Разное2 / Бессонов - Совершенствование технологии бифидогенных концетратов - 2007

2

Работа выполнена на кафедре прикладной биотехнологии Северо-Кавказского государственного технического университета

Защита состоится «30» мая 2007 г. в 14 00 часов на заседании диссертационного совета Д 212.245.05 при Северо-Кавказском государственном техническом университете по адресу: 355029, г. Ставрополь, пр. Кулакова, 2, ауд. К 308.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке СевКавГТУ

Автореферат разослан «___» _____________ 2007 г.

3

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ Актуальность темы. В настоящее время нормобиоценоз кишечника

рассматривается как сложнейшая экологическая система, являющаяся своеобразным органом иммунной системы человека. Стабильность микробных ассоциаций в кишечнике имеет чрезвычайно важное значение для жизнедеятельности хозяина и является показателем его здоровья.

С целью поддержания и восстановления нормальной кишечной микрофлоры применяют пробиотики, пребиотики или синбиотики. Большинство специалистов и исследователей относят к пробиотикам, в основном, так называемые эубиотики (представителей нормальной микрофлоры кишечника), а чаще всего бифидобактерии и молочнокислые микроорганизмы, называя их классическими пробиотиками. Лактулоза является наиболее изученным и высокоактивным бифидогенным фактором – пребиотиком, стимулирующим развитие бифидобактерий. Ее способность восстанавливать и поддерживать рост бифидобактерий доказана многочисленными исследованиями отечественных и зарубежных ученых.

Теоретические и практические основы разработки технологии лактулозы с использованием молочной сыворотки заложены в трудах Яковлевой О.Н., Полянского К.К., Гаврилова Г.Б., Храмцова А.Г., Рябцевой С.А., Евдокимова И.А., Дыкало Н.Я., Нестеренко П.Г., Остроумова Л.А., Кравченко Э.Ф., Серова А.В., Mizota T., Tamura Y., Adashi S. и других ученых.

Таким образом, проведение исследований получения бифидогенного и синбиотического концентратов на основе молочной сыворотки, обогащенной лактулозой и бифидобактериями, являются актуальными в современных условиях. Значительный интерес представляет применение безреагентного способа изомеризации лактозы в лактулозу предусматривающего анионообменную обработку сырья, которая позволяет повысить качество готового продукта.

4

Разработка технологии бифидогенных и синбиотических концентратов на основе молочной сыворотки также позволит решить ряд экологических проблем, связанных с ее утилизацией.

Цель и задачи исследования. Основной целью настоящей работы является разработка технологии бифидогенного концентрата с использованием безреагентной изомеризации лактозы в лактулозу и процессом культивирования бифидобактерий.

В соответствии с поставленной целью были определены задачи исследования: проведение мониторинга видов сырья и способов изомеризации лактозы в лактулозу, используемых при получении бифидогенных концентратов; разработка модифицированного метода определения концентрации лактулозы в бифидогенном концентрате; усовершенствование процесса ионообменной обработки и изомеризации лактозы в лактулозу в депротеинизированной подсырной сыворотке с использованием анионообменных смол; исследование влияния состава питательной среды, основой которой является молочная сыворотка с частично изомеризованной лактозой, на рост бифидобактерий; разработка технологии и аппаратурного оформления производства сухого бифидогенного и синбиотического концентратов; проведение экологического мониторинга, оценка экономической эффективности и маркетинговые исследования, определение социальной значимости разработанных технологий.

Научная новизна состоит в следующем: разработан модифицированный метод определения концентрации лактулозы в бифидогенном концентрате; установлены преимущества использования анионообменных смол (АВ-17-8чс, ЭДЭ-10П) по сравнению с щелочным катализатором (раствором NaOH) для процесса изомеризации лактозы в лактулозу; изучено влияние состава сырья с различной доброкачественностью по лактозе на процессы ионного обмена и изомеризации лактозы в лактулозу; разработана питательная среда для культивирования бифидобактерий на основе молочной сыворотки с частично

5

изомеризованной лактозой; определены технологические параметры получения бифидогенного и синбиотического концентратов.

Практическая значимость. Апробирован модифицированный метод определения концентрации лактулозы при исследованиях изомеризации лактозы в лактулозу в молочно белково-углеводном сырье и проведении экспериментальных выработок бифидогенного концентрата.

Разработана нормативная документации на «Сыворотку молочную с бифидогенными свойствами» (СТО 02067965-001-2007) и «Концентрат сывороточный с бифидогенными свойствами» (СТО 02067965-002-2007). Произведена опытно-промышленная выработка концентратов на ФГУП НИИКИМ г. Ставрополь.

Материалы диссертационной работы использованы в учебном процессе при подготовке инженеров-технологов спец. 271100 и 271500.

Апробация работы. Основные результаты работы доложены и обсуждены на отчетных научно-технических конференциях Северо-Кавказского государственного технического университета (г. Ставрополь, 2002 - 2006 гг.); региональной научно-технической конференции «Вузовская наука - Северо-Кавказскому региону» (г. Ставрополь, 2003 - 2005 гг.); международной научно-технической конференции «Пробиотики, пребиотики, синбиотики и функциональные продукты питания: Современное состояние и перспективы» (г. Москва, 2004 г.); 7-ой научно-практической конференции с международным участием «Современные проблемы производства продуктов питания» (Барнаул, 2004 г.).

Публикации. По результатам проведенных исследований опубликовано 13 печатных работ, в том числе 2 статьи в реферируемых ВАК изданиях.

Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы, содержащего 160 наименований и приложения.

Работа изложена на 161 странице машинописного текста, содержит 41 таблицу, 49 рисунков и 9 приложений.

6

СОДЕРЖАНИЕ ДИССЕРТАЦИОННОЙ РАБОТЫ Во введении обоснована актуальность работы.

В первой главе «Анализ состояния вопроса и задачи исследований» рассмотрены два подхода в профилактике и лечению дисбактериозов (применение пробиотиков или пребиотиков), показаны преимущества синбиотиков; приведены различные примеры применения бифидобактерий и лактулозы как компонентов функционального питания; описана классификация, состав и основные направления переработки лактозосодержащего молочного сырья; дана оценка целесообразности использования различных видов лактозосодержащего сырья при производстве лактулозы (бифидогенного концентрата); представлены современные способы получения и состав бифидогенных концентратов; сформулированы цели и задачи работы.

Во второй главе представлены данные об организации работы, объектах исследования, методологии физико-химических и микробиологических исследований, математическом планировании и обработке результатов экспериментов. Схема проведения экспериментальных исследований представлена на рисунке 1.

Описана разработка модифицированного метода определения концентрации лактулозы в бифидогенном концентрате спектрофотометрическим методом.

В третьей главе описан способ изомеризации лактозы в лактулозу, включающий в себя две стадии: насыщение лактозосодержащего сырья акцепторами протонов с помощью анионообменной обработки до значения рН необходимого для процесса, а затем нагревание и термостатирование полученного раствора. Главное преимущество ионообменных смол над растворами каталитически активных электролитов состоит в том, что они легко отделяются от продуктов реакции, дают меньше нежелательных побочных продуктов, проводят одновременно деминерализацию. Преимуществом над изомеризацией с помощью электроактивации является: осаждение белковых

8

веществ анионообменными смолами (препятствующих их дальнейшему гидролизу, влияющему на оптическую плотность) и удаление из сырья минеральных веществ, недоступных для извлечения мембранными методами.

Исследовали анионообменную обработку с использованием смолы АВ-17-8чс в статических условиях при комнатной температуре, соотношение анионообменная смола – раствор молочного сахара-сырца составляло 1:3 (таблица 1).

Таблица 1 – Результаты исследований влияния времени выдержки на рН раствора молочного сахара-сырца при взаимодействии со смолой.

Данные опыта свидетельствуют о том, что ионообменная смола может использоваться для изомеризации лактозы в лактулозу при разделении процесса ионного обмена и собственно изомеризации (нагревания и выдерживания раствора молочного сахара-сырца).

На модельном растворе была исследована кинетика процесса изомеризации лактозы в лактулозу. Полученные данные послужили основой для проведения двухфакторного эксперимента (на молочном сахаре и депротеинизированной молочной сыворотке). Входными параметрами явились температура и время термостатирования. Основным выходным параметром – степень изомеризации лактозы в лактулозу. Эти данные выявили отличие изомеризации лактозы в лактулозу в молочной сыворотке и растворе молочного сахара-сырца, которое связано в основном с наличием в первой большого содержания минеральных и белковых веществ. Для достижения максимальной степени изомеризации лактулозы в растворе молочного сахара требуется более низкая температура и большее время выдерживания. При одинаковых условиях степень изомеризации в растворах лактозы выше, чем в сыворотке. Применение растворов молочного сахара-сырца требует более строгого контроля температуры и времени, потому что максимум концентрации лактулозы более выраженный.

10

Оптическая плотность лактозосодержащего сырья в процессе ионного обмена уменьшается, а в процессе термостатирования возрастает. На цветность сырья и на процесс образования галактозы и лактулозы большое влияние оказывает рН, причем критическим режимом для разложения лактулозы является рН > 12. Также установлено влияние белковых веществ на цветаобразование, но оно не так выражено и связано с рН.

При рН раствора подвергнутого ионообменной обработке, равном 9,14 (лактоза квалификации «ч»), после изомеризации относительная концентрация лактулозы составила 12 %, при этом не изменилась цветность продукта и не образовалась галактоза (продукт распада лактулозы). При изомеризации сыворотки с таким значением рН лактулоза не обнаруживается методом газо-жидкостной хроматографии. Это можно объяснить только прохождением процесса изомеризации еще при ионном обмене на поверхности анионита. Под действием высоких значений рН среды на поверхности смолы происходит изомеризация, а образовавшиеся продукты адсорбируются анионитом. Это подтверждает и низкое значение рН среды для процесса изомеризации.

В промышленных масштабах статические условия обработки с использованием анионообменных смол практически не применяют, поэтому был изучен процесс ионного обмена в динамических условиях. Исследования кинетики ионной обработки депротеинизированной молочной сыворотки на анионообменной смоле АВ-17-8чс в динамических условиях проводились на двух установках (два режима) – реакторах по принципу «идеального вытеснения» и «идеального смешения».

Исследования проводили, пропуская через реактор с переведенной в ОН-форму смолой сыворотку, со скоростью 1, 2, 4, 6, 8 и 4, 6, 8, 10, 12 см3/минуту соответственно для реактора вытеснения и смешения. Выходным параметром было значение рН сыворотки на выходе из реактора. Опыт осуществляли до значения рН ниже 9,0. Результаты эксперимента представлены графически на рисунке 3.