Актуальность темы. Одной из важнейших причин, вызывающих негативные тенденции в состоянии здоровья населения России является нарушение рациона питания, обусловленное недостаточным потреблением полноценных белков, витаминов, макро- и микроэлементов и нерациональным их соотношением. Наиболее эффективным путем повышения пищевой ценности является обогащение продуктов питания натуральными биологически активными добавками, одним из направлений использования которых, является профилактика йодного дефицита. Йод является важнейшим микроэлементом, поскольку он принимает участие в синтезе тиреоидных гормонов имеющих огромное значение для нормального функционирования организма человека.
По данным ВОЗ 1,5 миллиарда жителей планеты подвергаются риску йод дефицитных заболеваний. Более 60 % территории РФ подвержены риску возникновения йод дефицитных заболеваний, где среднее суточное потребление йода не превышает 40 - 80 мкг при суточной физиологической потребности 150 - 200 мкг. Ликвидация дефицита йода важнейшее направление деятельности ВОЗ, ЮНИСЕФ, Международного комитета по контролю за йод дефицитными заболеваниями (МСКИДЗ). Принятые в последние годы нормативные акты в РФ (1997 - 1999 г.г.) подтверждают, что йод дефицитные заболевания являются острой проблемой и для России.
Эффективным методом профилактики может стать йодирование хлебобулочных изделий, как наиболее употребляемого продукта питания, веществами неорганической (йодированная соль) и органической природы (йодированные белки).
В последние годы во многих странах мира (США, Германия, Франция, Россия) расширяется применение продуктов с заданным химическим составом, а также разрабатываются технологии проектирования состава многокомпонентных пищевых смесей, в основе изучения которых лежит реальный или модельный эксперимент. Такой подход позволяет обеспечить
6
введение обоснованного количества сырьевых ингредиентов, а также добавок направленного действия.
Большой вклад в разработку теоретических и практических основ по повышению пищевой ценности хлебобулочных изделий и обогащению их йодом внесли Л.Я. Ауэрман, Л.Н. Казанская, Н.П. Козьмина, Л.И. Пучкова, В.А. Патт, Т.Б. Цыганова, Л.Н. Шатнюк, Р.Г. Рахманкулова, Р.Д. Поландова и другие.
При выборе йодсодержащей добавки необходимо учитывать, что в синтезе гормонов щитовидной железы кроме йода принимают участие и другие микроэлементы - селен, железо, медь, цинк. Природным источником, где эти элементы сопутствуют йоду, являются морские водоросли и, в частности ламинария, которая, как и продукты ее переработки широко используются в пищевой промышленности.
В связи с этим, совершенствование технологии обогащенных хлебобулочных изделий, содержащих гарантированную физиологическую дозу йода в готовом продукте, является актуальной задачей, стоящей перед учеными и практиками.
Цель и задачи исследования. Целью настоящей работы является совершенствование технологии обогащенных хлебобулочных изделий на основе моделирования рецептурных смесей и предназначенных для профилактики йодной недостаточности.
Исходя из поставленной цели, необходимо решить следующие задачи:
• дать научное обоснование использованию ламинарии сушеной в технологии хлебобулочных изделий;
• разработать графическую модель оптимизации рецептурной смеси по обогащению хлебобулочных изделий с использованием ламинарии сушеной пищевой;
• исследовать влияние ламинарии сушеной пищевой на свойства пшеничного теста и качество готовых хлебобулочных изделий;
7
• определить содержание йода и сохранность его в готовых хлебобулочных изделиях;
• разработать проект нормативной документации на хлебобулочные изделия с ламинарией сушеной пищевой и провести опытно-промышленную апробацию результатов исследования;
• разработать методику прогнозирования социально-экономического эффекта от внедрения научно-обоснованной технологии хлебобулочных изделий с ламинарией сушеной пищевой.
Структурная схема исследования представлена на рисунке 1.
Научная новизна. Разработаны критерии, позволившие научно обосновать использование ламинарии сушеной пищевой и оценить преимущества ее в сравнении с применяемыми в хлебопечении йодсодержащими добавками.
Разработана графическая модель оптимизации рецептурной смеси, позволившая определить оптимальное содержание ламинарии сушеной и гарантированное содержание йода в готовых изделиях.
Выявлено, что предельная степень набухания ламинарии сушеной в воде достигается в течение первых 45 мин. и не превышает времени приготовления теста, при этом степень набухания в воде ламинарии порошкообразной (размер частиц менее 0,3 мм) больше, чем дробленой (размер частиц до 3 мм).
Выявлено положительное влияние ламинарии сушеной пищевой на реологические свойства пшеничного теста, заключающееся в повышении упругих свойств и в снижении динамической вязкости пшеничного теста, при этом вязкость теста с включением ламинарии сушеной порошкообразной ниже, чем с дробленой.
Методом сканирующей электронной микроскопии выявлено, что в процессе образования теста крахмальные зерна муги внедряются в поры набухших частиц ламинарии, которые тем самым способствуют формированию структуры теста.
8
Методом рентгенофазового анализа выявлено, что в ламинарии сушеной пищевой неорганическая форма йода представлена йодатом калия.
Практическая значимость. На основании результатов исследования разработаны проекты нормативной документации на диетическое изделие булочку "Йодинка", предназначенную для профилактики йодной недостаточности. Технология изготовления данного изделия прошла опытно-промышленную апробацию на пекарне Архангельского опытного водорослевого комбината (ФГУП "АОВК").
Выведена математическая зависимость оптимального соотношения компонентов рецептурной смеси, позволяющая прогнозировать содержание йода в готовых изделиях.
Разработана методика прогнозирования социально-экономического эффекта от внедрения технологии хлебобулочных изделий с ламинарией сушеной.
Апробация работы. Основные результаты диссертационной работы были представлены на Всероссийской научно-практической конференции (IX Международная специализированная выставка "ПродУрал-2003"), Уфа, БГАУ, 2003; на X Международной научно-практической конференции "Стратегия развития пищевой промышленности", Москва, МГУТУ, 2004; на Межвузовской конференции молодых ученых, соискателей и аспирантов, Москва, МГУТУ, 2004.
По материалам диссертации опубликовано восемь печатных работ.
Совершенствование технологии обогащенных хлебобулочных изделий на основе
моделирования рецептурных смесей
Научное обоснование использования ламинарии сушеной в технологии хлебобулочных
изделий
Разработка графической модели оптимизации рецептурной смеси
Исследование влияния ламинарии сушеной пищевой на свойства пшеничного теста и качество готовых
хлебобулочных изделий
Исследование
набухания
ламинарии
сушеной
Исследование
морфологической
структуры муки,
ламинарии, теста
Исследование
реологических
свойств теста
Исследование
органолептических и
физико-химических свойств
готовых изделий
Определение содержания и
сохранности йода в готовых
хлебобулочных изделиях
Разработка проекта нормативной документации на хлебобулочные изделия с ламинарией сушеной пищевой; опытно-промышленная апробация результатов исследования
Разработка методики прогнозирования социально-экономического эффекта от внедрения научно-обоснованной технологии хлебобулочных изделий с ламинарией сушеной пищевой
Рисунок 1 - Структурная схема исследования
10 1 Обзор литературы
1.1 Роль и значение биологически активных добавок в повышении пищевой ценности продуктов питания
Питание является одним из важнейших факторов, определяющих здоровье населения. Правильное питание обеспечивает нормальный рост и развитие детского организма, способствует профилактике заболеваний, продлению жизни людей, повышению работоспособности и создает условия для адекватной адаптации их к окружающей среде.
Вместе с тем в последние десятилетия состояние здоровья населения характеризуется негативными тенденциями. У большинства населения России выявлены нарушения полноценного питания, обусловленные как недостаточным потреблением пищевых веществ, в первую очередь витаминов, макро- и микроэлементов, полноценных белков, так и нерациональным их соотношением.
Нарушения полноценного, рационального питания вызваны как кризисным состоянием производства продовольственного сырья и пищевых продуктов, так и резким снижением покупательной способности большей части населения страны.
Целями государственной политики в области здорового питания являются сохранение и укрепление здоровья населения, профилактика заболеваний, связанных с неправильным питанием детей и взрослых [1,2].
В качестве неотложных мер по реализации Концепции предусматривается улучшение структуры питания за счет увеличения доли продуктов массового потребления с высокой пищевой и биологической ценностью, в том числе на 20-30% продуктов, обогащенных витаминами и минеральными веществами, на 30-40% свежих овощей и фруктов, расширения применения биологически активных добавок (БАД) [3, 4, 5, 6, 7, 8, 9].
11
Определены основные направления государственной политики в области здорового питания населения. В частности, в области производства пищевых продуктов предусматривается совершенствование биотехнологических процессов переработки хозяйственного сырья, включая получение новых видов пищевых продуктов общего и специального назначения с использованием ферментных препаратов и биологически активных веществ (БАВ). Создание отечественного производства витаминов, минеральных веществ, микроэлементов и других пищевых веществ в объемах, достаточных для полного обеспечения населения, в частности путем обогащения ими пищевых продуктов массового потребления [10, 11, 12,13, 14].
В области профилактики алиментарнозависимых состояний и заболеваний предусматривается разработка и реализация комплексных программ, обеспечивающих ликвидацию существующего дефицита витаминов, макро- и микроэлементов в первую очередь в экологически неблагополучных районах, расширении производства биологически активных добавок к пище [15,16,17,18,19,20,21].
В мире накоплено огромное количество данных о связи питания и здоровья. Известный российский ученый-диетолог А.А. Покровский писал: "Пишу следует рассматривать не только как источник энергии и пластических веществ, но и как весьма сложный фармакологический комплекс" [22]. К созданию, изучению и применению биологически активных добавок и привило развитие представлений о пище как об источнике комплекса фармакологических веществ, оказывающих регулирующее влияние на организм. Как известно, биологически активные добавки — это концентраты натуральных природных пищевых и биологически активных веществ, выделенные из пищевого сырья животного (в том числе морского), минерального происхождения, пищевых или лекарственных растений [23, 24]. Наряду с этим существует большое количество биологически активных добавок, полученных путем химического синтеза [25]. Однако БАД, полученные путем химического синтеза, "идентичные" натуральным,
12
отличаются от натуральных аналогов отсутствием природных микропримесей. Это существенно влияет на биологическую активность основных составляющих. Кроме того, в их структуре возможно наличие транс-изомеров, не содержащихся в натуральном сырье и "незнакомых" ферментным системам человека. Транс-изомеры в лучшем случае не полезны, а в худшем — вредны для организма. Вот почему в последнее время натуральные природные вещества вновь привлекли внимание врачей и ученых. Началось бурное развитие фармаконутрициологии [26, 27].
В широкомасштабных эпидемиологических исследованиях, проведенных недавно Институтом питания РАМН установлены следующие нарушения пищевого статуса населения России: избыточное потребление жиров; дефицит полиненасыщенных жирных кислот; дефицит в отдельных популяциях полноценных белков; дефицит большинства витаминов; дефицит минеральных веществ - кальция, железа; дефицит микроэлементов - йода, фтора, селена, цинка; выраженный дефицит пищевых волокон; причем дефицит микронутриентов выявляется практически во всех группах населения и во всех регионах страны [28, 29, 30, 31, 32, 33].
По данным Института питания РАМН, поливитаминно-минеральные препараты ежедневно принимают не более 3% населения нашей страны, в то время как в Европе - не менее 50%, в США - 80%. За последние несколько лет американцы стали принимать значительно больше БАД, по некоторым данным, более 100 млн. американцев используют их регулярно [34].
Как свидетельствует международный опыт, не существует прямой зависимости между доступностью продовольствия населению и обеспеченностью его микронутриентами. Согласно представлениям современной диетологии, человеческий организм должен получать с пищей более 600 необходимых пищевых веществ. Расчеты показывают, что даже при достаточном продовольственном обеспечении потребность в микронутриентах полностью удовлетворить невозможно, или общее количество пищи и ее калорийность будут существенно выше нормального потребления, что будет
13
повышать риск развития ожирения и сопутствующих ему заболеваний. Связано это также еще и с тем, что современный человек существенно сократил свои энергозатраты. Необходимое адекватное уменьшение объема съедаемой пищи не позволяет насытить организм всеми необходимыми пищевыми веществами, прежде всего микронутриентами. К тому же, как известно, рафинирование, кулинарная обработка, консервирование, длительное хранение продуктов приводят к существенному снижению содержания в них витаминов, макро- и микроэлементов и других микронутриентов. Положение усугубляет наличие в продуктах питания синтетических добавок: красителей, ароматизаторов, консервантов и др. В связи с этим, даже в развитых странах, хронические алиментарные дефициты становятся обычным явлением, например витамина С и некоторых макро- и микроэлементов, таких как кальций, калий, йод, селен, цинк. По мнению многих специалистов, наиболее быстрым, экономически приемлемым и научно обоснованным путем решения данной проблемы является создание и широкое применение в повседневном питании БАД, предпочтительнее натуральных [12, 35].
Среди биологически активных добавок различают: нутрицевтики — источники пищевых веществ и парафармацевтики — источники физиологически активных веществ.
В настоящее время из-за тяжелой экологической обстановки, стрессов, других экстремальных нагрузок и вредных привычек, неправильного питания, гиподинамии трудно отыскать здоровых людей. По данным И.И. Брехмана [16, 31, 36], около 80% населения находится в третьем состоянии, промежуточном между здоровьем и болезнью. Именно поэтому так важна профилактика. БАД не являются лекарствами, они относятся к безрецептурным профилактическим средствам, которые позволяют насытить организм дефицитными элементами пищи и, тем самым, укрепить здоровье. Например, дефицит йода и недостаток селена можно восполнить биологически активными добавками из морепродуктов (препараты "Кламин", "Фитолон"); недостаток витаминов А и Е - каротиноидами и токоферолом зародышей пшеницы; дефицит фитостерина,
14
витаминов А, Е, К, хлорофилла — липидным комплексом хвои (препарат "Феокарпин") [37, 38, 39] и т.д.. С помощью биологически активных добавок возможно компенсировать дефицит практически любых незаменимых компонентов пищи.
Назначение различных БАД заключается не только в насыщении организма недостающими полезными элементами пищи. С помощью некоторых БАД можно снизить калорийность пищи, повысить (или снизить) аппетит и массу тела; повысить неспецифическую резистентность организма, снизить риск развития заболеваний и обменных нарушений; осуществить регуляцию функций организма (в физиологических границах). Биологически активные добавки используют для связывания в желудочно-кишечном тракте и выведения чужеродных веществ, а также для поддержания нормального состава и функциональной активности кишечной микрофлоры. Созданы БАД, которые могут стимулировать иммунитет, нормализовать работу сердечно-сосудистой системы, желудочно-кишечного тракта, вывести из организма токсины и радионуклиды ("Литовит", "Наринэ"). В последнее время получены БАД, высокоэффективные при различных формах гиперлипопротеинемий, гипертензии, ишемической болезни сердца, тромбозах, сахарном диабете, некоторых иммунодефицитных состояниях. Накоплен обширный фактический материал, свидетельствующий о высокой эффективности БАД, содержащих фосфолипиды ("Витол"). Обогащение ими рациона питания усиливает активность антиоксидантных систем организма, нормализует процесс транспорта липидов, репарацию клеточных мембран, активацию иммунокомпетентных клеток, ускоряет процесс всасывания жиров. БАД широко используют как дополнительные источники белка и аминокислот, полиненасыщенных жирных кислот, витаминов, минералов ("Бета-каротин в растительном масле", "Золотой шар") [40, 41, 42, 43, 44].
В настоящее время на рынке России присутствуют сотни наименований БАД, производимых различными отечественными и зарубежными фирмами.
15
В то же время Россия сама обладает богатейшими источникам природного сырья, из которого можно получать самые разнообразные биологически активные добавки. Отечественные институты и производители в последние годы создали и выпускают ряд интересных БАД, которые все больше используются в медицинской практике.
Таким образом, спектр биологически активных добавок к пище и их назначение очень широк и разнообразен. В зависимости от состава они выполняют различные функции. Однако используются они чаще всего в таблетированной форме, в виде капсул или в виде самостоятельной добавки к готовой пище, что не всегда является удобным.
1.2 Анализ условий и факторов, способствующих формированию йодного дефицита и пути устранения его
В настоящее время одним из основных направлений использования биологически активных добавок к пище является профилактика йодного дефицита.
Недостаточность йода в воде, воздухе, продуктах питания является крайне важной проблемой для России [45]. Дефицит йода — угроза здоровью отдельного человека и генофонду нации. Профилактика йодного дефицита — одно из приоритетных направлений национальной политики в области здравоохранения [46].
Актуальность этой проблемы подтверждается и тем, что одним из важнейших направлений деятельности ВОЗ, ЮНИСЕФ, Международного комитета по контролю за йод дефицитными заболеваниями (МСКИДЗ) является ликвидация дефицита йода. Кроме того, принятые в последние годы постановления (Постановление Главного государственного санитарного врача РФ №11 от 02.05.1997 г. "О профилактике йод дефицитных состояний"; Постановление Правительства РФ №1119 от 05.10.1999 г. "О мерах по профилактике заболеваний, связанных с дефицитом йода") подтверждают то,
16
что йод дефицитные заболевания являются наиболее распространенными заболеваниями современности, в том числе и на территории Российской Федерации, и необходимы эффективные меры, направленные на ликвидацию его дефицита.
Специалистам известно, что дефицит йода в организме крайне негативно сказывается на состоянии здоровья жителей целых регионов. По последним данным ВОЗ 1,5 миллиарда жителей планеты подвергаются риску йод дефицитных заболеваний, 655 миллионов — страдают различными йод дефицитными заболеваниями. Дефицит йода проявляется, прежде всего, развитием эндемического зоба [28, 45, 47]. Эндемия зоба в России занимает первое место по территориальной экспансии, распространяющейся на проживающее в этих регионах население, составляющее гигантскую, причем устойчивую популяцию людей. Они подвержены, в сущности, тотальному риску заболеть различными формами дисфункций щитовидной железы и связанным с этим множеством психосоматических заболеваний. Около 60% территории России в связи с особенностями геохимического состава почвы находятся в зоне йододефицита. По данным исследований Эндокринологического научного центра РАМН, эндемическим зобом в центральной части России страдает 15-20% населения, а по отдельным регионам этот показатель достигает 40%. Следует отметить, что проблема дефицита йода в питании существует и во многих других странах, в том числе благополучных, и даже тех, которые расположены на морских побережьях [48, 49,50,51,52,53,54,55,56].
В природе йод распространен почти повсеместно. Он содержится во всех живых организмах, воде, минеральных водах, минералах, почве. В земной коре его содержится мало. Существует определенная закономерность распространения йода в атмосфере, воде и почвах. Наибольшее его количество сконцентрировано в морской воде, воздухе и почвах приморских районов. В этих же районах отмечается наиболее высокое содержание йода в растительных продуктах - зерновых, овощах, картофеле, фруктах и в продуктах животного
17
происхождения - мясе, молоке, яйцах. Относительно много йода содержится в мясе некоторых морских рыб и устриц. Особенно богаты йодом некоторые виды морских водорослей.
Острейший социально-экономический кризис в нашей стране стал причиной резкого изменения структуры питания и образа жизни значительной части населения, что привело к росту йод дефицитных заболеваний практически во всех регионах страны.
Исследователями были определены возможные факторы риска формирования йодной недостаточности [57, 58, 59] (Приложение 1).
На основании анализа данных факторов риска Конюховым В.А. и др. авторами была предложена модель причинно-следственных связей для преодоления и контроля нарушений, связанных с недостаточностью йода (рисунок 2).
Согласно представленной модели важными факторами риска йодного дефицита являются низкое содержание йода в большинстве пищевых продуктов и воде, недостаточное потребление морепродуктов.
В то же время морепродукты являются дорогими и для большей части нашего населения сегодня недоступны и тем более в необходимых количествах.
Поэтому целесообразно рассмотреть вопрос использования йод содержащих природных веществ в качестве биологически активной добавки к пище, благодаря которой можно повысить содержание йода в продуктах питания и тем самым их пищевую ценность. При этом необходимо учитывать, что потребность в йоде различна для каждой категории населения [60, 61] (таблица 1).
Таким образом, потребности организма в йоде различны и по разным источникам [57, 62, 63, 64] колеблются от 50 - 80 мкг в сутки у новорожденных до 230 — 260 у беременных и кормящих матерей. Однако реальное среднее потребление йода во многих регионах России не превышает 40 - 80 мкг, т.е. ежедневный дефицит йода составляет примерно 100 — 200 мкг. |
