Научные и практические аспекты технологий продуктов питания функциональной направленности

По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), основным фактором, определяющим на 52–55 % здоровье нации, являются социально-экономические условия, образ жизни и качество питания. Неинфекционные заболевания (НИЗ) являются одной из основных проблем в области здравоохранения. Каждый год от НИЗ умирает 40 миллионов человек, что составляет 70 % всех случаев смерти в мире. В структуре смертности от НИЗ наибольшая доля приходится на сердечно-сосудистые заболевания, от которых каждый год умирает 17,7 миллионов человек. За ними следуют раковые заболевания (8,8 млн случаев), респираторные заболевания (3,9 млн случаев) и диабет (1,6 млн случаев). На эти четыре группы заболеваний приходится 81 % всех случаев смерти от НИЗ (Доклад о ситуации в области неинфекционных заболеваний в мире, Копенгаген, 2014 г.) [4].

Метаболические факторы риска способ- ствуют развитию четырех основных изменений метаболизма, приводящих к повышению риска НИЗ:

• -    повышенное кровяное давление;

• -    излишний вес/ожирение;

• -    гипергликемия (высокое содержание глюкозы в крови);

• -    гиперлипидемия (высокое содержание липидов в крови).

Для решения глобальных проблем, связанных с неинфекционными заболеваниями, ВОЗ был разработан «Глобальный план действий по профилактике неинфекционных заболеваний и борьбе с ними на 2013–2020 гг.», одним из рычагов которого является рационализация питания за счет развития производства функциональных, специализированных (лечебных и профилактических) пищевых продуктов, направленных на повышение устойчивости организма человека к действию стрессоров [5].

В рамках данного направления на кафед- ре «Пищевые и биотехнологии» ЮжноУральского государственного университета ведутся исследования в области разработки функциональных пищевых продуктов.

• 1.    Материалы, объекты и методы исследований

  • 1.1.    Научно-техническая информация

Согласно выводам зарубежных исследователей, основными составляющими функционального питания являются продукты, содержащие: пищевые волокна (растворимые и нерастворимые); витамины; минеральные вещества; полиненасыщенные жиры; антиоксиданты; пробиотики, пребиотики и синбиотики [22, 26].

Для оценки существующих и вновь создаваемых потенциальных продуктов функционального питания необходимо учитывать, обладает ли данный продукт питания способностью улучшать состав нормальной микрофлоры или нет [1]. Поэтому следует остановится более подробно на таких понятиях, как «пробиотик», «пребиотик», «синбиотик».

Термин «пробиотики» происходит от двух слов «про» и «био» и переводится как «для жизни». В 1965 г. D.M. Lilly и R.H. Stillwell впервые обозначили их как «продуцируемые микроорганизмами вещества, которые ускоряют рост других микроорганизмов». Позже, в 1989 г., R. Fuller описал пробиотики как «живые микробные добавки к пище, которые улучшают здоровье организма хозяина путем нормализации баланса микроорганизмов в питании» [6, 10, 24, 27].

Пробиотики увеличивают число полезных анаэробных бактерий, что приводит к уменьшению патогенных микроорганизмов в кишечнике человека. Потребление пробиотических продуктов оказывает положительное воздействие на организм человека, способствует его выздоровлению и дает возможность избежать применения лекарственных средств [2, 3, 7, 23].

В последние годы появилось огромное количество пробиотических бактериальных микроорганизмов, эффективность которых характеризуется в большом количестве научных публикаций.

В кисломолочных продуктах наиболее часто используют следующие виды микроорганизмов: Lactobacillus acidophilus; Lactobacillus delbrueckii subsp. Bulgaricus; Lactobacillus salivarius; Bifidobacterium bifidum; Streptococcus salivarius subsp. Thermophilus и др. [25].

В Восточно-Сибирском государственном университете технологий и управления разработан кефирный продукт на основе комбинированной закваски кефирных грибков и пропионовокислых бактерий Propionibacterium freudenreichii subsp. shermanii. Изобретение позволяет повысить антибиотическую и ан-тимутагенную активность, увеличить количество витаминов B1, В2, B6, обогатить продукт витамином B12 [14].

Специалистами Вологодской государственной молочнохозяйственной академии имени Н.В. Верещагина разработан йогурт с функциональными свойствами. Внесение закваски ‒ комбинации культур прямого внесения в лиофилизированном виде, включающей пробиотические штаммы Lactobacillus acidophilus и Propionibacterium shermanii , позволяет повысить пробиотические и функциональные свойства продукта [11].

В технологии хлебобулочных изделий пробиотические микроорганизмы чаще всего используют в качестве бродильного компонента закваски. В Воронежском государственном университете инженерных технологий разработан способ производства бездрожже-вого хлеба, который включает внесение закваски-пробиотика «Эвиталия». Изобретение позволяет повысить качество хлеба, пищевую и биологическую ценность, содержание пищевых волокон, увеличить выход хлеба, срок сохранения свежести и придать профилактическую направленность [16].

ООО «Пропионикс» разработал закваску бифидо- и пропионовокислых бактерий (процесс приготовления закваски и теста на основе закваски «БИФИВИТ» (ТУ 9229-00202069473-2005), содержащей бифидобактерии штамм Bifidobacterium longum B379M , и закваски «ПРОПИОНИКС» (ТУ 9229-00702069473-2005), содержащей пропионовокислые бактерии штамм Propionibacterium freudenreichii subsp. shermanii КМ 186 , состоящий из разводочного и производственного циклов) [8].

В 1957 г. педиатр из Австрии Ф. Петуэли охарактеризовал лактулозу как вещество с бифидогенным эффектом, что дало начало в исследовании «пребиотиков». В 1995 г. предложенный М. Роберфруа и Г. Гибсоном термин «пребиотики» вошел в медицинскую терминологию.

Пребиотик (prebiotic) – функциональный пищевой ингредиент, оказывающий, при сис- тематическом употреблении продуктов с пре-биотическими свойствами, благоприятное воздействие на организм в результате избирательной стимуляции повышения биологической активности нормальной микрофлоры кишечника. В промышленности также некоторые пребиотики применяют как подсластители, заменители жира, как улучшители вкуса и структуры [13, 21].

Основные виды пребиотиков: ди- и трисахариды; олиго- и полисахариды; многоатомные спирты; аминокислоты и пептиды; ферменты; органические низкомолекулярные и ненасыщенные высшие жирные кислоты; антиоксиданты; полезные для человека растительные и микробные экстракты и другие. Кроме этого, в настоящее время существуют выделенные или химически синтезированные вещества-пребиотики, которые поступают в продажу в форме биологически активных добавок или лекарственных препаратов. Список пребиотиков с каждым годом увеличивается и дополняется новыми компонентами и соединениями [19].

ООО «Береста-ЭкоДом» (г. Нижний Новгород) изобретена композиция для производства функционального молочного продукта, который содержит молочную основу и функциональный ингредиент растительного происхождения, в качестве которого используют тритерпенсодержащий компонент. Тритерпенсодержащим компонентом может быть бетулин и/или экстракт бересты и/или порошок березовой чаги. Изобретение позволяет получить малокомпонентную молочную композицию для производства функциональных молочных продуктов, обладающих лучшей усвояемостью и биологической ценностью, а также улучшить структурно-механические свойства продукта [10].

Специалистами Донского государственного аграрного университета разработан способ производства пасты творожноальбуминной с пребиотиками (сухим углеводным модулем «Лаэль», сывороточными белками, премиксом витаминноминеральным, йодказеином). Подобный вариант внесения пребиотиков обеспечивает титруемую кислотность полученной пасты творожно-альбуминной, соответствующую функциональному продукту, улучшенную консистенцию, повышенную пищевую и биологическую ценность и увеличенный срок хранения (хранимоспособность) [9].

На кафедре технологии хлебопекарного и кондитерского производств Орловского ГТУ по заказу Beneo-Orafti были разработаны ТУ на пшеничный и ржано-пшеничный хлеб, где пребиотиком выступает инулин. Доказано, что внесение инулина улучшает показатели формоустойчивости, пористости, упека, усушки и выхода. Наряду с этим повышаются потребительские качества хлеба – улучшается его внешний вид и аромат, замедляется черствение.

Специалистами ГОУ ВПО ТГЭУ и ТИБОХ ДВО РАН разработана композиция для приготовления теста для хлеба пшеничного «Дары моря». Композиция содержит муку пшеничную, дрожжи хлебопекарные сушеные, сахар-песок, соль поваренную пищевую и БАД «Фуколам-С», которая способна проявлять пребиотические свойства. Данное изобретение позволяет улучшить органолептические показатели, такие как пористость, состояние поверхности хлеба, а также увеличить удельный объем, высоту и формоустой-чивость хлебобулочных изделий, повысить содержание белковых веществ и растворимых пищевых волокон [12].

К синбиотикам (от слова «синергизм» – «взаимное усиление эффекта действия») относят физиологически функциональные пищевые ингредиенты, состоящие из комбинации пребиотиков и пробиотиков (сочетание пробиотических культур и стимулирующие их размножение субстраты), которые обладают свойством взаимоусиливающего (положительного) воздействия на физиологические функции и процессы обмена веществ в организме человека.

Главная особенность синбиотиков – проявление синергического эффекта, он достигается за счет увеличения скорости размножения полезных бактерий (в 1,5–2 раза), способности сохранять пробиотики в кишечнике за счет пребиотиков, активного развития пробиотиков c получением их метаболитов в процессе производства синбиотиков.

На сегодняшний день существуют син-биотики, состоящие из одного или нескольких видов пробиотических микроорганизмов, в качестве пребиотиков добавляется лактулоза, инулин, хитозан, изоляты соевого белка, спи-рулина и др.

Применение синбиотиков (комплекс пробиотиков и пребиотиков) является наиболее эффективным путём нормализации дисбалан- са кишечной микрофлоры, так как при этом не только имплантируются вводимые микроорганизмы, но и избирательно стимулируются рост и активация метаболизма индигенных лакто- и бифидобактерий [15].

В НИИ детского питания Российской академии сельскохозяйственных наук разработан кисломолочный продукт для геродиетическо-го питания, содержащий молоко обезжиренное, сливки, концентрат сывороточных белков, закваску Бифилакт-АД, биологически активную добавку «Протамин», сироп из растительного сырья, минеральные вещества и витамины. Изобретение направлено на повышение биологической, пищевой ценности продукта, улучшение усвояемости, функциональных и профилактических свойств продукта [17].

Специалистами Омского государственного технического университета был разработан способ производства кисломолочного продукта, который основан на использовании закваски «Курунга», состоящей из бифидобактерий (Bifidobacterium thermacidophilum), лактобактерий (Lactobacillus kefiranofaciens, Lactobacillus bulgaricus, Lactobacillus acidophilus), уксуснокислых бактерий (Acetobacter lovaniensis), пропионовокислых бактерий (Propionibacterium acidipropionisi), молочных дрожжей (Torulopsis Kefir Bejerinck, Saccha-romyces cerevisiae). Изобретение позволяет повысить профилактические свойства кисломолочного продукта, расширить ассортимент синбиотических кисломолочных продуктов для функционального питания [18].

Таким образом, можно заключить, что в целях профилактики НИЗ и оздоровления микроэкологии организма человека целесообразно использование пробиотиков, пребиоти-ков и синбиотиков в технологии функциональных продуктов питания.

• 1.2.    Объекты и методы исследований

• 2.    Результаты исследования и их обсуждение

В качестве объектов были выбраны социально значимые продукты для массового потребления: хлебобулочные изделия и молочные продукты. Развитие их биопротекторных свойств позволит повысить резистентность организма к действию стрессоров и в целом пищевой статус населения.

В рамках данного исследования были разработаны функциональные продукты с добавлением функционального пищевого ингредиента – фукоидан, который представляет собой полисахаридную композицию, полу- ченную из бурых водорослей, и является источником растворимых пищевых волокон. Важным качеством фукоидана является его способность регулировать состояние иммунной системы. Он также замедляет всасывание глюкозы из кишечника в кровь и нормализует уровень сахара в крови. Пребиотическая активность полисахаридов водорослей показана во многих исследованиях, фукоидан и альгинат водоросли Fucus evanescens стимулировали рост и накопление биомассы бифидобактерий в экспериментах in vivo и in vitro [20]. Таким образом, фукоидан способствует повышению резистентности организма и является эффективным средством для профилактики болезненных состояний организма, вызванных общим физическим ослаблением организма, снижением иммунитета, а также для улучшения состояния жизненно важных систем и органов человека.

Качество контрольных и опытных образцов оценивали по регламентированным для хлебобулочных и кисломолочных продуктов показателям качества.

Для установления влияния фукоидана на сохраняемость обогащенных хлебобулочных и молочных продуктов в течение гарантированных сроков хранения (по МУК 4.2.184704) опытные образцы были заложены на хранение. Для йогуртового продукта – (4 ± 2) °С, для хлеба – (9 ± 1) °С. Показатели качества контролировали через каждые 24 часа в течение всего регламентированного срока хранения.

Массовую долю влаги в хлебе определяли высушиванием навески изделий при температуре 130 оС в течение 40 минут; набухаемость мякиша (мл 1 г сухого вещества (СВ), определяли по количеству воды, поглощаемой мякишем хлебобулочных изделий за 5 минут; крошковатость, в %, по количеству крошки, образованной за 15 минут при встряхивании навески мякиша при скорости 190–250 оборо-тов/мин; пористость, в %, по средней массе пяти выемок прибором Журавлева.

Титруемую и активную кислотность для всех образцов определяли по стандартным методам, активную кислотность потенциометрическим методом с помощью лабораторного иономера (Анион-4101). Исследования проводились в трехкратной повторности. Достоверность экспериментальных данных оценивали методами математической статистики с помощью приложения Microsoft Excel для Windows 2007. Полученные данные приведены с доверительной вероятностью 0,95.

Разрабатонный синбиотический кисломолочный напиток имеет комплекс ценных функциональных свойств и может быть использован для профилактического питания, при этом имея высокие органолептические показатели (рис. 1).

Объем отделившейся сыворотки был меньше на 29 % у образца кисломолочного напитка, полученного с добавлением БАД, по сравнению с традиционной технологией.

Результаты оценки состава молочнокислых бактерий, указывают на то, что применение БАД позволяет сформировать характерную для кисломолочного продукта микрофлору. Что, в свою очередь, делает напиток пробиотическим продуктом, оказывающим благоприятное воздействие на организм человека.

При добавлении фукоидана наблюдается увеличение массовой доли кефирана на 19,1 мгр/г по сравнению с классическим продуктом. Это позволяет улучшить функциональное действие и потребительские свойства продукта.

Сопоставление с результатами оценки образцов, полученных по традиционной технологии, свидетельствует о необходимости использования добавки фукоидан в производстве кисломолочной продукции.

При формировании рецептур хлеба учитывалось то, что рекомендуемая доза фукоидана для человека составляет 100 мг в сутки при суточной норме потребления хлеба 260 г.

Хлеб готовили классическим безопарным способом из муки пшеничной первого сорта, дрожжей хлебопекарных прессованных, соли поваренной пищевой и фукоидана; воду добавляли в количестве, обеспечивающем влажность теста 37,0 %.

Образцы хлеба, выпеченные с применением ФПИ, имели хорошие органолептические характеристики (рис. 2). В изделиях, приготовленных по предлагаемому способу, наблюдается увеличение объема и более развитая равномерная тонкостенная пористость с порами округлой формы, что повышает потребительские достоинства хлеба. Наличие мягкого, эластичного и хорошо разжевываемого мякиша делает его еще привлекательней. Значительные изменения вкуса, аромата и цвета мякиша изделий отмечены не были.

Кисломолочный продукт традиционный мин

♦ Кисломолочный продукт произведенный по традиционной технологии

■ Кисломолочный продукт с добавлением БАД фукоидан

Кисломолочный продукт с фукоиданом

Содержание ЭПС кефирана в образцах

Кисломолочный продукт Кисломолочный продукт с произведенный по добавлением БАД фукоидан традиционной технологии

Рис. 1. Показатели качества разрабатываемого кисломолочного продукта в сравнении с традиционным продуктом

Рис. 2. Профилограмма органолептических показателей опытных образцов хлеба

3 часа 24 часа 48 часов 72 часа хранения хранения хранения хранения

3 часа 24 часа 48 часов 72 часа хранения хранения хранения хранения

3 часа 24 часа 48 часов 72 часа хранения хранения хранения хранения

Коэффициент набухаемости, мл 1 г СВ

3 часа 24 часа 48 часов 72 часа хранения хранения хранения хранения

♦ Контроль ■ Хлеб с фукоиданом

Рис. 3. Диаграммы изменения физико-химических показателей опытных образцов хлеба в хранении

В процессе хранения контрольных и опытных образцов (рис. 3) наибольшие изменения наблюдались в части показателей, характеризующих процессы черствения (потеря влаги, изменение пористости и состояние мякиша). Учитывая важность сохранения свойств фукоидана после выпечки, была изучена его термостабильность. Для опыта был взят образец хлеба с содержанием добавки в количестве 0,2 %, так как по органолептическим и физико-химическим показателям каче- ства данный образец показал наилучшие результаты.

Массовую долю фукоидана определяли спектрофотометрическим методом по реакции взаимодействия фукоидана с раствором хлор-гидрата L-цистеина (method Z. Dische). Оптическую плотность измеряли при длине волны 396 нм и 430 нм. Было определено количественное остаточное содержание фукоидана в готовом изделии, которое составило (0,196 ± 0,0015) мг/г (рис. 4).

Контрольный образец 0,02% фукоидана от 0,1% фукоидана от 0,2% фукоидана от массы муки        массы муки        массы муки

Рис. 4. Массовая доля фукоидана в конечном продукте, мг/г

Полученные данные свидетельствуют о термостабильности фукоидана в составе хлеба, что, в свою очередь, указывает на эффективность внесения данного пищевого ингредиента в состав рецептуры хлеба.

По результатам оценки потребительских и физико-химических показателей качества хлеба можно сделать вывод о том, что использование фукоидана и режимов изготовления хлеба предлагаемым способом способствует ускорению накопления дрожжевых клеток, развитию белковой матрицы, более полному набуханию крахмальных зерен. В результате хлеб обладает высокими потребительскими достоинствами, имеет красивый внешний вид, повышенный объем, равномерную тонкостенную пористость. При этом значение крошковатости значительно снижается, а пористость и набухаемость мякиша увеличиваются, что тоже положительно влияет на органолептические характеристики хлеба. Различия значений физико-химических показателей хлеба, приготовленного по традиционной рецептуре, и хлеба, изготовленного с добавлением функционального пищевого ингредиента - фукоидан, связаны с интенсификацией деятельности дрожжевых клеток и более интенсивно развитой белковой матрицей.

Таким образом, проведенные исследования доказывают положительное влияние функционального пищевого ингредиента -фукоидана на физико-химические, органолептические, микробиологические свойства, а также улучшение его функционального действия на организм человека.