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 22-26-00288
НазваниеПрименение биопотенциала адаптогенных БАВ из растительного сырья для создания новых функциональных продуктов питания с пробиотическим эффектом для активного долголетия и здоровья.
РуководительЯковченко Наталья Владимировна, Кандидат технических наук
Организация финансирования, регион федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Национальный исследовательский университет ИТМО", г Санкт-Петербург
| Период выполнения при поддержке РНФ | 2022 г. - 2023 г. |
Конкурс№64 - Конкурс 2021 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами».
Область знания, основной код классификатора 06 - Сельскохозяйственные науки, 06-302 - Функциональные и специализированные пищевые продукты
Ключевые словабиологически активные вещества, нормализация микробиоты ЖКТ, ферментированные продукты, адаптогены, пробиотики, модели in vitro
Код ГРНТИ62.09.39
СтатусУспешно завершен
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Биотехнология продуктов функциональной направленности интенсивно развивается, что объяснимо высоким спросом общества на продукты с выраженными биологическими свойствами. Значимость общепринятого понятия “продукт питания” расширена и теперь это не только источник энергии для поддержания метаболизма и гомеостаза организма, но и источник соединений, проявляющих терапевтический эффект в отношении профилактики заболеваний различной этиологии. Одним из способов коррекции здоровья человека является потребление функциональных ингредиентов в составе ежедневного рациона.
В пищевой промышленности особо популярен вопрос создания специализированных и функциональных продуктов питания на растительной основе, как ферментированных, так и неферментированных. Это объяснимо разнообразием, доступностью и воспроизводимостью сырьевых ресурсов. Развитие данного направления также поможет решить вопрос ресурсосбережения и снизить дефицит сырья животного происхождения. Растущие потребности в продуктах на основе растительного сырья также объяснимы индивидуальными особенностями некоторых групп населения, в частности, непереносимость и нарушение всасывания лактозы, аллергия на молочный белок, экологические, этические и религиозные аспекты.
Следует отметить, что включение в рацион питания функциональных растительных продуктов и продуктов с минимальной обработкой позволяет укрепить иммунитет человека, что очень важно в сложившейся эпидемиологической ситуации.
В связи с изменениями в ритме жизни человека актуальной проблемой являются неспецифические реакции организма на внешние раздражители - стресс, высокие производственные нагрузки, эпидемии вирусных заболеваний, антибиотикотерапия, воздействие ионизирующего излучения и неблагоприятная экологическая обстановка. Примерами патологических состояний могут быть нарушения нейроэндокринной и иммунной систем (синдром хронической усталости, снижение физической работоспособности, повышенная утомляемость, состояния острого/хронического стресса, рассеянный склероз, аутизм, болезни Альцгеймера и Паркинсона), а также нарушения, связанные с изменением количественного и качественного соотношения кишечной микрофлоры, что ведет к нарушению пищеварения, диабету второго типа, ожирению, раку толстой кишки, инфекциям, вызванным бактериями Clostridium difficile.
Применение препаратов растительного происхождения, в частности, веществ, обладающих адаптогенными свойствами, широко используется при профилактике негативных состояний организма. Вещества, принадлежащие к данной группе проявляют выраженную нейропротекторную, антидепрессивную, стимулирующую активности, улучшают работоспособность на фоне стресса и утомления, повышают толерантность организма к умственному истощению и и применяются в восстановительной коррекции для устранения возникших обратимых симптомов дезадаптации.
Использование биопотенциала пробиотических микроорганизмов, обладающих высокой адаптивностью и устойчивостью в условиях ЖКТ способствует нормализации естественной кишечной микрофлоры человека, которая играет важнейшую роль в иммуномодуляции организма и повышению резистентности к инфекционным и бактериальным инфекциям. Кроме того доказана корреляция между состоянием микрофлоры кишечника и качеством жизни человека, в частности наличием депрессивных состояний.
Основной задачей пищевой промышленности является удовлетворение запросов общества в продуктах питания. Так как, общество является гетерогенной структурой необходимо учитывать запросы всех социальных групп и модернизировать рынок основных продуктов питания. Поэтому с целью расширения ассортимента проектом предусмотрена разработка продуктов на основе растительного сырья, обладающих как адаптогенным, так и пробиотическими эффектами.
В рамках решения обозначенных проблемы будут разработаны функциональные ферментированный продукт на основе сырья растительного происхождения и мороженое, применимые для поддержания баланса кишечной микробиоты и повышения толерантности иммунной и центральной нервной систем благодаря наличию в составе биологически активных веществ растительного происхождения, обладающих адаптогенными свойствами.
В качестве веществ стимулирующих физическую и умственную активность, а также повышающих сопротивляемость организма внешним негативным факторам будут использованы БАВ, экстрагированные из растительного сырья, произрастающего на территории Российской Федерации, обладающего адаптогенами свойствами: лимонник, левзея, родиола, элеутерококк, эхинацея, чеснок, шиповник, облепиха. Пробиотический эффект разрабатываемого продукта будет обусловлен симбиозом пробиотических микроорганизмов бактерий рода Lactobacillus и рода Bifidobacterium.
В результате проведенных исследований будут получены закономерности роста пробиотических микроорганизмов родов Lactobacillus и Bifidobacterium (Lactobacillus acidophilus; Lactobacillus delbrueckii subsp. Bulgaricus; Bifidobacterium bifidum; Bacillus coagulans MTCC 5856, Bifidobacterium longum) в растительном сырье, проведена адаптация пробиотических микроорганизмов. При разработке комплекса БАВ адаптогенного свойства будут применены современные способы технологии экстракции, установлены оптимальные параметры обработки. Будет определен рациональный способ сушки и отработаны режимы температурной обработки при различных способах высушивания полученных БАВ. Будут исследованы закономерности адаптации бактерий родов Lactobacillus и Bifidobacterium к растительному субстрату, изучены биохимические и культуральные свойства, и установлен рациональный количественный и качественный состав растительного сырья. На основании проведённых исследований будет разработан инновационный продукты, обладающие адаптогенными и пробиотическими свойствами, на основе сырья растительного происхождения и исследованы его структурно-механические, функциональные и органолептические характеристики, а также хранимоспособность. Будут исследованы биофункциональные свойства полученных продуктов в модельных системах in vitro. По результатам исследований будет разработан комплект проекта технической документации на растительную основу для получения ферментированных функциональных напитка и мороженого на основе растительного сырья, обладающего адаптогенным и пробиотическим действиями. Результаты научных исследований позволят расширить ассортимент инновационных функциональных продуктов питания на растительной основе, что является ключевых трендом российского и мирового рынка FoodTech.
Ожидаемые результаты
В результате выполнения проекта будет предложен новый подход к созданию альтернативных функциональных продуктов питания на основе растительного сырья, обогащенных биологически активными веществами адаптогенного действия и обладающих пробиотическим эффектом.
Реализация проекта предполагает получение комплекса научных результатов:
-будут получены закономерности роста популяций пробиотических микроорганизмов рода Lactobacillus и Bifidobacterium (Lactobacillus acidophilus; Lactobacillus delbrueckii subsp. Bulgaricus; Bifidobacterium bifidum; Bacillus coagulans MTCC 5856, Bifidobacterium longum) в растительном сырье для производства ферментированных напитков и мороженого на растительной основе (соя, рис, овес, пшеница, горох, гречиха, тыква, чечевица, топинамбур);
-будет изучен процесс адаптации консорциума пробиотических микроорганизмов рода Lactobacillus и рода Bifidobacterium (Lactobacillus acidophilus; Lactobacillus delbrueckii subsp. Bulgaricus; Bifidobacterium bifidum; Bacillus coagulans MTCC 5856, Bifidobacterium longum) к растительной матрице и установлен ее рациональный количественный и качественный макро- и микроэлементный состав для обеспечения выживаемости микробных клеток в необходимом для пробиотического эффекта количестве, а также для интенсификации процесса кислотонакопления;
-будут получены и охарактеризованы БАВ адаптогенного действия из растительного сырья, такого как лимонник, левзея, родиола, элеутерококк, эхинацея, чеснок, шиповник, облепиха;
-будут установлены режимы сонохимической обработки растительного сырья для экстрагирования и сохранности БАВ адаптогенного свойства в процессе их получения;
- будут получены данные о влиянии натуральных адаптогенов растительного происхождения на рост пробиотических микроорганизмов рода Lactobacillus и рода Bifidobacterium;
- будут установлены рекомендуемые режимы сушки БАВ адаптогенного действия, обеспечивающие сохранность этих БАВ;
- будут получены данные о биологически активных метаболитах, продуцируемых микроорганизмами рода Lactobacillus и рода Bifidobacterium в процессе ферментации растительного сырья;
- будут получены данные о влиянии параметров низкотемпературного воздействия (диапазон температур от +4°С до -18 °С) на комплекс БАВ адаптогенного свойства и пробиотических микроорганизмов при хранении растительного сырья и ферментированной растительной основы;
На основании полученных данных будут разработаны состав и технологии производства функциональных ферментированных напитка и мороженого на основе растительного сырья, обеспечивающих пробиотический и адаптогенный эффекты при систематическом употреблении;
-будет разработан проект нормативно-технической документации - технологическая инструкция (ТИ) и технические условия (ТУ);
- будет предложена технология обогащения комплексом БАВ продуктов на основе растительного сырья;
-будут исследованы функциональные свойства полученных продуктов в модельных системах in vitro;
-будет подана патентная заявка на растительную основу для получения ферментированных функционального напитка и мороженого на основе растительного сырья, обладающего адаптогенным и пробиотическим действиями.
Возможность практического использования ожидаемых результатов проекта в экономике:
· Результаты успешного выполнения исследований будут доступны как для крупных компаний, так и для небольших предприятий пищевой промышленности, выпускающих продукты на растительной основе.
· Внедрение полученных основ для производства ферментированных продуктов на рынок пищевой промышленности позволит установить взаимовыгодные отношения между звеньями социально-экономической системы “потребитель” - ”предприятие”. При этом повысится эффективность и востребованность производителя в глобальном аспекте, в частности, в сфере народнохозяйственного значения.
· Создание продуктов питания из растительного сырья отечественного происхождения, позволит поддержать политику импортозамещения и ресурсосбережения действующей на территории РФ.
· Увеличение ассортимента продукции на растительном сырье и заинтересованность в нем потребителя приведет к снижению дефицита животного сырья, что благотворно отразится на экологической обстановке.
· Оптимизация технологии адаптации пробиотических микроорганизмов к растительному сырью и БАВ адаптогенного свойства приведет к разработке новых продуктов питания в различных отраслях пищевого промышленного комплекса.
· Интенсивное развитие биотехнологии обогащенных и специализированных продуктов питания, чему способствуют цель и задачи настоящего проекта, приведет к обособленности нового сегмента рынка, нацеленного на удовлетворение потребности людей в здоровом питании.
Возможность практического использования ожидаемых результатов проекта в социальной сфере:
· Результаты проекта могут быть использованы для обеспечения населения безопасными, питательных и полезными для здоровья продуктами с целью повышения функциональных резервов организма человека и поддержания здоровья, в частности, для поддержания здоровья людей с ослабленным иммунитетом, людям подверженным различным неблагоприятным воздействиям с целью повышения общей сопротивляемости организма, предупреждения утомления при физических и психических нагрузках и повышения работоспособности.
· Результаты проекта применимы не только для удовлетворения потребностей людей, которые не хотят полностью переходить на вегетарианскую и веганскую диеты, но добавляют в свой рацион больше растительных продуктов, но и людей с гиперчувствительностью к компонентам животного происхождения (пищевые аллергии на белок), непереносимостью лактозы и людей, придерживающихся низкохолестериновой диеты, спортсменов, а также людей, отказавшихся от продуктов животного происхождения из-за экологических, этических и религиозных причин.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ
Аннотация результатов, полученных в 2022 году
В первый год работы исследовано влияние предварительной обработки растительного сырья для получения растительного молока. Были получены данные о том, что применение ультразвуковой обработки, обжарки, заморозки сырья при различных температурных режимах влияет на содержание сухих веществ, белка, жира, углеводов, клетчатки, золы, минеральный состав, рН, титруемую кислотность, органолептические показатели различных видов растительного молока из сои, риса, овса, пшеницы, гороха, гречихи, тыквенных семечек, чечевицы, клубней топинамбура. Результаты показали возможность применения предварительной обработки растительного сырья с целью корректировки физико-химических и органолептических показателей получаемых видов растительного молока.
Определены закономерности кислотонакопления в процессе ферментации пробиотическими бактериями родов Lactobacillus и Bifidobacterium в различных видах растительного молока. Подобраны штаммы пробиотических бактерий обеспечивающих стабильный прирост биомассы в процессе ферментации и позволяющих получить ферментированные продукты из сои, риса, овса, пшеницы, гороха, гречихи, тыквенных семечек, чечевицы, клубней топинамбура с высокими органолептическими показателями.
Отработаны рациональные технологические параметры получения экстрактов из растительного сырья, такого как лимонник, левзея, родиола, элеутерококк, эхинацея, чеснок, шиповник, облепиха, с применением ультразвуковой обработки.
На основании полученных экспериментальных данных о размере частиц, растворимости, смачиваемости, массовой доли влаги, содержания фенолов и антиоксидантной активности были определены режимы сушки полученных экстрактов (распылительной и лиофильной), обеспечивающих получение продуктов с высокими показателями качества. Показано, что все экстракты, за исключением экстрактов лимонника и облепихи могут быть высушены распылительной сушкой и лиофильной сушкой без использования носителя.
Определено влияние каждого вида экстракта, а именно, лимонника, левзеи, родиолы, элеутерококка, эхинацеи, чеснока, шиповника, облепихи на процесс кислотонакопления, выживаемость пробиотических микроорганизмов в процессе ферментации растительной смеси. Подобраны обоснованные концентрации сухих порошков для разработанной растительной основы, позволяющих получить ферментированный продукт с заданными показателями качества. Подобраны виды и штаммы пробиотических микроогранизмов родов Lactobacillus и Bifidobacterium, позволяющих, в сочетании с экстрактами получить растительную основу с высокими потребительскими свойствами.
Таким образом, впервые создана смесь на основе различных видов растительного молока, а также технология ее обогащения растительной композицией из экстрактов растений, обладающих адаптогенными свойствами и консорциумом пробиотических микроорганизмов для производства ферменированного напитка и мороженого.
Публикации
1. Науменко Н.В., Яковченко Н.В., Радкевич А.В., Пивень Н.Г. СОВРЕМЕННЫЕ ПОДХОДЫ В ПОЛУЧЕНИИ СЫРЬЕ-ВЫХ ИНГРЕДИЕНТОВ НА ОСНОВЕ РАСТИТЕЛЬНОГО СЫРЬЯ сборник научных статей и докладов IX Международной научно-технической конференции "ПРОДОВОЛЬСТВЕННАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ: НАУЧНОЕ, КАДРОВОЕ И ИНФОРМАЦИОННОЕ ОБЕСПЕЧЕНИЕ", С. 304-309 (год публикации - 2023)
2. Яковченко Н.В., Попова Н.В., Степанова Д.С. Влияние предварительной обработки сырья на функционально-технологические свойства растительного молока научный журнал "Вестник ЮУрГУ. Серия "Пищевые и биотехнологии", Вестник Южно-Уральского государственного университета. Серия: Пищевые и биотехнологии - 2023. - Т. 11. - № 1. - С. 46-54 (год публикации - 2023) https://doi.org/10.14529/food230105
Аннотация результатов, полученных в 2023 году
Во второй год исследований изучена выживаемость пробиотических микроорганизмов бактерий рода Lactobacillus, рода Bifidobacterium, рода Propionibacterium, рода Streptococcus в процессе ферментации растительных дисперсий. Показано, что прирост биомассы зависит от вида растительной дисперсии и штамма бактерий.
Изучено влияние растительных дисперсий на процесс ферментации бактериями Str.thermophilus, что позволило охарактеризовать процесс и выявить различия в процессе кислотонакопления между молочным сырьем и растительными дисперсиями. Показано, что Str.thermophilus способны ферментировать различные виды растительных дисперсий и растительную смесь.
Изучено влияние использования пробиотических бактерий на изменение антиоксидантной активности растительных дисперсий из сои, риса, овса, пшеницы, гороха, гречихи, тыквенных семечек, чечевицы, клубней топинамбура после ферментации и в процессе хранения. Результаты показали, что изменения антиоксидантной активности зависят как от вида растительной дисперсии, так и от используемой пробиотической культуры.
Определена способность пробиотических микроорганизмов к ферментации таких углеводов как глюкоза, галактоза, фруктоза, сахароза, мальтоза, мелибиоза и стахиоза. Показано, что наиболее всеядными являются B. bifidum, B. coagulans, P. schermanii, Str. thermophilus. Наибольшую избирательную способность к ферментации показали L. acidophilus.
Были получены данные об изменениях концентрации биологически-активных веществ при сушке экстрактов родиолы, чеснока, элеутерококка, шиповника и облепихи различными способами. Показано, что для всех видов экстрактов, с точки зрения сохранности БАВ рекомендована лиофильная сушка.
Установлено, что ультразвуковая кавитации оказывает как положительное, так и негативное воздействие на прирост биомассы пробиотических микроорганизмов в процессе ферментации и зависит от вида растительного сырья и штамма бактерий.
Изучено влияние внесения сухих экстрактов из плодов лимонника, корней левзеи, корней родиолы, корней элеутерококка, травы эхинацеи, зубчиков чеснока, плодов шиповника и плодов облепихи на прирост биомассы пробиотических бактерий. Доказано, что внесение сухих экстрактов в растительную смесь в целом положительно влияет на прирост биомассы пробиотических микрооргнаизмов и антиоксидантную активность ферментированной растительной смеси.
Экспериментально показано, что внесение смеси сухих экстрактов с адаптогенными свойствами приводит к увеличению количества прироста биомассы микроорганизмов таких как Bifidobacterium, Streptococcus thermophilus, Lactobacillus acidophilus и не снижает количество Lactobacillus delbrueckii subsp. bulgaricus. Был определен минеральный состав готового продукта. Показано, что разработанные ферментированный растительный напиток и замороженный растительный десерт являются натуральными источниками молибдена и марганца. Отработаны технологические параметры и разработана схема производства с критическими контрольными точками для ферментированного растительного напитка и ферментированного растительного замороженного десерта на основе сои, чечевицы, пшеницы и семечек тыквы и использованием пробиотических бактерий и сухих экстрактов из родиолы, элеутерококка, чеснока, шиповника и облепихи. Показано, что для производства данных продуктов используется стандартное оборудование для производства ферментированных растительных напитков и десерта. Разработаны проекты технической документации ТУ и ТИ. Доказано, что в процессе хранения напитка и замороженного десерта сохраняется стабильность тиксотропных свойств. При хранении ферментированного замороженного десерта увеличивается сопротивление таянию в процессе хранения. Определен жирнокислотный состав липидной композиции ферментированного напитка и десерта в течение срока годности. Было показано, что в напитке и замороженном десерте преобладают полиненасыщенные жирные кислоты, представленные омега-3, омега-6, омега-7, омега-9. Показано, что в разработанных ферментированных продуктах присутствуют все незаменимые аминокислоты. Расчет биологической ценности показал, что лимитирующими аминокислотами является суммарно метионин и цистеин. В процессе хранения ферментированной растительной основы происходит увеличение содержания метионина и суммарно лейцина и изолейцина. При хранении ферментированного растительного десерта увеличивается содержание всех аминокислот в различной степени.
Проведена оценка выживаемости пробиотических микроорганизмов и изменение антиоксидантной активности в смоделированной системе in vitro, имитирующей процесс переваривания на различных стадиях. Показано, что количество пробиотических микроорганизмов в подвздошной кишке является достаточным, чтобы оказать положительный эффект на организм человека. Показано, что происходит увеличение данного антиоксидантной активности в обоих растительных продуктах, что возможно связано с высвобождением пептидов, аминокислот и низкомолекулярных соединений, обладающих антиоксидантными свойствами.
Экспериментально продемонстрировано, что наилучшую способность к усвоению имеют салидрозид и аллицин. Хуже всего усваиваются элеутерозиды.
Определены витаминный состав, содержание биологически-активных веществ и изменения показателей качества ферментированного растительного напитка и ферментированного замороженного десерта в процессе хранения. Было показано, что ферментированный растительный напиток является источником элеутерозидов и аллицина. Доказано, что в процессе хранения разработанных ферментированных продуктов наблюдается увеличение антиоксидантной активности и незначительное снижение жизнеспособных пробиотических бактерий.
Публикации
1. Гелазов Р.Х., Яковченко Н.В., Баязитов К.Р., Ширяев В.А. Перспективы применения пробиотических микроорганизмов при производстве ферментированных продуктов на гречишной основе Журнал Аграрная наука, - (год публикации - 2024)
2. Лаврентьев Ф.В., Барановская Д.А., Ширяев В.А., Фомичева Д.А., Яценко В.А., Иванов М.С., Ашихмина М.С., Морозова О.В., Яковченко Н.В. Influence of pre-treatment methods on quality indicators and mineral composition of plant milk from different sources of raw materials Journal of the Science of Food and Agriculture, 104: 967-978. (год публикации - 2023) https://doi.org/10.1002/jsfa.12992
3. Яковченко Н.В., Анцыперова М.А. Перспективы применения пробиотических микроорганизмов при производстве ферментированных продуктов на соевой основе журнал Аграрная наука, - (год публикации - 2024)
Возможность практического использования результатов
Использование результата может обеспечить реализацию приоритетов научно-технологического развития Российской Федерации по направлению «Переход к высокопродуктивному и экологически чистому агро- и аквахозяйству, разработка и внедрение систем рационального применения средств химической и биологической защиты сельскохозяйственных растений и животных, хранение и эффективная переработка сельскохозяйственной продукции, создание безопасных и качественных, в том числе функциональных, продуктов питания».
Разработанная продукция позволит обеспечить население безопасными, функциональными продуктами с целью повышения функциональных резервов организма человека и поддержания здоровья, в частности, для поддержания здоровья людей с ослабленным иммунитетом, людям подверженным различным неблагоприятным воздействиям с целью повышения общей сопротивляемости организма, предупреждения утомления при физических и психических нагрузках и повышения работоспособности.
Разработанные продукты позволяют улучшить качество ферментированных продуктов на растительной основе, за счет простоты производства и сочетания использования БАВ с адаптогенным свойствами и пробиотических микроорганизмов для поддержания баланса кишечной микробиоты и повышения толерантности иммунной и центральной нервной систем.
Конкурентные преимущества по сравнению с другими технологиями:
Конкуренты только зарубежом. Использование растительного сырья отечественного происхождения, что позволяет поддержать политику импортозамещения и ресурсосбережения, действующей на территории РФ. Уникальный сенсорный профиль. Без использования пищевых добавок, в частности, стабилизаторов, консервантов. Без добавления дополнительных ингредиентов, часто воспринимаемых как искусственные. Clean Label или «Чистая этикетка» - натуральные, простые и полезные ингредиентов, прошедшие минимальную обработку. ⠀ Комплексное воздействие на организм, обеспечивающее пробиотический и адаптогенный эффекты при систематическом употреблении.