Разработка научно обоснованной технологии специализированных продуктов быстрого приготовления, обогащенных антиоксидантами и пищевыми волокнами плодово-ягодного сырья

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 22-16-00100

НазваниеРазработка научно обоснованной технологии специализированных продуктов быстрого приготовления, обогащенных антиоксидантами и пищевыми волокнами плодово-ягодного сырья

Руководитель Серба Елена Михайловна, Доктор биологических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Федеральный исследовательский центр питания, биотехнологии и безопасности пищи , г Москва

Конкурс №68 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки; 06-301 - Технология пищевых продуктов

Ключевые слова Продукты быстрого приготовления, растительное сырье, зерновое сырье, экструзия, специализированные продукты питания, черноплодная рябина, пищевые волокна, антиоксиданты, вторичные биоресурсы

Код ГРНТИ65.01.91

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Потребление продуктов быстрого приготовления является возрастающим трендом, обусловленным урбанизацией, социально-экономическими факторами и технологическим развитием пищевой промышленности. К таким продуктам относят различные виды зерновых снеков и сухих готовых завтраков, быстрорастворимые каши. В состав продуктов быстрого приготовления преимущественно входят различные виды злаков и вкусо-ароматические добавки. Основными недостатками таких продуктов являются высокий гликемический индекс и низкая пищевая ценность при высокой энергетической ценности. Пищевую ценность и органолептические свойства продуктов быстрого приготовления можно повысить путем включения в состав бобовых, ягод, фруктов или овощей. В этом случае зерновые могут выступать в качестве источника энергии и пищевых волокон, бобовые – как источник белка, а плодово-ягодное сырье дополняет продукт витаминами, антиоксидантами, пищевыми волокнами и фитохимическими веществами. Перспективным при обогащении продуктов питания плодоовощными компонентами является применение не нативного или высушенного сырья, а вторичных сырьевых ресурсов – продуктов его переработки, например, выжимок от производства соков, так как это способствует развитию комплексных, безотходных и ресурсосберегающих технологий и позволяет использовать относительно дешевые ингредиенты с высокой пищевой ценностью и минимизировать образование отходов перерабатывающих отраслей. Основное внимание Доктрины продовольственной безопасности РФ, принятой в 2020 года Указом Президента России, направлено на замещение импортной продукции и повышении самообеспеченности России основными видами пищевых продуктов. При этом в новой доктрине главный акцент сделан на обеспечение качества продукции, а не только на достижение количественных показателей. Согласно современным представлениям фактор питания является важной детерминантой в состоянии здоровья человека. Поэтому актуальной задачей является разработка перспективных технологий получения пищевых концентратов, в том числе с функциональными свойствами, обогащенных эссенциальными нутриентами, как эффективного инструмента профилактики алиментарнозависимых заболеваний. В полной мере это относится и к продуктам быстрого приготовления. В аспекте поставленной проблемы актуальным является использование жомов биологически ценных ягод, перерабатываемых с использованием ферментативной экстракции, например, черноплодной рябины (Aronia melanocarpa). Свежие ягоды Aronia melanocarpa употребляют редко из-за их терпкого вкуса; однако используются в пищевой промышленности для производства соков, сиропов, джемов, фруктовых чаев и пищевых добавок. Фенольные соединения определяют высокую биологическую ценность черноплодной рябины, которая является одним из богатейших источников полифенолов, включая антоцианы, флаванолы, проантоцианидины и фенольные кислоты. Плоды и продукты из черноплодной рябины снижают факторы риска метаболического синдрома, дислипидемии, гипертонии, ожирения, нарушения метаболизма глюкозы, воспалительных состояний и тромбоза. Ранее проведенные исследования показали, что диеты, обогащенные соком или экстрактом черноплодной рябины, улучшают липидный баланс у людей с метаболическим синдромом. Защитная функция плодов черноплодной рябины в аспекте сердечно-сосудистых заболеваний связана с защитной функцией эндотелия сосудов, подавлением тромбоза, модулированием артериального давления, регулированием липидного обмена, снижением окислительного стресса и ослаблением воспаления. Потребление сока Aronia melanocarpa снижает систолическое и диастолическое артериальное давление. Обогащение экстрактом черноплодной рябины диеты пациентов, восстанавливающихся после после инфаркта миокарда и получавших статины, вызвала изменение значения маркеров воспаления. Высокий антиоксидантный потенциал плодов черноплодной рябины может влиять на правильную функцию эритроцитов. Исследования на животных показали, что жмых черноплодной рябины оказывает гипогликемический эффект. Продукты переработки черноплодной рябины могут стать источником для полифенольных соединений с противоопухолевой активностью. Исследования на мышах показали эффективность экстрактов Aronia melanocarpa в диетах мышей с язвенным колитом. Черноплодная рябина также имеет большой потенциал для профилактики и лечения гриппа, подавляя развитие различных штаммов вируса. Обычно при получении целевых продуктов используются экстракты и/или соки, в то время как жмыхи (выжимки), обладая высокой биологической ценностью являются сложноутилизируемым высоковлажным вторичным сырьевым ресурсом. При этом исследования по биокаталитической конверсии жмыха черноплодной рябины для создания ресурсосберегающих технологий производства пищевых продуктов практически отсутствуют. В основу разрабатываемой технологии специализированных продуктов быстрого приготовления (каши быстрого приготовления, снеки, сухие завтраки) будет положен процесс термопластической экструзии, который позволит эффективно имплементировать высоковлажное сырье в основную рецептуру продуктов, а также гарантированно элиминировать гидролитические ферментные препараты, используемые при получении сока или экстрактов. Таким образом, разработка технологии и рецептур продуктов быстрого приготовления с использованием продуктов переработки решает задачи медицинского и профилактического характера, проблемы утилизации вторичных сырьевых ресурсов переработки биологически ценного ягодного сырья и социальные задачи, заключающиеся в выпуске доступной, простой в приготовлении пищи с высокой пищевой ценностью. В основу проекта положен научно-технический задел, разработанный в коллективе: установлена перспективность интеграции процессов пищевой экструзии с биотехнологическими процессами, разработаны адаптированные схемы для пищевых и биотехнологических производств, созданы прототипы ряда пищевых продуктов и программы их масштабирования на высокопроизводительном оборудовании, получены результаты по интенсификации процессов экстракции и извлечения биологически активных веществ из растительного сырья с последующим выделением целевых веществ и их очисткой. Научная новизна проекта обусловлена получением на основе фундаментальных исследований новых теоретически обоснованных и экспериментально подтвержденных знаний о закономерностях биотехнологических процессов переработки плодово-ягодного сырья на примере жмыха черноплодной рябины с максимальным сохранением антиоксидантов и ценных пищевых волокон и разработке линейки специализированных пищевых продуктов быстрого приготовления. Реализация предлагаемого проекта позволит создать новые пищевые специализированные продукты питания быстрого приготовления, укрепить конкурентные позиции отечественной продукции на мировом рынке, способствующей решению социально-оздоровительных и экологических проблем. Создаваемый научно-технический задел позволит обеспечить: расширение ассортимента и повышение биологической полноценности продуктов питания, создание новых функциональных продуктов, конструирование продуктов специального назначения.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Шариков А.Ю., Соколова Е.Н., Волкова Г.С., Куксова Е.В., Амелякина М.В., Иванов В.В. Процессы биокатализа и термопластической экструзии в технологии готовых к употреблению продуктов с использованием жмыхов плодово-ягодного сырья Биотехнология, Т. 38. № 4. С. 67-71. DOI: 10.56304/S0234275822040135 (год публикации - 2022)
10.56304/S0234275822040135

2. Шариков А.Ю., Соколова Е.Н., Волкова Г.С., Куксова Е.В., Амелякина М.В., Иванов В.В. ПРОЦЕССЫ БИОКАТАЛИЗА И ТЕРМОПЛАСТИЧЕСКОЙ ЭКСТРУЗИИ В ТЕХНОЛОГИИ ГОТОВЫХ К УПОТРЕБЛЕНИЮ ПРОДУКТОВ С ИСПОЛЬЗОВАНИЕМ ЖМЫХОВ ПЛОДОВО-ЯГОДНОГО СЫРЬЯ Материалы международного конгресса «Биотехнология: состояние и перспективы развития», 31 ОКТЯБРЯ – 1 НОЯБРЯ 2022 г., выпуск 20, с. 204-205 (год публикации - 2022)
10.37747/2312-640X-2022-20-204-205

3. Соколова Е.Н., Павлова А.А., Серба Е.М. Использование биокатализа для получения пищевых ингредиентов на основе различных видов зернового сырья Вестник КРАСГАУ, № 12 (189). С. 272-278. (год публикации - 2022)
10.36718/1819-4036-2022-12-272-278

4. Шариков А.Ю., Соколова Е.Н, Амелякина М.В., Поливановская Д.В., Серба Е.М. Использование брусники в экструдированных продуктах, готовых к употреблению Хранение и переработка сельхозсырья, № 4. С. 191-200. (год публикации - 2022)
10.36107/spfp.2022.379

5. Волкова Г.С., Соколова Е.Н., Шариков А.Ю., Юраскина Т.В., Серба Е.М. Биотехнологический потенциал переработки выжимок ягод брусники обыкновенной Актуальная биотехнология, №1. С.70-72. (год публикации - 2022)

6. Титова О.Т., Головачёва Н.Е., Абрамова И.М., Морозова С.С., Галлямова Л.П., Серба Е.М. Биокаталитический способ обработки плодово-ягодного сырья в пищевой промышленности Министерство инновационного развития Республики Узбекистан, Центр передовых технологий. - Т.: «Калеон пресс», Международная научная конференция молодых ученных «Наука и инновации»: сборник научных трудов: 20 октября, 2022 года. С. 242-243. (год публикации - 2022)
10.34920/Science_and_innova-on_2022

7. Соколова Е.Н., Фурсова Н.А., Игнатова Н.И., Юраскина Т.В., Крючкова Е.Р., Ионов В.В., Алексеев В.В. Научное обоснование критериев оценки и выбора различных штаммов дрожжей для сбраживания плодово-ягодного сырья Теоретические и практические аспекты развития спиртовой и ликероводочной промышленности Сборник научных трудов по материалам Международного научно-практического семинара. М.:Первое экономическое издательство, М.:Первое экономическое издательство, 2022. – С.96-100 (год публикации - 2022)
10.18334/9785912924460.96-100

Публикации

1. Серба Е. М., Юраскина Т. В., Римарева Л. В., Таджибова П. Ю., Соколова Е. Н., Волкова Г. С. Микробная биомасса – биоресурс для получения функциональных пищевых ингредиентов (обзор) ТЕХНИКА И ТЕХНОЛОГИЯ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ, Т. 53. № 3. С. 426-444.DOI: 10.21603/2074-9414-2023-3-2446 (год публикации - 2023)
10.21603/2074-9414-2023-3-2446

2. Волкова Г.С., Соколова Е.Н., Ионов В.В., Толокнова А.А., Серба Е.М. Обоснование выбора комплекса ферментов для биокаталитической обработки жмыха рябины черноплодной Пищевая промышленность, Москва, Пищевая промышленность . №5. С.23-25.DOI: 10.52653/PPI.2023.5.5.006 (год публикации - 2023)
10.52653/PPI.2023.5.5.006

3. Волкова Г.С., Соколова Е.Н., Ионов В.В., Юраскина Т.В., Серба Е.М Перспективные направления переработки ягодного жмыха в пищевые ингредиенты Пищевая промышленность, Москва, Пищевая промышленность №11.С.35-39.DOI: 10.52653/PPI.2023.11.11.008 (год публикации - 2023)
10.52653/PPI.2023.11.11.008

4. Волкова Г.С., Соколова Е.Н., Ионов В.В., Серба Е.М. Комплексные исследования биокаталитической обработки жмыха брусники обыкновенной при получении пищевых ингредиентов. Наука,питание и здоровье: Сборник научных трудов / Нац. акад. наук Беларуси, науч.-практ. центр по продовольствию; под. ред. З.В. Ловкиса -Минск:Беларуская навука, 2023, С. 253-259, Сборник научных трудов 4 конгресса "Наука,питание и здоровье" 29-30 июня 2023, С.253-259 (год публикации - 2023)

5. Волкова Г.С.*, Соколова Е.Н., Ионов В.В., Давыдкина В.Е., Фурсова Н.А., Серба Е.М. ЭФФЕКТИВНОСТЬ ПРИМЕНЕНИЯ КОМПЛЕКСА ФЕРМЕНТОВ ДЛЯ ПЕРЕРАБОТКИ ЖМЫХА БРУСНИКИ ОБЫКНОВЕННОЙ В ПИЩЕВОЙ ИНГРЕДИЕНТ Химия растительного сырья, № 1. С. 310-319 (год публикации - 2024)
10.14258/jcprm.20240112766

6. Шариков А.Ю., Поливановская Д.В., Серба Е.М., Амелякина М.В., Соколова Е.Н. Использование гидролизата дрожжевой биомассы в технологии зерновых экструдатов Вестник КрасГАУ, № 12 (201). С. 267-275. (год публикации - 2023)
10.36718/1819-4036-2023-12-267-275

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Ферментолизаты жмыхов плодово-ягодного сырья- отходов, образуемых при переработке его на соки, являются перспективным источником биологически активных веществ: пищевых волокон, фенольных соединений, пектинов, каротиноидов, природных антиоксидантов, микроэлементов. Комплексная переработка таких отходов позволяет получать пищевые продукты с высокой добавленной стоимостью, а также решает проблему утилизации пищевых отходов, несущих экологические риски. Методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с диодно-матричным спектрометрическим и масс-спектрофотометрическим детектированием изучено изменение качественного и количественного состава флаваноидов сухого ферментолизата жмыха брусники и сухого ферментолизата жмыха рябины черноплодной по результатам ферментативной обработки ягодных выжимок. В ферментолизате жмыха рябины черноплодной идентифицировано 6 флавоноидов: кверцетин-3,5-диглюкозид, кверцетин-3-самбубиозид, рутин, гиперозид, изокверцитрин, кверцетин; в ферментолизате жмыха брусники комплекс флавоноидов представлен 10-ю веществами: рутин, гиперозид, изокверцитрин, кверцетин-арабинозид, кверцетин-3-арабинопиранозид, авикулярин (кверцетин-3-арабинофуранозид), кверцитрин (кверцетин-3-рамнозид), кверцетин-3-О-[4"-(3-гидрокси-3-метилглутароил)]-ɑ-рамнозид, кверцетин-3-(n-гидроксибензоил)-рамнозид, кверцетин. Данные показывают, что ферментативная обработка жмыха рябины черноплодной позволяет увеличить содержание флавоноидов в ферментолизате на 46,6%, жмыха брусники - на 16,8%. Изучено качественное и количественное содержание флаваноидов в экструдатах с ферментолизатами жмыхов брусники или рябины черноплодной как рецептурной основы продуктов быстрого приготовления. Проанализирован химический состав экструдатов с ферментолизатами жмыхов брусники и черноплодной рябины для разных уровней внесения продуктов гидролиза. Экструдаты с ферментолизатами жмыхов характеризуются высоким содержанием пищевых волокон (более 6 г/100 г). В соответствии с классификацией диетических продуктов по химическому составу, представленной в Методических указаниях "Порядок проведения исследований эффективности специализированной диетической лечебной и диетической профилактической пищевой продукции" это позволяет относить каши быстрого приготовления, произведенными на основе экструдатов с ферментолизатами ягодных жмыхов к специализированным диетическим продуктам с высоким содержанием пищевых волокон (6 г и более на 100 г), ферментолизаты жмыхов при добавлении 8% в экструдируемую смесь обеспечивают более 15% суточной потребности во флавонолах на 100 г экструдата, что соответствует требованиям к функциональным обогащенным продуктам. Для дополнительного обогащения продуктов быстрого приготовления с ферментолизатами ягодных жмыхов биологически полноценным белком и незаменимыми аминокислотами, проведено исследование по влиянию внесения гидролизата дрожжевой биомассы на процесс экструзии и физико-химические свойства получаемых экструдатов. С использованием метода D-оптимального планирования с ограничениями составлены рецептуры смесей на основе рисовой крупы с добавлением до 8% гидролизатов жмыха брусники и до 8% дрожжевой биомассы. Получены адекватные математические модели, описывающие влияние состава смеси на удельную механическую энергию, коэффициент расширения и насыпную плотность экструдатов, твердость, количество микроразломов, цветовые характеристики, содержание фенольных соединений. Установлены тенденции изменения основных технологических свойств экструдатов, используемых как основа продуктов быстрого приготовления - структурно-механических и реологических, в зависимости от состава экструдируемой смеси, позволяющие прогнозировать свойства продуктов в зависимости от состава рецептуры. На основании проведенных исследований разработаны рецептуры продуктов питания быстрого приготовления в виде каш с использованием в составе экструдированных продуктов ферментолизатов ягодных жмыхов с повышенным содержанием пищевых волокон и антиоксидантов, а также с использованием ферментолизатов дрожжевой биомассы. Рецептуры составлены с учетом необходимости достижения продуктами необходимых отличительных признаков по пищевой ценности: высокое содержание пищевых волокон и источник белка для продуктов с ферментолизатом дрожжевой биомассы. В соответствии с оценкой пищевой ценности разработанных продуктов быстрого приготовления в виде каш содержание пищевых волокон в зависимости от рецептуры составляет 6,1-8,8 г/100 г, с дополнительным обогащением ферментолизатом дрожжевой биомассы содержание белка обеспечивает 12% вклад белка в энергетическую ценность продукта и соответствует отличительному признаку – продукт – источник белка. Продукты содержат фенольные соединения в зависимости от рецептуры в количестве 57,5-103,5 мг/100 г. Разработан комплект нормативно-технической документации на функциональные ингредиенты – технические условия на ферментолизаты жмыхов брусники и рябины черноплодной, каши быстрого приготовления с гидролизатами ягодных жмыхов, технологические инструкции на их производство. Разработаны блок-схема производства специализированной продукции на основе экструзионной технологии с использованием функциональных ингредиентов - ферментолизатов жмыхов и аппаратурно-технологическая схема, обеспечивающая выпуск готовой продукции. Проведена промышленная выработка продуктов быстрого приготовления в виде каш с использованием ферментолизатов жмыха брусники и дрожжевой биомассы в производственных условиях ООО "Центр пищевых экструзионных технологий". Согласно конкурсной заявке проведена защита кандидатской диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук Юраскиной Татьяной Владимировной. Технология специализированных продуктов быстрого приготовления, обогащенных антиоксидантами и пищевыми волокнами плодово-ягодного сырья, награждена Дипломом международного конкурса "Лучший продукт - 2024" в рамках проведения 31-й международной выставки продуктов питания, напитков и сырья для их производства Продэкспо-2024 (Москва). По результатам конкурса лучших пищевых продуктов, продовольственного сырья и инновационных разработок на Международной научно-практической конференции «Стратегии развития АПК России на основе рационального использования региональных генетических и сырьевых ресурсов» (Волгоград, 2024) получена Золотая медаль «За разработку технологии пищевых ингредиентов на основе жмыхов плодово-ягодного сырья».

Публикации

1. Шариков А.Ю. Ферментативный гидролиз и экструзия в технологии переработки жмыхов ягодного сырья Современные синтетические методологии для создания лекарственных препаратов и функциональных материалов (MOSM 2024) : Сборник тезисов VIII Международной конференции, Современные синтетические методологии для создания лекарственных препаратов и функциональных материалов (MOSM 2024) : Сборник тезисов VIII Международной конференции, Екатеринбург, 9–13 июня 2024 года. – Екатеринбург: Уральский федеральный университет, 2024. – С.267 (A8) (год публикации - 2024)

2. Юраскина Т.В., Соколова Е.Н., Волкова Г.С., Серба Е.М. Перспективные направления использования микробного сырья для получения пищевых ингредиентов Пищевые инновации и биотехнологии. Сборник тезисов XII Всероссийской (национальной) научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, Сборник тезисов XII Всероссийской (национальной) научной конференции студентов, аспирантов и молодых ученых, г. Кемерово, с.383-387 (год публикации - 2024)

3. Соколова Е.Н. Биотехнологические основы комплексной переработки плодово-ягодного сырья Материалы IV Международного Биотехнологического Форума "BIOAsia-Altai 2024", BIOAsia-Altai, 2024. Т. 4, № 1. С. 220-223. (год публикации - 2024)

4. Соколова Е.Н., Ионов В.В., Эллер К.И., Серба Е.М., Перова И.Б., Волкова Г.С. Изучение состава флавоноидов в ферментолизатах жмыха брусники и жмыха рябины черноплодной Химия растительного сырья, № 4,2024, с.5-10 (год публикации - 2024)
10.14258/jcprm.20240414797

5. Шариков А.Ю.,Иванов В.В., Амелякина М.В., Соколова Е.Н., Ионов В.В., Серба Е.М. Экструдирование смеси рисовой крупы и гидролизата жмыха брусники: влияние фактора влагосодержания на характеристики экструдата Аграрная наука Евро-Северо-Востока (год публикации - 2024)
10.30766/2072-9081.2024.25.6.

6. Шариков А.Ю., Иванов В.В., Амелякина М.В., Соколова Е.Н., Ионов В.В., Серба Е.М. Влияние влагосодержания на режимы экструзии и физико-химические показатели экструдатов с добавлением ферментолизата жмыха аронии черноплодной РОССИЙСКАЯ СЕЛЬСКОХОЗЯЙСТВЕННАЯ НАУКА, №3, с. 66-71 (год публикации - 2024)
10.31857/S2500262724030135

7. Соколова Е.Н., Серба Е.М., Волкова Г.С., Римарева Л.В. Биотехнологические основы комплексной переработки плодово-ягодного сырья Первое экономическое издание, Москва (год публикации - 2024)
10.18334/9785912925344

8. Шариков А.Ю., Соколова Е.Н., Ионов В.В., Амелякина М.В., Серба Е.М. Разработка экструдированных продуктов с добавлением гидролизатов жмыха брусники и дрожжевой биомассы Хранение и переработка сельхозсырья, Хранение и переработка сельхозсырья (год публикации - 2024)

Возможность практического использования результатов
Практическое использование результатов проекта состоит во внедрении на производстве линейки новых пищевых продуктов – каши быстрого приготовления на основе зерновых экструдатов с использованием с ферментолизатами жмыхов брусники или рябины черноплодной с повышенным содержанием пищевых волокон и антиоксидантов, а также с использованием ферментолизатов дрожжевой биомассы. Целью производства является удовлетворение спроса на специализированные продукты питания и получение дополнительной прибыли.