Пищевые волокна: функционально-технологические свойства и применение в технологиях продуктов питания на основе молочной сыворотки

Москва
ИНФРА-М
2018

ПИЩЕВЫЕ ВОЛОКНА

ФУНКЦИОНАЛЬНО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ 
СВОЙСТВА И ПРИМЕНЕНИЕ В ТЕХНОЛОГИЯХ 
ПРОДУКТОВ ПИТАНИЯ НА ОСНОВЕ 
МОЛОЧНОЙ СЫВОРОТКИ

Í.Â. ÍÅÏÎÂÈÍÍÛÕ
Í.Ì. ÏÒÈ×ÊÈÍÀ

МОНОГРАФИЯ

Неповинных Н.В.
Н53 
 
Пищевые волокна: функционально-технологические свойства 
и применение в технологиях продуктов питания на основе молочной сыворотки : монография / Н.В. Неповинных, Н.М. Птичкина. — М. : ИНФРА-М, 2018. — 204 с. — (Научная мысль). — www.
dx.doi.org/10.12737/monography_591ad49aecf044.63693469.

ISBN 978-5-16-012853-5 (print)
ISBN 978-5-16-105824-4 (online)

Данная монография представляет собой издание, предназначенное для 
научных работников, аспирантов и специалистов в области изучения и создания пищевых продуктов функционального и специализированного назначения, а также для студентов высших учебных заведений, обучающихся 
по направлениям подготовки «Технология продукции и организация 
общественного питания» и «Продукты питания животного происхождения». Монография ориентирует обучающихся на активизацию интереса 
к научно-исследовательской работе, в ней представлены инновационные 
технологии по разработке ассортимента продуктов на основе молочной 
сыворотки диетического профилактического питания с использованием 
пищевых волокон.

УДК 637.146(075.4)
ББК 36.95

УДК 637.146(075.4)
ББК 36.95
 
Н53

©  Неповинных Н.В., 
     Птичкина Н.М., 2017
ISBN 978-5-16-012853-5 (print)
ISBN 978-5-16-105824-4 (online)

Р е ц е н з е н т ы: 
Позняковский Валерий Михайлович — заслуженный деятель науки РФ, 
доктор биологических наук, профессор, руководитель научно-образовательного центра здорового питания и индустриальных технологий ФГАОУ 
ВО «Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)»;
Родионова Наталья Сергеевна — доктор технических наук, профессор, 
заведующая кафедрой «Сервис и ресторанный бизнес» ФГБОУ ВО «Воронежский государственный университет инженерных технологий» 

А в т о р ы: 
Неповинных Наталия Владимировна – доктор технических наук, доцент 
Саратовского государственного аграрного университета имени Н.И. Вавилова;
Птичкина Наталия Михайловна – доктор химических наук, профессор 
Саратовского государственного аграрного университета имени Н.И. Вавилова

От авторов

Что такое «пищевые волокна», «некрахмальные полисахариды»? Для

чего их применяют при производстве продуктов питания? Какова связь
между их химическим строением, функционально-технологическими
свойствами и целесообразностью использования при создании технологий продуктов на основе молочной сыворотки? 

Ответы на эти и другие вопросы читатель найдет в этой книге. Идея

ее написания сформировалась у нас, авторов книги, в процессе многолетнего сбора, анализа информации, касающейся теории и практики пищевых волокон, а также при проведении экспериментальных исследований по использованию пищевых волокон в технологиях продуктов питания, в том числе на молочной основе. 

Изучению механизмов взаимодействия белков и пищевых полисаха
ридов, реологических свойств и теории формирования структурносложных пищевых систем посвящены работы отечественных и зарубежных ученых П.А. Ребиндера, В.Б. Толстогузова, Е.Е. Браудо, В.Н. Измайловой, А.А. Тагер, А.Е. Чалых, А.П. Нечаева, Г.М. Зайко, М.Ю. Тамовой, 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 продуктов и продуктов на

основе молочной сыворотки функционального и диетического профилактического питания получила развитие в фундаментальных и прикладных
трудах отечественных и зарубежных ученых Л.А. Остроумова, А.Г. Храмцова, Г.И. Касьянова, Н.И. Дунченко, Н.А. Тихомировой, Л.А. Забодаловой, А.А. Твороговой, А.Ю. Просекова, Р.Т. Маршалла, W. Arbuckle, 
H.D. Goff, R.V. Hartel и других. 

Несмотря на широкий интерес к поставленной проблеме, в настоя
щее время ассортимент продуктов на основе молочной сыворотки 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
продуктов на основе молочной сыворотки с пищевыми волокнами необходимы исследования по дальнейшему изучению ассоциативных взаимодействий в системах биополимеров: белок – полисахарид, белок – полисахарид 1 – полисахарид 2. 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 алгоритма их внесения
в продукты питания. 

Авторы выражают искреннюю признательность и благодарность

профессорам – В.М. Позняковскому, Л.А. Остроумову, М.П. Могильному, Е.А. Бутиной, Н.С. Родионовой, М.Ю. Тамовой за консультации
и пожелания при подготовке работы. 

Введение

В разработанной Правительством Российской Федерации «Страте
гии развития пищевой и перерабатывающей промышленности РФ на период до 2020 года» отмечена необходимость внедрения новых технологий в пищевой промышленности, позволяющих значительно расширить
выработку продуктов нового поколения с заданными качественными характеристиками, а также повысить глубину переработки и вовлечения
в хозяйственный оборот вторичных сырьевых ресурсов, что позволит
увеличить выход готовой продукции из единицы перерабатываемого
сырья. 

В решении проблемы обеспечения населения продуктами питания

сбалансированного состава ведущая роль принадлежит молочной промышленности – сочетание молочного сырья и физиологически функциональных ингредиентов позволяет создавать продукты повышенной пищевой и биологической ценности, функционального и диетического профилактического питания. 

Как известно, важная роль в рациональном питании принадлежит

животным белкам. По данным научно-медицинских государственных
учреждений за последние 10 лет в рационе россиян выявлен недостаток
белка, содержащего незаменимые аминокислоты. В то же время потребность рынка в пищевых продуктах с низким содержанием жира, в том
числе на основе побочных продуктов молокоперерабатывающей промышленности, неуклонно возрастает. 

Использование молочной сыворотки для производства продуктов

питания обусловлено ее многокомпонентным биологически полноценным составом; относительной дешевизной и доступностью; улучшением экологической проблемы; целесообразностью использования для
производства продуктов диетического профилактического питания. 

Для обеспечения низкожирным продуктам на основе молочной сы
воротки высоких потребительских свойств необходимы фортификация
их эссенциальными пищевыми компонентами и усовершенствованные
технологические решения. 

«Полисахариды (ПС), относящиеся к классу пищевых волокон, вы
полняют in vivo ряд важных биологических функций: участвуют в построении клеточных стенок и межклеточного матрикса, в регулировании обмена ионами между клеткой 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
основными компонентами пищи, определяющими ее структуру и органолептические характеристики» (Птичкин И.И. Пищевые полисахариды: структурные
уровни
и функциональность / И.И. Птичкин, 

Н.М. Птичкина. – Саратов: ГУП «Типография № 6», 2012. – С. 9); [173, 
219–221, 234, 295, 341, 365]. 

Комбинирование побочного молочного сырья и фруктово-ягодных

наполнителей, являющихся источником витаминов, макро- и микроэлементов, с использованием пищевых волокон позволяет получить новые
продукты на основе молочной сыворотки диетического профилактического питания различной текстуры с привлекательными для потребителя
органолептическими свойствами. 

Инновационные технологии продуктов на основе молочной сыворот
ки с пищевыми волокнами, способствующие снижению дефицита эссенциальных пищевых веществ в организме и повышению качества жизни
людей, могут быть рекомендованы для питания различных групп населения [131]. 

Глава 1. ЭКОЛОГО-СОЦИАЛЬНЫЕ АСПЕКТЫ СОЗДАНИЯ
ПРОДУКТОВ ДИЕТИЧЕСКОГО ПРОФИЛАКТИЧЕСКОГО
И ФУНКЦИОНАЛЬНОГО ПИТАНИЯ

1.1. Эколого-социальные аспекты современного образа жизни

Здоровье – это первая и важнейшая потребность человека, обеспечи
вающая гармоничное развитие личности: только здоровый человек с хорошим самочувствием, наделенный психологической устойчивостью, 
высокой умственной и физической работоспособностью, способен успешно преодолевать профессиональные и бытовые трудности [1, 9, 29, 
124, 159–161, 248]. 

В последние десятилетия человечество почувствовало реальную уг
розу своему существованию из-за катастрофического ухудшения среды
своего обитания, связанного большей частью с техническим прогрессом. 

Известно, что многие факторы отрицательно влияют на состояние

здоровья современного человека (рис. 1). 

Рис. 1. Влияние факторов внешней среды на состояние здоровья

человека

Анализ сложившейся санитарно-эпидемиологической обстановки

в Саратовской области за последние 5 лет выявил основные факторы
внешней среды, влияющие главным образом на состояние здоровья человека, качество и продолжительность его жизни [92]. Проблема загрязнения атмосферного воздуха остается в числе приоритетных гигиенических проблем, связанных с риском для здоровья населения Саратовской
области. Загрязнение окружающей среды на территории Саратовской
области обусловлено не только деятельностью промышленных предпри
Загрязнение
атмосферного

воздуха

Загрязнение

питьевой воды

Загрязнение

почв

Ионизирую
щее

излучение

Состояние здоровья человека

Психоэмоциональные

факторы

Несбалансированное

питание

ятий, но и социальным, экономическим и технологическим развитием
региона. Химические компоненты, попадающие в окружающую среду, 
в связи с антропогенной деятельностью человека, приводят к изменению в атмосфере, почве, воде. Ухудшение показателей качества среды
обитания и здоровья населения ставит весьма сложные задачи по обеспечению санитарно-эпидемиологического благополучия. Возрастает необходимость точной и своевременной информации о показателях среды
и здоровья населения для принятия экстренных приоритетных управленческих решений, разработки и коррекции систем профилактических
и диагностических мероприятий и определения приоритетов управления
санитарно-эпидемиологическим благополучием через разработку научно-обоснованных целевых программ. 

Исследования воздуха промышленных предприятий в г. Саратове

выявили основные загрязнители атмосферного воздуха от промышленных предприятий и автотранспорта: взвешенные вещества (пыль), диоксид серы, диоксид азота, оксид азота, окись углерода, оксид углерода, 
аммиак, формальдегид, фенол, хлористый водород, ацетон, серная кислота, свинец, кадмий, никель, железо, углерод, толуол, ксилол, бензол, 
сажа, углеводороды предельные, свинец, бенз(а)пирен. Данные по ранжированию загрязняющих веществ по проценту проб атмосферного воздуха городских поселений, превышающих гигиенические нормативы, 
представлены в таблице 1. 

В структуре лабораторных исследований наибольший процент проб от

общего количества исследований атмосферного воздуха в городских поселениях приходился на углерод оксид (17,5%), азота диоксид (16,6%), 
взвешенные вещества (12,2%), серы диоксид (9,6%), углеводороды ароматические (8,8%, в том числе бензол, толуол), азота оксид (8,2%). 

В 2012 г. уровни загрязнения атмосферного воздуха выше ПДК (%)

и превышающие средний показатель по Саратовской области (1,9%) были зарегистрированы в 3 городах: Аркадаке (26,0%), Вольске (9,6%) 
и Саратове (2,4%). 

Анализ загрязнения атмосферного воздуха в Саратовской области по

отдельным загрязнителям показал, что наибольший удельный вес проб
атмосферного воздуха с уровнем загрязнения, превышающим гигиенические нормативы, отмечается по трем веществам и составляет: по углероду оксиду – 4,8%, по формальдегиду – 3,7%, по взвешенным веществам – 3,4%. 

Выявленные превышения могут способствовать увеличению вероят
ности возникновения заболеваний органов дыхания, сердечно-сосудистой системы, центральной нервной системы, почек, заболеваний крови
и кроветворных органов и др. Следует отметить, что наиболее загрязнен
атмосферный воздух вблизи автомагистралей на территориях, занимающих первые ранговые места: в г. Балашове, г. Вольске, г. Саратове, где
доля проб атмосферного воздуха с уровнем загрязнения выше ПДК
и превышает средний показатель по Российской Федерации (2,5%) и Саратовской области (3,8%). 

Таблица 1 

Ранжирование загрязняющих веществ по проценту проб атмосферного

воздуха городских поселений Саратовской области с уровнем загрязнения, 

превышающим гигиенические нормативы

№

п/п

Наименование контролируе
мого вещества

Количество исследованных

проб

Процент проб от всех иссле
дованных

Ранг по количеству исследо
ванных проб

Процент проб с превышени
ем норм

Ранг по % проб

с превышением норм

Рост по сравнению с 2011 г. 

по % проб с превышением

норм

Доля неудовлетворительных проб атмосферного воздуха, превышающая сред
ний показатель по Саратовской области (1,9%)  

Всего
по области, 
в том
числе:  

14027 
100,0 
–
1,9 
–
= 

1 
окись
углерода

2449 
17,5 
1 
4,8 
1 
↑

2 
формальдегид

805 
5,7 
9 
3,7 
2 
↑

3 
взвешенные
вещества

1717 
12,2 
4 
3,4 
3 
↑

Доля неудовлетворительных проб атмосферного воздуха, не превышающая

средний показатель по Саратовской области (1,9%)  

4 
азота
диоксид

2324 
16,6 
2 
1,4 
4 
↑

5 
гидроксибензол

912 
6,5 
8 
1,1 
5 
↑

6 
ксилол
377 
2,9 
12 
1,1 
6 
↑

7 
толуол
367 
2,6 
13 
0,5 
7 
↑

8 
азота
оксид

1145 
8,2 
7 
0,3 
8 
↑

Близкое расположение автомагистралей оказывает негативное влия
ние на загрязнение атмосферного воздуха селитебных территорий. При
анализе качества питьевой воды выявлено превышение ПДК по содержанию железа, марганца, хлора в питьевой воде, что может повлиять на
рост заболеваемости среди таких нозологий, как болезни нервной и сердечно-сосудистой системы, болезни крови. 

Стоит отметить и складывающуюся ситуацию с водоснабжением на
селения из подземных источников на отдельных территориях Саратовской области. Так, в 18 районах области (Аткарский, Екатериновский, 
Базарнокарабулакский, Новобурасский, Балтайский, Балаковский, Духовницкий, Балашовский, Романовский, Самойловский, Петровский, 
Саратовский, Татищевский, Ивантеевский, Марксовский, Ровенский, 
Энгельсский, Советский) население получает воду с высоким содержанием железа (от 1,0 мг/дм до 5 мг/дм). Этот показатель влияет в первую
очередь на органолептические свойства воды, а также при достаточно
высоких значениях (3–5 мг/дм) может вызвать патологию желудочнокишечного тракта. Высокое содержание железа способствует коррозионным процессам в водопроводных разводящих сетях, что влечет дополнительное ухудшение качества воды для потребителей. 

В рамках реализации Водной стратегии Российской Федерации на

период до 2020 г. (распоряжение Правительства Российской Федерации
от 27.08.2009 № 1235-р) для обеспечения населения качественной питьевой водой, государственной программы «Чистая вода» (постановление
Правительства Российской Федерации от 22.12.2010 № 1092) на территории Саратовской области разработана областная целевая программа
«Обеспечение населения Саратовской области питьевой водой на 2011–
2015 годы», в которой предусмотрено проведение мероприятий, реализации которых позволит улучшить качество воды, снизить количество
объектов водоснабжения, требующих проведения реконструкции. 

Оценка санитарного состояния почвы остается одним из основных

направлений в сфере санитарно-гигиенического контроля за состоянием
среды обитания человека. Отходы наряду с выбросами и сбросами загрязняющих веществ являются одним из главных источников загрязнения окружающей среды. 

В связи с этим в 2012 г. службой Роспотребнадзора продолжался

надзор за объектами, являющимися источниками загрязнения почвы на
селитебных территориях, в зонах влияния промышленных предприятий, 
грузонапряженных автомобильных магистралей, сельскохозяйственных
угодий. 

В 2012 г. было зарегистрировано три территории области, где доля

проб почвы в селитебной зоне, неудовлетворительных по микробиологическим показателям, превысила средний показатель по Саратовской
области (0,6%). 

Радиационный контроль в рамках мониторинга осуществляется из
мерениями МЭД гамма-излучения (мкЗв/ч) на открытой местности и в
помещениях, в контрольных точках, а также определением: 

– удельной суммарной α, β-активности питьевой воды; 
– удельной активности 222Rn в питьевой воде из подземных источни
ков; 

– удельной активности техногенных биологически значимых радио
нуклидов (137Cs и 90Sr) в продукции растениеводства и животноводства, 
потребляемой населением области. 

По результатам исследований, выполненных Балаковской АЭС, объ
емная активность радиоактивных веществ в атмосферном воздухе составила: 

– в санитарно-защитной зоне БАЭС по Cs-137 – 7,4х10–6 Бк/м3, Cs
134 – 6,5х10–6 Бк/м3, I-131 – <5,0х10–7 Бк/м3; 

– в зоне наблюдения БАЭС по Cs-137 – 7,0х10–6 Бк/м3, Cs-134 – 6,4 

х 10–6 Бк/м3, I-131 – 6,6 х 10–7 Бк/м3. 

Для оценки состояния радиационной безопасности населения Сара
товской области создана и функционирует государственная система радиационного контроля и социально-гигиенического мониторинга содержания радионуклидов природного и техногенного происхождения в окружающей среде, проведение контроля и учета доз облучения населения, а также ежегодное проведение радиационно-гигиенической паспортизации организаций, эксплуатирующих ионизирующие излучатели. 

Исходя из сложившейся экологической ситуации, по официальным

данным Министерства Здравоохранения Саратовской области с начала
2013 года в области зафиксирован значительный рост смертности населения от заболеваний органов дыхания, кровообращения, сердечно-сосудистой системы, онкологии и ряда других заболеваний. В структуре
смертности населения от болезней органов дыхания хронические заболевания легких составляют 65%. От хронических заболеваний легких
преимущественно умерли мужчины (85%) возрастной группы 61–70 лет
(40%). 

Среди сердечно-сосудистых заболеваний особая роль принадлежит

гипертонической болезни. Считается, что гипертоническая болезнь характерна для людей пожилого возраста. К сожалению, этим заболеванием в той или иной степени тяжести страдает каждый третий россиянин. 
Причины этого заболевания разнообразны – стрессы, ожирение, сахарный диабет, вредные привычки. 

В структуре причин общей смертности в Саратовской области наи
больший удельный вес имеют болезни системы кровообращения (46,4% 
от общего числа умерших), онкологические заболевания (12,5%), несчастные случаи, отравления, травмы (9,6%). 

Саратовская область характеризуется высоким показателем онколо
гической заболеваемости при относительно низкой смертности, которая
устойчиво занимает второе место среди причин смертности от заболеваний. За последние пять лет количество больных со злокачественными
новообразованиями ежегодно увеличивалось на 2,4% [92]. 

В условиях осложнившейся экологической ситуации, повышенной

нервно-психической нагрузки, вызывающей стрессовые состояния, и на