Логика Автореферата
НАЦІОНАЛЬНА АКАДЕМІЯ НАУК УКРАЇНИ
ІНСТИТУТ ТЕХНІЧНОЇ ТЕПЛОФІЗИКИ
ГРІЩЕНКО ГАННА ВАЛЕРІЇВНА
УДК 641.562
РОЗРОБКА ТЕХНОЛОГІЇ СУХИХ СУМІШЕЙ
З ГІДРОЛІЗОВАНИМ БІЛКОМ ДЛЯ ДИТЯЧОГО ХАРЧУВАННЯ
Спеціальність 05.18.12 – процеси та обладнання харчових,
мікробіологічних та фармацевтичних виробництв
АВТОРЕФЕРАТ
дисертації на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук
Київ – 2007
Дисертацією є рукопис.
Робота виконана в Інституті технічної теплофізики Національної академії наук України, м. Київ.
Науковий керівник: академік НАН України, директор
Інституту технічної теплофізики НАН України
Долінський Анатолій Андрійович,
Інститут технічної теплофізики НАН України.
Офіційні опоненти: доктор сільськогосподарських наук, професор
Рудавська Ганна Богданівна,
Київський національний торговельно-економічний
університет МОН України.
кандидат технічних наук, доцент
Шутюк Віталій Володимирович,
Національний університет харчових технологій
МОН України.
Захист відбудеться 04.12. 2007 р. о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради К 26.224.02 при Інституті технічної теплофізики Національної академії наук України за адресою: 03057, м. Київ, вул. Желябова, 2а.
З дисертацією можна ознайомитися в бібліотеці Інституту технічної теплофізики НАН України за адресою: 03057, м. Київ, вул. Желябова, 2а.
Автореферат розісланий 17.10. 2007 р.
Учений секретар
спеціалізованої вченої ради,
кандидат технічних наук Л.В. Декуша
ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ
Актуальність роботи. Потреба створення сучасних вітчизняних спеціалізованих сумішей для штучного годування малят на першому році життя сьогодні є нагальною. За даними Інституту педіатрії, акушерства та гінекології АМН України (ІПАГ) біля третини дітей грудного та раннього віку, що знаходяться на штучному вигодовуванні страждають харчовою алергією до білків коров’ячого молока, шлунково-кишковими розладами та іншими ускладненнями.
Сьогодні в світі активно розробляються та випускаються адаптовані гіпоалергенні суміші для малят. За кордоном широко представлено виробництво продуктів на основі гідролізатів білків коров’ячого молока та білків сої, що легко засвоюються. Накопичений досвід ефективності їх використання у харчуванні свідчить, що такі сучасні імпортні суміші адаптовані, повністю забезпечують потреби дитини на першому році життя і можуть тривалий час використовуватися як замінники жіночого молока.
В Україні промисловий випуск спеціалізованих продуктів дитячого харчування не налагоджений, так як потребує вирішення комплексу наукових, технологічних та інвестиційних задач. В зв’язку з цим розробка та впровадження технології виробницва сухих адаптованих сумішей з гідролізованим білком (САСГБ) для дитячого харчування на підприємствах України є актуальними. Використання вітчизняного ефективного енергоощадного обладнання, принцип роботи якого заснований на ефектах дискретно-імпульсного вводу енергії (ДІВЕ), дозволить створити новий продукт високої харчової та біологічної цінності, що не поступається за якістю імпортним аналогам, але значно меншої собівартості.
Зв’язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота є узагальненням результатів науково-дослідних робіт Інституту технічної теплофізики НАН України (ІТТФ) 2003-2006 р.р. в рамках державної програми “Діти України” за тематиками: “Розробка рецептур, відпрацювання технологічних режимів та виготовлення дослідних партій концентратів сухих на основі сої. Розробка та затвердження технологічної інструкції на їх виробництво” (№ 0103U006093, 2003 р.), “Дослідження і аналіз амінокислотного складу білкових продуктів з метою створення на їх основі спеціалізованих сумішей із заданими властивостями для дитячого лікувального харчування” (номер державної реєстрації № 0104U007538, 2004 р.), “Розробка технології виробництва збалансованих продуктів лікувального i профілактичного призначення на основі гідролізованих білків, збалансованих по амінокислотному складу для дітей грудного віку” (№ 0105U003052, 2005р.), “Удосконалення технології виробництва сухих адаптованих сумішей з гідролізованим білком для дитячого лікувального харчування” (№ 0106U004064, 2006р.), які проводилися спільно з Інститутом педіатрії, акушерства та гінекології Академії медичних наук згідно з договорами №603 від 04.04.2003 р., № 604 від 20.01.2004 р., № 605 від 14.01.2005 р. та № 607 від 10.01.2006 р. відповідно, а також при виконанні науково-технічного проекту “Використання ефекту дискретно-імпульсного вводу енергії при розробці та впровадженні енергоресурсозберігаючої технології виробництва сухих багатокомпонентних сумішей” за завданням Національної академії наук України (№ 0107U005173, 2007 р.).
Мета роботи і завдання дослідження. Метою дисертаційної роботи є проведення комплексних експериментальних досліджень для розробки ефективної енергоощадної технології виробництва гіпоалергенної САСГБ, що за амінокислотним складом максимально наближена до складу білків жіночого молока.
Відповідно до мети досліджень поставлено завдання:
- провести аналіз існуючих технологій виробницва сухих сумішей для дитячого харчування;
- створити експериментальний стенд та дослідити вплив масообмінних параметрів на процес ферментативного гідролізу високобілкових продуктів рослинного та тваринного походження. Експериментально визначити молекулярні маси отриманих продуктів гідролізу білків;
- збалансувати амінокислотний склад високобілкових продуктів щодо амінокислотного складу білків жіночого молока;
- розробити оптимальну рецептуру САСГБ на основі гідролізованих білків, що за своїм хімічним складом була б максимально наближена до складу жіночого молока;
- дослідити хімічний та амінокислотний склад продукту та його мікроструктуру;
- визначити оптимальні технологічні режими виробництва САСГБ та розробити технологію з використанням енергоощадного обладнання – роторно-пульсаційного апарату (РПА) циліндричного типу, принцип роботи якого заснований на ефектах ДІВЕ;
- розробити та затвердити нормативно-технічну документацію на виробництво САСГБ;
- провести промислові випробовування виробництва продукту, впровадити обладнання та технологію САСГБ.
Об’єкт дослідження – технологія виробництва сухих адаптованих сумішей для дитячого харчування.
Предмет дослідження – білкові гідролізати, САСГБ.
Методи дослідження – при виконанні роботи використані стандартні, загальновідомі та модифіковані методи досліджень. Кінетику та ступінь ферментативного гідролізу білків визначали спектрофотометричним методом; молекулярну масу отриманих білкових гідролізатів – методом гель-хроматографії; амінокислотний склад – за допомогою автоматичного амінокислотного аналізатора АААТ-339 (Чехословаччина); ступінь дисперсності жирової фази в готовому продукті визначали оптичним методом на стандартному спектрофотометрі СФ-26 (за В. Вайткусом, Е. Казлаускайте). Масову частку вологи у продукті визначали за ГОСТ 30648.3, вміст білка – за ГОСТ 30648.2, вміст жиру – за ГОСТ 30648.1. Загальні умови проведення органолептичної оцінки – за ГОСТ 9959-91.
Наукова новизна одержаних результатів. На підставі теоретичного аналізу та практичних досліджень процесу ферментативного гідролізу високобілкових продуктів рослинного та тваринного походження обгрунтовано доцільність використання білкових гідролізатів при створенні технології інстантного продукту ---? САСГБ.
У роботі вперше отримано такі наукові результати:
1. Досліджено гідролітичну дію протеолітичних ферментних комплексів на харчові високобілкові продукти в залежності від масообмінних параметрів та встановлено оптимальні технологічні режими процесу. Показано, що при запропонованих ступінь гідролізу білків становить 60...80%.
2. Експериментально визначено, що молекулярні маси отриманих низькопептидних фракцій становлять 1000-3000 Дальтон. Такі гідролізовані білки можуть бути використані в спеціалізованих продуктах харчування.
3. Проведено порівняльний аналіз кількісного та якісного амінокислотного складу отриманих гідролізатів щодо амінокислотного складу білків жіночого молока. Підібрано оптимальне співвідношення соєвих білків та білків молочної сироватки, що за амінокислотним складом максимально наближене до жіночого молока.
4. Науково обгрунтовано та розроблено рецептуру САСГБ, яка дає змогу отримати повноцінний продукт зі збалансованим амінокислотним та хімічним складом, ефективність якого підтверджено клінічною апробацією.
5. Визначено, що використання ефектів ДІВЕ при змішуванні та гомогенізації багатокомпонентної суміші на РПА циліндричного типу дозволяє отримати високоякісний тонкодисперсний продукт при низькому рівні матеріало- та енерговитрат.
6. Встановлено оптимальні технологічні режими отримання продукту.
7. Розроблено технологію виробництва САСГБ.
Обгрунтованість і достовірність наукових положень, висновків і рекомендацій забезпечена тим, що при проведенні експериментальних досліджень використані сучасні прилади і методи досліджень з використанням відповідних ДСТУ, математичної статистики з використанням ПЕОМ.
Практичне значення одержаних результатів. На основі комплексних досліджень розроблено і впроваджено нову технологію САСГБ. Технологія дозволяє отримати продукт, білковий компонент якого містить комплекс низькомолекулярних пептидів та амінокислот, що знижують вміст алергенів, покращують харчову цінність, затримують псування та надають бажані функціональні характеристики продукту, який призначений для використання при хворобах шлунково-кишкового тракту та харчових алергіях до білків дітей грудного та раннього віку.
На новий продукт розроблено та затверджено нормативно-технічну документацію ТУ У 15.8-05417118-033:2005 “Суміші сухі адаптовані з гідролізованим білком для дитячого лікувального харчування”, отримано висновок державної санітарно-гігієнічної експертизи Міністерства охорони здоров’я України “Суміші сухі адаптовані з гідролізованим білком для дитячого харчування” № 05.03.02-06/32334 від 21.07.2005 р.
Результати роботи підтверджено клінічною апробацією розробленого продукту, що проведено у відділенні проблем харчування і соматичної патології дітей раннього віку ІПАГ АМН України. Встановлено, що САСГБ є високоцінним продуктом, який легко засвоюється, для штучного та змішаного харчування малят з ризиком появи чи проявами харчової алергії до білків тваринного походження і білків сої, патологією шлунково-кишкового тракту.
Розроблена технологія та обладнання успішно пройшли промислові випробовування і наразі впроваджені на ВАТ “Хорольський молококонсервний комбінат дитячих продуктів”.
Особистий внесок здобувача. Автор особисто сформулював мету та завдання досліджень, приймав участь у складанні програми роботи, а також проводив експериментальні дослідження щодо визначення впливу масообмінних параметрів на процес ферментативного гідролізу харчових високобілкових продуктів, встановленні молекулярних мас отриманих білкових гідролізатів, розробленні рецептури, технології та напрацюванні дослідних партій САСГБ, впровадженні та патентуванні розробок, підготовці та опублікуванні результатів досліджень.
Аналіз та узагальнення результатів роботи проведено спільно з науковим керівником акад. НАН України А.А. Долінським та к.т.н. Н.О. Шарковою. Визначення амінокислотного складу білків, білкових гідролізатів та амінокислотного складу САСГБ проведено спільно з науковими співробітниками Інституту біохімії ім. О.В. Паладіна НАН України. Аналіз результатів клінічної апробації проведено разом із співробітниками ІПАГ АМН України. Оптимізацію технологічних режимів виробництва САСГБ та напрацювання дослідно-промислових партій проведено разом з працівниками ВАТ “Хорольський молококонсервний комбінат дитячих продуктів”.
Особистий внесок здобувача підтверджується поданими документами та науковими публікаціями.
Апробація результатів дисертації. Основні положення дисертаційної роботи доповідались на IV міжнародній конференції “Проблеми промислової теплотехніки” (м. Київ, 2003 р., 2005 р.), на другій міжнародній науково-практичній конференції “Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и тепловые процессы) СЭТТ-2005” (м. Москва, 2005 р.), на науково-практичній конференції молодих вчених “Теплоенергетика: моделювання, оптимізація, енергоощадність” (м. Київ, 2004 р.), на ІХ Українському біохімічному з’їзді (м. Харків, 2006) та на наукових семінарах ІТТФ НАН України. Робота була представлена на 5-му конкурсі науково-технічних проектів “Інтелектуальний потенціал молодих вчених – місту Києву” (2005 р.), організований Київською міською держадміністрацією та Національною академією наук України. Представлений проект нагороджено І премією та відзначено дипломом.
Публікації. Результати дисертаційної роботи опубліковано в 10 друкованих роботах, серед них 5 статтей у фахових виданнях, перелік яких затверджено ВАК України, 1 патент, 4 тези міжнародних та всеукраїнських конференцій.
Структура і обсяг дисертації. Робота складається зі вступу, чотирьох розділів, висновків, списку використаної літератури та 11 додатків. Основний зміст роботи викладено на 128 сторінках, має 25 таблиці, 26 рисунків. Список використаних бібліографічних джерел містить 125 найменувань.
ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ
У вступі обгрунтовано актуальність та доцільність дисертаційної роботи, зв’язок з науковими програмами, сформульовані мета та завдання досліджень, наведено наукову новизну та практичну доцільність отриманих результатів.
У першому розділі “Аналіз існуючих технологій, обладнання та продуктів для дитячого харчування” наведено характеристику основних видів існуючих адаптованих сумішей для дитячого харчування. Здійснено огляд основних технологій виробництва сухих сумішей для дитячого харчування в працях П.Ф. Крашенініна, В.Д. Отт, А.Б. Рудавської, К.С. Ладодо, Л.В. Голубєвої, І.Я. Коня, Л.А. Сажинової та енергоресурсоощадного обладнання в працях А.А. Долінського, Б.І. Баска, В.Д. Суркова.
Проведено аналіз високобілкових продуктів рослинного та тваринного походження, що представлені на ринку України. Здійснено огляд способів гідролізу харчових білків та показано доцільність їх ферментативного гідролізу при створенні гіпоалергенних продуктів харчування. Обгрунтовано необхідність розроблення вітчизняної технології виробництва САСГБ для дитячого харчування, які за хімічним та амінокислотним складом максимально наближені до білків жіночого молока. Сформульовано мету та задачі досліджень.
У другому розділі “Постановка експерименту. Об’єкти і методи досліджень” викладено відомості про предмети, обладнання і методи досліджень, представлено принципову схему експериментального стенду (рис. 1). Експериментальна частина роботи виконана згідно зі схемою проведення експерименту.
Предмет досліджень: ізольований соєвий білок, концентрат білковий із молочної сироватки, казеїн, напій сухий соєвий “Сонечко” та продукти їх ферментативного гідролізу, САСГБ.
Експериментальну частину роботи виконано в лабораторних умовах ІТТФ НАН України та Інституту біохімії ім. акад. О.В. Паладіна. Клінічні дослідження продукту проведено в ІПАГ АМН України. Виробничі випробовування технології та обладнання проведено на ВАТ “Хорольський молококонсервний комбінат дитячих продуктів”.
У третьому розділі “Експериментальні дослідження впливу масообмінних параметрів на якісні та кількісні показники гідролізатів білків” представлено результати досліджень ступеня ферментативного гідролізу білків в залежності від масообмінних параметрів, на основі яких підібрано оптимальні умови протікання процесу; визначено молекулярні маси отриманих білкових гідролізатів та їх амінокислотний склад; проведено балансування білкової основи щодо амінокислотного складу білків жіночого молока та корегування жирнокислотного складу; досліджено функціонально-технологічні показники сухих компонентів суміші; науково обгрунтовано та розроблено рецептуру САСГБ.
Експериментально досліджено ступінь ферментативного гідролізу харчових білків рослинного та тваринного походження в залежності від масообмінних параметрів та визначено оптимальні умови даного процесу.
Для проведення гідролізу білків рослинного та тваринного походження використовували протеолітичні ферментні препаратати з широким діапазоном дії, що застосовуються для отримання харчових продуктів: Протеаза “C”, Біопротеаза, Профікс.
Експериментальні дослідження щодо визначення ступеня ферментативного гідролізу білків визначали в залежності від:
- концентрації білка Сб у водному середовищі (Сб = 2,2; 3,3; 6,7; 10 та 14,3%) при концентрації ферменту Сф = 5% по відношенню до маси білка та тривалості процесу ф = 60 хв;
- концентрації ферменту Сф (Сф = 2,5; 5; 10 та 20% по відношенню до маси білка) при Сб = 6,6% та тривалості процесу ф = 60 хв;
- тривалості процесу ферментативного гідролізу ф (ф = 0, 60, 120, 180 і 240 хв) при Сб = 6,6% та Сф = 5% по відношенню до маси білка.
Вміст продуктів гідролізу визначали спектрофотометричним методом за зміною світлопоглинання при довжині хвилі л=280 нм. Калібрувальний графік будували за альбуміном сироватки крові.
Результати досліджень залежності ступеня ферментативного гідролізу від концентрації білка у водному середовищі (рис. 2) свідчать, що зменшення концентрації білка покращує ступінь гідролізу.
Рис. 2. Залежність ступеня ферментативного гідролізу ізольованого соєвого білка (а), концентрату білків із молочної сироватки (б), казеїну (в) та напою сухого соєвого “Сонечко” (г) від Сб при Сф = 5%, t = 55 оС (для Профікс t = 65оС), ф = 60 хв. Позначення: - Протеаза “С”, ? - Біопротеаза, ^ - Профікс.
Найбільшу глибину гідролізу білків помічено при Сб =2,2%, (гідромодуль 45). У ізольованого соєвого білка вона була найбільшою і становила – 94% ферментним комплексом Протеаза “С”, найменша – у концентраті білків із молочної сироватки – 27% Біопротеазою. Невисокий ступінь гідролізу в казеїні – 30...44%. Білки соєвого напою “Сонечко” розщеплено на 63...88%.
При гідролізі білкових продуктів із збільшенням концентрації ферментних комплексів у всіх випадках спостерігалося зростання ступеня гідролізу (рис. 3).
Рис. 3. Залежність ступеня ферментативного гідролізу ізольованого соєвого білка (а), концентрату білків із молочної сироватки (б), казеїну (в) та напою сухого соєвого “Сонечко” (г) від Сф при Сб = 6,7%, t = 55 оС (для Профікс t = 65оС), ф = 60 хв. Позначення: - Протеаза “С”, ? - Біопротеаза, ^ - Профікс.
Встановлено, що майже у всіх випадках досягнуто високого ступеня ферментативного гідролізу, при Сф=20% він складав: для ізольованого соєвого білка 67...82%, для концентрату білкового із молочної сироватки – 70...93%, для напою соєвого “Сонечко” – 70...88% і лише казеїн характеризувався найнижчою величиною – 25...57%.
Результати досліджень кінетики ферментативного гідролізу білкових субстратів протеолітичними ферментними препаратами в залежності від часу (рис. 4) показали, що найбільшою швидкість гідролізу була протягом першої години процесу. Після чого процес уповільнювався і подальше проведення гідролізу визначалося незначним наростанням пептидів та амінокислот. Винятком був гідроліз казеїну протеолітичним ферментом Профікс, розщеплення якого продовжувало зростати до 85% протягом 240 хв.
При порівнянні результатів ферментативного гідролізу після першої години можна зробити висновок, що найкращі результати щодо глибини гідролізу у напою “Сонечко” – 70...94%, але якщо розглядати абсолютну величину вмісту білка в цих продуктах, то масова доля білка в цьому напої складає лише 33%, в той час як інші продукти містять більше 80% білка. Ступінь гідролізу ізольованого соєвого білка через 1 годину становив 43...65%, концентрата білкового із молочної сироватки – 23...49%, казеїна – 16...41%.
Рис. 4. Кінетика ферментативного гідролізу ізольованого соєвого білка (а), концентрату білків із молочної сироватки (б), казеїну (в) та напою сухого соєвого “Сонечко” в залежності від часу при Сб = 6,7%, Сф = 5%, t = 55 оС (для Профікс = 65 oC). Позначення: - Протеаза “С”, ? - Біопротеаза, ^ - Профікс.
В табл. 1 наведено результати досліджень ступеня гідролізу білкових продуктів різними ферментними протеолітичними препаратами.
Таблиця 1
Ступінь ферментативного гідролізу високобілкових продуктів
протеолітичними препаратами
Найменування білкового
продукту | Глибина ферментативного гідролізу, %
Протеаза “С” | Біопротеаза | Профікс
Ізольований соєвий білок | 55...58 | 52...55 | 35...37
Концентрат білків із молочної сироватки | 50...52 | 22...26 | 35...40
Казеїн | 15...18 | 25...28 | 37...40
Напій сухий соєвий “Сонечко” | 70...75 | 80...83 | 58...60
Результати проведених досліджень показали, що в залежності від часу інкубації, концентрації білка та ферменту можна отримати заданий ступінь гідролізу високобілкових продуктів і, як наслідок, пептиди з різними молекулярними масами.
В результаті проведеного комплексу досліджень встановлено оптимальні параметри ферментативного гідролізу високобілкових компонентів рослинного та тваринного походження для отримання гідролізованої основи суміші: Сб = 6%, Сф = 5%, ф = 60 хв, ступінь гідролізу білків при цьому складає 60-80%.
Наступний етап роботи – визначення молекулярної маси отриманих білкових гідролізатів (пептидів) методом гель-хроматографії. Вважається, що пептиди з молекулярною масою меншою 6000 Дальтон не є антигенами і можуть використовуватися при створенні гіпоалергенних сумішей.
Для визначення молекулярної маси пептидів побудовано калібрувальну криву за відомими молекулярними масами різних білків: інгібітора каликреїна (М=6500), цитохрома С (М=13000), хімотрипсина (М=22500) та енолази (М=80000).
Гідроліз високобілкових продуктів проводили при наступних умовах: Cб = = 6%; Сф = 5%; ф = 60 хв. при оптимальній температурі дії ферментного препарату.
Молекулярний склад фракцій білкових гідролізатів після протеолізу різними ферментними препаратами наведено в табл. 2.
Таблиця 2
Молекулярний склад фракцій гідролізатів білків
після протеолізу ферментними препаратами
Назва білка | Протеаза “С” | Біопротеаза | Профікс
Межа молеку-лярної маси,
Дальтон | Розподіл
гідроліза-
тів білків за молекуляр-ними ма-сами, % | Межа молеку-лярної маси,
Дальтон | Розподіл гідролі-затів білків за молекулярними масами, % | Межа молекулярної маси,
Дальтон | Розподіл гідроліза-
тів білків за молекулярними
масами, %
Ізольований соєвий білок | 45000
18500
7000
2800 | 2,7
6,8
14,7
75,8 | 1200 | 100 | 2800 | 100
Концентрат білків із молочної сироватки | 15000
<1000 |
2,6
97,4
<1000 | 100 | 1200 | 100
Казеїн | <1000 | 100 | 2800
<1000 | 15,3
84,7 | 6500 | 100
При запропонованих умовах ведення процесу гідролізу можна розщепити більше 50% білків, при цьому утворюються низькомолекулярні білкові гідролізати з молекулярною масою 1000-3000 Дальтон, які не проявляють імуногенних властивостей. Такі пептиди можуть бути використані як повноцінний гіпоалергенний білковий компонент у адаптованих сумішах для дитячого харчування при алергії до білків. Гідроліз білків та включення отриманих гідролізатів до складу адаптованих сумішей затримують їх псування, надають їм бажаних функціональних характеристик, знижують вміст алергенів, токсинів та ін.
На основі порівняльного аналізу складу незамінних амінокислот білкових продуктів визначено оптимальне співвідношення концентрату білків із молочної сироватки та ізольованого соєвого білку, що становить 70 : 30 відповідно, і за амінокислотним складом максимально наближене до білків жіночого молока.
Гістограму складу незамінних амінокислот САСГБ у порівнянні зі складом незамінних амінокислот білків жіночого молока та гіпоалергенної суміші NAN 1 ГА (фірма “Nestle”) наведено на рис. 5.
Рис. 5. Порівняльний аналіз амінокислотного складу сумішей сухих адаптованих з гідролізованим білком, жіночого молока та гіпоалергенної суміші NAN 1 ГА Nestle.
Як видно з рис. 5, до складу запропонованої гідролізованої білкової суміші входять всі незамінні амінокислоти у необхідній кількості, які забезпечують харчові потреби дитячого організму в білку, що підтверджує їх високу біологічну цінність.
Жировий компонент САСГБ складається з суміші рослинних олій (кукурудзяної та льняної) у кількості, що забезпечує оптимальне співвідношення есенціальних поліненасичених жирних кислот (3 : 6) 1:10, покращує засвоєння та обмін ліпідів. Вміст лінолевої кислоти (С18:2) складає 14,5 мг/100 г сухої суміші, ліноленової (С18:3) – 1,5 мг/100 г сухої суміші.
Вуглеводний компонент продукту представлено лактозою, мальтодекстрином та кукурудзяним модифікованим крохмалем в якості стабілізатора. До однієї з рецептур сумішей додатково введено концентрат лактулози, як пребіотичний фактор.
З метою адаптації запропонованого продукту до складу жіночого молока до рецептури введено жири, вуглеводи, вітамінні та мінеральні добавки згідно рекомендованих норм і стандартів: “Детские молочные смеси CODEX STAN 72 – 1994 г.”
Продукт додатково збагачений біологічно активними речовинами, які для дітей грудного віку є незамінними – таурином, L-карнітином, холіном та інозитолом. Харчову цінність продукту наведено в табл. 3.
Енергетична цінність 100 г сухої суміші – 2185,1 кДж, енергетична цінність 100 г відновленої суміші – 273,2 кДж. Осмолярність 100 мл САСГБ – 280-300 мОсм/л.
Таблиця 3
Харчова цінність сухої адаптованої суміші з гідролізованим білком
Компоненти | Кількість у 100 г сухої суміші | Кількість у 100 мл
відновленої суміші
Білок, г | 12,8 | 1,60
Жир, г | 27,9 | 3,49
Вуглеводи, г | 54,8 | 6,85
Зола, г | 0,5 | 0,06
Волога, г | 4 | 88,00
В роботі досліджено функціонально-технологічні показники складових компопентів САСГБ, оскільки вони значною мірою визначають технологічні режими отримання продукту. Визначено насипну густину сухих компонентів, індекс розчинності, водо- та жироутримуючу здатності білкових компонентів.
Рецептуру та хімічний склад САСГБ для дитячого харчування узгоджено з керівником відділення харчування здорових та хворих дітей раннього віку ІПАГ АМН України; отримано висновок, що САСГБ є повноцінним продуктом високої біологічної та харчової цінності і може бути призначена для штучного та змішаного харчування дітей грудного і раннього віку, починаючи з перших днів життя.
У четвертому розділі “Розробка технології сухих адаптованих сумішей з гідролізованим білком” викладено етапи розроблення технології виробництва САСГБ. Виробничі випробування технології продукту проводились на ВАТ “Хорольський молококонсервний комбінат дитячих продуктів”. Загальну апаратурно-технологічну схему виробництва САСГБ подано на рис. 6.
Встановлено, що при приготуванні водного розчину суміші білкових компонентів оптимальна величина гідромодуля становить 1:15, температура змішування – 35...45 оС, тривалість процесу – 8...10 хв.
Перевірка роботи РПА циліндричного типу показала його високу ефективність при відновленні сухих компонентів суміші, змшіуванні та гомогенізації багатокомпонентної в’язкої суміші (до 42% сухих речовин) перед подачею на розпилювальне сушіння.
Встановлено, що середній діаметр частинок жирової фази відновленої САСГБ після обробки на РПА циліндричного типу становить біля 1,8...2,3 мкм, що дає можливість рекомендувати такий апарат на даному технологічному етапі.
Для інактивації протеолітичних ферментів та патогенної мікрофлори, гомогенну нормалізовану суміш піддавали тепловій обробці – пастеризували в трубчастому пастеризаторі при температурі 85...90 оС протягом 2 хв. та направляли на розпилювальне сушіння.
У розробленій технології процес сушіння вели на сушильній установці комбінованого типу (“Ніро-Атомайзер”, Данія), що оснащена інстантайзером. Сушіння продукту проводили при наступних режимах:
- температура повітря на вході в сушильну башту – від 170 до 180 єС;
- температура повітря на виході із сушильної башти – від 76 до 82 єС.
Суха суміш із сушильної башти потрапляла в інстантайзер, який виконує функції вібраційної конвективної сушарки. У перших двох секціях інстантайзера продукт досушувався за рахунок подачі в нього нагрітого в калориферах гарячого повітря. В третій секції продукт охолоджувався холодним повітрям, що поступав із повітряного охолоджувача.
Температура повітря, що надходила у віброапарат становила: для І секції – від 20 до 40 єС; ІІ секції – від 10 до 20 єС; ІІІ секції – від 10 до 12 єС.
Температура сухого порошку на виході з інстантайзера не перевищувала 20оС.
Встановлено, що кількість відновленої суміші якісних відходів не перевищувала 15% загальної кількості сумішей.
Органолептичними та мікробіологічними дослідженнями визначено, що оптимальний термін зберігання САСГБ в упакованому вигляді – 12 місяців з моменту закінчення технологічного процесу при температурі від 0 до 10 оС та відносній вологості не більше 80%.
Розроблена технологія впроваджена на ВАТ “Хорольський молококонсервний комбінат дитячих продуктів” і не потребує суттєвих капіталовкладень на додаткове апаратурне оснащення. Економічний ефект від впровадження нової технології досягається також за рахунок використання енергоресурсоощадного обладнання – РПА, принцип роботи якого заснований на ефектах ДІВЕ. У порівнянні з імпортними аналогами вартість САСГБ менша в середньому в 1,5...2 рази.
В результаті клінічної апробації, яку проведено у відділенні проблем харчування і соматичної патології дітей раннього віку ІПАГ АМН України, встановлено, що САСГБ є високоцінним продуктом, що легко засвоюється, для штучного і змішаного харчування дітей з ризиком появи чи проявами харчової алергії до білків тваринного походження і соєвих білків, починаючи з перших днів життя. Відзначено його високу біологічну та харчову цінність та приємні смакові властивості. У відновленому вигляді суміш однорідна рідина без осаду білого з кремовим відтінком кольору, з приємним солодкуватим смаком з легкою гірчинкою та запахом, властивим даному виду продукції. Продукт може бути віднесений до продуктів функціонального харчування.
ВИСНОВКИ
1. На основі аналізу існуючих технологій виробництва сумішей для дитячого харчування, досліджень масообмінних процесів та використання методу дискретно-імпульсного вводу енергії вперше в Україні розроблено технологію та обладнання для виробництва сухих адаптованих сумішей з гідролізованим білком для дитячого харчування.
2. Встановлено, що використання ефектів ДІВЕ при змішуванні та гомогенізації багатокомпонентної суміші на РПА циліндричного типу, дає змогу отримати високоякісний тонкодисперсний продукт при низькому рівні матеріало- і енерговитрат.
3. Досліджено гідролітичну дію протеолітичних ферментних комплексів на високобілкові продукти рослинного та тваринного походження в залежності від масообмінних параметрів – концентрації білка, протеолітичного ферментного комплексу та тривалості процесу.
4. Визначено оптимальні технологічні режими ферментативного гідролізу білків, при якому глибина їх гідролізу складає від 60 до 80%. Встановлено, що при цьому утворюються низькомолекулярні пептиди з молекулярною масою 1000...3000 Дальтон, які, як відомо, не викликають алергічних реакцій.
5. Проведено порівняльний аналіз та балансування кількісного та якісного складу амінокислот суміші гідролізованих білків продукту щодо амінокислотного складу білків жіночого молока. Встановлено оптимальне співвідношення ізольованого соєвого білка та концентрату білків із молочної сироватки, яке складає 30:70 відповідно.
6. На виробництво продукту розроблено, узгоджено та затверджено Міністерством охорони здоров’я України нормативно-технічну документацію: ТУ У 15.8 – 05417118-033 : 2005 “Суміші сухі адаптовані з гідролізованим білком для дитячого лікувального харчування” та технологічну інструкцію на виробництво “Сумішей сухих адаптованих з гідролізованим білком для дитячого лікувального харчування”.
7. Технологія САСГБ успішно пройшла випробовування в промислових умовах на ВАТ “Хорольський молококонсервний комбінат дитячих продуктів”. Напрацьовано 2 промислові партії продукту.
8. Проведений комплекс широких медико-біологічних досліджень показав, що САСГБ можна віднести до продуктів функціонального харчування дітей грудного та раннього віку з харчовою алергією до білків тваринного походження і соєвих білків.
9. Економічний ефект від впровадження запропонованої технології досягається за рахунок використання енергоресурсоощадного обладнання – РПА циліндричного типу та існуючих технологічних ліній на вітчизняних підприємствах з виробництва продуктів дитячого харчування. У порівнянні з імпортними аналогами вартість САСГБ менша в 1,5...2 рази.
10. Технологія та обладнання для виробництва САСГБ впроваджені на ВАТ “Хорольський молококонсервний комбінат дитячих продуктів”.
Основні наукові положення дисертації викладено в роботах:
1. Шаркова Н.А., Терлецкая Я.Т., Авдеева Л.Ю., Жукотский Э.К., Грищенко А.В. Исследование массообменных процессов при ферментативном гидролизе пищевых белков с целью разработки технологии производства гипоаллергенных продуктов // Промышленная теплотехника. – 2007. – Т.29, № 3. – С. 55–59. (особистий внесок – проведення експериментальних досліджень).
2. Шаркова Н.О., Жукотський Е.К., Гріщенко Г.В. Особливості технології виробництва соєвих продуктів // Промышленная теплотехника. – 2004. – Т. 26, № 6. – С. 93–96. (особистий внесок – обробка літературних джерел, узагальнення результатів).
3. Долінський А.А., Гріщенко Г.В., Шаркова Н.О., Терлецька Я.Т., Жукотський Е.К. Реологічні властивості білкових компонентів соєвої композиції // Промышленная теплотехника. – 2004. – Т. 26, № 1. – С. 5–7. (особистий внесок – участь в проведенні експериментальних досліджень, обробка і аналіз даних, підготовка матеріалів до публікації).
4. Грищенко А.В., Терлецкая Я.Т., Шаркова Н.А., Жукотский Э.К. Разработка высокобелковых композиций на соевой основе для лечебно-профилаткического питания // Промышленная теплотехника (приложение к журналу). – 2003. – Т. 25, № 4. – С. 115–116. (особистий внесок – огляд літературних джерел, участь в експериментальних дослідженнях).
5. Шаркова Н.О., Преподобний В.М., Авдєєва Л.Ю., Жукотський Е.К., Гріщенко Г.В. П’янкова О.В., Нові види соєвих напоїв // Промышленная теплотехника (приложение). – 2002. – Т. 24, № 4. – С. 134–136 (особистий внесок – опрацювання літературних джерел, участь в проведенні експериментальних досліджень, підготовка матеріалів до публікації).
6. Пат. 23283. Україна. МПК (2006) А23С 9/00, А23С 9/13. Спосіб виробництва гідролізованих білкових продуктів для дієтичного та лікувально-оздоровчого харчування / Долінський А.А, Шаркова Н.О., Терлецька Я.Т., Жукотський Е.К., Гріщенко Г.В., Отт В.Д., Миснік В.П., Коваленко Г.Б., Гавриленков М.П., Сафонова О.І. Заявл. 15.12.2006 р.; Опубл. 25.05.2007. Бюл. № 7. – 2 с.
7. Шаркова Н.О., Отт В.Д., Терлецька Я.Т., Жукотський Е.К., Авдєєва Л.Ю., Гріщенко Г.В. Біохімічні аспекти дитячого лікувально-оздоровчого харчування // Матеріали ІХ Українського біохімічного зґїзду: У 2 т. – Харків, 2006. – Т. 2. – С. 232–233. (особистий внесок – здійснено патентний аналіз, участь в експериментальних дослідженнях, результати яких покладені в основу винаходу).
8. Шаркова Н.А., Авдеева Л.Ю., Терлецкая Я.Т., Жукотский Э.К., Грищенко А.В. Способы и методы улучшения качества и повышения эффективности продуктов лечебно-профилактического назначения // Тр. IV междунар. конф. “Проблемы промышленной теплотехники”. – К.: 2005. – С. 200. (особистий внесок – проведення експериментальних досліджень, обробка та аналіз отриманих даних, підготовка матеріалів до друку).
9. Шаркова Н.А., Авдеева Л.Ю., Жукотский Э.К., Грищенко А.В. Особенности тепловой обработки сои при получении пищевых продуктов // Тр. 2-й междунар. науч.-практ. конф. “Современные энергосберегающие тепловые технологии (сушка и тепловые процессы) СЭТТ-2005”: В 2 т. – М.: 2005. – Т. 2. – С. 75–77. (особистий внесок – участь в експериментальних дослідженнях, обробка та узагальнення результатів, підготовка матеріалів до публікації).
10. Отт В.Д., Шаркова Н.О., Авдєєва Л.Ю., П’янкова О.В., Надточій Н.І., Гріщенко Г.В. та ін. Нові функціональні продукти – соєві напої // Вестник физиотерапии и курортологии. – 2004. – Т. 10, № 1. – С. 67. (особистий внесок – участь в експериментальних дослідженнях, підготовка матеріалів до друку).
АНОТАЦІЯ
Гріщенко Г.В. Розробка технології сухих сумішей з гідролізованим білком для дитячого харчування. – Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.18.12 – процеси та обладнання харчових, мікробіологічних та фармацевтичних виробництв. – Інститут технічної теплофізики Національної академії наук України, м. Київ, 2007.
Дисертаційну роботу присвячено науковому обгрунтуванню та розробці технології виробництва сухих адаптованих сумішей з гідролізованим білком для дитячого харчування. Визначено раціональні режими процесу ферментативного гідролізу білкового комплексу, що за амінокислотним складом адаптований до білків жіночого молока.
Експериментально підтверджено ефективність використання ефектів ДІВЕ при диспергуванні та гомогенізації нормалізованої багатокомпонентної суміші на РПА циліндричного типу.
Проведений комплекс широких медико-біологічних досліджень показав перспективність і доцільність використання суміші гідролізованих білків рослинного та тваринного походження при створенні гіпоалергенних продуктів харчування.
Розроблена та затверджена нормативно-технічна документація (“Суміші сухі адаптовані з гідролізованим білком для дитячого лікувального харчування”, ТУ У 15.8–05417118–033:2005), проведено патентне супроводження на продукт.
Технологія виробництва сухих адаптованих сумішей з гідролізованим білком впроваджена на ВАТ “Хорольський молококонсервний комбінат дитячих продуктів”.
Ключові слова: технологія, білковий гідролізат, ферментативний гідроліз, амінокислоти, молекулярна маса, роторно-пульсаційний апарат, суха адаптована суміш.
АННОТАЦИЯ
Грищенко А.В. Разработка технологии сухих смесей с гидролизованным белком для детского питания. – Рукопись.
Диссертация на соискание научной степени кандидата технических наук по специальности 05.18.12 – Процессы и оборудование пищевых, микробиологических и фармацевтических производств. – Институт технической теплофизики Национальной академии наук Украины, Киев, 2007.
Диссертация посвящена практическому исследованию и разработке технологии производства сухих адаптированных смесей с гидролизованным белком для питания детей раннего возвраста.
Проведен литературный анализ существующих технологий производства смесей для питания детей раннего возвраста, в том числе лечебного действия; приведен обзор способов гидролиза белков; представлена характеристика высокобелкового сырья, которое используют при выпуске смесей для детского питания; приведена краткая характеристика адаптированных детских смесей функционального действия.
В работе исследовано гидролитическое действие протеолитических ферментных препаратов на высокобелковые продукты растительного и животного происхождения в зависимости от массообменных параметров – концентрации белка в водной среде, концентрации протеолитического ферментного комплекса и длительности процесса.
На основе полученных результатов ислледований определены оптимальные технологические режимы получения гидролизованных белков со степенью гидролиза 60-80%.
Экспериментально определена молекулярная масса полученных белковых гидролизатов. Результаты исследований показали, что при предложенных условиях ведения процесса ферментативного гидролиза белков образуются низкомолекулярные пептиды с молекулярной массой 1000-3000 Дальтон, которые не проявляют антигенних свойств и могут использоваться в гипоаллергенных продуктах.
В результате анализа аминокислотного состава изолированного соевого белка, концентрата белкового из молочной сыворотки, казеина, напитка соевого “Солнышко” и их белковых гидролизатов сбалансирован количественный и качественный состав незаменимых аминокислот смеси изолированного соевого белка и концентрата белкового из молочной сыворотки относительно аминокислотного состава белков женского молока. Исследованы функционально-технологические свойства белковых компонентов, которые входят в состав продукта.
Для обеспечения оптимального соотношения эссенциальных полиненасыщенных жирных кислот (щ-3 : щ-6), при котором улучшается усвоение и обмен липидов в детском организме, в рецептуре продукта проведена корректировка жирнокислотного состава. В качестве жировых компонентов предложено вводить кукурузное масло и, как источник незаменимой полиненасыщенной линоленовой кислоты – льняное масло.
В одну из рецептур смеси предложено вводить концентрат лактулозы, как пребиотический фактор.
В состав продукта входят все необходимые водо- и жирорастворимые витамины и минералы в необходимом для детского организма количестве с учетом потерь при производстве. Продукт дополнительно обогащен таурином, L-карнитином, холином, инозитолом – незаменимыми компонентами для детей грудного возраста.
Разработана рецептура сухой адаптированной смеси с гидролизованным белком. Разработана, согласована и утверждена нормативно-техническая документация на производство нового продукта (“Смеси сухие адаптированные с гидролизированным белком для детского лечебного питания”, ТУ У 15.8–05417118–033:2005). Проведена санитарно-гигиеническая экспертиза продукта и получено заключение государственной санитарно-гигиенической экспертизы Министерства охраны здоровья Украины “Суміші сухі адаптовані з гідролізованим білком для дитячого харчування” № 05.03.02-06/32334 от 21.07.2005 г.
Разработана новая технология производства сухих адаптированных смесей с гидролизованным белком.
При проведении промышленных испытаний производства смесей отработаны технологические режимы ферментативного гидролиза белков, восстановления белковых компонентов, смешения и гомогенизации многокомпонентной смеси на роторно-пульсационном аппарате цилиндрического типа, принцип работы которого основан на методе дискретно-импульсного ввода энергии. Экспериментально подтверждена эффективность использования данного метода при восстановлении сухих сыпучих компонентов, диспергировании жировой фазы продукта и гомогенизации многокомпонентной смеси. Обработанная на роторно-пульсационном аппарате эмульсия с содержанием сухих вещества до 42% – стойкая, гомогенная и тонкодисперсная смесь.
Разроботанная технология производства сухих адаптированных смесей с гидролизованным белком и роторно-пульсационный аппарат цилиндрический аппарат прошли успешные промышленные испытания и внедрены на ОАО “Хорольский молококонсервный комбинат детских продуктов”.
В результате клинической апробации, которая проводилась в отделении проблем питания и соматической патологии детей раннего возраста Института педиатрии, акушерства и гинекологии Академии медицинских наук Украины, установлено, что адаптированная смесь с гидролизованным белком для питания детей раннего возраста является высокоценным легкоусваиваемым продуктом для искусственного и смешаного питания детей с риском появления или проявлениями пищевой аллергии к белкам животного происхождения и даже при непереносимости соевых белков, патологией желудочно-кишечного тракта, начиная с первых дней жизни.
Проведен технико-экономический анализ эффективности производства нового продукта.
Ключевые слова: технология, ферментативный гидролиз, белковый гидролизат, аминокислоты, молекулярная масса, роторно-пульсационный аппарат, сухая адаптированная смесь.
THE SUMMARY
Grishchenko G.V. Process engineering of dried adapted mixtures with hydrolyzed proteins for children’s nutrition. – Manuscript.
Thesis for a Degree of the Candidate of Technical Sciences in the speciality 05.18.12 – Processes and equipment of food, microbiological and pharmaceutical productions. – Institute of Engineering Thermophysics, National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, 2007.
The issues of dissertation are devoted to a scientific grounds of the technology of dried adapted mixtures with hydrolyzed proteins for children’s dietotherapy.
It is established, that using of hydrolyzed proteins at making hypoallergenic products
