на тему: Разработка технологии пробиотических БАД, обогащенных полиненасыщенными жирными кислотами

Выполнила:

Буянтуева Лариса Валерьевна

Улан-Удэ - 2013

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления» (ВСГУТУ)

Научный руководитель: доктор технических наук, профессор Хамагаева Ирина Сергеевна.

Официальные оппоненты: Жамсаранова Сэсэгма Дашиевна, доктор биологических наук, профессор кафедры «Биорганическая и пищевая химия» ВСГУТУ Бояринева Ирина Валерьевна, кандидат технических наук, доцент кафедры «Технология продуктов общественного питания» ФГБОУ ВПО «Хабаровская государственная академия экономики и права»

Ведущая организация: ФГБУН «Институт общей и экспериментальной биологии СО РАН» (г. Улан-Удэ)

Защита диссертации состоится 25 декабря 2013 г в 13⁰⁰ часов на заседании диссертационного совета Д 212.039.05 при ФГБОУ ВПО «Восточно-Сибирский государственный университет технологий и управления» по адресу: 670013, г. Улан-Удэ, ул. Ключевская, 40в, ауд. 8-124.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ВСГУТУ.

Автореферат разослан « 22 » ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совет Столярова Анна Сергеевна.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность работы. В настоящее время основную опасность для здоровья населения и проблему для здравоохранения представляют болезни сердечно-сосудистой системы. Среди них атеросклероз - наиболее распространенное хроническое заболевание. На развитие атеросклероза артерий и связанных с ним болезней сердца и сосудов влияет избыток холестерина.

Установлено наличие обратной связи между содержанием полиненасыщенных жирных кислот в рационе питания человека и концентрацией холестерина и триглицеридов в крови. Исследования образа жизни, здоровья и особенностей питания жителей Средиземноморья или людей, регулярно употребляющих рыбу, показали, что низкий уровень сердечно-сосудистых заболеваний среди групп населения обусловлен высоким уровнем потребления полиненасыщенных жирных кислот (в основном, омега-3).

Необходимо отметить, что важнейшая роль в профилактике и коррекции нарушений липидного обмена, предупреждении прогрессирования уже развившихся атеросклеротических поражений сосудов принадлежит применению системных продуктов здоровья на основе пробиотических микроорганизмов.

Таким образом, проведение исследований в области изучения влияния полиненасыщенных жирных кислот на холестеринметаболизирующую активность бифидобактерий открывает широкие перспективы для создания продуктов функционального питания для профилактики заболеваний, вызванных повышенным уровнем холестерина в крови.

Цель работы. Разработка пробиотических биологически активных добавок (БАД), обогащенных полиненасыщенными жирными кислотами.

Для достижения указанной цели были определены следующие задачи:

- с использованием метода структурирования функции качества разработать концепцию пробиотических биологически активных добавок, обогащенных полиненасыщенными жирными кислотами;

- исследовать бифидогенные свойства кедрового и льняного масла;

- исследовать влияние кедрового и льняного масла на холестеринметаболизирующую активность бифидобактерий;

- исследовать жирнокислотный состав биомассы пробиотических микроорганизмов;

- разработать технологическую схему получения пробиотических биологически активных добавок, обогащенных полиненасыщенными жирными кислотами;

- провести сенсорную экспертизу пробиотических биологически активных добавок, обогащенных полиненасыщенными жирными кислотами;

- с использованием системы «таргет-костинг» рассчитать себестоимость пробиотических биологически активных добавок, обогащенных полиненасыщенными жирным кислотами.

Научная новизна. В результате проведенных исследований установлено, что полиненасыщенные жирные кислоты кедрового и льняного масла обладают бифидогенными свойствами. Выбрана оптимальная доза внесения кедрового и льняного масла - 1,5% от объема питательной среды, которая обеспечивает активный рост бифидобактерий.

Отмечено высокое разрушение холестерина в процессе культивирования штамма B. longum DK-100, которое составляет 68,09% при добавлении кедрового и 74,39% - льняного масла. Установлено, что внесение кедрового и льняного масла в питательную среду в два раза повышает холестеринметаболизирующую способность бифидобактерий по сравнению с контролем.

Обнаружено, что культивирование бифидобактерий в питательной среде с растительными маслами приводит к увеличению содержания линолевой и уменьшению содержания линоленовой кислот, что приводит к оптимальному соотношению щ-6 и щ-3 жирных кислот, при культивировании бифидобактерий с кедровым маслом.

Практическая значимость. Основные результаты исследований нашли практическую реализацию в разработке технологии биологически активных добавок.

Разработаны проекты технической документации и проведена опытно-промышленная проверка технологии БАД в условиях Малого инновационного предприятия (МИП) «Бифивит» при ВСГУТУ.

Апробация работы. Результаты работы были доложены и обсуждены на научных конференциях ВСГУТУ (ВСГТУ) (Улан-Удэ, 2010-2013), Международном научном форуме «Пищевые инновации и биотехнологии» (Кемерово, 2013); Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы товароведения и безопасности товаров» (Коломна, 2013).

Публикации. По результатам выполненных исследований опубликовано 8 работ, в том числе 3 статьи в журналах, рекомендованных ВАК Министерства образования и науки РФ.

Структура и объем диссертации.

Диссертация состоит из введения, аналитического обзора, методической части, результатов эксперимента и их анализа, списка литературы и приложений. Основная часть работы изложена на 125 страниц машинописного текста, включает 36 таблиц, 24 рисунка, 2 приложения. Список литературы включает 128 наименований.

МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

Экспериментальная часть исследований проводилась в лабораториях кафедры «Технология молочных продуктов. Товароведение и экспертиза товаров» и МИП «Бифивит» при ВСГУТУ.

Объектами исследований служили чистые культуры B. bifidum 8₃, B. longum DK-100, полученные из Всероссийской коллекции промышленных микроорганизмов ФГУП ГосНИИ «Генетика», активизированные уникальным биотехнологическим методом, разработанным в ВСГУТУ, и B. longum B379M, а также кедровое и льняное масло.

Для культивирования пробиотических микроорганизмов применяли питательную среду на основе осветленной сыворотки с внесением ростовых компонентов, разработанную в ВСГУТУ.

Активную кислотность определяли по ГОСТ Р 53359-2009, контаминацию - ГОСТ Р 53430-2009; рост биомассы фотоколориметрическим методом на спектрофотометре PD-101 APEL при л=500 нм; количественный учет бифидобактерий - по МУК 4.2.999-00; жирнокислотный анализ на хроматографе Кристалл 2000 М с пламенным детектором ПИД. В таблицах обсуждены статистически достоверные различия при р<0,05.

Общая схема проведения эксперимента представлена на рисунке 1.

Рисунок 1- Схема проведения эксперимента

РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ ОБСУЖДЕНИЕ

Исследование бифидогенных свойств кедрового и льняного масла

На основании анализа потребительских предпочтений и структурирования функции качества нами разработана концепция пробиотических биологически активных добавок, обогащенных полиненасыщенными жирными кислотами, которая отражает требования и ожидания потребителей. Проектируемый продукт должен обладать следующими характеристиками: безопасная натуральная бифидосодержащая биологически активная добавка, обогащенная полиненасыщенными жирными кислотами, эффективная при употреблении, обладающая приятными вкусоароматическими свойствами и удобная в использовании.

Новейшие исследования показали, что все виды пищевых жиров воздействуют на рост кишечных бактерий по-разному. При этом известно, что народная медицина всегда считала кедровое и льняное масло замечательным лечебным средством при заболеваниях желудочно-кишечного тракта. Это подтверждается исследованиями японских ученых, которые выяснили, что диета на основе льняного масла стимулирует рост лактобацилл в желудочно-кишечном тракте.

Общеизвестно, что кедровое, а в особенности, льняное масло являются отличными внешними источниками ценных полиненасыщенных жирных кислот. В связи с этим выдвинута гипотеза о воздействии полиненасыщенных жирных кислот на микрофлору желудочно-кишечного тракта, основным представителем которой являются бифидобактерии. Для подтверждения выдвинутой гипотезы изучено влияние различных доз кедрового и льняного масла на рост разных штаммов бифидобактерий.

В результате проведенных исследований установлено, что при повышении дозы вносимого масла до 1,5% наблюдается сокращение лаг-фазы и ускорение роста. Дальнейшее увеличение дозы приводит к угнетению роста микроорганизмов. Исследования биохимической активности разных штаммов бифидобактерий были проведены при внесении оптимальной дозы растительных масел в количестве 1,5%.

Результаты исследования влияния льняного масла на накопление биомассы и рост бифидобактерий представлены на рисунках 2 и 3.

Рисунок 2 - Влияние льняного масла на накопление биомассы бифидобактерий

Рисунок 3 - Влияние льняного масла на количество жизнеспособных клеток

Из рисунка 2 видно, что льняное масло обладает высокими бифидогенными свойствами. Отмечено увеличение количества жизнеспособных клеток микроорганизмов до 10¹² КОЕ/см³ (рис. 3).

Подобная динамика наблюдается при изучении влияния кедрового масла: внесение масла в питательную среду увеличивает накопление биомассы бифидобактерий по сравнению с контролем, при этом количество жизнеспособных клеток через 20 ч культивирования составляет 10¹¹ КОЕ/см³, что на порядок выше, чем в контроле.

Следует отметить, что результаты исследований согласуются с литературными данными об ускорении роста и повышении выживаемости некоторых лактобацилл при культивировании на среде с добавлением ненасыщенных жирных кислот. Вероятно, это связано с высоким содержанием щ-3 и щ-6 кислот, которые увеличивают выход биомассы и способствуют активному росту микроорганизмов.

В результате проведенных исследований установлено, что кедровое и льняное масло обладают бифидогенными свойствами и стимулируют рост бифидобактерий.

Исследование влияния кедрового и льняного масла на холестеринметаболизирующую активность бифидобактерий

Известно, что микроорганизмы желудочно-кишечного тракта принимают участие в биотрансформации холестерина. Во многих исследованиях было показано, что холестерин и гомологичные фотостерины могут разрушаться как чистыми культурами, так и смешанными культурами кишечных микроорганизмов. Способность ассимилировать холестерин в питательных средах проявляли также пробиотические микроорганизмы.

Согласно литературным данным, кедровое масло отличается высоким уровнем содержания полиненасыщенных жирных кислот, которые чрезвычайно важны для организма человека - они способствуют снижению холестерина в крови. Эти кислоты не синтезируются в организме человека, поэтому должны обязательно присутствовать в продуктах ежедневного рациона.

В связи с этим изучали влияние кедрового масла на холестеринметаболизирующую активность бифидобактерий. Результаты исследований представлены на рисунке 4.

Как видно из данных рисунка 4, при внесении 1,5 % кедрового масла в питательную среду наблюдается высокое разрушение холестерина в процессе культивирования по сравнению с контролем. Следует отметить, что все культуры обладают достаточно высокой холестеринметаболизирующей активностью. Но наибольшая степень деградации холестерина отмечена у штамма B. longum DK-100 (68,9%).

Рисунок 4 - Влияние кедрового масла на холестеринметаболизирующую активность бифидобактерий

Динамика влияния льняного масла на холестеринметаболизирующую активность пробиотических микроорганизмов представлена на рисунке 5. Льняное масло является самым богатым источником полиненасыщенных жирных кислот щ-3 и щ-6. Причем, если щ-6 присутствует также в других растительных маслах, то щ-3 содержится в большом количестве только в льняном масле.

Рисунок 5 - Влияние льняного масла на холестеринметаболизирующую активность бифидобактерий

Установлено, что при внесении 1,5% льняного масла в питательную среду в процессе культивирования всех штаммов бифидобактерий идет активная деградация хох-56лестерина по сравнению с контролем. Но наибольшим гипохолестеринемическим эффектом обладает также штамм B. longum DK-100, который разрушает до 74,39% общего холестерина.

Таким образом, на основании проведенных исследований установлено, что внесение кедрового или льняного масла в питательную среду в два раза повышает холестеринметаболизующую способность бифидобактерий.

Исследование жирнокислотного состава биомассы пробиотических микроорганизмов

В дальнейших исследованиях изучали жирнокислотный состав биомассы бифидобактерий. Результаты исследования представлены в таблице 1.

Таблица 1 - Жирнокислотный состав биомассы бифидобактерий с кедровым маслом

Из таблицы 1 видно, что в составе биомассы бифидобактерий с кедровым маслом преобладающими жирными кислотами являются: из мононенасыщенных - олеиновая; полиненасыщенных - линолевая. При культивировании пробиотических микроорганизмов с кедровым маслом происходит увеличение содержания линолевой и уменьшение содержания линоленовой кислот, что приводит к оптимальному соотношению щ-6 и щ-3 для организма человека.

Такая же динамика наблюдается при культивировании бифидобактерий на питательной среде с льняным маслом (табл. 2).

Таблица 2 - Жирнокислотный состав биомассы бифидобактерий с льняным маслом

Как видно из таблицы 2, в составе биомассы бифидобактерий с льняным маслом из мононенасыщенных жирных кислот преобладает олеиновая кислота, из полиненасыщенных - линоленовая, которая в среднем составляет 44-45%. При культивировании бифидобактерий с льняным маслом наблюдается увеличение количества линолевой кислоты щ-6 и уменьшение линоленовой щ-3.

Из литературных данных известно, что бифидобактерии обладают липолитической активностью. Вероятно, внесение растительного масла индуцирует липолитическую активность бифидобактерий, что приводит к расщеплению двойной связи, в результате чего происходит уменьшение содержания линоленовой кислоты и увеличение линолевой.

Следует отметить, что возможно, это связано также и с уменьшением олеиновой кислоты, которая может превращаться в линолевую.

Согласно современным представлениям, линолевая и альфа-линоленовая кислоты в организме человека могут являться биохимическими предшественниками физиологически значимых длинноцепочечных полиненасыщенных жирных кислот с 20-22 атомами углерода: линолевая - арахидоновой (эйкозатетраеновой) кислоты, которая относится к семейству омега-6; альфа-линоленовая - эйкозапентоеновой и докозагексаеновой кислот, которые относятся к семейству омега-3.

Полученные нами экспериментальные данные показали, что полиненасыщенные жирные кислоты кедрового и льняного масла не только стимулируют рост бифидобактерий, но и повышают их холестеринметаболизирующую активность.

Разработка технологической схемы получения пробиотических БАД, обогащенных полиненасыщенными жирными кислотами

На основании проведенных экспериментов разработана технологическая схема, представленная на рисунке 6.

Рисунок 6 - Технологическая схема производства пробиотической БАД, обогащенной ПНЖК

Особенностью предлагаемой технологии является внесение кедрового или льняного масла в охлажденную питательную среду, в связи с неустойчивостью жирных кислот при стерилизации. В качестве инокулята применяют штамм B. longum DK-100. Срок годности БАД составляет 120 сут.

Характеристика БАД представлена в таблице 3.

Таблица 3 - Качественная характеристика пробиотических БАД, обогащенных полиненасыщенными жирными кислотами

Анализ данных таблицы 3 показывает, что БАД обладает высокой холестериндеградирующей способностью и может быть рекомендован для профилактики заболеваний, вызванных повышенным уровнем холестерина в крови.

Сенсорная экспертиза пробиотических БАД, обогащенных полиненасыщенными жирными кислотами

Далее была проведена органолептическая оценка качества БАД и построены профили по отдельным показателям. Результаты представлены на рисунках 7 и 8. пробиотический биологическая добавка бифидобактерия

В основном, интенсивность каждого показателя обусловлена добавленным в нее компонентом. Внешний вид и консистенция БАД имеют следующие характерные признаки: по однородности консистенции не уступает контролю, но присутствует незначительное количество жировых включений за счет добавления масла. Цвет равномерный, растительные масла придают молочно-желтоватую окраску. Вкус и запах также обусловлен добавленным компонентом: БАД с кедровым маслом отличается приятным привкусом кедровых орехов, а выраженный горьковатый вкус льняного семени смягчается кисломолочным, обусловленным культивированием бифидобактерий.

Рисунок 7 - Профили образцов БАД по внешнему виду, консистенции и цвету

Рисунок 8 - Профили образцов БАД по вкусу и запаху

В результате оценки качества установлено, что пробиотические биологически активные добавки с кедровым и льняным маслом обладают высокими органолептическими свойствами.

Расчет себестоимости пробиотических БАД, обогащенных полиненасыщенными жирными кислотами, с использованием системы «таргет-костинг»

Обычно для снижения затрат при проектировании нового продукта используют метод «таргет-костинг», который позволяет поддерживать стратегию снижения затрат и реализовать функции планирования производства новых продуктов, превентивного контроля издержек и калькулирования целевой себестоимости в соответствии с рыночными реалиями.

В основу его идеи положено понятие целевая себестоимость, которая определяется исходя из рыночной цены с помощью маркетинговых исследований и запланированного уровня прибыли, которую хочет получить фирма (табл. 4).

Таблица 4 - Сравнительная характеристика себестоимости

Как видно из таблицы 4, разница между расчетной и целевой себестоимостью разработанных БАД незначительна (в пределах 3-5%). Поэтому можно начать их производство с расчетом на то, что данная разница будет ликвидирована в процессе производства методом «кайдзен-костинга». Сокращение разницы между расчетной и целевой себестоимостью называется «кайдзен-задачей», которая касается всего персонала организации - от инженеров до менеджеров. Данный метод предполагает постоянное, непрерывное и постепенное снижение затрат на этапе производства продукции, в результате которого достигается необходимый уровень себестоимости и обеспечивается прибыльность производства.

Таким образом, применение методики «таргет-костинг» при проектировании БАД предоставило очевидную эффективность использования системы расчета целевой себестоимости, которая позволит предприятиям принимать своевременные и качественные управленческие решения при создании и продвижении нового продукта на рынке. Данная методика позволяет вывести на рынок новый продукт по приемлемой для потребителя цене, что приводит к возможности прогнозировать высокий спрос на данный продукт. А последовательное «подключение» «кайдзен-костинга» к механизму снижения себестоимости позволит получить именно тот суммарный эффект, который необходим для достижения целевой себестоимости, и контролировать затраты на стадии производства.

Полученные технико-экономические показатели позволяют сделать вывод о том, что производство пробиотических БАД, обогащенных ПНЖК, является экономически выгодным.

Выводы

1. В результате проведенных исследований разработана технология пробиотических биологически активных добавок, обогащенных полиненасыщенными жирными кислотами.

2. Осуществлено проектирование биологически активной добавки на основе анализа потребительских предпочтений с использованием метода структурирования функции качества. Были сформированы характеристики качества идеального образца БАД, который в полной мере отражал все требования и ожидания потребителей - безопасная натуральная бифидосодержащая биологически активная добавка, обогащенная полиненасыщенными жирными кислотами, эффективная при употреблении, обладающая приятными вкусоароматическими свойствами и удобная в использовании.

3. Установлено, что полиненасыщенные жирные кислоты кедрового и льняного масла обладают бифидогенными свойствами. Подобрана оптимальная доза внесения кедрового и льняного масла - 1,5% от объема питательной среды, которая обеспечивает активный рост бифидобактерий.

4. Доказано, что внесение кедрового и льняного масла в питательную среду в 2 раза повышает холестеринметаболизирующую способность бифидобактерий по сравнению с контролем. Установлено, что наибольший гипохолестеринемический эффект проявляет B. longum DK-100, который метаболизирует 68,09 % общего холестерина при внесении кедрового масла, 74,39 % - при внесении льняного масла.

5. Отмечено, что при культивировании пробиотических микроорганизмов с кедровым и льняным маслом происходит увеличение содержания линолевой и уменьшение содержания линоленовой кислот, что приводит к оптимальному соотношению щ-6 и щ-3 жирных кислот, при культивировании бифидобактерий с кедровым маслом.

6. Сенсорная экспертиза показала, что пробиотические биологически активные добавки с кедровым и льняным маслом обладают высокими органолептическими свойствами. Консистенция однородная, но присутствует незначительное количество жировых включений за счет добавления масла. Цвет равномерный, молочно-желтоватый. БАД с кедровым маслом отличается приятным привкусом кедровых орехов, а выраженный специфичный вкус льняного семени смягчается кисломолочным, обусловленным культивированием бифидобактерий.

7. На основании проведенных исследований обоснованы оптимальные технологические параметры и разработана технологическая схема производства пробиотической биологически активной добавки, обогащенной полиненасыщенными жирными кислотами.

8. Рассчитана себестоимость биологически активных добавок с помощью концепции «таргет-костинг», которая позволяет уменьшить затраты на стадии проектирования инновационного продукта.

9. Опытно-промышленная проверка БАД на базе МИП «Бифивит» показала, что она обладает высокой холестеринметаболизирующей активностью и соответствует требованиям технической документации.

По материалам диссертации опубликованы следующие работы:

1. Буянтуева Л.В. Оценка потребительских свойств новой товарной категории биопродукта / Л.В. Буянтуева, Н.А. Фролова, И.С. Хамагаева // Сб. науч. тр. с междунар. участием. Сер.: Химия и биологически активные вещества природного происхождения. Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2010. С. 36-38.

2. Буянтуева Л.В. Полезность как показатель качества инновационной продукции функционального питания / Л.В. Буянтуева, Н.А. Замбалова, И.С. Хамагаева // Сб. науч. тр. с междунар. участием. Сер.: Химия и биологически активные вещества природного происхождения. Улан-Удэ: Изд-во ВСГТУ, 2011. С. 33-37.

3. Буянтуева Л.В. Влияние облепихового масла на холестеринметаболизирующие свойства бифидобактерий / Л.В. Буянтуева, С.Б. Найданова, И.С. Хамагаева // Сб. науч тр. с междунар. участием, посвящ. 50-лет. ун-та. Сер.: Биорганическая и пищевая химия. Улан-Удэ: Изд-во ВСГУТУ, 2012. С. 7-9.

4. Буянтуева Л.В. Оценка качества БАД с холестериндеградирующими свойствами / Л.В. Буянтуева, Н.А. Замбалова // Материалы междунар. науч.-практ. конф. «Актуальные вопросы товароведения и безопасности товаров». Коломна, 2013. С. 117-121.

5. Буянтуева Л.В. Разработка и оценка качества БАД с холестериндеградирующими свойствами / Л.В. Буянтуева, Н.А. Замбалова // Материалы междунар. науч. форума «Пищевые инновации и биотехнологии». Кемерово, 2013. С. 136-141.

6. Хамагаева И.С. Влияние кедрового масла на рост и активность бифидобактерий / И.С. Хамагаева, Н.А. Замбалова, Л.В. Буянтуева // Молочная промышленность. Москва, 2013. № 11.

7. Хамагаева И.С. Оценка качества пробиотической биологически активной добавки с льняным маслом / И.С. Хамагаева, Н.А. Замбалова, Л.В. Буянтуева // Товаровед продовольственных товаров. Москва, 2013. № 5. С. 34-37.

8. Хамагаева И.С. Управление качеством пробиотической биологически активной добавки с холестеринметаболизирующей активностью / И.С. Хамагаева, Н.А. Замбалова, Л.В. Буянтуева // Вестник ВСГУТУ. Улан-Удэ, 2013. № 3. С. 54-61.

Размещено на Allbest.ru