Please use this identifier to cite or link to this item: http://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/42379
Title: Технологія білково-жирової суміші підвищеної харчової цінності спеціального призначення
Other Titles: Technology of protein-fat mixture with increased nutritional value for special purpose
Authors: Бочкарев, Сергій Володимирович
Science degree: кандидат технічних наук
Thesis level: кандидатська дисертація
Code and name of the discipline: 05.18.06 − технологія жирів, ефірних масел і парфумерно-косметичних продуктів
Thesis department: Спеціалізована вчена рада Д 64.050.05
Thesis grantor: Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут"
Scientific advisor: Кричковська Лідія Василівна
Committee members: Демидов Ігор Миколайович
Ульєв Леонід Михайлович
Арутюнян Тетяна Володимирівна
Keywords: дисертація; білково-жирова суміш; харчова цінність; олійне насіння; поліненасичені жирні кислоти; незамінні амінокислоти; сезамол; сезамолін; protein-fat mixture; nutritional value; oilseeds; polyunsaturated fatty acids; essential amino acids; sesamol; sesamolin
УДК: 664.3:665.3
Issue Date: 2019
Publisher: Національний технічний університет "Харківський політехнічний інститут"
Citation: Бочкарев С. В. Технологія білково-жирової суміші підвищеної харчової цінності спеціального призначення [Електронний ресурс] : дис. ... канд. техн. наук : спец. 05.18.06 : галузь знань 18 / Сергій Володимирович Бочкарев ; наук. керівник Кричковська Л. В. ; Нац. техн. ун-т "Харків. політехн. ін-т. – Харків, 2019. – 226 с. – Бібліогр.: с. 152-179. – укр.
Abstract: Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук (доктора філософії) за спеціальністю 05.18.06 «Технологія жирів, ефірних масел і парфумерно-косметичних продуктів» (18 – Виробництво та технології). – Національний технічний університет «Харківський політехнічний інститут», Міністерства освіти і науки України, Харків, 2019. Дисертацію присвячено науковому обґрунтуванню та розробці технології білково-жирових сумішей підвищеної харчової цінності. Актуальність теми дослідження пов’язана з тим, що дотепер практично немає вітчизняних спеціалізованих продуктів, зокрема для харчування спортсменів. Відомо, що найбільш важливими нутрієнтами для відновлення організму спортсмена є білки з певним співвідношенням амінокислот, поліненасичені жирні кислоти (ПНЖК) -3 групи, вітаміни та мінеральні речовини, які в недостатній кількості присутні в традиційних харчових продуктах. Тому часто спортсмени змушені вживати різноманітні біологічно активні добавки, що позиціонуються як спортивне харчування, нормативна база яких в Україні відсутня. Створення новітніх білково-жирових продуктів на науково обґрунтованій основі збагатить раціон харчування спортсменів, що, в свою чергу, позитивно вплине на повноцінне тренування та покращення спортивних результатів. Перспективною сировинною базою для означених продуктів, які є концентрованим джерелом поживних речовин, зокрема, незамінних нутрієнтів, є олійне насіння. Розробка науково обґрунтованої технології білково-жирових сумішей підвищеної харчової цінності для харчування спортсменів є актуальним науковим завданням, яке вирішується в дисертаційній роботі. Актуальність теми та вагомість результатів дисертаційної роботи підтверджується тим, що вона виконувалась згідно плану проведення науково-дослідних робіт Українського науково-дослідного інституту олій та жирів (м. Харків) у рамках держбюджетних науково-дослідних робіт НААН України: «Розробка білково-жирової основи для раціонального харчування спортсменів» (ДР № 0117U002374) та «Розробка способу інактивації інгібіторів протеїназ в білково-жировій основі для раціонального харчування» (ДР № 0116U000178), де здобувач був відповідальним виконавцем окремих етапів роботи. Практичне значення роботи для олійножирової промисловості полягає в обґрунтуванні раціонального співвідношення компонентів білково-жирової суміші (насіння льону, кунжуту, соняшника та кукурудзяної олії) для харчування спортсменів, яке є ефективним за вмістом незамінних амінокислот з розгалуженим ланцюгом (лейцином, ізолейцином, валіном) та триптофаном, максимально збагачене ПНЖК ω-3 групи та рослинними антиоксидантами; визначенні технологічних умов її обробки надвисокочастотним випромінюванням для збільшення харчової цінності; обґрунтуванні рецептур кремових цукерок типу «трюфель» і шоколадної пасти, збагачених білково-жировою сумішшю. Розроблено та узгоджено проект технічних умов: ТУ У 10.86.1 – 02071180.001:2018 «Білково-жирові суміші з олійного насіння». Проведено апробацію виробництва білково-жирової суміші з насіння льону, кунжуту, соняшника та рафінованої дезодорованої кукурудзяної олії, а також шоколадної пасти, збагаченої білково-жировою сумішшю, в промислових умовах ТОВ «Вегетус» (м. Харків). Результати дисертаційних досліджень впроваджено в навчальний процес кафедри органічного синтезу і нанотехнологій НТУ «ХПІ» під час викладання дисциплін «Хімічні технології харчових добавок та косметичних засобів», «Розробка комплексних харчових добавок» та «Застосування харчових добавок», в курсовому та дипломному проектуванні, а також у науково-дослідній роботі студентів. У дисертаційній роботі вперше одержано нові наукові дані щодо особливостей складу жирних кислот, стеринової фракції, комплексу антиоксидантів, амінокислот білків та сортових особливостей до накопичення ксенобіотиків насіння досліджених олійних культур, адаптованих до вирощування в Україні; науково обґрунтовано склад білково-жирової суміші (насіння льону, кунжуту, соняшника та кукурудзяної олії) спеціального призначення, яка є ефективною за вмістом ессенціальних жирних кислот, незамінних амінокислот та рослинних антиоксидантів; експериментально визначено у вигляді апроксимаційних моделей залежність періоду індукції окиснення ліпідів білково-жирової суміші від вмісту сезамолу, сезамоліну, α-ліноленової жирної кислоти та масової частки вологи. У дисертаційній роботі набуло подальшого розвитку експериментальне обґрунтування високої харчової цінності насіння олійних культур – соняшника, льону та кунжуту не тільки як джерела есенціальних жирних кислот, але й незамінних амінокислот – лейцину, ізолейцину і валіну; застосування надвисокочастотного випромінювання та зволоження олійної сировини для зниження активності інгібіторів протеолітичних ферментів і збільшення засвоюваності компонентів білково-жирової суміші. Компонентами білково-жирової суміші обрано підсушене насіння льону, кунжуту та соняшника. Вибір обґрунтовано тим, що насіння цих олійних культур поки ще не містить модифікованих генів і може стати джерелом білків рослинного походження, ессенціальних ПНЖК, мікроелементів, а також низки цінних сполук, які потрібні для здоров’я спортсменів. Досліджено загальний хімічний склад, жирнокислотний склад, склад стеринової і токоферольної фракцій, амінокислотний, вітамінний та мінеральний склад насіння льону (сорти Південна ніч, Ківіка, Симпатік), кунжуту (сорти Ілона, Кадет, Боярин) та соняшника (кондитерські сорти Лакомка, Алмаз, Запорізький кондитерський), адаптованих до вирощування в Україні. Насіння льону характеризується найбільшим вмістом α-ліноленової кислоти. Кунжутне насіння містить антиоксиданти сезамол і токофероли. Сезамол здатен посилювати антиокиснювальну дію токоферолів в оліях, а тому такий комплекс можна пропонувати для використання як антиоксиданту в жирових продуктах для спортсменів. В свою чергу, соняшникове насіння містить значну кількість токоферолів. Обране олійне насіння також містить фітостерини, які мають низку лікувально-профілактичних властивостей, зокрема знижують рівень загального холестерину в організмі. Сировина багата на амінокислоти лейцин, ізолейцин, валін, які є незамінним матеріалом для побудови м’язової тканини та приймають участь у процесах її анаболізму й відновлення. Саме ці амінокислоти в плазмі крові людини конкурують з амінокислотою триптофан, що визначає швидкість проникнення триптофану в мозок і зниження моторної активності та працездатності, тобто виникнення втоми. Насіння олійних культур обраних сортів містить значну кількість вітамінів групи В та вітаміну Е. Проаналізовано здатність олійного насіння обраних сортів щодо накопичення токсичних речовин, а саме важких металів та нітратів. Результати досліджень свідчать про те, що кількість солей важких металів – міді, цинку, свинцю та кадмію, а також і нітратів в усіх сортах значно менша за ГДК. В результаті аналізу отриманих даних як сировину для виробництва білково-жирової суміші обрано наступні сорти олійного насіння: Південна ніч (льон), Ілона (кунжут), Лакомка (соняшник). Науково обґрунтовано склад білково-жирової суміші підвищеної харчової цінності спеціального призначення: насіння льону – 51,00 ± 2,55 %; насіння кунжуту – 21,25 ± 1,06 %; насіння соняшника – 12,75 ± 0,63 %, рафінована дезодорована кукурудзяна олія – 15,00 ± 0,75 %. Вміст жиру в суміші становить 55,92 ± 2,80 %, вміст білку – 17,50 ± 0,88 %. Співвідношення лінолевої та -ліноленової жирних кислот у суміші становить близько 1,2 : 1,0; а незамінні амінокислоти з розгалуженим ланцюгом знаходяться в співвідношенні лейцин : ізолейцин : валін, яке дорівнює близько 2,0 : 1,2 : 1,4. Визначено органолептичні, фізико-хімічні та технологічні показники якості білково-жирової суміші. Розраховано залежність періоду індукції окиснення ліпідів білково-жирової суміші в закритій тарі від температури зберігання. Встановлено, що період індукції окиснення ліпідів білково-жирової суміші за 85±2 °С при запропонованому співвідношенні компонентів знаходиться в інтервалі 175 – 195 хв., що перевищує приблизно в 2,7 – 3,0 рази – період індукції окиснення лляного насіння як найбільш термолабільного компоненту та приблизно в 1,3–1,4 рази період індукції соняшникового насіння. Окисну стабільність білково-жирової суміші гарантує те, що при виготовленні її використано компоненти, що не піддавалися тривалій температурній обробці. Але присутність в складі олійного насіння інгібіторів протеолітичних ферментів знижують засвоєння білка організмом та істотно обмежують його застосування в харчовій промисловості. У зв’язку з цим розроблено технологічне рішення щодо зниження активності інгібіторів протеолітичних ферментів олійної сировини білково-жирової суміші для максимально можливого збільшення її харчової цінності, яке полягає в її зволоженні та обробці надвисокочастотним випромінюванням ( = 2450 МГц). Експериментально встановлено раціональні умови обробки олійної сировини: зволоження до вмісту вологи 11 – 13 % і час обробки надвисокочастотним випромінюванням 210 – 260 с, що дозволить підвищити біологічну цінність суміші, а саме збільшити ступінь розщеплення і засвоюваності білків у шлунково-кишковому тракті. Запропоновано технологічну схему виробництва білково-жирової суміші підвищеної харчової цінності на основі олійної сировини, розроблено та узгоджено проект технічних умов ТУ. У. 10.86.1 – 02071180.001:2018 на білково-жирові суміші з олійного насіння. Науково обґрунтовано рецептури жировмісних кондитерських виробів – кремової цукеркової маси для виробництва цукерок типу «трюфель» і шоколадної пасти з додаванням 15 % білково-жирової суміші підвищеної харчової цінності. Експериментально доведено, що періоди індукції цукеркової маси і шоколадної пасти запропонованого складу перевищують контрольні показники на 44 і 55 % відповідно. Для визначення впливу білково-жирової суміші на споживчі властивості кондитерських виробів проведено органолептичну оцінку дослідних зразків, на базі якої виявлено, що використання білково-жирової суміші в складі кремових цукеркових мас і шоколадної пасти впливає на такі органолептичні показники як смак і аромат, які у дослідних зразків вище, ніж у контрольних. Зокрема, в дослідних зразках кондитерських виробів проявляється характерний пікантний горіховий аромат і смак; довше зберігається відчуття «наповненості» у роті («mouth-feeling»). Подальше збільшення вмісту суміші – понад 15 % – приводить до появи борошнистого присмаку і характерного аромату лляного насіння. Виходячи з результатів органолептичної оцінки, обрано ефективну концентрацію білково-жирової суміші в кондитерських виробах на рівні 15 %. Результати визначення фізико-хімічних показників якості кондитерських виробів свідчать, що при додаванні в кремову конфетну масу і шоколадну пасту 15 % білково-жирової суміші зміна масової частки вологи та масової частки жиру відбувається в рамках нормованих величин. Зниження вмісту загального цукру не впливає на органолептичні властивості кондитерських виробів, але знижує собівартість продукції. Розроблені продукти порівняно з контролем мають вищій вміст незамінних амінокислот, змінюється їх ліпідний склад – значною мірою зростає вміст ПНЖК ω-3 групи. У складі розроблених кондитерських виробів також присутня значна кількість харчових волокон – нутрієнту, який прискорює відчуття насичення, а також є фактором формування нормальної кишкової мікрофлори і попередження ожиріння.
The dissertation for obtaining the scientific degree of candidate of technical sciences (PhD.) in the specialty 05.18.06 – technology of fats, essential oils and perfumery and cosmetic products. – National Technical University «Kharkov Polytechnic Institute», Ministry of Education and Science of Ukraine, Kharkiv, 2019. The dissertation is devoted to scientific substantiation and development of the technology of protein-fat mixtures of increased nutritional value. The relevance of the research topic is related to the fact that up to now there are practically no domestic specialized products in particular for nutrition of sportsmen. It is known that the most important nutrients for the recovery of the athlete's organism are proteins with a certain ratio of amino acids, polyunsaturated fatty acids (PUFA) -3 groups, vitamins and minerals that are present in insufficient amounts in traditional foods. Therefore, athletes are often forced to take various dietary supplements, which are positioned as sports nutrition, and there is no regulatory framework for these products in Ukraine. Creating the newest protein-fat products on a scientifically based basis will enrich the diet of athletes, which, in turn, will positively affect the full-fledged training and improved athletic performance. Oilseeds are a promising raw material base for these products, which are a concentrated source of nutrients, in particular, essential nutrients. The development of scientifically based technology of protein-fat mixtures of increased nutritional value for sportsmen is a relevant scientific task, which is solved in the dissertation. Relevancy of a subject and significance of dissertation is confirmed by the fact that it has been carried out according to the plan of researches of the Ukrainian research institute of oils and fats (Kharkiv) within the state budgetary research of NAAS of Ukraine: «Development of a protein-fat base for rational nutrition of athletes» (RW № 0117U002374) and «Development of a method for inactivating proteinase inhibitors in a protein-fat base for a balanced nutrition» (RW № 0116U000178), where the applicant was an executive of separate stages of work.. Practical value of work for the oil and fat industry consists in justify the rational ratio of the components of the protein-fat mixture (flax, sesame, sunflower and corn oil) for nutrition of athletes, which is effective for essential amino acids with branched chain (leucine, isoleucine, valine) and tryptophan, the most enriched with PUFA ω-3 groups and plant antioxidants; in determining the technological conditions of its processing by microwave radiation to increase the nutritional value; in substantiation of the recipes of «truffle» cream candies and chocolate paste enriched with protein-fat mixture. The draft technical specification TU U 10.86.1 – 02071180.001:2018 «Protein-fat mixtures from oilseeds» was developed and agreed. Approbation of the production of protein-fat mixture from flax seeds, sesame, sunflower and refined deodorized corn oil, as well as chocolate paste, enriched with protein-fat mixture, was conducted in industrial conditions of Vegetus LLC (Kharkiv). Results of dissertation researches were introduced in educational process of organic synthesis and nanotechnologies department of NTU «КPI» when teaching disciplines «Chemical technologies of food additives and cosmetics», «Development of complex food additives» and «Use of food additives», in course and degree design, as well as in a students research work. For the first time, new scientific data on the composition of fatty acids, sterol fraction, antioxidant complex, amino acid composition and varietal characteristics to the accumulation xenobiotics in oilseeds adapted for cultivation in Ukraine has been obtained; scientifically based composition of protein-fat mixture for special purposes (flax seeds, sesame, sunflower and corn oil), which is effective relative to the content of essential fatty acids, essential amino acids and plant antioxidants; the dependence of the induction period of lipid oxidation of the protein-fat mixture on the content of sesamol, sesamolin, α-linolenic fatty acid and the mass fraction of moisture in the form of approximation models was experimentally determined. The experimental substantiation of the high nutritional value of oilseeds – sunflower, flax, and sesame, – not only as sources of essential fatty acids, but also essential amino acids – leucine, isoleucine, and valine, – received further development; the use of microwave radiation and wetting oilseeds to reduce the activity of inhibitors of proteolytic enzymes and increase the digestibility of the components of the protein-fat mixture were received further development in the thesis. The dried flax, sesame and sunflower seeds were selected as components of the protein-fat mixture. The choice is justified by the fact that the seeds of these oilseeds still do not contain modified genes and can become a source of plant-derived proteins, essential PUFAs, trace elements, as well as a number of valuable compounds necessary for the health of athletes. The overall chemical composition, fatty acid composition, composition of sterol and tocopherol fractions, amino acid, vitamin and mineral composition of flax seeds (Southern Night, Civica, Sympatik), sesame (Ilona, Cadet, Boyarin) and sunflower varieties (confectionery varieties Lakomka, Almaz, Zaporizkyi kondyterskyi), adapted to growing in Ukraine, were investigated Flax seeds are characterized by the highest content of α-linolenic acid. Sesame seed contains antioxidants sesamol and tocopherols. Sesamol is able to enhance the antioxidant effect of tocopherols in oils, so this complex can be offered for use as an antioxidant in fatty products for athletes. In turn, sunflower seeds contain significant amounts of tocopherols. Selected oilseeds also contain phytosterols, which have a number of therapeutic and prophylactic properties, in particular, reduce the level of total cholesterol in the body. Raw materials are rich in amino acids (leucine, isoleucine, valine), which are indispensable materials for building muscle tissue and are involved in the processes of its anabolism and recovery. It is these amino acids in human blood plasma that compete with tryptophan amino acid, which determines the rate of tryptophan penetration into the brain and the decrease in physical activity and efficiency, that is, the occurrence of fatigue. Seeds of oilseeds of selected varieties contain significant amounts of B vitamins and E vitamin. The ability of oilseeds of selected varieties of accumulation of toxic substances, namely heavy metals and nitrates was analyzed. Research results indicate that the amount of salts of heavy metals – copper, zinc, lead and cadmium, – as well as nitrates in all grades is much less than the MPC. As a result of the analysis of the obtained data the following varieties of oilseeds were selected as raw materials for the production of protein-fat mixture: Southern night (flax), Ilona (sesame), Lakomka (sunflower). The composition of protein-fat mixture of increased nutritional value of special purpose was scientifically substantiated: flax seeds – 51.00 ± 2.55 %; sesame seeds – 21.25 ± 1.06 %; sunflower seeds – 12.75 ± 0.63 %, refined deodorized corn oil – 15.00 ± 0.75 %. The fat content in the mixture is 55.92 ± 2.80 %, the protein content was 17.50 ± 0.88 %. The ratio of linoleic and -linolenic fatty acids in the mixture was about 1.2: 1.0; and the essential branched-chain amino acids (leucine: isoleucine: valine) were in the 2.0 : 1.2 : 1.4 ratio. Organoleptic, physico-chemical and technological quality control parameters of the protein-fat mixture were determined. The dependence of the induction period of lipid oxidation of protein-fat mixture in a closed container from storage temperature was calculated. It was established that the induction period of lipid oxidation of protein-fat mixture with the proposed ratio of components was in the range of 175–195 minutes at 85 ± 2 °C, which was about 2.7–3.0 times longer than the induction period of flaxseed component and about 1.3–1.4 times – the induction period of sunflower seeds. The oxidative stability of the protein-fat mixture was ensured by the fact that components, which were used in its manufacture, had not been subjected to prolonged heat treatment. But the presence of proteolytic enzymes inhibitors in the composition of oil seeds reduces the digestion of protein by the body and significantly limits its use in the food industry. In this regard, a technological solution to reduce the activity of proteolytic enzymes inhibitors of oilseeds of protein-fat mixture to maximize its nutritional value has been developed. This solution consists in its wetting and processing by microwave radiation ( = 2450 MHz). Rational conditions of oilseeds processing (hydration to 11–13 % moisture content and 210–260 s microwave radiation processing time) were experimentally established. These conditions will increase the biological value of the mixture, namely, increase the degree of cleavage and digestibility of proteins in the gastrointestinal tract. The technological scheme for the production of a protein-fat mixture of increased nutritional value based on oilseeds was proposed, a draft technical specification TU U 10.86.1 – 02071180.001:2018 for protein-oil mixtures from oilseeds was developed and agreed upon. Recipes of fat-containing confectionery – cream candy mass for the production of truffle-type sweets and chocolate paste with the addition of 15 % protein-fat mixture of high nutritional value were scientifically substantiated. It was experimentally proved that the induction periods of the candy mass and chocolate paste of the proposed composition exceed the control values by 44 and 55 %, respectively. The organoleptic evaluation of test samples was carried out to determine the effect of protein-fat mixture on consumer properties of confectionery products. Based on its results it was determined that the use of protein-fat mixture in cream candy masses and chocolate paste influenced on such organoleptic indicators like taste and aroma that were higher than in control samples. In particular, there were a characteristic savory nutty aroma and taste, longer remains «mouth-feeling»in the prototypes of confectionery products. A further increase in the content of the mixture – more than 15 % – leaded to the appearance of a mealy taste and characteristic aroma of flaxseed. The effective concentration of the protein-fat mixture in the confectionery products was chosen at the level of 15 % based on the results of the organoleptic assessment The results of determining the physico-chemical quality control parameters of confectionery indicated that when 15% of the protein-fat mixture was added to a creamy candy mass and chocolate paste, the change in the mass fraction of moisture and the mass fraction of fat occurred within the framework of normalized values. Reducing the total sugar content did not affect the organoleptic properties of confectionery, but reduced the cost of production. The developed products have a higher content of essential amino acids compared to the control, their lipid composition changes – the content of PUFAs of the ω-3 group increases significantly. As part of the developed confectionery products, there is also a significant amount of dietary fiber – a nutrient that accelerates the feeling of fullness, as well as a factor in the formation of normal intestinal microflora and the obesity prevention.
URI: http://repository.kpi.kharkov.ua/handle/KhPI-Press/42379
Appears in Collections:05.18.06 "Технологія жирів, ефірних масел і парфумерно-косметичних продуктів"

Files in This Item:
File Description SizeFormat 
tytul_dysertatsiia_2019_Bochkarev_Tekhnol_bilkovo-zhyr_sumishi.pdfТитульний лист, анотації, зміст831,19 kBAdobe PDFThumbnail
View/Open
literatura_dysertatsiia_2019_Bochkarev_Tekhnol_bilkovo-zhyr_sumishi.pdfСписок використаних джерел402,11 kBAdobe PDFThumbnail
View/Open
vidhuk_Kunytsia_K_V.pdfВідгук1,91 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open
vidhuk_Nosenko_T_T.pdfВідгук4,54 MBAdobe PDFThumbnail
View/Open
Show full item record  Google Scholar



Items in DSpace are protected by copyright, with all rights reserved, unless otherwise indicated.