Scientific bases and technological principles of the production of gerodietetic canned milk

AbstractIt is well known that aging is the natural growing multisection biological process inevitably leading to limitation of body adaptive capabilities. The body ageing is the result of self-regulation mechanism limitation, reduction of their potential capabilities at molecular-genetic, energetic, cellular and general-regulatory levels. It should be noted that due to lack of the unified theory of aging the importance of nutrition factor has been acknowladged particularly initiation and intensity of the process, and the role of antioxidants is discussed much in detail. As the result of long term investigations at model and natural objects the technologies of powder and condensed sterilized gerodietetic milk based preserved foods have been developed. The multicomponent receipts modules balanced by fatty-acid and amino-acid composition as well as enriched with lycopene have been theoretically substantiated and realized. The new gerodietetic products are characterized by the following coefficients of RL3/RL6 not less than for the products: powdered - 0.871/0.615 and condensed sterilized - 0.883/0.648. The following amino-acid balance of Rp/σ protein for the products: powdered - 0.46/15.00, condensed -0.44/15.76 has been obtained. The obtained velues of the balanced criteria of the protein-lipid composition of the product are higher comparing to similar values for milk fat and protein. Two lycopene dosages in the products are provided: prophylactic - 5 mg and antioxidant - 1.5 mg in 400 ml of the reconstituted milk. On the basis of the carried out studies two technologies of the manufacture of condensed milk gerodietetic products adapted to actual conditions of concentrated milk factories have been developed.

Keywords:antioxidants, milk products, gerodietetic canned products, lycopene, balanced receipts modules, industrial technologies

Вопр. питания. 2016. № 5. С. 114-119.

На фоне сложившейся демографической обстановки сокращается численность работоспособного населе­ния России, понижается творческий и физический потен­циал страны, образуются характерные статьи затрат бюджетных средств. Данные последней переписи насе­ления России 2010 г. показали, что к категории стар­ше трудоспособного возраста отнесены более 30 млн людей, и нет существенных предпосылок для изменения ситуации в краткосрочной перспективе [1]. Разработки в области выявления эффективных мер по увеличению творческого долголетия данного контингента населения, сохранению их здоровья и профилактике заболеваний актуальны и имеют большое социальное, экономическое и политическое значение для страны [1, 2].

Старение - это закономерно нарастающий многозве­ньевой биологический процесс, являющийся результа­том ограничения механизмов саморегуляции, снижения их потенциальных возможностей на молекулярно-генетическом, энергетическом, клеточном и общерегуляторном уровнях [2, 3]. Следует отметить, что в отсутс­твие единой теории старения общепризнана значимость фактора питания в части инициации и интенсивности процесса, все более детально дискутируется значимая роль антиоксидантов [4-8]. Вклад питания в долголетие тесно связан с влиянием экологических, демографичес­ких, социальных и иных факторов [2, 3].

Одной из наиболее востребованных групп пищевой продукции являются молочные продукты в ассортименте, занимающие существенный удельный вес в потребитель­ской корзине. Исторически в молочной промышленности для придания продукции более выраженного цвета при­менялись пигменты каротиноидного ряда. При этом установлено, что каротиноиды обладают антиоксидантными, антиканцерогенными, антимутагенными, геропротекторными и другими свойствами [9-12]. Соответственно, обо­гащение каротиноидами молочных продуктов позволит значительно увеличить долю этих биологически активных веществ в рационе и, следовательно, защитить ор­ганизм от воздействия неблагоприятных факторов окру­жающей среды, улучшить иммунологические показатели, улучшить спортивную результативность, снизить риск сердечно-сосудистых и других заболеваний, а также расширить традиционный ассортимент продуктами фун­кционального назначения [12-14].

С учетом географических и территориальных особеннос­тей России особую важность приобретают исследования, направленные на разработку эффективных технологий консервов на молочной основе с высокой пищевой цен­ностью. Это позволит обеспечить полноценным питанием население всех, в том числе отдаленных регионов страны. Соответственно, целью исследований была разработка технологий производства сухих и сгущенных консервов на молочной основе для геродиетического питания.

Материал и методы

Объектами исследований являлись:

- биологически активная добавка (БАД) "Томатол", содержащая ликопин [15], пищевая ценность и фи­зико-химические показатели которой представлены в табл. 1;

- сухие и сгущенные молочные геропродукты и их сы­рьевые виртуальные и реальные композиции.

Активность воды (Aw) определяли сорбционно-емкостным методом на приборе Hygrolab-3 ("Rotronic AG", Швейцария) с цифровой вентилируемой станцией "AwVС-DI0", массовую долю влаги - с помощью влаго­мера термогравиметрического инфракрасного MA-50 ("Sartorius", ФРГ), белка - по методу Кьельдаля на анализаторе Kjeltek-2300 ("Foss", Дания). Аминокислот­ный состав белковых композиций исследован методом ионообменной хроматографии, массовая доля трипто­фана - спектрофотометрически. Жирнокислотный со­став определяли методом газожидкостной хроматогра­фии. Массовую долю ликопина определяли хроматографически и спектрофотометрически.

Для разработки прогностических моделей применя­лась "функция желательности" Харрингтона с соот­ветствующей лингвистическо-числовой шкалой оценки: идеально - 1,00; очень хорошо - 1,00-0,80; хорошо -0,80-0,63; удовлетворительно - 0,63-0,37; плохо 0,37­0,20; очень плохо - 0,20-0,00. Повторность опытов на всех этапах работы не менее трех.

Обоснование дозировки БАД было проведено на основании исследований функционально-мета­болических свойств и клинической апробации БАД к пище (Авторы статьи приносят благодарность проф. А.Б. Капитанову (ФГБУ "Федеральный научно-клинический центр физико-химичес­кой медицины" ФМБА России), проф. В.Ф. Демину, акад. РАН Ю.А. Владимирову (ФГБОУ ВО "Российский национальный исследова­тельский медицинский университет им. Н.И. Пирогова" Минздрава России), проф. И.Я. Коню (ФГБУН "ФИЦ питания и биотехноло­гии") за проведенные исследования.), проведенных при участии сотрудников ФГБНУ ВНИИ молочной промышленности (И.А. Радаева, А.Г. Галстян, А.Н. Петров). Эффективность действия ЛП последовательно устанавливали в биологических опытах на крысах, мышах, кроликах, дрозофилах и в клинических исследованиях на взрослых мужчи­нах и женщинах [9-16].

Статистическая обработка и визуализация экспери­ментальных данных проводилась с применением мето­дов матричной алгебры с помощью программ Microsoft ЕхсеІ, CurveExpert и MatLab.

Результаты и обсуждение

Полученная в ходе теоретических исследований информация позволила определить целесообразную направленность технологического способа придания продукту геросвойств коррекцией химического состава и добавлением БАД.

С учетом функциональных свойств ликопина была раз­работана технология на "Продукты молокосодержащие сухие "Геролакт" для геродиетического питания, адап­тированная к традиционным условиям молочно-консервных комбинатов. Дозировка ликопина в геропродукте предусмотрена по двум вариантам: профилактическая -5 мг и антиоксидантная -1,5 мг в 400 мл восстанов­ленного молока. Так как в ходе технологии прогнози­ровалось наличие потерь ликопина за счет комплекса термических и механических воздействий, исследовали влияние соответствующих операций. Установлено, что потери ликопина в процессе производства не превыша­ли 8,6±0,2%. При хранении образцовв течение 15 мес потери составляли: в среде воздуха - 6,1±0,2%, в среде инертных газов - 3,7±0,1%. Соответственно, с учетом потерь была скорректирована дозировка.

Учитывая, что ликопин вносят в продукт в виде масля­ного раствора, предложены способы и режимы опера­ций, обеспечивающие получение стойкой эмульсии БАД, растительного масла и молока. В качестве раститель­ных масел предложено использовать рафинированное дезодорированное кукурузное или подсолнечное масло. Полученную жировую композицию растительного масла и БАД предварительно диспергируют, вносят в сгу­щенное молоко с содержанием сухих веществ 40-45% и гомогенизируют при давлении не менее 12±2 МПа. Для дополнительной стабилизации липидов предусмот­рено внесение в нормализованное молоко 2% водного раствора аскорбиновой кислоты в количестве 0,005% от массы сухих веществ. Сгущенную смесь направляют на сушку. Предложенный способ внесения БАД обеспечи­вал равномерное распределение ликопина в продукте. Степень выраженности сенсорных показателей наличия ликопина имела дозозависимый характер и выражалась интенсивностью желтого цвета.

Ценность липидных композиций определяется их жир-нокислотным составом и его сбалансированностью.

Особое значение в питании пожилого человека имеют полиненасыщенные жирные кислоты (ПНЖК), кото­рые считаются одной из эссенциальных составляющих питания. В молочном жире недостаточное количество ПНЖК - до 4%, поэтому включение растительных масел позволяет корректировать жирнокислотный состав про­дуктов с требованиями геродиетики. Проектирование жирнокислотного состава молочно-растительной липидной смеси осуществляли для трех вариантов замены молочного жира растительным: 30, 40 и 50% и рассчи­тывали показатели жирнокислотной сбалансирован­ности модуля в сравнении с квазиэталоном [16], а также осуществляли органолептическую оценку продуктов. В результате установлено, что рациональным уровнем замены молочного жира растительным является 70/30. Данные компьютерного анализа молочно-растительной жировой композиций с этим соотношением компонен­тов показали, что коэффициент жирнокислотной сба­лансированности обеспечивает значительное прибли­жение к физиологически необходимому соотношению (табл. 2).

Ценность белка определяется количественным и качественным составом аминокислот [17]. В работе в качестве белка растительного происхождения использовали изолят соевого белка с содержанием белка не менее 90%. Анализировали 2 композиции, содержащие молочный и растительный белок в следующих соотно­шениях: 55:45 и 50:50, что в целом отвечает рекоменда­циям ФГБУН "ФИЦ питания и биотехнологии" для пожилых людей (1:1). Сбалансированность аминокислотного (АК) состава белка продукта по сравнению с эталоном (Белковые и аминокислотные потребности в питании человека // Отчет совместного экспертного совещания ВОЗ/ФАО/ Университета ООН (пункт 8.5 "Потребность в незаменимых аминокислотах у пожилых людей в гериатрической популяции)"; http://whqlibdoc.who.int/trs/wHO_TRS_935_eng.pdf.) представлена в табл. 3.

Как видно из представленных данных, коэффициент утилитарности молочно-растительной композиции воз­рос на 4,5%, а сопоставимая избыточность уменьшилась на 7,0% по сравнению с молочным белком.

Разработаны модели продукта с фруктозой, поли­сахаридами и вкусоароматическими добавками в раз­личных количествах и сочетаниях. На базе дегустаций и экспертных оценок рациональности технологии были одобрены восстановленные продукты, включающие со­отношение молочного белка к растительному 55:45 и молочного жира к растительному (в том числе со­держащемуся в БАД) 70:30, фруктозу. Фруктозу вносят в виде пастеризованного при 95±2 °С и охлажденного до 70±5 °С раствора.

Результаты исследований были использованы при разработке схемы технологического процесса получе­ния сухого геропродукта. По физико-химическим свойствам продукт соответствует требованиям, представлен­ным в табл. 4.

Вырабатываемый продукт по органолептическим по­казателям соответствовал следующим требованиям:

- вкус и запах: чистый, свойственный свежему моло­ку, в меру сладкий, с незначительным привкусом растительного масла и изолята соевого белка. При использовании вкусоароматических добавок - соот­ветствующие вкус и запах;

- консистенция: мелкий или мелкозернистый сухой порошок;

- цвет: от светло-кремового (антиоксидантная доза) до светло-желтого (профилактическая доза). Продукт рекомендован для питания людей пожилого и преклонного возраста и может применяться для не­посредственного употребления в восстановленном виде. Рекомендуемое потребление "Геролакта" - 400 мл вос­становленного продукта в сутки.

В рамках исследований разработана технология про­изводства сгущенного стерилизованного молокосодержащего геропродукта со сбалансированным липидным составом и содержащего ликопин ("Продукты молоко-содержащие сгущенные стерилизованные "Витапролон­гин"").

Проектирование липидной композиции осуществляли по аналогии с сухим продуктом. Учитывая интенсив­ность термического воздействия, был проведен ряд исследований, направленных на определение уровня разрушения ликопина в ходе стерилизации. С этой целью модели продукта стерилизовали при режимах, приближенных к производственным. Установлено, что в результате стерилизации потери ликопина не превы­шали 5,4±0,2%. Данное значение было принято попра­вочным при составлении рецептур.

По физико-химическим показателям продукт соот­ветствует требованиям, приведенным в табл. 5.

Потери ликопина в продукте при хранении 12 мес не превышали 3,2% и учтены в дозировке препарата.

Вывод

В результате исследований разработаны техноло­гии сухих и сгущенных стерилизованных консервов геродиетического назначения на молочной основе. Теоретически обоснованы и реализованы многокомпо­нентные модули рецептур, сбалансированных по жирнокислотному и аминокислотному составам, а также обогащенных ликопином. Новые продукты геродиетического назначения характеризуются следующими ко­эффициентами сбалансированности жира RL3/RL6, не ниже для продуктов: сухих 0,871/0,615 и сгущенных сте­рилизованных 0,883/0,648. Аминокислотная сбаланси­рованность белка Rp/σ для продуктов: сухих 0,46/15,00, сгущенных 0,44/15,76. Полученные значения критери­ев сбалансированности белково-липидной компози­ции продукта выше аналогичных для молочного жира и белка. Предусмотрено 2 дозировки ликопина в про­дукте: профилактическая - 5 мг и антиоксидантная -1,5 мг в 400 мл восстановленного молока. На основа­нии проведенных исследований разработаны техно­логии сухих и сгущенных стерилизованных консервов на молочной основе геродиетического назначения, адаптированные к фактическим условиям молочно-консервных комбинатов.

Литература

1. URL: www.oks.ru. Федеральная служба государственной статис­тики.

2. Якунин В.И., Сулакшин С.С., Багдасарян В.Э. и др. Государствен­ная политика вывода России из демографического кризиса : монография. 2-е изд. / под общ. ред. С.С. Сулакшина. М. : Эко­номика; Научный эксперт, 2007. 888 с.

3. Петров А.Н., Григоров Ю.Г., Козловская С.Г. и др. Геродиетические продукты функционального питания. М. : Колос-Пресс, 2001. 96 с.

4. Актуальные проблемы в геронтологии : сборник работ РАМН / под общ. ред. Ф.И. Комарова. М., 1996. С. 185.

5. Каликинская Е. Антиоксиданты - защита от старения и болез­ней // Наука и жизнь. 2000. № 8. С. 90 94.

6. Шатнюк Л.Н. Обогащение молочных продуктов микронутриентами // Мол. пром-сть. 2000. № 11. С. 30.

7. Тихомирова Н.А. Технология продуктов функционального пита­ния. М. : Франтера, 2002. 213 с.

8. Коденцова В.М., Вржесинская О.А., Мазо В.К. Витамины и окислительный стресс // Вопр. питания. 2013. Т. 82, № 3. С. 11-18.

9. Дадали В.А., Тутельян В.А., Дадали Ю.В., Кравченко Л.В. Каротиноиды. Биологическая активность // Вопр. питания. 2011. Т. 80, № 4. С. 4-18.

10. Карнаухов В.Н. Биологические функции каротиноидов. М. : Наука, 1988. 240 с.

11. Kapitanov A.B., Pimenov A.M., Nesterova O.A., Klebanov G.I. et al. Antioxidant activity and related radioprotective and hypolipodemic action of licopene // International Symposium on Natural Antioxidants. China, Beijing, 1995. Abstracts. P. 102.

12. Галстян А.Г., Аветисян Г.А. Каротиноиды. Общие положения. Применение в молочной промышленности. М. : Тип. Россельхозакадемии, 2005. 159 с.

13. Коденцова В.М., Вржесинская О.А., Сокольников А.А. Витами­низация пищевых продуктов массового потребления: история и перспективы // Вопр. питания. 2012. Т. 81, № 5. С. 66-78.

14. Бекетова Н.А., Кошелева О.В., Переверзева О.Г., Вржесинская О.А. и др. Обеспеченность витаминами-антиоксидантами спортсменов, занимающихся зимними видами спорта // Вопр. питания. 2013. Т. 82, № 6. С. 49-57.

15. Радаева И.А., Шулькина С.П., Петров А.Н. и др. Создание сухих обогащенных геродиетических продуктов на основе ультрафиль­трации молока // Сборник научных трудов "Научное обеспечение молочной промышленности". М. : ГУ ВИНМИ, 1999. 272 с.

16. Обухова Л.К., Измайлов Д.М., Капитанов А.Б. и др. Радиозащит­ная активность ликопина // Радиационная биология. Радиоэко­логия. 1994. Т. 34, № 3. С. 439-445.

17. Галстян А.Г. Развитие научных основ и практические решения совершенствования технологий, повышения качества и рас­ширения ассортимента молочных консервов: автореф : дис. . д-ра техн. наук. М., 2009.