Направленная биотехнологическая переработка пищевого • сырья и безопасных пищевых продуктов целевого и лечебного назначения

Результаты широких эпидемиологических исследований и организованного в последние годы мониторинга состояния питания населения России показали, что структура питания характеризуется серьезными нарушениями, такими как пониженное количество и качество потребляемого белка; избыточное потребление жиров(при серьезном недостатке в их составе полиненасыщенных жирных кислот, особенно относящихся к группе w — 3); алиментарное соотношение гидролизуемых и негидролизуемых углеводов.

Проблема снижения темпов, а затем и полной ликвидации негативных тенденций относится к приоритетным направлениям современной трофологии, первичными звеньями которой являются экологичные промышленные способы производства и переработки в высококачественные продукты питания сельскохозяйственного пищевого сырья.

Продовольственная независимость страны, удовлетворение потребности людей в полноценных и экологически чистых пищевых продуктах, значительное снижение вылова гидробионтов и производства продуктов питания выдвигают в число важнейших проблем максимально эффективное использование биоресурсов на основе разработки нового поколения прогрессивных технологий и техники.

В перерабатывающих биосырье отраслях использование традиционных тепловых процессов и современного оборудования характеризуется низкой термодинамической активностью и загрязнением окружающей среды. Возможности интенсификации тепловых процессов обработки пищевых и сельскохозяйственных продуктов достигли своего физического предела и практически себя исчерпали, не позволяют проводить в полной мере

экологизацию производства, получать значительный технологический и экономический эффект, так как увеличение скорости нагрева теплоотдачей ограничивается низкими теплофизическими характеристиками обрабатываемого сырья.

Повышенное внимание в рыночных условиях к качественному аспекту продовольствия подводит к необходимости совершенствования технологий и основных технологических процессов для производства высококачественных пищевых продуктов.

Анализ современного состояния теории и практики в области технологии производства пищевых продуктов показал, что из разрабатываемых принципиально новых электрофизических методов обработки с/х сырья и гидробионтов наиболее перспективным направлением развития технологий является использование СВЧ-энергии, позволяющего создавать высокотехнологичные процессы и существенно интенсифицировать этапы производства, максимально сохранять исходныесвойства перерабатываемого сырья и изготавливать высококачественные продукты питания, обеспечивать ресурсосбережение и экономическую стабильность пищевых отраслей.

Быстрое развитие в развитых странах СВЧ-энергетики и создание СВЧ-техники и оборудования позволило более чем в 100 технологических процессах производства продуктов питания использовать микроволновым нагрев.

Технология обезвоживания термолабильных материалов посредством сублимации в вакууме является одной из современных, зачастую не имеющих альтернативы в производстве лекарственных средств, ферментов, заквасок, а также пищевых продуктов с длительными сроками хранения в нерегулируемых температурных условиях. Расширяющееся применение находит сублимационная сушка в нанотехнологиях, когда специальные методы замораживания и последующего обезвоживания жидких материалов позволяет получить их в высушенном виде (частицами наноразмеров) для последующего получения материалов нового поколения радиоэлектронной и оборонной промышленности.

Применение биотехнологии в мясной промышленности обусловлено новыми теоретическими разработками науки о питании, совершенствованием технологии переработки сырья и производства готовых мясных продуктов, потребностью в новых технологиях, призванных решить проблемы увеличения мясных ресурсов и животного белка, охраны окружающей среды.

В пищевой и перерабатывающей промышленности при переработке сельскохозяйственного сырья животного и растительного происхождения образуется огромное количество ресурсов вторичного сырья. В мясной промышленности это около 2 млн. тонн. Практически все это сырье содержит значительные количества полезных и ценных веществ (белки, жиры, углеводы, минеральные вещества, витамины). Однако действующие технологии не обеспечивают эффективного использования этих ресурсов. Анализ состояния использования вторичных ресурсов и создания малоотходных технологий в пищевой промышленности показывает, что несмотря на проводимую работу средний уровень их промышленной переработки еще недостаточно велик (чуть больше 20% от образуемой массы).

Одним из основных направлений решения этой проблемы является использование биотехнологических приемов, в частности, применение специально подобранных микроорганизмов и их комбинаций для биотрансформации мясного сырья (3, 4, 5 Г)

При культивировании микробных препаратов на мясных субстратах (низкосортное мясное сырье, субпродукты) улучшается качественные характеристики мясосырья, в том числе изменяется аминокислотный состав и увеличивается доля незаменимых аминокислот в общем объеме, повышается пищевая ценность. Дальнейшее использование таким образом мясосырья при производстве готовых мясных продуктов позволит экономить традиционное сырье, улучшать органолептические показатели, создавать

продукты специального назначения экологически безопасные и хорошо сбалансированные по качественному составу.

Несомненно, актуальной задачей является разработка продуктов целевого и лечебного назначения к которым относятся продукты направленные на нормализацию деятельности желудочно-кишечного тракта, печени, продукты для детей дошкольного и школьного возраста.

В условиях неблагоприятных внешних воздействий (загрязнённой окружающей среды, повышенного радиационного фона, магнитных возмущений), активного использования антибиотиков широкого спектра действия и других факторов происходит нарушение нормального функционирования систем организма. В сложившейся ситуации употребление традиционных продуктов не является достаточно эффективным. И оздоровление человека за счёт увеличения ассортимента и эффективности действия лечебно-профилактических продуктов в этой связи имеет чрезвычайно важное значение. По мнению российских и зарубежных учёных, развитие индустрии продуктов здорового питания является самым перспективным направлением в пищевой промышленности в настоящее время, т. к. оно в наибольшей степени отвечает запросам потребителей.

По данным исследователей [Ганина] последние годы характеризуются нарушениями в структуре питания населения многих стран мира, не исключением является и Россия. Среди общих тенденций, в России особо остро отмечается ухудшение демографических показателей: сокращение средней продолжительности жизни, увеличение общей заболеваемости населения, повышение смертности. Среди причин смертности и потери здоровья ведущее место занимают сердечно – сосудистые, онкологические, гастроэнтерологические заболевания, развитие которых в первую очередь связано с нарушением структуры питания; у большинства населения выявлен дефицит и недостаточное потребление белков. витаминов, макро- и микроэлементов.

Активизировать защитные силы организма, нормализовать обмен веществ и функции пищеварительной системы позволяет правильное, здоровое питание, являющееся в данном случае мощным профилактическим средством.

Во всем мире заболевания печени занимают существенное место среди причин нетрудоспособности и смертности. Социальная значимость болезней печени обусловило их интенсивное изучение.

Патологические изменения уникальной структуры печени, ее функций вследствие заболевания, вызывает серьезные нарушение метаболизма, иммунного ответа, детоксикации и антимикробной зашиты всего организма.

Значительную часть всех патологий печени составляют гепатиты -воспалительные заболевания различного генеза. Основными этиологическими факторами при данном заболевании являются: инфицирование гепатотропными вирусами, действие ксенобиотиков, т.к. токсины (экзо- и эндогенные), лекарственные препараты, алкоголь, а также возможны случаи при которых этиология остается неизвестной -аутоиммунный гепатит.

Снижение вирусологической нагрузки, или даже полное избавление от вируса не означает полного излечения. Необходимо симптоматическое лечение, направленное на восстановление клеток печени и предупреждение развития фиброгенеза и коллагеногенеза, снижение риска канцерогенеза.

Создание продукта, способного подавлять вирусную инфекцию, а также корригировать нарушения функций печени при гепатитах различного генеза, возможно благодаря изучению механизмов деструктивных изменений, происходящих в печени при данных патологиях. Исходя из сказанного, основные требования к продукту могут выглядеть следующим образом:

* Антивирусный эффект

* Стимулирование иммунитета

* Противовоспалительное действие

* Восстановление мембран гепатоцитов

* Купирование «оксидантного стресса»

* Инактивация процессов фиброгенеза и коллагеногенеза
* Уменьшение риска развития канцерогенеза

* Усиление дезинтоксикационной функции печени

* Устранение неблагоприятных последствий гепатитов - дисбиозов

В биотехнологии пищевых продуктов культуры микроорганизмов занимают ведущее место. Функционально-технологические свойства продуктов, получаемых ферментацией сырья животного и растительного происхождения, создаются благодаря биохимическим свойствам высоко технологичных промышленно ценных культур микроорганизмов.

В современных пищевых производствах большую значимость приобретают пробиотические культуры. Разработка объективных критериев оценки пробиотических свойств микроорганизмов, основанных на изучении их физиологических, биохимических и генетических характеристик, создаст возможность для технологического использования микроорганизмов в производстве молочных, мясных и других видов продуктов.

Вместе с тем при более тщательном рассмотрении достигнутых научных и технических результатов отмечается отсутствие фундаментальных исследований, связанных с изучением сохранности биологической активности ценных для промышленного применения микроорганизмов, используемых при изготовлении лечебно-профилактических продуктов питания со сложным составом. Кроме того, одна из причин изменения жизнедеятельности микроорганизмов и свойств продуктов с их присутствием заключается в развитии процессов окисления, протекающих в мясном и молочном сырье, особенно при длительном холодильном хранении. В связи с этим возникает необходимость изучения антиоксидантных свойств микроорганизмов.

Биомодификация сырья животного и растительного происхождения • молочнокислыми микроорганизмами - важное направление, в котором культуры, обладающие высокой антибактериальной активностью, и препараты на их основе в первую очередь необходимы для снижения в сырье содержания наиболее опасных микроорганизмов. Однако их выбор для этой цели затрудняется из-за недостатка сведений об антагонизме действия молочнокислых микроорганизмов в сырье, содержащем различные пищевые ингредиенты. При этом недостаточно обосновано действие микроорганизмов, способных вырабатывать экзополисахариды, обеспечивающих их приживаемость в желудочно-кишечном тракте, а также не изучена генетическая характеристика проявления этого свойства. Вышеперечисленные причины ограничивают применение культур микроорганизмов в отраслях пищевой технологии.

В то же время современные достижения науки и техники создают базу для установления новых характеристик, присущих пробиотическим микроорганизмам и необходимых для практического применения молочнокислых культур, что позволит в полной мере использовать их в условиях промышленного производства лечебно-профилактическим продуктов питания.

Перспективными и актуальными является теоретическое обоснование и поиск новых практических способов повышения эффективности действия лечебно-профилактических продуктов питания, в частности и путём поиска новых приёмов и форм введения пробиотических бактерий не только в продукты, но и медицинские препараты. В настоящее время для решения этой проблемы активно развивается направление по использованию пробиотических бактерий с веществами - пребиотиками, то есть получение синбиотиков, и зарождается новое направление — это изучение способов микрокапсулирования пробиотиков [Ганина], пути их применения в биотехнологии продуктов и эффективного использования для оздоровления населения.

Наряду с этим при решении поставленных задач необходимо использование современных методов, в частности, моделирование технологий составления и прогнозирования функционально-технологических свойств рецептурных смесей пищевых продуктов. При этом все большее внимание уделяется информационному обеспечению процессов моделирования: методологии; методам, алгоритмам решения конкретных задач и их программной реализации.

Разработка математических моделей, направленных на обеспечение гарантийного качества и безопасности продуктов питания является важной задачей.

Моделирование технологий разрабатываемых функциональных продуктов питания должно основываться на моделировании рецептурного состава и отдельных или всех технологических операций (технологического

потока).

Необходимость учета информационной неопределенности при моделировании технологических процессов пищевых производств является задачей, требующей изменения, как методологических подходов, гак и инструментов (конкретно методов, алгоритмов, программ) при разработке новых и совершенствовании существующих технологий.

При моделировании в основном используются полиномиальные зависимости ФТС от массовых долей их парциальных компонентов второго (а иногда, но гораздо реже, третьего) порядка, обосновывая выбор порядка лишь из соображений минимизации наименьших квадратичных ошибок моделей («МНК»-метод). Однако полиномиальные зависимости ФТС не всегда согласуются с физическим смыслом задачи, что заставляет находить новые приемы для решения поставленной проблемы. Оптимизации параметров смеси позволяет обеспечить получение (с большей долей вероятности) продуктов заданного качества.

Оптимизационные задачи решаются по выбранным направлениям,

например, химическому, минеральному, витаминному составам, энергетической ценности. Основной акцент и большое внимание уделяется вопросам проектирования комбинированных продуктов питания, под которыми понимается процесс создания рациональных рецептур и/или структурных свойств, обеспечивающих задаваемый уровень адекватности. Необходимость получения продуктов с заданным составом по всем макро- и микронутриентам, с определенными физико-химическими характеристиками требует применения технологических решений, отличающихся от традиционных пищевых технологий.

Разработка методологий создания продуктов специального и лечебного назначения, а именно:

-компьютерного моделирования рецептур геродиетических продуктов:

-разработки рецептур с учетом взаимодействия компонентов на основе принципов термодинамики в условиях информационной неопределенности:

-метода дифференцированной оценки создания и совершенства технологий производства и качества пищевых продуктов на основе формализации и обобщения и обобщения критериев качества, является задачей решение которой будет способствовать повышению качества пищевых продуктов.

Разработка рецептур с учетом взаимодействия компонентов на основе принципов термодинамики в литературных источниках не встречается. В связи с этим создание новых подходов, методологии и моделирования многокомпонентных рецептурных смесей в условиях информационной неопределенности, с учетом взаимодейстия компонентов, является задачей, решение которой будет способствовать повышению качества пищевых продуктов.