Наукові основи розробки технологій молочних продуктів функціонального призначення

Размещено на http://www.allbest.ru/

ОДЕСЬКА НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ ХАРЧОВИХ ТЕХНОЛОГІЙ

Спеціальність 05.18.16 - технологія продуктів харчування

УДК 001.891 : [637.1 - 027.3 : 613.2 ]

Автореферат

дисертації на здобуття наукового ступеня доктора технічних наук

НАУКОВІ ОСНОВИ РОЗРОБКИ ТЕХНОЛОГІЙ МОЛОЧНИХ ПРОДУКТІВ ФУНКЦІОНАЛЬНОГО ПРИЗНАЧЕННЯ

ДІДУХ НАТАЛІЯ

АНДРІЇВНА

ОДЕСА - 2008

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Одеській національній академії харчових технологій

Міністерства освіти і науки України.

Науковий консультант: доктор технічних наук, професор, заслужений діяч науки і техніки України Чагаровський Олександр Петрович, Одеська національна академія харчових технологій, кафедра технології молока та сушіння харчових продуктів, професор кафедри

Офіційні опоненти:доктор технічних наук, професор Тележенко Любов Миколаївна, Одеська національна академія харчових технологій, кафедра технології харчування і ресторанного сервісу, завідувач кафедри;

доктор біологічних наук, професор, член-кореспондент Національної академії наук України Коваленко Надія Костянтинівна, Інститут мікробіології та вірусології ім. Заболотного, консультативно-контрольна лабораторія з експертизи біологічних властивостей штамів мікроорганізмів, показників якості, бакпрепаратів, продуктів та пробіотиків, керівник лабораторії;

доктор технічних наук, професор, Дейниченко Григорій Вікторович, Харківський державний університет харчування та торгівлі, кафедра технологічного устаткування, завідувач кафедри.

Захист відбудеться 24 грудня 2008 року о 1330 год. на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 41.088.02 Одеської національної академії харчових технологій (65039, м. Одеса, вул. Канатна, 112) в ауд. А-234.

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Одеської національної академії харчових технологій за адресою: 65039, м. Одеса, вул. Канатна, 112.

Автореферат розісланий 21 листопада 2008 року.

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради, д.т.н., професор Г. М. Станкевич

1. ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. У ХХІ столітті в концепції «здорового» харчування особлива роль відводиться продуктам функціонального призначення як стратегічному напряму розвитку харчової промисловості. Функціональні продукти одержують за інноваційними технологіями і розглядають не тільки як джерела пластичних речовин та енергії, але й як складний немедикаментозний комплекс, який відповідає фізіологічним потребам організму людини та має яскраво виражені лікувальні, профілактичні або оздоровчі властивості.

Важливою складовою ринку продуктів функціонального призначення є молочні продукти, які в Україні і країнах Європи складають близько 65 % від його загальної ємкості. Понад 80 % ринку молочних продуктів функціонального призначення (МПФП) представлено продуктами з про- та/або пребіотиками, 8 % - продуктами з БАР, близько 12 % складають інші продукти. Перша група МПФП найбільш динамічно розвивається і постійно поповнюється новими продуктами, оскільки на дисбактеріоз в Україні, за статистичними даними, хворіє 65…75 % населення. Аналіз цих продуктів свідчить про те, що у більшості ви-падків їх пробіотичний вплив обумовлений регламентованою кількістю лактобактерій (ЛБ), тоді як кількість життєздатних клітин біфідобактерій (ББ) у продуктах часто не відповідає вимогам нормативних документів, що знижує їх функціональний вплив на організм людини.

Інші категорії функціональних продуктів харчування на молочній основі (геродієтичні, діабетичні без додавання замінників цукру, продукти з підвищеними імуномодулюючими, антиоксидантними, сорбційними властивостями тощо) на споживчому ринку країни не представлені, що обумовлено відсутністю науково обґрунтованих та клінічно підтверджених технологій їх виробництва. Необхідність розширення асортиментного ряду МПФП диктується сьогодні демографічною ситуацією в Україні (частка людей похилого віку у загальній структурі населення складає 20,5 %, за прогнозами Інституту геронтології АМН України до 2050 року вона зросте до 38,1 %), збільшенням кількості людей із серцево-судинними захворюваннями та цукровим діабетом (до 24,5 та 3,8 %, відповідно), поширенням вторинних імунодефіцитних станів, ускладнених дисбіотичними порушеннями шлунково-кишкового тракту, у половини населення країни. Тому розробка нового асортименту науково обґрунтованих технологій МПФП, збагачених комплексами пробіотичних культур лакто- та/або біфідо- бактерій, біологічно активними речовинами (БАР), пребіотиками є актуальним для України на сучасному етапі завданням і потребує вирішення.

Великий внесок у розробку наукових основ підвищення харчової та біологічної цінності молочних продуктів та організацію їх виробництва внесли вітчизняні й закордонні вчені: Коваленко Н.К., Григоров Ю.Г., Козловська Г.С., Капрельянц Л.В., Грішин М.О., Чагаровський О.П., Кігель Н.Ф., Дейниченко Г.В., Тіхомірова Н.А., Баннікова Л.А., Ганіна В.І., Ліпатов М.М., Радаєва І.А., Галстян А.Г., Харітонов В.Д., Євдокімов І.А., Храмцов А.Г., Петров А.Н., Шендеров Б.А., Зобкова З.С., Кочеткова А.А., Степаненко П.П., Фролькіс В.В., Gibson G., Ras- tall R., Roberfroid M., Biavati B., Molder H., Chandalia M., Hara О., Hill M., Matsuzaki Т., Misota Т., Milner J., Crociani F., Salminen S., Yasui H.

Розробка інноваційних технологій виробництва молочних продуктів геродієтичного, діабетичного, імуномодулюючого призначення, удосконалення існуючих технологій пробіотичних молочних продуктів з метою підвищення їх функціонального впливу на організм людини важливі в декількох аспектах: широке впровадження функціональних продуктів у фактичному харчуванні літніх, старих і хворих людей дозволить по типу замісної терапії виправити недоліки їх харчування; вживання молочних продуктів функціонального призначення здоровими людьми молодих вікових груп стане профілактикою захворювань та передчасного старіння.

Зв'язок роботи з науковими програмами, темами, планами. Наукові дослідження виконувалися згідно з тематикою держбюджетних досліджень кафедри технології молока та сушіння харчових продуктів ОНАХТ 1/08 - ТМ та СХП «Розробка технологій пробіотичних молочних продуктів з подовженим терміном зберігання» (№ держреєстрації 0108U004432), 2/08 - ТМ та СХП «Розробка технологій молочних продуктів спеціального призначення» (№ держреєстрації 0108U004433), а також згідно з темою кафедри «Розробка технологій молочних продуктів нового покоління» протягом 2001-2008 рр.

Мета і завдання дослідження. Мета дослідження - наукове та експериментальне обґрунтування застосування чистих культур та заквашувальних композицій зі змішаних культур пробіотичних штамів біфідо- і лактобактерій, пребіотиків та комплексів біологічно активних речовин при створенні інноваційних технологій функціональних молочних продуктів для геродієтичного і діабетичного харчування, з підвищеними імуномодулюючими та пробіотичними властивостями.

Для досягнення поставленої мети були сформульовані такі завдання:

– здійснити скринінг культур ББ і ЛБ за вимогами, які ставлять до пробіотиків, і відібрати перспективні до використання у технологіях МПФП штами ББ та бакконцентрати (БК) ЛБ з високими біологічними властивостями та необхідним технологічним потенціалом;

– встановити механізм підвищення пробіотичних та антагоністичних властивостей МПФП при поєднанні кількох способів стимулювання росту ББ у молоці;

– визначити закономірності культивування чистих культур (ЧК) ББ і спільного культивування ЧК ББ з чистими та змішаними культурами (ЗК) ЛБ у стерилізованому молоці з використанням біфідогенних факторів (БФ) і науково обґрунтувати склад заквашувальних композицій зі ЗК ББ та зі ЗК ББ і ЛБ для виробництва біфідовмісних МПФП;

– визначити оптимальний аміно- та жирнокислотний склад збагаченої молочної сировини для виробництва продуктів геродієтичного та діабетичного призначення на молочній основі;

– обґрунтувати вибір фізіологічно-функціональних харчових інгредієнтів (ФФХІ) з антиоксидантною активністю, з пребіотичними властивостями для розробки геродієтичних, діабетичних та імуномодулюючих молочних продуктів на основі комплексного аналізу медико-біологічних вимог до продуктів функціонального призначення і встановити їх раціональні концентрації у збагаченій молочній сировині;

– розробити оптимальні режими гомогенізації, обґрунтувати параметри теплової обробки збагаченої молочної сировини у виробництві неферментованих та ферментованих молочних, молочно-сироваткових та сироваткових напоїв, сметани, білкових МПФП;

– провести дослідження процесів ферментації збагаченої молочної сировини розробленими заквашувальними композиціями пробіотичних культур ББ і ЛБ;

– встановити та науково обґрунтувати вплив рекомендованих компонентів антиоксидантних комплексів та біфідогенних факторів на показники якості ферментованих МПФП;

– обґрунтувати параметри пресування та соління м'яких біфідовмісних кислотно-сичужних сирів, параметри зберігання розроблених продуктів;

– розробити науково-обґрунтовані рецептури, технології та нормативну

документацію на виробництво нових видів МПФП, провести промислову апробацію і впровадження розроблених технологій;

– здійснити медико-біологічні та клінічні дослідження нових МПФП, дати оцінку економічного та соціального ефекту від практичної реалізації результатів дослідження.

Об'єкт дослідження - технології молочних продуктів функціонального призначення.

Предмет дослідження - пробіотичні, технологічні, антагоністичні та біохімічні властивості БК ЛБ, штамів ББ, заквашувальних композицій для МПФП, хімічний склад і властивості ФФХІ, молочної сировини, збагаченої комплексами ФФХІ, молочні продукти функціонального призначення.

Методи дослідження - математичного моделювання та оптимізації, загальноприйняті і спеціальні фізичні, хімічні, біохімічні, фізико-хімічні, мікробіологічні, технологічні, органолептичні, медико-біологічні, експериментально-статистичні, аналітичні з використанням сучасних пристроїв і комп'ютерних технологій.

Наукова новизна отриманих результатів. На основі сучасних уявлень про оптимальне харчування, теоретичних і експериментальних досліджень сформульована концепція доцільності створення нових груп біфідовмісних молочних продуктів з підвищеними функціональними властивостями, збагачених пробіотичними культурами біфідобактерій, продуктами їх метаболізму, пребіотиками та біологічно активними речовинами і запропонована їх класифікація.

Вперше науково обґрунтована та експериментально підтверджена можливість підвищення пробіотичних та антагоністичних властивостей МПФП при поєднанні декількох способів стимулювання росту ББ у молоці.

Вперше науково обґрунтовано склад заквашувальних композицій зі ЗК ББ та зі ЗК ББ і ЛБ для виробництва МПФП з заданими функціональними властивостями для певних вікових категорій на основі комплексних досліджень спільного культивування ББ різних видів між собою, з мезо- і термофільними культурами ЛБ, які використовуються у технологіях ферментованих молочних продуктів, з додаванням БФ; отримано математичне описання закономірностей росту ЗК біфідо- та лактобактерій у складі заквашувальних композицій у модельних системах.

Встановлено механізм підвищення пробіотичних властивостей ферментованих молочних продуктів при спільному культивуванні ББ із молочнокислими бактеріями з невисокою в-галактозидазною активністю.

Науково обґрунтовано склад синбіотичних комплексів для виробництва ферментованих молочних продуктів діабетичного, геродієтичного та імуномодулюючого призначення (ацидофіліну, простокваші, кефіру та йогурту), які включають змішані культури пробіотичних штамів біфідобактерій і лактобактерій, вітаміни й мікроелементи антиоксидантного ряду, екстракти коренів лікарських рослин, пребіотики (харчові волокна або лактулозу), фруктозу.

Встановлено синергетичний ефект антиоксидантних та біфідогенних властивостей при спільному використанні вітаміну Е, в-каротину, олій, органічного селену, в-галактозидази та концентрату сироваткових білків (КСБ) в процесі виробництва ферментованих молочних продуктів функціонального призначення.

Вперше запропоновано новий спосіб виробництва неферментованих молочних напоїв функціонального призначення, збагачених активізованими культурами біфідобактерій та продуктами їх метаболізму.

Показано вплив компонентів антиоксидантних комплексів та заквашу-вальних композицій на тривалість ферментації збагаченої молочної сировини та зберігання готових функціональних молочних продуктів.

Сформульовано концепцію та отримано науково-практичні результати виробництва білкових молочних продуктів з підвищеними біологічною цінністю, пробіотичними, антагоністичними властивостями.

Комплексними медико-біологічними та клінічними дослідженнями показано, що розроблені МПФП доброякісні, мають антиоксидантну, геропротекторну, гепапротекторну, гіпоглікемічну, пробіотичну дію, що дає підстави віднести їх до категорії функціональних.

Новизна технічних рішень, які містяться в роботі, підтверджується 9 деклараційними патентами України на корисну модель та 18 позитивними рішеннями.

Практичне значення отриманих результатів. На основі наукових досліджень встановлено кількісні співвідношення між пробіотичними штамами ББ у складі заквашувальних композицій зі ЗК ББ та їх співвідношення з ЧК/ЗК ЛБ у складі заквашувальних композицій зі ЗК ББ і ЛБ. Проведені дослідження покладені в основу технологій виробництва двох ліофілізованих БК зі ЗК адаптованих до молока ББ, впроваджених у виробництво: LIOBAC BIFI та LIOBAC 3 BIFIDI.

На підставі експериментальних і теоретичних досліджень визначено кількісні співвідношення молочної сировини, ФФХІ та заквашувальних композицій; обґрунтовано основні технологічні параметри (режими гомогенізації, пастеризації, ферментації, самопресування, пресування, соління та зберігання готових продуктів), які забезпечують виробництво продукції високої якості з подовженим терміном зберігання; розроблено науково-обґрунтовані технології виробництва МПФП та рецептури для таких продуктів: неферментованих молочних напоїв («Біфідо-лактон», «Геро-маслянка», «Молоко діабетичного призначення», «Імуновіт»); ферментованих молочних, молочно-сироваткових і сироваткових напоїв без наповнювачів, з фруктово-ягідними наповнювачами (ФЯН), з фруктово-ягідними соками (ФЯС) («Біфідо-лактон» і «Біфідо-лактон низьколактозний»); ферментованих ацидофільних молочних, молочно-сироваткових і сироваткових напоїв без наповнювачів, з ФЯН, з ФЯС («Геро-ацидофілін», «Ацидофілін діабетичний», «Ацидо-біфідін», «Імуновіт»); простокваші функціонального призначення («Геро-простокваша», «Простокваша діабетична», «Простокваша синбіотична»); кефіру з функціональними властивостями («Геро-кефір», «Кефір діабетичний» «Кефір синбіотичний»); йогуртів без наповнювачів, з ФЯН («Йогурт діабетичного призначення», «Йогурт синбіотичний»); сметани функціонального призначення («Геро-сметана», «Сметана діабетична», «Сметана імуномодулююча», «Сметана синбіотична»); кисломолочного сиру («Сир геродієтичний», «Біфідо-лактон», «Імуновіт», «Сир синбіотичний») та м'якого кислотно-сичужного сиру («Біфідіновий»).

Проведено медико-біологічні та клінічні апробації молочних продуктів функціонального призначення в Одеському інституті очних хвороб і тканинної терапії АМН України ім. В.П. Філатова та клініці гепатології і гастроентерології Військово-медичного клінічного центру Південного регіону з позитивною оцінкою.

На виробництво МПФП розроблено нормативну документацію: ТУ У 15.5-02071062-001:2008 «Ферментований молочний напій діабетичного призначення» та ТІ; ТУ У 15.5-02071062-002:2008 «Йогурт діабетичного призначення» та ТІ; ТУ У 15.5-02071062-003:2008 «Геро-маслянка» та ТІ; ТУ У 15.5-02071062-004:2008 «Напій з імуномодулюючими властивостями» та ТІ; ТУ У 15.5-02071062-005:2008 «Ферментований функціональний молочний напій» та ТІ; ТУ У 15.5-02071062-006:2008 «Кисломолочний продукт «Біфідо-лактон» та ТІ; ТУ У 15.5-02071062-007:2008 «Молоко діабетичного призначення» та ТІ; ТУ У 15.5-02071062-008:2008 «Молочний напій «Біфідо-лактон» та ТІ; ТУ У 15.5-02071062-009:2008 «Сметана функціонального призначення» та ТІ; ТУ У 15.5-02071062-010:2008 «Кисломолочний сир функціонального призначення» та ТІ; ТУ У 15.5-02071062-011:2008 «М'який сир функціонального призначення» та ТІ; ТУ У 15.5-02071062-012:2008 «Ферментований геро-напій» та ТІ.

Промислову апробацію розроблених технологій і рецептур молочних продуктів функціонального призначення та випуск дослідних партій продукції було реалізовано у виробничих умовах ТОВ «Агроком», ТОВ «Білоцерківський молочний комбінат», ЗАТ «Дружба». Експериментально доведена можливість промислового виробництва нових МПФП без здійснення модернізації та реконструкції діючих молокопереробних підприємств.

Результати дисертаційної роботи використовуються у навчальному процесі при викладанні спеціальних дисциплін, у науковій роботі при виконанні студентських науково-дослідницьких робіт на кафедрах технології молока та сушіння харчових продуктів, технології харчування та ресторанного сервісу ОНАХТ.

Особистий внесок здобувача. Автором розроблені наукові основи отримання молочних продуктів функціонального призначення з використанням пробіотичних культур біфідо- і лактобактерій, пребіотиків та комплексів біологічно активних речовин, заквашувальних композицій для їх виробництва, забезпечено методичне оформлення, аналіз та узагальнення отриманих результатів. Здобувачем виконана аналітична й експериментальна робота, сформульовані висновки і рекомендації, підготовлені матеріали досліджень до публікації, оформлені заявки на патенти, розроблена нормативна документація, проведені промислова апробація та впровадження розроблених технологій за методичної та наукової підтримки доктора технічних наук, професора Чагаровського О.П. Особистий внесок здобувача підтверджується представленими документами і науковими публікаціями.

Ряд досліджень виконано спільно з аспірантами Дідух Г.В., Могилянською Н.О. та Мудряк Н.Л.

Автор висловлює щиру подяку за консультативну допомогу д.т.н., професору Капрельянцу Л.В., д.м.н., професору Григорову Ю.Г., д.т.н., професору Кігель Н.Ф., к.т.н., доценту Лисогор Т.А.

Апробація результатів дисертації. Основні результати дисертаційної роботи доповідалися на щорічних науково-практичних конференціях професорсько-викладацького складу ОНАХТ (Одеса, 2003-2008), на Міжнародних науково-практичних конференціях «Харчові технології» (Одеса, 2005-2007), Всеукраїнській науково-практичній конференції «Прогресивна техніка та технології харчових виробництв, ресторанного господарства і торгівлі. Економічна стратегія і перспективи розвитку сфери торгівлі та послуг» (Харків, 2005-2008), 4, 5-ій Міжнародній науково-практичній конференції «Актуальні проблеми харчування: технологія і обладнання, організація і економіка» (Святогірськ, 2005, 2007), І Міжнародній науково-практичній конференції «Наука и технологии: шаг в будущее - '2006» (Бєлгород, 2006), Міжнародній науково-практичній конференції «Сучасність і майбутнє аграрної науки та виробництва» (Львів, 2006), Міжнародній науково-практичній конференції «Екологія та сьогодення» (Кременчук, 2006), 72, 73 та 74-ій Наукових конференціях молодих учених, аспірантів та студентів «Наукові здобутки молоді - вирішенню проблем харчування людства у ХХІ столітті» (Київ, 2006-2008), Міжнародній науково-практичній конференції «Scientific works Food science, engineering and technologies - 2007» (Пловдив, 2007), III Міжнародній конференції «Стратегия качества в промышленности и образовании» (Варна, 2007); ІІІ Міжнародній конференції молодих вчених «Разнообразие живого. Экология. Адаптация. Эволюция» (Одеса, 2007); IV Міжнародній науково-практичній конференції «Vedecky prumysl evropskeho kontinentu - 2007» (Прага, 2007); II Міжнародній науково-практичній конференції «Perspektywiczne opracowania nauki I techniki - 2007» (Польща, 2007), Міжнародній науково-практичній конференції «Інноваційні технології, проблеми якості та безпеки сировини та готової продукції у м'ясній та молочній промисловості - 2007» (Київ, 2007), IIІ Міжнародній науково-практичній конференції «Наука и образование без граница» (Софія, 2007), IV Міжнародній науково-практичній конференції «Наука и образование - 2008» (Софія, 2008), Міжнародній науково-технічній конференції «Актуальні проблеми і новітні технології харчової та переробної галузі» (Луганськ, 2008).

Публікації. За матеріалами дисертаційної роботи опубліковано 115 наукових праць, зокрема, 1 монографія, 37 публікацій у фахових виданнях ВАК України (в т.ч. 10 - без співавторів), 22 - у наукових журналах, 28 - у тезах доповідей наукових конференцій, 9 деклараційних патентів України на корисну модель та 18 позитивних рішень.

Структура дисертації. Перша частина дисертаційної роботи складається із вступу, 5 основних розділів, загальних висновків, списку літературних джерел з 611 найменувань (61 стор.). Роботу викладено на 429 сторінках, вона містить 69 таблиці (61 стор.), 89 рисунків (67 стор.). Друга частина дисертаційної роботи містить 17 додатків (515 стор.).

2. ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі висвітлено стан проблеми та її актуальність, сформульовано мету і завдання досліджень, викладено наукову новизну і практичне значення результатів, відображено результати апробації, окреслено особистий внесок здобувача, структуру і обсяг роботи.

У першому розділі «Аналітичний огляд літератури» на основі аналізу раціону харчування українців та стану їх здоров'я зроблено висновок про те, що порушення структури харчування - потужний фактор, який наносить непоправну шкоду здоров'ю людини. Виходом із ситуації, що склалася, є створення новітніх технологій продуктів функціонального призначення, які характеризуються зміною якості шляхом корекції (модифікації) їх складу у відповідності з сучасними вимогами нутриціології. Значне місце в концепції функціонального харчування займають молочні продукти, як одна з найбільш поширених груп функціональних продуктів. На основі аналізу і систематизації медико-біологічних вимог до продуктів функціонального призначення та ФФХІ розроблено класифікацію функціональних молочних продуктів, виділено категорії ФФХІ, перспективні до використання у технологіях МПФП, проведено аналіз біфідо- та лактобактерій як біологічно активних компонентів функціональних молочних продуктів, показано, що перспективним напрямком у сучасній біотехнології ферментованих молочних продуктів є використання синбіотиків. Наведено детальний аналіз вимог до продуктів для діабетичного та геродієтичного харчування, розглянуто основні групи біфідовмісних молочних продуктів, представлених на світовому та українському ринках, показано відсутність молочних продуктів для харчування людей літнього віку, людей з цукровим діабетом та вторинними імунодефіцитними станами. Визначено пріоритетні напрямки у створенні інноваційних технологій МПФП.

Розділ 2 «Програма та методи досліджень» відображає методологічні аспекти роботи, містить програму досліджень (рис. 1), яка ілюструє зв'язок основних етапів роботи, а також постановку експериментів, методи досліджень та характеристику об'єктів досліджень на кожному етапі.

Розділ 3 «Розробка складу заквашувальних композицій для виробництва функціональних молочних продуктів» містить основні етапи створення нових заквашувальних композицій зі змішаних культур лактобактерій та/або змішаних культур біфідобактерій для виробництва молочних продуктів з заданими функціональними властивостями і для певних вікових груп.

На основі аналізу трьох груп біфідовмісних молочних продуктів, представлених на ринку України, зроблено висновок про обмежені пробіотичні властивості продуктів першої та другої груп, які виробляють шляхом збагачення продуктів життєздатними клітинами ББ або шляхом сквашування змішаною культурою біфідо- та лактобактерій, відповідно. Показано переваги виробництва біфідовмісних МПФП третьої групи, отриманих сквашуванням молока чистими або змішаними культурами ББ з використанням БФ. Запропоновано до існуючої класифікації додати ще дві групи біфідовмісних МПФП: четверту, до якої рекомендовано включити неферментовані молочні продукти, збагачені життєздатними клітинами ББ та їх метаболітами за рахунок попередньої активізації ББ у стерилізованому молоці з додаванням БФ; п'яту, до якої віднести кисломолочні продукти змішаного бродіння, отримані ферментацією молочної сировини заквашувальними композиціями з використанням ЗК ББ та ЛБ, у виробництві яких активізація росту бактерій роду Bifidobacterium в молоці досягається збагаченням його БФ.

На першому етапі експериментальних досліджень було проведено скринінг 34 БК ЛБ, що використовуються у виробництві ферментованих молочних продуктів, та 8 штамів ББ за вимогами до пробіотиків. При первинному відборі для подальших досліджень вибрано 24 БК ЛБ та 5 штамів ББ.

Таблиця 1 Стійкість штамів Bifidobacterium до інгібіторів росту (n=3, Р?95,0)

Примітка. «+» - культура стійка до інгібітора; «-» - культура не стійка до інгібітора.

При більш детальних дослідженнях встановлено, що вибрані штами ББ та Lb. acidophilus мають досить високу сті-йкість до соляної та молочної кислот, жовчі (рис. 2) і характеризуються високими антагоністичними властивостями (табл. 2). Однак, ББ більш чутливі до молочної кислоти, що обумовлює необхідність пошуку шляхів підвищення їх стійкості до високих концентрацій молочної кислоти, характерних для кисломолочних продуктів.

Всі вибрані БК ЛБ мають високий технологічний потенціал. ББ мають низьку активність кислотоутворення, тривалість ферментації молока ЧК ББ складає 16…28 год, але за умови активізації їх росту і розвитку у молоці вони забезпечать отримання кисломолочних продуктів з нормованими показниками якості.

ЧК ББ мають низьку в-галактозидазну активність: кількість утилізованої ними лактози у процесі сквашування знежиреного молока (ЗМ) складає 9,7…11,8 % від її вихідної кількості. Мінімальний сумарний вміст вуглеводів мають згустки, отримані з використанням ЧК B. breve, B. bifidum та B. longum (4,0…4,1 %), відповідно, тому вони рекомендовані для виробництва молочних продуктів діабетичного призначення. Культивування ББ спільно з ЛБ, які мають вищу в-галактозидазну активність, може бути більш перспективним у виробництві ферментованих МПФП зі зниженим вмістом вуглеводів для діабетиків. Отже, зазначені продукти будуть відноситись до п'ятої групи біфідовмісних МПФП.

Ферментовані згустки, отримані з використанням ЧК S. thermophilus, містять на 0,43…0,93 і 0,03…0,37 % менше лактози у порівнянні зі згустками, отриманими ферментацією ЗМ L. lactis ssp. і їх композиціями зі S. thermophilus, відповідно. Тому для виробництва простокваші, кефіру, сметани для діабетичного харчування, у технологіях яких зазвичай використовують БК на основі L. lactis ssp., доцільно використання бакконцентратів, до складу яких входить S. thermophilus - LYOBAC ST 80 та LYOBAC KEFIR 22. У виробництві ацидофільних кисломолочних продуктів діабетичного призначення більш перспективним є використання штаму Lb. acidophilus LА 02, оскільки ферментований ним згусток містить на 0,39 % менше лактози, ніж згусток, отриманий з використанням штаму Lb. acidophilus La-5. Для виробництва йогурту діабетичного призначення рекомендовані БК FD DVS Yo-Flex 180 і LYOBAC YO-YO 60; згустки, отримані з їх використанням, мають близький вуглеводний склад.

Таблиця 2 Експериментально визна- Антагоністична активність штамів чено та теоретично обґрунтовано Bifidobacterium і Lb. acidophilus (n=3, Р?95,0) підвищення у 140…210 раз про-

біотичних властивостей ферментованих молочних продуктів та інтенсифікацію біотехнологічної обробки молока у 2,1…6,2 раза при поєднанні двох способів стимулювання розвитку ББ у молоці - адаптації ЧК ББ до молока та збагачення молока БФ, та трьох способів стимулювання розвитку ББ у молоці - адаптації ЧК ББ до молока, збагачення молока БФ та введення до складу заквашувальних композицій, крім ББ, чистих або змішаних культур ЛБ (рис. 3). Показано, що спільне культивування ББ з L. lactis, які мають невисоку в-галактозидазну активність, забезпечує вищі пробіотичні властивості ферментованих згустків, ніж спільне культивування ББ з термофільними молочнокислими бактеріями, які характеризуються високою в-галактозидазною активністю. Найнижчі пробіотичні властивості мають ферментовані згустки, отримані із залученням ББ і S. thermophilus.

Встановлено раціональну конценцентрацію БФ у молоці - 0,1 %, яка забезпечує отримання кисломолочних продуктів з високими пробіотичними, антагоністичними та традиційними органолептичними показниками (рис. 4).

На основі комплексних експериментальних досліджень по культивуванню ЧК ББ у стерилізованому молоці з додаванням БФ (фруктози, глюкози, інуліну та лактулози) встановлено, що найвищу активність кислотоутворення мають ЧК B. bifidum та B. longum (тривалість ферментації стерилізованого молока з додаванням БФ у кількості 0,1 % цими штамами ББ складає 6,0 та 8,0 год при внесенні їх у процесі заквашування в кількості 1·106 та 1·105 КУО/см3, відповідно), що забезпечить інтенсифікацію ферментації молока при введенні їх до складу заквашувальних композицій зі ЗК ББ. Дещо нижчу активність кислотоутворення мають ЧК B. breve: тривалість ферментації стерилізованого молока з БФ при вихідній концентрації B. breve у заквашуваних сумішах 1·106 та 1·105 КУО/см3 становить 9,0 та 11,0 год, відповідно. ЧК B. adolescentis та B. аnimalis характеризуються найнижчою активністю кислотоутворення: тривалість сквашування стерилізованого молока з БФ цими видами ББ складає 12,0 та 14,0 год при внесенні їх у процесі заквашування в кількості 1·106 та 1·105 КУО/см3, відповідно. Це свідчить про доцільність поєднання B. adolescentis, B. breve та B. аnimalis у складі заквашувальних композицій зі ЗК ББ з ЧК B. bifidum та B. longum як більш активними кислотоутворювачами у співвідношенні 10:1 (при цьому вихідна концентрація сильних та слабких кислотоутворювачів у молоці становить 1•105 та 1•106 КУО/см3, відповідно).

Науково обґрунтовано раціональні співвідношення між ЧК ББ у складі двох композицій зі ЗК ББ із врахуванням особливостей видової структури біфідофлори різних вікових груп, біологічних та технологічних властивостей вибраних пробіотичних штамів ББ: композиція 1 - B. bifidum + B. longum + B. breve у співвідношенні 1:1:10; композиція 2 - B. bifidum + B. longum + B. adolescentis у співвідношенні 1:1:10. Використання композиції 1 рекомендовано для функціональних молочних продуктів діабетичного, імуномодулюючого та пробіотичного призначення; композиції 2 - для продуктів геродієтичного та пробіотичного призначення. Показано перспективність використання ЧК B. аnimalis у виробництві біфідовмісних функціональних молочних продуктів з помірним рівнем кислотності. Обґрунтовано доцільність використання фруктози в якості БФ.

Доведено перспективність спільного використання ферментних препаратів в-галактозидази та заквашувальних композицій з використанням ББ у виробництві низьколактозних біфідовмісних ферментованих молочних продуктів, в т.ч. діабетичного та геродієтичного призначення, на основі дослідження особливостей культивування ЧК ББ у стерилізованому молоці з гідролізованою лактозою.

На основі комплексних досліджень процесу зберігання пробіотичних згустків, отриманих ферментацією стерилізованого молока з додаванням БФ та стерилізованого молока з гідролізованою лактозою ЧК ББ, експериментально показана та теоретично обґрунтована можливість виробництва біфідовмісних МПФП з подовженим терміном зберігання (не менше 14 діб).

Дослідження спільного культивування ЗК ББ у стерилізованому молоці з додаванням фруктози (рис. 5) свідчать про виникнення синергізму між використаними у складі заквашувальних композицій видами ББ, оскільки питома швидкість росту ЗК ББ перевищує таку для кожної окремо використаної у складі композицій культури. Це обумовлено тим, що B. bifidum і B. longum як більш активні кислотоутворювачі відразу після заквашування гідролізують лактозу до моноцукрів, використовуючи для росту та розвитку внесену до молока фруктозу. Моноцукри, отримані при гідролізі (зокрема, глюкоза), виконують роль БФ для ЧК B. breve (або B. adolescentis), підвищуючи їх власну в-галактозидазну активність. В свою чергу, ЧК B. adolescentis у процесі росту продукують екзогенні протеолітичні ферменти, які гідролізують білки молока з утворенням пептидів та амінокислот, що стимулюють ріст і розвиток B. bifidum і B. longum у складі композиції 2. Тому гелеутворення білків стерилізованого молока при ферментації його ЗК ББ, введеними до складу композиції 2, триває на 0,8…1,0 год менше, ніж при ферментації його ЗК ББ, введеними до складу композиції 1.

Через 3 години ферментації стерилізованого молока з фруктозою композиціями ЗК ББ 1 та 2 титрована кислотність молока складає 19,5…20,0 єТ; кількість життєздатних клітин ББ - (0,7…3,2)·108 КУО/см3. При різкому охолодженні стерилізованого молока з активізованими ЗК ББ через 3 години ферментації до температури 2…4 єТ їх розвиток гальмується і протягом наступних 24 годин кількість життєздатних клітин ББ збільшується лише на 12 %; титрована кислотність при цьому збільшується на 0,5…1,5 єТ, що може бути покладено в основу технологій виробництва неферментованих біфідовмісних МПФП четвертої групи.

Проведені дослідження свідчать про перспективність використання розроблених заквашувальних композицій змішаних культур адаптованих до молока ББ у технологіях біфідовмісних МПФП третьої та четвертої груп, оскільки вони мають і високі біологічні властивості, і необхідний технологічний потенціал. Результати досліджень покладені в основу технології виробництва двох ліофілізованих заквашувальних бакконцентратів зі ЗК адаптованих до молока ББ, впроваджених у виробництво: LIOBAC BIFI та LIOBAC 3 BIFIDI, до складу яких входять ЗК B. bifidum + B. longum + B. breve у співвідношенні 1:1:10 та ЗК B. bifidum + B. longum + B. adolescentis у співвідношенні 1:1:10, відповідно.

Комплексні експериментальні дослідження спільного культивування ЧК ББ з чистими або змішаними культурами ЛБ, які використовують у технологіях кисломолочних продуктів, у стерилізованому молоці з додаванням фруктози та дослідження процесу зберігання пробіотичних згустків, отриманих з їх використанням, забезпечили наукове підґрунтя для встановлення раціональних співвідношень між ЗК ББ та чистими/змішаними культурами ЛБ у складі заквашувальних композицій для виробництва біфідовмісних кисломолочних продуктів п'ятої групи, а саме:

– ацидофільних продуктів: ЗК Lb. acidophilus + B. bifidum + B. longum + B. breve у співвідношенні 1:1:1:10 (для продуктів пробіотичного, діабетичного та імуномодулюючого призначення); ЗК Lb. acidophilus + B. bifidum + B. longum + B. adolescentis у співвідношенні 1:1:1:10 (для продуктів пробіотичного і геродієтичного призначення); ЗК Lb. acidophilus + B. animalis у співвідношенні 1:10 (для продуктів пробіотичного призначення з помірним рівнем кислотності);

– йогуртів: ЗК S. thermophilus + Lb. bulgaricus + B. bifidum + B. longum + B. bre-ve у співвідношенні 5:5:1:1:10 (пробіотичного і діабетичного призначення); S. ther-mophilus + Lb. bulgaricus + B. bifidum + B. longum + B. adolescentis у співвідношенні 5:5:1:1:10 (пробіотичного і геродієтичного призначення); ЗК S. thermophilus + Lb. bulgaricus + ЧК B. animalis у співвідношенні 5:5:1 (пробіотичного призначення);

– ряжанки, сметани, варенцю, кисломолочного сиру, м'яких кислотно-сичужних сирів: ЗК S. thermophilus + B. bifidum + B. longum + B. adolescentis у співвідношенні 1:1:1:10 (пробіотичного призначення) і ЗК S. thermophilus + B. bifidum + B. lon-gum + B. breve у співвідношенні 1:1:1:10 (діабетичного призначення);

– простокваші, кефіру, сметани, кисломолочного сиру і виробів з нього, м'яких кислотно-сичужних і сичужних сирів, твердих сичужних сирів: ЗК L. lactis + B. bifidum + B. longum + B. breve у співвідношенні 10:1:1:10 (пробіотичного призначення); ЗК L. lactis + B. bifidum + B. longum + B. adolescentis у співвідношенні 10:1:1:10 (пробіотичного і геродієтичного призначення); ЗК L. lactis + B. animalis у співвідношенні 1:10 (пробіотичного призначення).

Дослідження спільного культивування змішаних культур біфідо- та лактобактерій у стерилізованому молоці з додаванням фруктози (рис. 6, 7) свідчать про виникнення синергізму між біфідо- та лактобактеріями у складі композицій, що забезпечує отримання ферментованих згустків з високими пробіотичними властивостями.

Експериментально підтверджено підсилення антагоністичних властивостей пробіотичних штамів біфідобактерій при спільному використанні їх у складі заквашувальних композицій зі ЗК ББ (у 1,33…2,25 раз у порівнянні з кожним окремо взятим штамом ББ) та у композиціях з ЛБ (у 1,02…2,80 раз у порівнянні з кожною окремо взятою культурою ББ і ЛБ), що дає можливість отримати широкий спектр функціональних молочних продуктів з високими пробіотичними й антагоністичними властивостями. Максимальні антагоністичні властивості мають згустки, отримані з використанням чотирьох пробіотичних культур: трьох штамів ББ і одного з пробіотичних штамів Lb. acidophilus (БК LIOBAC BIFI + Lb. acidophilus LA 02 (або Lb. aci-dophilus Lа-5), БК LIOBAC 3 BIFIDI + Lb. acidophilus LA 02 (або Lb. acidophilus Lа-5).

У розділі 4 «Обґрунтування складу та технологічних параметрів обробки збагачених молочних сумішей у виробництві молочних продуктів функціонального призначення» наведено основні етапи розробки складу збагаченої молочної сировини з використанням вторинних молочних ресурсів - маслянки, знежиреного молока (ЗМ) та підсирної сироватки (ПС), зернових компонентів (борошна для дитячого та дієтичного харчування - БДДХ), рафінованих та дезодорованих соєвої і оливкової олій, ФФХІ з антиоксидантною активністю (вітамінів Е, С, в-каротину, органічного селену, коренів лікарських рослин) та пребіотичними властивостями (клітковини й лактулози) для виробництва геродієтичних, діабетичних та імуномодулюючих продуктів з використанням методів математичного моделювання та оптимізації аміно- і жирнокислотного складу. Обґрунтовано основні параметри технологічних процесів виробництва МПФП: режими гомогенізації, пастеризації, ферментації збагаченої молочної сировини, параметри самопресування, пресування та соління м'яких біфідовмісних сирів та параметри зберігання готових продуктів.

Молочні геро-продукти рекомендовано виробляти із сумішей на основі маслянки і ЗМ або маслянки, ЗМ і ПС у співвідношеннях 17:3 і 10:9:1, відповідно, або із молочно-зернових сумішей на основі ЗМ, ПС та БДДХ - гречаного, рисового або вівсяного у співвідношенні 88,52:9,26:2,22, 82,35:12,58:5,07, 84,16:11,29:4,55, відповідно. Всі рекомендовані суміші мають повноцінний білок, який не містить лімітованих амінокислот (табл. 3). За основу для діабетичних напоїв доцільно використовувати ЗМ, для виробництва йогуртів - суміш ЗМ з концентратом сироваткових білків (КСБ) або харчовими казеїнатами. Всі молочні та молочно-зернові суміші мають високі органолептичні показники, повноцінний хімічний склад, нормовані фізико-хімічні та технологічні показники.

Таблиця 3 Амінокислотний склад молочних і молочно-зернових сумішей для геродієтичних продуктів у порівнянні з незбираним молоком

Масову частку жиру в геро-напоях у відповідності з вимогами геродієтетики рекомендовано встановити 2,5 і 1,0 %, у кисломолочному сирі - 11,0 та 5,0 %; співвідношення білків:жирів у продуктах складатиме 1,0:0,8 та 1,0:0,3; масова частка жиру у діабетичних напоях у відповідності з вимогами нутриціології повинна складати 1,0 %. Оптимізовано жирнокислотний склад молочних і молочно-зернових сумішей для виробництва геродієтичних і діабетичних продуктів з 50 %-вою заміною молочного жиру сумішшю соєвої та оливкової рафінованих дезодорованих олій. Для сметани діабетичного та геродієтичного призначення рекомендовано використовувати молочно-рослинні вершки з масовою часткою жиру 10,0 %, в яких співвідношення молочного:соєвого:оливкового жирів складає 5:4:1 та 10:1:9, відповідно. При 50 %-вій заміні молочного жиру рослинними співвідношення між НЖК:МНЖК:ПНЖК у геро-продуктах складає 0,4:0,5:0,1, у діабетичних продуктах - 1,3:1,0:1,0.

Визначено раціональні концентрації ФФХІ у збагаченій молочній сировині для виробництва продуктів геродієтичного, діабетичного та імуномодулюючого призначення та способи внесення їх у продукти.

Концентрації ФФХІ з антиоксидантною активністю визначали експериментальним шляхом із врахуванням синергетичних та антагоністичних ефектів антиоксидантних властивостей при їх спільному використанні. Встановлено, що при збагаченні молочних сумішей для діабетичних продуктів вітамінами Е і С у кількості 1,5 та 7,0 мг/100 г, відповідно, БАД «Селен Активний» та 10 %-им спиртовим екстрактом шипшини у кількості 62,5 мкг/100 г та 2,5 г/100 г, відповідно, антиоксидантна активність (АА) сумішей підвищується на 310,0 %, вміст малонового діальдегіду (МД) знижується у 5,0 раз в порівнянні з незбагаченими молочно-жировими сумішами. При внесенні у молочні суміші для геро-продуктів екстракту коренів Clycyrrhizae radices у кількості 2,0 г/100 г, вітамінів Е, С і в-каротину у кількості 1,0, 10,0 та 0,5 мг/100 г, відповідно, БАД «Селен Активний» у кількості 62,5 мкг/100 г вміст МД у сумішах знижується у 2,4…2,5 раз, АА підвищується у 3,7…4,2 раза в порівнянні з незбагаченими молочно-жировими сумішами.

Збагачення молочно-зернових сумішей вітамінами Е, С та БАД «Селен Активний» у кількості 1,0, 10 мг/100 г і 62,5 мкг/100 г, відповідно, забезпечує зниження вмісту МД у 1,2…1,7 раз і підвищення АА у 1,6…1,7 раз. Молочно-рослинні вершки для геродієтичної та діабетичної сметани, збагачені вітамінами Е (1,0 та 1,5 мг/100 г, відповідно), С (10,0 та 9,0 мг/100 г, відповідно) і БАД «Селен Активний» (62,5 мкг/100 г) мають у 2,5…2,7 раз вищу АА у порівнянні з незбагаченими молочно-рослинними вершками і у 1,7…2,1 раз нижчий вміст МД.

У молоко та вершки для виробництва продуктів з імуномодулюючими властивостями доцільно внесення молочного екстракту коренів Echinacea pallida або Echinacea purpurea у кількості 6,0 г/100 г; АА молочної сировини при цьому підвищується у 6,8…87,5 раза, вміст МД збільшується на 11,4…37,9 %, що пояснюється внесенням у молочну сировину з екстрактом коренів Echinacea ПНЖК.

Вітамін Е та в-каротин рекомендовано вносити у молочну сировину з сумішшю олій у процесі нормалізації; БАД «Селен Активний» та молочні екстракти коренів рослин - у процесі нормалізації, вітамін С та спиртовий екстракт шипшини - у ферментовані згустки в процесі охолодження та перемішування. антагоністичний біфідобактерія пресування соління

Науково обґрунтовано масову частку та способи внесення пребіотиків у функціональні молочні продукти: масові частки лактулози і клітковини у МПФП повинні складати 0,1 і 0,3 %, відповідно. Сиропи лактулози та клітковину доцільно вносити у ферментовані згустки при охолодженні та перемішуванні.

Розроблено оптимальні режими гомогенізації збагаченої молочної сировини на основі комплексного аналізу ефективності гомогенізації та відстою жиру в гомогенізованій збагаченій молочній сировині. На рис. 8 наведено результати залежності комплексного показника ефективності гомогенізації (функції бажаності Харінгтона Кп) збагаченої молочної сировини від параметрів процесу - тиску та температури).

Для виробництва МПФП з високою кінетичною стійкістю за енергозберігаючими технологіями молочні суміші для виробництва неферментованих і ферментованих напоїв, в т.ч., діабетичного та геродієтичного призначення, рекомендовано гомогенізувати при температурі 70…75 єС, тиску 12…13 і 15…16 МПа, відповідно, йогуртні суміші, молочно-зернові суміші для виробництва ферментованих геро-напоїв - при температурі 70…75 єС і тиску 12…13 МПа, молочно-рослинні вершки для виробництва сметани діабетичного та геродієтичного призначення - при температурі 70…75 єС і тиску 11…12 МПа.

Обґрунтовано режими теплової обробки збагаченої молочної сировини, які забезпечують високі органолептичні, синеретичні, пробіотичні властивості та мікробіальну стійкість функціональних молочних продуктів. Встановлено, що для досягнення високої ефективності пастеризації (99,98 %) при виробництві МПФП доцільно використовувати високотемпературні режими пастеризації (табл. 4). Для виробництва неферментованих молочних напоїв температуру пастеризації збагаченої сировини необхідно встановити (90±1) °С, витримку - 20 с, для ви-робництва кисломолочних напоїв і сметани - (94±1) °С, витримку 15 хв, цей режим забезпечує високі в'язкість та вологоутримуючу здатність згустків.

Для виробництва білкових молочних продуктів температуру пастеризації сировини необхідно підвищити до (90±1) °С, витримку подовжити до 5 хв.

При використанні цього режиму підвищується біологічна цінність та вихід біфідовмісних БПФП (рис. 9) за рахунок залучення до складу білкових продуктів сироваткових білків, що підтверджено дослідженнями амінокислотного та фракційного складу білків у сироватці та білкових продуктах.

Показано, що при використанні жорстких режимів пастеризації молока (режимів 4 та 5) і заквашувальних композицій із залученням ББ і ЛБ синеретичні властивості ферментованих згустків відповідають таким у контрольних зразках, вироблених з використанням режимів 1…3 і БК ЛБ, що пояснюється меншою здатністю ББ до продукування екзополісахаридів у порівнянні з ЛБ. Встановлено вплив режимів пастеризації на реологічні показники та консистенцію білкових продуктів; доведено переваги використання кислотно-сичужного способу коагуляції білків молока при виробництві біфідовмісних БПФП.

Для максимального збереження пробіотичних властивостей біфідовмісної сироватки її необхідно пастеризувати при температурі (72±1) °С з витримкою 15…20 с. При використанні цього режиму пастеризації коефіцієнт виживання B. bifidum, B. longum, B. adolescentis, B. breve та B. animalis складає 0,76, 0,71, 0,66, 0,57 та 0,74, відповідно; Lb. acidophilus і S. thermophilus - 0,80 та 0,79, відповідно.

Обґрунтовано параметри ферментації збагаченої молочної сировини при виробництві кисломолочних продуктів функціонального призначення (в табл. 5 наведено зміну активної кислотності, кількості життєздатних клітин ББ і ЛБ при виробництві ацидофільних напоїв, аналогічні залежності отримано для кефіру, простокваші, йогурту, сметани, білкових молочних продуктів діабетичного, геродієтичного, імуномодулюючого та пробіотичного призначення).