Теоретическое обоснование и практические аспекты использования пищевых волокон в технологиях молокосодержащих продуктов диетического профилактического питания

Н.В. Неповинных

Теоретическое обоснование и практические 
аспекты использования пищевых волокон в 
технологиях молокосодержащих продуктов 
диетического профилактического питания

Москва

Инфра-М

2017

Н.В. Неповинных

Теоретическое обоснование и практические 
аспекты использования пищевых волокон в 
технологиях молокосодержащих продуктов 
диетического профилактического питания

Диссертация

Москва

Инфра-М; Znanium.com

2017

Неповинных, Н.В.

Теоретическое обоснование и практические аспекты использования 

пищевых волокон в технологиях молокосодержащих продуктов диетического 
профилактического питания: диссертация / Н.В. Неповинных. – М.: Инфра-М; 
Znanium.com, 2017. – 320 с.

ISBN 978-5-16-105793-3 (online)

ISBN 978-5-16-105793-3 (online)
© Н.В. Неповинных, 2016, 2017

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение 

высшего образования 

«Саратовский государственный аграрный университет

имени Н.И. Вавилова»

На правах рукописи

НЕПОВИННЫХ НАТАЛИЯ ВЛАДИМИРОВНА

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ОБОСНОВАНИЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ 

ИСПОЛЬЗОВАНИЯ ПИЩЕВЫХ ВОЛОКОН 

В ТЕХНОЛОГИЯХ МОЛОКОСОДЕРЖАЩИХ ПРОДУКТОВ 

ДИЕТИЧЕСКОГО ПРОФИЛАКТИЧЕСКОГО ПИТАНИЯ

Специальность 05.18.15 – Технология и товароведение пищевых продуктов 

и функционального и специализированного назначения и 

общественного питания

ДИССЕРТАЦИЯ

на соискание ученой степени доктора технических наук

Научный консультант:

доктор 
химических 
наук, 
профессор

Птичкина Наталия Михайловна

Саратов - 2016

СОДЕРЖАНИЕ

Стр.

Введение
6

Глава 1. Аналитический обзор научно-технической и 

патентной литературы
18

1.1 Эколого-социальные аспекты создания продуктов диетического 

профилактического и функционального питания
18

1.2 Пищевые полисахариды: структурные уровни и 

функциональность
32

1.3Анализ существующих технологий по использованию пищевых 

волокон в составе молокосодержащих продуктов
60

1.4 Заключение по аналитическому обзору литературы
66

Глава 2. Организация эксперимента, объекты, материал и методы 

исследования
69

2.1 Организация эксперимента
69

2.2 Объекты, материал и методы исследования
73

Глава 3. Обоснование выбора объектов исследования с целью 

создания основ молокосодержащих продуктов диетического 

профилактического питания
85

3.1 Анализ потребительских предпочтений населения г. Саратова и 

Саратовской области в отношении продуктов на основе молочной

сыворотки и продуктов, содержащих пищевые волокна
86

3.2 Выбор и оценка качества рецептурных ингредиентов для создания 

основ молокосодержащих продуктов
94

3.3 Конструирование основ молокосодержащих продуктов диетического 

профилактического питания
109

3.4 Заключение по третьей главе
134

Глава 4. Экспериментальное обоснование выбора пищевых волокон 

для создания ассортимента молокосодержащих продуктов 

диетического профилактического питания
138

4.1 Изучение стабилизирующих свойств некрахмальных полисахаридов

в системах с сывороточным белком
143

4.2 Исследование эффекта загущения некрахмальными полисахаридами
152

4.3 Изучение ассоциативных взаимодействий в системах 

гидроколлоидов. Выявление синергизма
161

4.4 Заключение по четвертой главе
167

Глава 5. Разработка технологий кислородсодержащих и 

аэрированных продуктов диетического профилактического питания
171

5.1 Исследование влияния технологических факторов на формирование 

потребительских свойств кислородных коктейлей
171

5.2 Исследование технологических факторов производства при 

разработке кислородсодержащих продуктов с повышенным 

содержанием сухих веществ
184

5.3 Качественные характеристики кислородсодержащих 

замороженных десертов
191

5.4 Исследование реологических и пенообразующих свойств

кислородных смузи с пищевыми волокнами
194

5.5 Исследование физико-химических и органолептических 

свойств кислородсодержащих продуктов
197

5.6 Микробиологические показатели и безопасность

кислородсодержащих продуктов
201

5.7 Технологии кислородсодержащих и аэрированных продуктов
205

5.8 Заключение по пятой главе
234

Глава 6. Оценка эффективности применения и разработка 

рекомендаций функционального питания в основном варианте 

диеты в условиях кардиологического стационара
236

6.1 Оценка эффективности применения функционального питания в 

основном варианте диеты в условиях кардиологического стационара
237

6.2 Разработка рекомендаций по питанию кардиологических 

пациентов
242

6.3 Заключение по шестой главе
243

Глава 7. Разработка технологии молокосодержащих киселей

диетического профилактического питания
245

7.1 Установление технологических факторов производства при 

разработке киселей
245

7.2 Исследование органолептических показателей киселей
247

7.3 Безопасность и микробиологические показатели киселей
250

7.4 Пищевая и энергетическая ценности разработанных киселей
251

7.5 Разработка технологии киселей диетического профилактического 

питания
252

7.6 Медицинский аспект употребления молокосодержащих киселей 

с пищевыми волокнами
258

7.7 Заключение по седьмой главе
259

Глава 8. Разработка технологии творожных полуфабрикатов 

для сырников с комплексом пищевых волокон
261

8.1 Изучение физико-химических свойств творожных полуфабрикатов 

с использованием продуктов переработки тыквы
261

8.2 Оценка органолептических показателей творожных полуфабрикатов 

с продуктами переработки тыквы. Химический состав и энергетическая 

ценность
263

8.3 Микробиологические показатели, безопасность и сроки хранения 

готовых продуктов
265

8.4 Разработка технологии творожных полуфабрикатов для сырников 

с комплексом пищевых волокон
268

8.5 Заключение по восьмой главе
274

Основные результаты и выводы
276

Рекомендации и перспективы дальнейшей разработки темы 

исследований
280

Перечень сокращений и условных обозначений
281

Список литературы
282

Приложения
321

Приложение 1 – Копии государственных контрактов и итоговых отчетов 

по выполнению научно-исследовательских работ
322

Приложение 2 – Акт внедрения НИР в образовательный процесс
352

Приложение 3 – Нормативно-техническая документация 

(патенты РФ, заявки на патенты РФ, ТУ, ТТК)
354

Приложение 4 – Анкета (анализ потребительских предпочтений 

населения г. Саратова и Саратовской области в отношении продуктов 

на основе молочной сыворотки и продуктов, содержащих пищевые волокна)374

Приложение 5 – Акты дегустаций
377

Приложение 6 – Протоколы испытаний
384

Приложение 7 – Клиническая апробация функционального питания
390

Приложение 8 – Акты промышленной апробации
396

Приложение 9 – Акты внедрения
403

Приложение 10 - Итоговый научный отчет по выполненной научно
технической продукции (исследование аминокислотного состава белково
углеводной основы продуктов)
407

Приложение 11 - Расчет технико-экономических показателей 

разработанных продуктов питания
413

Приложение 12 – Апробация работы
435

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. В разработанной Правительством Российской Фе
дерации «Стратегии развития пищевой и перерабатывающей промышленности 

РФ на период до 2020 года» отмечена необходимость внедрения новых техноло
гий в пищевой промышленности, позволяющих значительно расширить выработ
ку продуктов нового поколения с заданными качественными характеристиками, а 

также повысить глубину переработки и вовлечения в хозяйственный оборот вто
ричных сырьевых ресурсов, что позволит увеличить выход готовой продукции из 

единицы перерабатываемого сырья.

В решении проблемы обеспечения населения продуктами питания сбаланси
рованного состава ведущая роль принадлежит молочной промышленности - соче
тание молочного сырья и физиологически функциональных ингредиентов позволя
ет создавать продукты повышенной пищевой и биологической ценности, функцио
нального и диетического профилактического питания.

Как известно, важная роль в рациональном питании принадлежит животным 

белкам. По данным института питания РАМН и других научно-медицинских го
сударственных учреждений, за последние 10 лет в рационе россиян выявлен не
достаток белка, содержащего незаменимые аминокислоты. В то же время потреб
ность рынка в пищевых продуктах с низким содержанием жира, в том числе на 

основе побочных продуктов молокоперерабатывающей промышленности, неук
лонно возрастает.

Использование молочной сыворотки для производства продуктов питания 

обусловлено еѐ многокомпонентным биологически полноценным составом; отно
сительной дешевизной и доступностью; улучшением экологической проблемы; 

целесообразностью использования для производства продуктов диетического 

профилактического питания.

Для обеспечения низкожирным молокосодержащим продуктам высоких по
требительских свойств необходима фортификация их эссенциальными пищевыми 

компонентами и усовершенствованные технологические решения. 

Полисахариды (ПС), относящиеся к классу пищевых волокон, выполняют in

vivo ряд важных биологических функций: участвуют в построении клеточных 

стенок и межклеточного матрикса, в регулировании обмена ионами между клет
кой и ее окружением, являются для клетки энергетическим резервом. С другой 

стороны, обладая уникальными способностями загущения, студнеобразования, 

эмульгирования, влагоудержания и стабилизации структурно-сложных систем, 

ПС находят широкое применение в медицине, фармакологии, микробиологии и 

пищевой промышленности. Наряду с молочными белками ПС являются основны
ми компонентами пищи, определяющими ее структуру и органолептические ха
рактеристики (Н.М. Птичкина). 

Комбинирование молочного сырья и фруктово-ягодных наполнителей, яв
ляющихся источником витаминов, макро- и микроэлементов, с использованием 

пищевых волокон позволяет получить новые молокосодержащие продукты дие
тического профилактического питания различной текстуры с привлекательными 

для потребителя органолептическими свойствами.

Не переоценивая ситуацию, можно с уверенностью сказать, что понимание 

механизма взаимодействия пищевых волокон с микро- и макроингредиентами 

пищевых продуктов является неотъемлемым аспектом и требует проработки ал
горитма их внесения в продукты питания. 

Следует отметить, что разработка технологий молокосодержащих продук
тов диетического профилактического питания с пищевыми волокнами является 

перспективным направлением в индустрии общественного питания, основываясь 

на знаниях о рациональном и сбалансированном питании, что в свою очередь ве
дет к повышению качества жизни людей различных групп населения (дети до
школьного и школьного возраста, спортсмены и др.).

Значительная часть исследований выполнена в соответствии с планом научно
исследовательской работы ФГБОУ ВО Саратовский ГАУ, а также в рамках:

- договора № 33/07 с Саратовской областной Ассоциацией «Аграрное обра
зование и наука» от 10.02.2007 г. по теме «Разработка и внедрение комплекта тех
нологий производства новых мясных, молочных и растительных продуктов пита

ния диетического и лечебно-профилактического назначения и продуктов функ
ционального питания»;

- гранта Президента Российской Федерации для государственной поддерж
ки молодых российских ученых кандидатов наук № 14.124.13.3731-МК от 

04.02.2013 г. по теме «Новые технологические решения для создания структурно
сложных пищевых систем на молочной основе»;

- государственной программы развития сельского хозяйства и регулирова
ния рынков сельскохозяйственной продукции, сырья и продовольствия на 2013 –

2020 годы Минсельхоза Российской Федерации по теме «Выполнение научно
исследовательских работ по разработке и внедрению адаптированных для россий
ских условий технических решений по глубокой переработке продукции сельско
го хозяйства и ее отходов» от 01.01.2014 г.;

- научно-исследовательского проекта «Development of Reduced Calorie 

Dessert with Improved Quality Attribute Using Hydrogels» от 21.04.2015 г., реали
зуемого между ФГБОУ ВО Саратовский ГАУ и научно-исследовательским инсти
тутом пищевых технологий Ирана, г. Мешхед (Research Institute of Food Science

and Technology, Mashhad, Iran).

Степень разработанности темы исследования. Изучению механизмов 

взаимодействия белков и пищевых полисахаридов, реологических свойств и тео
рии формирования структурно-сложных пищевых систем посвящены работы оте
чественных и зарубежных ученых П.А. Ребиндера, В.Б. Толстогузова, Е.Е. Брау
до, В.Н. Измайловой, А.А. Тагер, А.Я. Малкина, А.Е. Чалых, А.П. Нечаева, Н.М. 

Птичкиной, А.А. Кочетковой, Л.Г. Ипатовой, D.A. Rees, E.R. Morris, O. Smidsrod, 

G.O. Phillips, P.A. Williams и других.

Концепция создания технологий молочных и молокосодержащих продуктов 

функционального и диетического профилактического питания получила развитие в 

фундаментальных и прикладных трудах отечественных и зарубежных ученых Л.А. 

Остроумова, А.Г. Храмцова, Н.Б. Гавриловой, Н.И. Дунченко, Н.А. Тихомировой, 

Л.А. Забодаловой, А.А. Твороговой, А.Ю. Просекова, Р.Т. Маршалла, Г. Зоммера, 

W. Arbuckle, H.D. Goff, R.V. Hartel и других.

Несмотря на широкий интерес к поставленной проблеме, в настоящее время 

ассортимент молокосодержащих продуктов с использованием пищевых волокон, 

в том числе некрахмальных полисахаридов и их бинарных композиций в качестве 

стабилизаторов, загустителей и студнеобразователей пищевых систем не велик. 

При разработке молокосодержащих продуктов с пищевыми волокнами необходи
мы исследования по дальнейшему изучению ассоциативных взаимодействий в 

системах биополимеров: белок - полисахарид, белок – полисахарид 1 – полисаха
рид 2.

Разработка инновационных и совершенствование традиционных технологий 

с получением молокосодержащих продуктов с использованием пищевых волокон, 

в том числе диетического профилактического питания, является актуальной. 

Цель и задачи исследования. Цель исследования – теоретическое обосно
вание и практические решения по использованию пищевых волокон в технологи
ях молокосодержащих продуктов диетического профилактического питания.

Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- изучить потребительские предпочтения населения г. Саратова и Саратов
ской области в отношении продуктов на основе молочной сыворотки и продуктов, 

содержащих пищевые волокна, и обосновать выбор пищевых продуктов и рецеп
турных ингредиентов для создания новых технологий молокосодержащих про
дуктов с пищевыми волокнами диетического профилактического питания;

- теоретически и экспериментально обосновать выбор и провести оценку 

технологической эффективности пищевых волокон и их бинарных композиций 

для применения в технологиях молокосодержащих продуктов;

изучить 
основные 
закономерности 
формирования 
структурно
механических, физико-химических, органолептических свойств молокосодержа
щих продуктов с использованием пищевых волокон;

- разработать технологические решения по созданию ассортимента молоко
содержащих продуктов диетического профилактического питания (кислородсо
держащие и аэрированные продукты, кисели, творожные полуфабрикаты для 

сырников) с использованием пищевых волокон; 

- исследовать пищевую, энергетическую ценность, органолептические, фи
зико-химические, микробиологические показатели, безопасность новых видов 

продуктов; обосновать сроки и условия хранения;

- разработать техническую документацию на новые виды продуктов, про
вести опытно-промышленную апробацию и определить экономическую эффек
тивность разработанных продуктов;

- оценить значение сконструированных кислородсодержащих продуктов в 

основном варианте диеты на состояние здоровья пациентов с хронической сер
дечной недостаточностью (ХСН) в условиях кардиологического стационара, и 

разработать методические рекомендации по функциональному питанию пациен
тов с ХСН.

Научная концепция. В основу решения проблемы создания технологий 

молокосодержащих продуктов диетического профилактического питания поло
жен комплексный подход, основанный на теоретическом и экспериментальном 

обосновании использования пищевых волокон, в том числе некрахмальных поли
сахаридов, позволивший спрогнозировать получение продуктов питания различ
ной текстуры с высокими качественными характеристиками. Сущность подхода 

заключается в изучении взаимодействий гидроколлоидов различной природы, 

химического состава и молекулярной массы, используемых в качестве стабилиза
торов, загустителей и структурообразователей в многокомпонентных пищевых 

системах на молочной основе.

Разработанные технологии молокосодержащих продуктов, способствующие 

снижению дефицита эссенциальных пищевых веществ в организме и повышению 

качества жизни людей, могут быть рекомендованы для общественного питания 

различных групп населения.

Научная новизна. На основании выполненных комплексных исследований 

получены следующие новые научные результаты:

Теоретически обоснована и экспериментально разработана концепция соз
дания технологий молокосодержащих продуктов диетического профилактическо
го питания с использованием пищевых волокон, в том числе некрахмальных по

лисахаридов.

Научно обоснованы результаты комплексной оценки пищевых волокон, в 

том числе некрахмальных полисахаридов различной природы, химического со
става и молекулярной массы и их применение в составе молокосодержащих про
дуктов, с учетом функционально-технологических эффектов пищевых волокон и 

их бинарных композиций. Выявлен и научно обоснован синергизм взаимодейст
вия пищевых волокон в сочетании с сывороточным белком для создания новых 

технологий молокосодержащих продуктов различной текстуры.

Показано, что использование пищевых волокон различной природы и хими
ческого состава в комбинации с сывороточным белком позволяет прогнозировать 

и конструировать молокосодержащие продукты различных агрегатных состояний 

(пенообразные, вязкие, гелеобразные).

Выявлены функциональные и технологические закономерности формирова
ния качества молокосодержащих продуктов с пищевыми волокнами. Предложено 

и экспериментально подтверждено научное обоснование механизмов взаимодей
ствия гидроколлоидов в реальных пищевых системах, приводящих к образованию 

требуемой текстуры продуктов. 

С целью повышения пищевой ценности молокосодержащих продуктов 

сконструированы белково-углеводные основы путем комбинирования различных 

композиций молокосодержащей составляющей и плодово-ягодного сырья, обес
печивающие физиологический эффект, требуемые технологические свойства и 

высокие сенсорные характеристики. Впервые проведен расчет биологической 

ценности сконструированных белково-углеводных основ для создания молокосо
держащих продуктов диетического профилактического питания и показана ее 

роль как фактора, обеспечивающего выбор белково-углеводных основ для полу
чения продуктов и диетологических составляющих повышенной пищевой и био
логической ценности.

Впервые выявлены и научно обоснованы виды и концентрации пищевых 

волокон, в том числе некрахмальных полисахаридов (высокоэтерифицированный 

пектин, ксантановая камедь, камедь рожкового дерева, гуаровая камедь) в качест