Исследование и разработка биотехнологии мороженого с пребиотическими свойствами

  Обычно для непрерывной работы все цепочки цеха производства мороженого используют цикличную схему подготовки смеси путем установки от двух до четырех и более емкостных теплообменных аппаратов.

Приготовление смеси в потоке означает, что все  компоненты смеси мороженого готовятся  к внесению в емкости для смешивания с помощью специализированного  оборудования и их подача осуществляется непрерывно и в большинстве случаев полностью автоматизировано. Обслуживающий персонал в основном занимается растариванием компонентов.

Технология  используется в линиях производства смеси производительностью 1250, 2500 и 5000 л/час по готовому продукту и определяется производительностью входящего в комплект поставки плунжерного гомогенизатора. Для комплектации используется следующие основные единицы: емкости для смешения, фильтры, пастеризационно-охладительные установки, гомогенизаторы, маслоплавители, шнековые дозаторы непрерывного действия, пластинчатые нагреватели водной фазы в потоке. 

  

3. Изучение свойств пребиотика лактулозы в сложных по составу многокомпонентных системах молочного плюс немолочного происхождения, представителем которых является мороженое.

 

  Лактулоза – углевод, относящийся к классу олигосахаридов и подклассу дисахаридов, его молекула состоит из остатков галактозы и фруктозы. Химическое название лактулозы по современной номенклатуре – 4-O-β-D-галактопиранозил-D-фруктоза.

Лактулоза представляет собой белое кристаллическое  вещество,  не имеющее запаха, хорошо растворимое в воде и сладкое  на вкус. Ее можно перекристаллизовать  из 50 %-ного раствора метанола в виде гексагональных бесцветных пластин, при этом получается ангидридная форма. В последние годы при кристаллизации лактулозы из водного раствора была получена тригидрадная форма, существенно отличающаяся по своим физико-химическим свойствам от ангидридной. Так, например, ангидридная форма очень гигроскопична – при 30о С и влажности 81% уже через 24 ч влажность кристаллов повышается до 7%, а через 48 ч – до 20%. Кристаллы тригидрата в тех же условиях не меняют своих свойств, но теряют кристаллизационную воду при нагревании выше 35о С, поэтому их рекомендуется хранить при низких температурах.

  Кристаллические формы лактулозы отличаются также по точке плавления и теплоте растворения.

  Конформация молекулы лактулозы определяет такое немаловажное потребительское свойство как сладость. В таблице   приведены результаты сенсорной оценки сладости некоторых углеводов. Анализ таблицы данных показывает, что лактулоза в два раза слаще лактулозы, что обусловлено, по-видимому, трансформацией глюкозного остатка во фруктозный при изомеризации.  

Таблица 1   - Сладость лактулозы в сравнении с другими углеводами

 

      Согласно  гипотезе Шалленбергера о наличии  в молекуле подслащивающего вещества специфического донорно-акцепторного звена АН-В, которое за счет водородной связи взаимодействуют с активными центрами вкусового рецептора. Химическая активность лактулозы обусловлена ее строением, как восстанавливающего углевода, и определяется прежде всего концентрацией в растворе ациклической формы.

  Лактулоза дает реакцию Селиванова на кетозу, восстанавливает раствор Фелинга при нагревании, в отличие от лактозы не окисляется гипоиодитом и бромом. Эти свойства используются для идентификации и выделения лактулозы.

  На физико-химических свойствах лактулозы основаны методы ее определения.

Анализ литературы показал, что в научных исследованиях  наиболее широко применяются хроматографические методы определения углеводов. Мартинес-Кастро и Алано предложили осаждать лактозу в смеси с лактулозой с помощью ацетона, а их разделение осуществлять тонкослойной хроматографией (ТСХ). Глюкоза, галактоза и сахароза, которые могут находиться в молочных продуктах, не мешают определению лактулозы. Способ позволяет определять присутствие лактулозы в количестве 0,02% от общего содержания углеводов.

  К современным методам определения углеводов относятся такие методы как: высокоэффективная жидкостная хроматография, газожидкостная хроматография, спектрофотометрические методы и поляриметрический метод.

  В настоящее время лактулоза является признанным бифидус - фактором, благодаря чему широко используется во многих странах мира как профилактическое и терапевтическое средство при ряде заболеваний, особенно в случае дисбиотических проявлений. Как наиболее изученная в плане медицинского применения, лактулоза стала классическим средством воздействия на метаболизм микрофлоры кишечника, ее часто используют как эталонный углеводный компонент. Механизм лечебного действия лактулозы был раскрыт на основе современных научных представлений о роли бифидобактерий в сохранении здоровья человека.

  В последние годы определились три основных направления решения этой проблемы.

  Первое – применение пробиотиков, т. е. живых микроорганизмов или продуктов микробного происхождения, проявляющих профилактический и лечебный эффекты через регуляцию нормальной эндогенной микрофлоры хозяина, в первую очередь бифидобактерий, в виде бакпрепаратов или кисломолочных продуктов.

Второе направление  связано с использованием в питании пребиотиков – веществ немикробного  происхождения, стимулирующих рост нормальной микрофлоры. Третье направление характеризуется использованием синбиотиков – комплексных препаратов, включающих пре- и пробиотки.

В настоящее  время пребиотиком №1 и классическим бифидус-фактором является лактулоза.

  В настоящее время доказано, что положительное влияние лактулозы на организм человека и животных обусловлено прежде всего стимулированием развития бифидофлоры. В общем виде механизм бифидогенности лактулозы представлен на рис 1.

 

Рис. 1 -  Схема влияния лактулозы на организм человека 
 

На схеме видно, что различные пути влияния лактулозы  тесно взаимосвязаны. Лактулоза, употребляемая орально, не расщепляется в верхнем отделе желудочно-кишечного тракта из-за отсутствия  необходимых для этого ферментов. Установлено, что гомогенаты слизистой оболочки кишечника человека, собак и свиней не способны гидролизовать лактулозу более чем в следовых количествах. Это свойство позволяет применять лактулозу в качестве индикатора кишечной проницаемости пациентов с пищевыми аллергиями и при диагностике эндокринных панкреатических дисфункций. Лактулоза проходит транзитом в толстый кишечник, где используется бифидобактериями как источник энергии и углерода. В результате метаболизма лактулоза превращается в уксусную, молочную и некоторые другие органические кислоты, которые подавляют развитие гнилостной микрофлоры кишечника и подкисляют содержимое кишечника.

Таким образом. Можно сказать, что основные механизмы  действия лактулозы расшифрованы. Однако последние исследования в области  медицинского использования лактулозы  позволяет предположить, что реальные процессы являются более сложными и требуют глубокого изучения.

Открытие и  расшифровка механизмов бифидогенности лактулозы позволили ученым предположить, что другие малоперевариваемые углеводы могут быть полезны для людей. В последние годы резко возрос интерес к бифидогенным олигосахаридам, промышленное производство которых развивается быстрыми темпами. Однако широкое применение фрукто-, мальто-, изомальто-, галакто-, ксило- и других олигосахаридов в качестве пищевых добавок возможно только после глубоких и длительных исследований их безопасности и биологической ценности. Лактулоза, применяющаяся в различных областях уже более 30 лет, выдержала это испытание и в будущем, по прогнозам ведущих специалистов, будет играть важную роль в поддержании физического здоровья и активной общественной жизни человека. 
 
 
 

2. ОБЪЕКТЫ, МЕТОДЫ И МЕТОДИКА ИССЛЕДОВАНИЯ

 

2.1 Цель и задачи исследования 

• Изучить национальный стандарт РФ-ГОСТ Р 52175-2003 «Мороженое молочное, сливочное и пломбир», впервые  разработанный и введенный в  действие 29.12.2003г.;
• Изучить медико-биологические требования к мороженому функционального назначения;
• Изучить свойства и характеристики пребиотика лактулозы;
• Исследовать возможность применения лактулозы в производстве мороженого;
• Разработать технологическую и аппаратурную схемы производства мягкого и закаленного мороженого с лактулозой;
• Выработать опытные партии мягкого и закаленного мороженого с лактулозой;
• Исследовать свойства выработанного мороженого с лактулозой;
• Разработать проект нормативной документации (ТУ, ТИ, нормы расхода) на мороженое с лактулозой.

 

2.2 Объекты и методы исследования 

Объектом  исследования являются:

Методы  исследования (ГОСТ Р 52175 – 2003)

1. Молоко- сырье по ГОСТ Р 52054-2003: запах, вкус, цвет, консистенция, кислотность ( ⁰Т, рН), плотность, механическая и бактериальная чистота, массовая доля жира и белка, массовая доля сухих веществ (С.В.) и СОМО, определение антибиотиков;
2. Какао-порошок: органолептические, влажность( сухие вещества);
3. Сахар-песок: влажность (сухие вещества);
4. Мороженое: органолептика, массовая доля жира, сахарозы, сухих веществ, температура (минус 0С), кислотность(0Т), масса одной упаковки (порции), взбитость мороженого.

 

2.3 Методики исследования качества молока-сырья, основных немолочных компонентов и готового продукта на соответствие требованиям ГОСТ Р – 2003

«Мороженое молочное, сливочное и пломбир» 

В настоящее  время существует ряд нормативных документов, ГОСТов для определения качества молока-сырья, основных немолочных компонентов и готового продукта на соответствие требованиям.

Одним из них  является ГОСТ Р – 2003 «Мороженое молочное, сливочное и пломбир»

В данном нормативном  документе представлены технические  требования, предъявляемые к готовому продукту. По типу показатели делятся  на два вида:

• Органолептические показатели;
• Физико-химические показатели.

По органолептическим  показателям мороженое должно соответствовать  требованиям, указанным в таблице 2. 

Таблица 2 - Органолептические показатели мороженого.

 

По физико-химическим показателям мороженое должно соответствовать нормам, указанным в таблице 3.

Таблица 3 - Физико-химические показатели мороженого.