Разработка технологии напитка на основе голозерного овса, обогащенного бета-каротином, инкапсулированным в бета-глюкановую матрицу тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Ибрахим Моника Набиль Гайед

• Ибрахим Моника Набиль Гайед
• кандидат наук
• 2022

Оглавление диссертации кандидат наук Ибрахим Моника Набиль Гайед

СОДЕРЖАНИЕ

РЕФЕРАТ

SYNOPSIS

ВВЕДЕНИЕ

1. СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ ПОЛУЧЕНИЯ НАПИТКА ИЗ ГОЛОЗЕРНОГО ОВСА, ОБОГАЩЕННОГО БЕТА-КАРОТИНОМ, ИНКАПСУЛИРОВАННЫМ В БЕТА-ГЛЮКАНОВУЮ МАТРИЦУ

1.1. Характеристика бета-каротина

1.2. Способы повышения биодоступности бета-каротина

1.3. Способы получения водорастворимой формы бета-каротина

1.4 Способы инкапсулирования биологически активных веществ (каротиноидов)

1.5 Характеристика бета-глюкана

1.6 Анализ схем извлечения бета-глюкана из растительного сырья

1.7. Анализ рынка зерновых напитков

1.8. Технологии безалкогольных напитков на зерновой основе

1.9 Перспективность применения голозерного овса для получения напитка 114 1.10. Способы проращивания зерновых культур и способы интенсификации

1.11 Способы стабилизации напитков на зерновой основе

1.12 Выводы по первой главе

2. ОБЪЕКТЫ, МАТЕРИАЛЫ, МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЯ И ОПРЕДЕЛЕНИЯ

2.1. Объекты исследования

2.2. Материалы исследования

2.3. Методы исследований

2.4. Методы определения

3. РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРАСТВОРИМОЙ ФОРМЫ БЕТА-КАРОТИНА

3.1 Обоснование способа извлечения бета-глюкана из овсяных отрубей

3.2 . Модификация бета-глюкановой матрицы и инкапсулирование бета-

каротина

3.3Исследование устойчивости бета-глюкановой матрицы, обогащенной бета-

каротином, к температурным и рН воздействиям

4.РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ НАПИТКА НА ОСНОВЕ ГОЛОЗЕРНОГО

ОВСА, ОБОГАЩЕННОГО БЕТА-КАРОТИНОМ

4.1. Исследование влияние ферментных препаратов на процесс проращивания голозерного овса и степень разделения зерновой пульпы на твердую и жидкую фракции

4.2 Исследование влияния времени проращивания зерен голозерного овса на физико-химические показатели жидкой овсяной основы напитка

4.3 Исследование влияния ультразвуковой обработки зерновой основы на ее

стабильность

4.4Разрабатка рецептуры напитка на основе голозерного овса, обогащенного бета-каротином, инкапсулированным в бета-глюкановую матрицу

4.5. Исследование показателей качества напитка на основе голозерного овса, обогащенного бета-каротином, инкапсулированным в бета-глюкановую матрицу

4.6. Разработка технологической схемы получения напитка на основе голозерного овса, обогащенного бета-каротином, инкапсулированным в бета-глюкановую матрицу и проект ТИ и ТУ на производство напитка

4.7. Провести расчет экономических показателей готового напитка на основе голозерного овса, обогащенного бета-каротином, инкапсулированным в бета-

глюкановую матрицу

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

ПРИЛОЖЕНИЯ

СПИСОК ПУБЛИКАЦИЙ ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

LIST OF PAPERS PUBLISHED ON THE TOPIC OF THE DISSERTATION. 212 ТЕКСТЫ ПУБЛИКАЦИЙ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка технологии напитка на основе голозерного овса, обогащенного бета-каротином, инкапсулированным в бета-глюкановую матрицу»

РЕФЕРАТ

Актуальность работы. Популяризация здорового образа жизни минимизирует потребление продуктов питания животного происхождения или полностью заменяет их на продукты растительного происхождения. Одним из таких продуктов являются напитки на растительной основе, которые ранее были актуальны только для людей с непереносимостью лактозы и служили в качестве альтернативы коровьему молоку, а теперь пользуются спросом у широкого круга потребителей.

Сырьем для таких напитков являются злаковые культуры, среди которых предпочтение следует отдать голозерному овсу, который по своему химическому составу имеет ряд преимуществ перед другими злаками.

Перспективным направлением при разработке новых продуктов питания является их обогащение полезными для здоровья человека биологически активными веществами. По данным НИИ питания РАМН в настоящее время в организме более 50 % россиян отмечается недостаток каротиноидов.

Каротиноиды участвуют в различных физиологических процессах, обеспечивающих нормальное функционирование организма. На молекулярном и клеточном уровне они поддерживают стабильность генома и резистентность организма к мутагенезу и канцерогенезу. Каротиноиды выполняют функцию антиоксидантов и помогают организму защитить клетки, ткани и органы от разрушительного воздействия свободных радикалов, способствующих развитию сахарного диабета, ожирения, сердечнососудистых, онкологических и других заболеваний. Включение каротиноидов в состав продуктов питания является эффективной мерой для профилактики этих заболеваний.

В настоящее время включение каротиноидов в состав функциональных продуктов питания ограничено их лиофильным характером - плохой растворимостью в воде и их чувствительностью к рН и высоким температурам.

Степень разработанности темы. Вопросами разработки напитков на основе зерна и их стабильностью занимаются такие ученые, как Егорова Е.Ю., Сергеева И.Ю., Меледина Т.В., Кисилева Т.Ф., Помозова В.А., Кобелев К.В., Новикова И.А., Deswal A., Triantafyllou A.O., Patra T. Вопросами изучения химического состава голозерного овса и его изменением в процессе проращивания занимаются ученые Дулов М.И., Wilhelmson A., Gabrovska D. Вопросами извлечения бета-глюкана из зерна и его применением в качестве матрицы для инкапсулирования биологически активных веществ - ученые Канарский А.Г., Asif A., Din A., Kayal V., Chen F., Liu J., Ma Y. Вопросами инкапсулирования каротиноидов посвящены работы Казарян Р.В., De Boer, но исследований по применению проросшего голозерного овса в технологиях безалкогольных напитках на основе злаковых культур и получению водорастворимой формы бета-каротина путем инкапсулирования его в модифицированную бета-глюкановую матрицу ранее не проводилось.

Цель работы - разработать технологию получения водорастворимой формы бета-каротина, инкапсулированного в модифицированную бета-глюкановую матрицу и разработать рецептуру и технологию напитка на основе проросшего голозерного овса, обогащенного водорастворимой формой бета-каротина, инкапсулированного в бета-глюкановую матрицу.

В соответствии с целью были поставлены следующие задачи:

- обосновать способ извлечения бета-глюкана из овсяных отрубей;

- провести модификацию бета-глюкановой матрицы и инкапсулировать в нее бета-каротин;

- исследовать устойчивость бета-глюкановой матрицы, обогащенной бета-каротином к температурным и рН воздействиям;

- исследовать влияние ферментных препаратов на процесс проращивания голозерного овса и степень разделения зерновой пульпы на твердую и жидкую фракции;

- исследовать влияние времени проращивания зерен голозерного овса на физико-химические показатели жидкой овсяной основы напитка;

- исследовать влияние ультразвуковой обработки жидкой овсяной основы напитка на ее стабильность;

- разработать рецептуру напитка на основе голозерного овса, обогащенного бета-каротином, инкапсулированным в бета-глюкановую матрицу;

- определить показатели качества напитка на основе голозерного овса, обогащенного бета-каротином, инкапсулированным в бета-глюкановую матрицу и установить срок годности напитка;

- разработать технологическую схему и проект ТИ и ТУ на производство напитка на основе голозерного овса, обогащенного бета-каротином, инкапсулированным в бета-глюкановую матрицу;

- выполнить расчет экономических показателей напитка на основе голозерного овса, обогащенного бета-каротином, инкапсулированным в бета-глюкановую матрицу.

Научная новизна работы:

Научно обосновано применение бета-глюкана, извлеченного из овсяных отрубей и модифицированного октановой кислотой, в качестве матрицы для инкапсулирования бета-каротина и получения его водорастворимой формы.

Показана перспективность применения проращенного голозерного овса в технологиях безалкогольных напитков и обоснована необходимость ферментативной обработки зерна на стадии замачивания.

Доказано, что внесение ферментных препаратов, содержащих альфа-амилазу, кислую протеазу, целлюлазу и фитазу на стадии замачивания зерен голозерного овса повышает их энергию прорастания и всхожесть, при этом наибольшее влияние на эти показатели оказывает фитаза.

Выявлено положительное влияние фитазы на степень разделения зерновой пульпы из голозерного овса на жидкую овсяную основу и дробину.

Установлена зависимость степени расслоения жидкой овсяной основы

напитка от дозы внесения фитазы на стадии замачивания зерна.

Показано, что степень расслоения жидкой овсяной основы напитка зависит от времени проращивания голозерного овса и соотношения зерна и воды при измельчении зерна.

Теоретическая и практическая значимость работы:

Доказано, что максимальное извлечение бета- глюкана из овсяных отрубей достигается при температуре 80 °С экстракцией 80 % -ным раствором этилового спирта в течение 2 ч.

Показано, что эффективность обработки жидкой овсяной основы зернового напитка ультразвуком для обеспечения ее стабильности зависит от количества воды, вносимой при измельчении зерна и продолжительности ультразвуковой обработки.

Разработаны проекты технологической инструкции и технических условий на производство напитка на основе голозерного овса, обогащенного бета-каротином, инкапсулированным в бета-глюкановую матрицу. Технология апробирована на производственной площадке ООО «ПОЛИНА -МАЛИНА» (Московская область, г. Воскресенск) и рекомендована для внедрения на предприятиях пищевого и биотехнологического профиля.

Основные положения, выносимые на защиту:

- влияние способа экстрагирования бета-глюкана из овсяных отрубей на степень его извлечения;

- влияние модификации бета-глюкана - матрицы для инкапсулирования бета-каротина жирной октановой кислотой на степень растворения бета-каротина:

- влияние ферментных препаратов на показатели процесса проращивания зерен голозерного овса, на процент выхода жидкой овсяной основы напитка и на ее стабильность;

- влияние ультразвуковой обработки жидкой овсяной основы на ее стабильность.

Апробация работы. Основные положения диссертационной работы представлены на IV International Young Researchers' Conference: Physics, Technologies and Innovation (Екатеринбург, 2017), VII Конгресс молодых ученых (Санкт-Петербург, 2018), XLVIII научная и учебно-методическая конференция Университета ИТМО (Санкт-Петербург, 2019), международной научно-практической конференции " пищевые ингредиенты России 2019" (Санкт-Петербург, 2019),XLIX научная и учебно-методическая конференция Университета ИТМО 2020 (Санкт-Петербург, 2020), IX Конгресс молодых ученых (КМУ) (Санкт-Петербург, 2020), Конференция «Здоровое животное и здоровое питание 2021» (Healthy animal and healthy food 2021) (Тарту, 2021) и Семинар вебинар/ семинар по валоризации пищевых отходов: Перспективы натуральных пигментов" (Тарту, 2021).

Публикации по теме работы. По результатам исследований опубликовано 7 печатных работ, в том числе 2 статьи в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, и 2 статьи в изданиях, индексируемых в системах Web of Science и Scopus.

Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложений. Работа изложена на 258 страницах, содержит 21 рисунок, 17 таблиц и 6 приложений. В список литературы включено 136 источников, из них 102 на иностранном языке.

Заключение диссертации по теме «Другие cпециальности», Ибрахим Моника Набиль Гайед

Заключение

Результаты, полученные в ходе эксперимента, будут полезны специалистам, занимающимся предпосевной обработкой семян, а также разработчикам технологий напитков на зерновой основе. Такие напитки пользуются повышенным спросом во всем мире, поскольку являются альтернативным продуктом для людей, не переносящих лактозу, или вегетарианцев.

При составлении рецептур напитков данного направления интересным аспектом является тот факт, что подбором ферментных препаратов, дозой их внесения и количеством дней проращивания, можно регулировать длину проросших ростков, включение которых в технологическую цепочку получения зерновой основы позволит дополнительно обогатить продукт новыми биологически активными веществами, придать напитку функциональность и создать желаемый органолептический профиль.

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Ибрахим Моника Набиль Гайед, 2022 год

Литература

1. Меренкова С.П., Андросова Н.В. Актуальные аспекты производства напитков на растительной основе // Вестник Южно-Уральского гос.ун-та. Серия «Пищевые и биотехнологии». 2018. Т. 6. № 3. С. 57-67.

2. Райник B.C., Сергеева И.Ю. Технология производства овсяного молока как основы для зерновых напитков // Современные проблемы техники и технологии пищевых производств: сб. тр. Барнаул: Изд-во Алтайского гос. техн. ун-та им. И.И. Позунова, 2019. С. 281-285.

3. Lemmens Е., Moroni A.V., Pagand J., Heirbaut P., Ritala A., Karlen Y., Le K.-A,, Van den Broeck H.C., Brouns F.J.P.H., De Brier N., Delcour J.A. Impact of cereal seed sprouting on its nutritional and technological properties: A critical review. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety. 2018, V. 18. Is. 1, pp. 305-328.

4. Kaukovirta-Norja A., Wihelmson A., Poutanen K. Germination: a means to improve the functionality of oat. Agricultural and Food Science. 2004, V. 13, no. 1, pp. 100-112.

5. Gabrovska D., Fiedlerova V., Holasova M., Maskova E., Ouhrabkova J., Rysova J., Winterova R., Michalova A. Nutritional changes of common oat (Avena sativa L.) and naked oat (Avena nuda L.) during germination. Czech J. Food Sci. 2004, V. 22, pp. 317-320.

6. Странник А А. Способ получения напитка из проросших зерен пшеницы и напиток, полученный этим способом: пат. 2 385659 Российская Федерация. 2010. Бюл. № ю. 5 с.

7. Хоконова М.Б. Применение ферментных препаратов в производстве пивоваренного солода // Известия Кабардино-Балкарского государственного аграрного университета им. В.М. Кокова. 2016. № 1. С. 50-54.

8. Nkhata S.G., Ayua Е., Kamau Е.Н., Shingiro J.-B. Fermentation and germination improve nutritional value of cereals and legumes through activation of endogenous enzymes. Food Science & Nutrition. 2018, V. 6, pp. 2446-2458.

9. Рогожин В.В., Рогожина Т.В. Физико-биохимические механизмы прорастания зерновок пшеницы // Вестник Алтайского государственного университета. 2011. № 8. С. 17-21.

ю. Доценко СМ., Бибик И.В., Любимова О.И., Гужелъ ЮА. Кинетика биохимичесого процесса проращивания семян сои // Вестник КрасГАУ. 2016. № 1. С. 66-74.

11. Мороз И.В., Павлюк А.Н., Сапунова Л.И., Урбанчик Е.Н., Масалъцева А.И. Влияние энзиматической обработки на всхожесть и ферментативную активность семян рапса, овса, и гороха // Биотехнология: достижения и перспективы развития: сб. тр. Пинск: Изд-во Полесского гос. ун-та, 2021. С. 90-93.

12. Сапунова Л.И., Тамкович И.О., Мороз И.В. Влияние предпосевной ферментативной обработки на прорастание семян пшеницы // Материалы XVI Международной научно-практической конференции. Минск, 3-8 июля 2018. С. 168-169.

13. Демиденко ГА. Морфометрические особенности проростков семян разных сортов яровой пшеницы при использовании азотных удобрений // Вестник КрасГАУ. 2020. № 6. С. 20-27.

14. Nelson К., Stojanovska L., Vasiljevic Т., Mathai М. Germinated grains: A superior whole grain functional food. Can J Physiol Pharmacol. 2013, V. 91, no. 6, pp. 429-441.

15. Андреев H.P., Голъдиипейн В.Г., Носовская Л.П., Адикаева Л.В., Голионко Е.О. Голозерный овес -перспективное сырье для глубокой переработки // Аграрная наука Евро-Северо-Востока. 2019. Т. 20. № 5. С. 447-45516. Вознесенская Т.Ю., Шаповал OA. Влияние обработки семян комплексом аминокислот с микроэлементами

на всхожесть, энергию и интенсивность прорастания // Плодородие. 2020. № 5. С. 33-35. 17. ОбрезковМ.В., Каменская Е.П. Влияние ферментных препаратов на рост и биохимический состав ростков ячменя // Технологии и оборудование химической, биотехнологической и пищевой промышленности: сб. тр. Барнаул: Изд-во Алтайского гос. техн. ун-та им. И.И. Позунова, 2021. С. 335-340.

References

1. Merenkova S.P., Aiidrosova N.V. Topical aspects of producing beverages based on plant raw material. Bulletin of South Ural State University, Series "Food and Biotechnology". 2018. V. 6, no. 3, pp. 57-67. (In Russian)

2. Rajnik V.S., Sergeeva I.Yu. Technology for the production of oat milk as the basis for cereal drinksn. Modern problems of engineering and technology of food production. Collection of Work. Barnaul, Altai State Technical University named after I.I. Polzunova Publ., 2019. pp. 281-285. Russian)

3. Lemmens E., Moroni A.V., PagandJ., HeirbautP., RitalaA., Karlen Y., Le K-A., Van den Broeck H.C., BrounsFJ.P.H., De Brier N., Delcour JA. Impact of cereal seed sprouting on its nutritional and technological properties: a critical review. Comprehensive Reviews in Food Science and Food Safety. 2018, V. 18, Is. 1, pp. 305-328.

4. Kaukovirta-Norja A., Wihelmson A., Poutanen K. Germination: a means to improve the functionality of oat. Agricultural and Food Science. 2004, V. 13, no. 1, pp. 100-112.

5. Gabrovska D., Fiedlerova V., Holasova M., Maskova E., Oulirabkova J., Rysova J., Winterova R., Michalova A. Nutritional changes of common oat (Avena sativa L) and naked oat (Avena nuda L.) during germination. Czech. J. Food Sci. 2004, V. 22, pp. 317-320.

6. Strannik A. A. Procedure for production of drink out of wheat grain sprouts and drink produced by this procedure. Patent RF no. 2385659. 2010.

7. Khokonova M.B. Application of enzyme preparations in the production brewing malt. Izvestiya of the Kabardino-Balkarian State Agrarian University named after V.M. Kokov. 2016, no.l, pp. 50-54. (In Russian)

8. Nkhata S.G., Ayua E., Kamau E.H., Shingiro J.-B. Fermentation and germination improve nutritional value of cereals and legumes through activation of endogenous enzymes. Food Science & Nutrition. 2018, V. 6, pp. 2446-2458.

9. Rogozhin V.V., Rogozhina T.V. Physico-biochemical mechanisms of germination of wheat grains. Bulletin of the Altai State University. 2011, no. 8, pp. 17-21. (In Russian)

10. Dotsenko S.M., Bibik I.V., Lyubimova O.I., Guzhel' Y.A Kinetics of biochemical processes of germination of soybean seeds. The Bulletin ofKrasGAU. 2016, no. 1, pp. 66-74. Russian)

11. Moroz I.V., Pavlyuk A.N., Sapunova LI., Urbanchik E.N., Masal'ceva A.I. Influence of enzymatic treatment on germination and enzymatic activity of rapeseed, oat, and pea seeds. Biotechnology: achievements and development prospects. Collection of Work. Pinsk, Polessky State University Publ., 2021, pp. 90-93. (In Russian)

12. Sapunova LI, Tamkovich I.O., Moroz I.V. Effect of presowing enzymatic treatment on the germination of wheat seeds. Proceedings of the XVI International Scientific and Practical Conference. (Minsk, July 3-8, 2018). Minsk, 2018, pp. 168-169. (In Russian)

13. Demidenko G.A. Morphometry features of seeds of different spring wheat varieties when using nitrogen fertilizers. The Bulletin ofKrasGAU. 2020, no. 6, pp. 20-27. (In Russian)

14. Nelson K., Stojanovska L., Vasiljevic Т., Mathai M. Germinated grains: A superior whole grain functional food? Can J Physiol Pharmacol. 2013, V. 91, no. 6, pp. 429-441.

15. AndreevN.R., GoldstejnV.G., NosovskayaL.P., Adikaeva L.V., Golionko E.O. Naked oat is promising raw material for deep grain processing. Agricultural Science Euro-North-East. 2019, V. 20, no. 5, pp. 447-455. (In Russian)

16. Voznesenskaya T.Yu., Shapoval OA. Effect of seed treatment with a complex of amino acids with trace elements on germination energy, germination rate and intensity of germination. Plodorodie. 2020. no. 5, pp. 33-35. (In Russian)

17. Obrezkov M.V., Kamenskaya E.P. The effect of enzyme preparations on the growth and biochemical composition of barley sprouts. Technologies and equipment for the chemical, biotechnological and food industries. Collection of Work. Barnaul, Altai State Technical University named after I.I. Polzunova Publ., 2021, pp. 335-340.