчивости организма к неблагоприятным факторам окружающей среды, развитие иммунодефицитов.
Включение БАД в лечебное питание открывает безопасный немедикаментозный путь регулирования, поддержания функций отдельных систем организма, позволяет максимально удовлетворить измененные физиологические потребности в пищевых веществах людей, страдающих различными заболеваниями, а также ускорить выведение из организма продуктов обмена.
10
Активное использование БАД предоставляет уникальную возможность целенаправленно воздействовать на наиболее поврежденное звено метаболического конвейера по принципу метаболического шунтирования — путем коррекции или обхода нарушенного болезнью метаболического звена.
Это является особенно важным в профилактическом и лечебном питании при заболеваниях, связанных с нарушением обменных процессов.
Одним из современных этапов эволюции учения о БАД является аспект применения природных хемопротекторов и хемопровенторов, которые содержатся в растениях, употребляемых в пищу (овощи, бобовые, фрукты, ягоды) и не употребляемых в пищу (лекарственные растения).
К ним относятся биофлавоноиды, индолы, алкалоиды, фенольные соединения, терпеноиды и др. Указанные соединения осуществляют биорегуляцию и стимулицию физиологических функций организма, поддерживают межклеточные связи и гомеостаз. Применение их в профилактическом и лечебном питании очень важно и соответсвует концепции функционального питания.
Современные представления о болезни, как об отклонении от нормального метаболического и энзиматического статуса организма, позволяют наиболее полно оценить значение БАД в восстановлении нарушенных болезнью обменных процессов с учетом особенностей патогенических механизмов заболевания.
В интимных механизмах нарушений биохимической адаптации следует искать ключ к направленному использованию биологически активной добавки с учетом характера ее ведущего биологически активного ингредиента, определяющего специфические свойства именно этой БАД.
С другой стороны, в развитии заболеваний принимают участие многие механизмы и, учитывая это, для коррекции имеющихся нарушений необходимы БАД различного спектра действия.
11
По характеру действия БАД, применяемые в профилактическом и лечебном питании, можно разделить на следующие три группы:
• БАД метаболической направленности;
• БАД функциональной направленности;
• БАД, повышающие неспецифическую резистентность организма.
В настоящее время разработки в области новых БАД и обогащенных ими пищевых продуктов функционального назначения продолжаются и находят своего потребителя.
Активно проводятся работы по оценке эффективности обогащенных биологически активными добавками продуктов питания. Это направление определено Государственными программами и проектами, как приоритетное, и требует активного развития /4/.
1.2 Анализ состояния рынка и характеристика биологически активных и лечебно-профилактических пищевых добавок
К группе биологически активных и лечебно-профилактических пищевых добавок относят широкий спектр веществ, включая и получаемые из вторичных сырьевых ресурсов, образующихся при переработке сырья растительного и животного происхождения /5-8/.
Разработанная Харьковским филиалом ВНИИ НМВ ФТИНТ АН Украины технология производства витаминизированных порошкообразных смесей с использованием в качестве основных компонентов криопорошков из целых фруктов и ягод получила все более широкое распространение 191.
Так на научно-производственном предприятии «БИОФИТ» разработан ряд биологически активных добавок, которые в качестве основы содержат криопорошки бахчевого, овощного, фруктового и/или ягодного сырья, а в
12
качестве добавок она содержит зародыши пшеницы, порошок женьшеня, витамины Е и А /10,11/.
Известны различные продукты переработки топинамбура, включая и сухие продукты. В результате переработки клубней топинамбура получали сухой продукт, содержащий углеводные компоненты, что обеспечивало их длительное хранение в сухом состоянии /12/.
В научно-технической литературе имеются данные по использованию клубней и надземной части топинамбура, как сырья для производства полисахарида, спирта, кормопроизводства, получения глюкозо-фруктозных сиропов и инулина для пищевой промышленности /13/.
В настоящее время для повышения пищевой и биологической ценности пищевых продуктов широко используют добавки с повышенным содержанием белка и незаменимых аминокислот.
Известно направление развития производства пищевых добавок на основе злаков и растительного сырья, наиболее представительным из которых можно считать добавку, включающую помол зерна злаковой культуры с добавлением витаминов /14/. Компонентами добавки являются отруби пшеничные, солод пивоваренный ячменный, а также лист крапивы.
Перспективным также является использование зерновых зародышей, в частности пшеничных, которые содержат ценные натуральные биологически активные вещества: витамины группы В, РР, токоферолы, полиненасыщенные жирные кислоты, растительные белки и микроэлементы.
Зерновые зародыши следует рассматривать, как наиболее эффективные источники натуральных витаминов и микроэлементов, при создании новых продуктов детского питания, специальных сортов хлебобулочных, макаронных и кондитерских изделий, а также для витаминизации пищевых продуктов на основе рационального и сбалансированного питания /15/.
13
Известна БАД для регулирования липидного обмена, представляющая собой экстракт зерен проса, полученный путем обработки измельченных зерен неполярным экстрагентом с последующим отделением целевого продукта и упариванием /16/. Исследования показали, что применение такой БАД не только стимулирует активность липазы в организме, но и создает одновременно условия для усиленного окисления жирных кислот с их преимущественным использованием в качестве источника энергообеспечения.
Разработана биологически активная добавка к пище, включающая продукты переработки семян бобовых, в частности, нута путем их проращивания, ферментации и инактивирования ферментов, она также содержит муку из семян расторопши и аминоуксусную кислоту - глицин/17/.
Разработана /18/ биологически активная добавка, содержащая соевый лецитин и растительную клетчатку, а также ядра кедрового и грецкого ореха.
Научно-производственной фирмой «Росма-плюс» на базе кафедры технологии жиров, товароведения и экспертизы товаров КубГТУ разработана оригинальная технология получения фосфолипидных биологически активных добавок серии «Витол» из отечественного сырья - семян подсолнечника, обладающих иммуномоделирующими, антиоксидантными, гиполипидемическими, гипохолестеринемическими, радиопротекторными и гипотензивными свойствами /19/.
Восточно-Сибирским государственным технологическим
университетом разработан лечебно-профилактический пищевой продукт из ядер семян облепихи, оболочки которых ферментированы ячменным солодом, что позволяет снизить количество грубой клетчатки в оболочках семян облепихи и получить продукт с высокой биологической активностью и улучшенной пищевой ценностью /20/.
14
Волгоградским научно-исследовательским технологическим
институтом разработана смесь, которая в качестве фитосырья содержит отжатую от сока, высушенную и измельченную мякоть плодов облепихи, выжимки томатов, содержащие семена томатов, грецкие орехи молочно-восковой спелости с околоплодниками и листья грецкого ореха, а в качестве растительного масла - смесь горчичного и тыквенного масел /21/.
Анализ литературных данных показал, что по аминокислотному составу семена горчицы и продукты их переработки близки к сое. В своем составе они содержат триацилглицерины, белки, углеводы, фосфолипиды, ферменты и целый ряд других соединений /22,23/.
Известен способ получения биологически активной добавки из семян горчицы. Их подвергают непрерывной экстракции водой для выделения водорастворимого тиогликозида синигрина при 75-90°С /24/.
Также известен способ получения биологически активных веществ из лузги гречихи /25/.
Одной из самых важных пищевых добавок десятилетия, является комплекс олигомерных процианидинов (ОПЦ), получаемый из растительного сырья. В основе данного комплекса лежат две мономерные единицы -катехин и (-)-эпикатехин, а также их производные. Помимо основного источника этих элементов - виноградных семян, получают экстракт из виноградных семян и жмыха калины, обладающий антирадикальной активностью /26/.
В научно-технической литературе листья амаранта рассматриваются как источник белка для кормопроизводства и сырья для получения витамина Р (рутина) и пектина /27/.
Предложено использование листьев амаранта в качестве биологически активного сырья для производства биологически активных добавок к пище при недостатке кальция в организме, дополнительно такая добавка содержит
15 соединения фосфора минерального или органического происхождения /28/.
Кроме этого, биологически активная добавка из амаранта в качестве наполнителя может содержать хитин или хитозан.
Известен способ получения БАД из семян петрушки огородной, которые содержат жирорастворимые эфирные масла, такие как триацилглицерины петрозелиновой кислоты, апиол, миристицин, апионовую кислоту, кумарин, пинен, бергаптен, апиан, кверцетин, жирное масло, лютеолин, апиозид, апиин, смолистые вещества, являющиеся биологически активными веществами. Эти вещества обладают желчегонным, дезинтоксикационным, мочегонным, спазмолитическим и антисептическим действием, что, в частности, оказывает регулирующее действие на пищеварение, нарушение которого является основной причиной присутствия запаха изо рта /29,30/.
Пятигорской государственной фармацевтической академией совместно с НИИ Экспериментальной медицины РАМН (Санкт-Петербург) кроме жидкого экстракта клевера был разработан антисклеротический и гиполипидемический препарат "Тризофлан", представляющий собой сухой очищенный экстракт травы клевера лугового для профилактики сердечнососудистых заболеваний, в частности атеросклероза за счет выраженного гиполипидемического и кардиотонического действия /31/.
К числу биологически активные веществ, незаслуженно игнорируемых в течение многих лет, относятся пищевые волокна.
Исследования последних лет показали, что развитие многих заболеваний неинфекционного характера, эпидемическая скорость распространения которых зафиксирована в экономически развитых странах, находится в прямой зависимости с недостаточным употреблением пищевых волокон /32/.
16
Дефицит пищевых волокон в структуре питания населения ассоциируется с ростом таких заболеваний, как рак толстой кишки, гипомоторная дискинезия толстой кишки с синдромом констипации, дивертикулез, холелитиаз, сахарный диабет, атеросклероз, ожирение и др.
Разработана лечебно-профилактическая пищевая композиция "Гербамарин", включающая биологически активные вещества, в качестве которых используют экстракты плодов шиповника, лекарственные растения, биологически активные вещества морских гидробионтолов и растворимые пищевые волокна, в качестве которых используют морское растительное сырье /32/.
Широкое распространение получили добавки на основе морских водорослей и животных.
Так, научно-производственная фирма «Радэкон» использует морскую хлореллу и хлебопекарные селенсодержащие дрожжи. Использование этой биологически активной добавки повышает резистентность организма и усиливает его иммунитет, в связи с чем она применяется для ослабления побочных эффектов облучения /33/.
В работе /34/ предлагается комплексная пищевая добавка, созданная на основе морской капусты, содержащая дополнительно биологически активные ингредиенты - альгинаты, аминокислоты, микро-, макроэлементы, йод и витамины.
Известны зостерины из морской травы Zostera и альгинаты из бурых водорослей, которые уменьшают депонирование свинца внутренними органами, такими как печень, почки, а также в мышцах и костях /34/.
Создан новый препарат на основе водоросли спирулина платенсис, обладающий расширенными диетологическими, иммуностимулирующими, заживляющими свойствами, благодаря пролонгированному действию, что позволяет широко использовать его в диетологии, а также обогащает
17 ассортимент известных пищевых добавок. Дополнительным компонентом
этой добавки является гиалуроновая кислота /35/.
Известно широкое использование ламинарии в качестве ценной добавки к пище, а также приготовление на ее основе ряда фармацевтических и косметических препаратов. Ламинария является ценным продуктом питания, содержащим полный комплекс биологически активных веществ: аминокислот, белков, микроэлементов (в том числе йод, калий, кальций, железо, медь, цинк, селен и др.) /36/.
Разработано средство для профилактики рака "Фукус" на основе фукусовых водорослей, в состав которого входят такие вещества, как полисахариды, аминокислоты, минеральные и др. вещества, хорошо растворимые в воде, его получают из фукуса путем водно-содовой экстракции и кислотного гидролиза /37/.
Также известна БАД на основе фукусовых водорослей, которая дополнительно содержит растительное сырье (лекарственное, зерновое, овощное), животное сырье (панты маралла, изюбра, оленя, экстракты органов животных, рыб, гидробионтов) /38/.
Известна биологически активная пищевая добавка, которая в качестве энтеросорбента содержит хитин. Данную добавку получают путем измельчения до порошкообразного состояния панцирной оболочки ракообразных. Терапевтическая эффективность хитина, как сорбента, обусловлена его способностью селективно адсорбировать ионы ртути, кобальта, изотопов урана, цезия и других металлов и протонов /39/. Установлена также способность хитина иммобилизировать ферменты, микроорганизмы, снижать энтеробактериальную интоксикацию.
Известна комплексная пищевая добавка, обладающая радиопротекторным действием, содержащая водоросли, аминокислоту и витамины, отличающаяся тем, что из водорослей содержит морскую капусту, |
