Разработка биоактивных пленочных покрытий пищевых продуктов на основе гидролизатов животных белков и установление их эффективности ингибирования процессов микробиологической и окислительной порчи

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 23-26-00153

НазваниеРазработка биоактивных пленочных покрытий пищевых продуктов на основе гидролизатов животных белков и установление их эффективности ингибирования процессов микробиологической и окислительной порчи

Руководитель Зинина Оксана Владимировна, Доктор технических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное автономное образовательное учреждение высшего образования "Южно-Уральский государственный университет (национальный исследовательский университет)" , Челябинская обл

Конкурс №78 - Конкурс 2022 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами»

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

Ключевые слова гидролизат белка, биоразлагаемый материал, биопленка, покрытие, пищевой продукт, микробиологическая порча, окислительная порча, срок хранения

Код ГРНТИ65.09.00

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на решение комплекса проблем для агропромышленного комплекса: расширение направлений рационального использования вторичных ресурсов при реализации технологии получения биоактивных пленочных покрытий на основе гидролизатов белка, а также повышение сохранности продовольственных ресурсов за счет проявления комплекса функциональных и технологических свойств полученных биополимеров. В условиях экономических санкций и ограничения поставок продовольственного сырья, функциональных пищевых добавок и упаковочных материалов, приоритетной задачей является обеспечение оптимальных режимов технологических процессов на предприятиях пищевой промышленности, в частности повышение сохранности качества и безопасности продуктов питания за счет ингибирования процессов микробиологической и окислительной порчи в результате применения биоактивных пленочных покрытий на основе ферментированных белковых гидролизатов. Тематика проекта соответствует направлению Н4 Стратегии НТР РФ, а также Программе фундаментальных научных исследований на 2021-2030 гг, утвержденной Правительством РФ 31.12.2020 (Направление науки: 4.4. Сельскохозяйственные биотехнологии). В связи с этим перспективными являются исследования, направленные на получение биоактивных пленочных покрытий на основе гидролизатов белка, полученных микробной ферментацией, и установление эффективности применения таких биоматериалов для увеличения сроков хранения продуктов питания, в частности мясопродуктов. Реализация новых подходов к решению проблем сохранения и глубокой переработки продовольственных ресурсов коррелирует с текущими задачами повышения конкурентоспособности отечественной продукции. Задачей проекта является получение биоактивного пленочного покрытия на основе белкового гидролизата, обладающего функциональными свойствами, формируемыми в процессе его получения микробной ферментацией вторичного коллагенсодержащего сырья, для упаковки продуктов питания с целью ингибирования процессов окислительной и микробиологической порчи и увеличения сроков хранения продукции. Масштаб решаемой проблемы обусловлен необходимостью сохранения качества и безопасности продовольственного сырья, его глубокой переработки и максимального использования вторичных сырьевых ресурсов. Кроме того, синтетические материалы, широко применяемые для упаковки продуктов питания, являются одним из основных источников загрязнения окружающей среды непереработанными отходами. Успешное решение поставленных в проекте задач имеет важное значение для предприятий пищевой отрасли, повышения эффективности их работы, укрепления конкурентных позиций на мировом рынке биоразлагаемой упаковки. Однако, в большей степени проект имеет социально-экономическое значение, в частности, обеспечение населения высококачественными продуктами питания, повышение продовольственной безопасности страны. Научная новизна исследований заключается в научно-практическом обосновании методологии получения нового композиционного материала в виде биопленки на основе белкового гидролизата, обладающего заданными функционально-технологическими и биоактивными свойствами. Расширение области исследований в направлении разработки эффективных технологий получения композиционных биоактивных материалов позволит сформировать новый массив данных и эффективно их использовать для решения перечня экологических задач и проблем продовольственной безопасности. Члены коллектива обладают компетенциями в областях исследования, связанных с пищевыми и биотехнологиями, материаловедением, ресурсосбережением – что подтверждается многочисленными публикациями в рейтинговых журналах. Консолидация опыта в сочетании с имеющийся современной лабораторной базой позволят успешно реализовать заявленный междисциплинарный проект на высоком научном уровне.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Зинина O., Неверова O., Шаравьев P., Неверова E., Александрина E. DETERMINATION OF THE FUNCTIONAL PROPERTIES OF PROTEIN HYDROLYSATES BY THE IN SILICO METHOD E3S WEB OF CONFERENCES, Том 395, номер статьи 03004 (год публикации - 2023)
10.1051/e3sconf/202339503004

2. Зинина О.В., Вишнякова Е.А., Неверова О.П. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ БИОРАЗЛАГАЕМЫХ АЛЬГИНАТНЫХ ПЛЕНОК С АКТИВНЫМ КОМПОНЕНТОМ АГРАРНЫЙ ВЕСТНИК УРАЛА, Номер: 6 (235), Страницы: 76-86 (год публикации - 2023)
10.32417/1997-4868-2023-235-06-76-86

3. Меренкова С.П., Зинина О.В. ПОТЕНЦИАЛ ИСПОЛЬЗОВАНИЯ МИКРОЭМУЛЬСИЙ КАК БИОАКТИВНОГО КОМПОНЕНТА ПИЩЕВЫХ ПЛЕНОЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ ПОЛЗУНОВСКИЙ ВЕСТНИК, Номер: 3, Страницы: 58-64 (год публикации - 2023)
10.25712/ASTU.2072-8921.2023.03.008

4. Зинина О.В., Меренкова С.П., Вишнякова Е.А. ТЕХНОЛОГИИ ПОЛУЧЕНИЯ ПИЩЕВЫХ ПЛЕНОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ НА ОСНОВЕ РАЗЛИЧНЫХ СТРУКТУРООБРАЗОВАТЕЛЕЙ АГРАРНАЯ НАУКА, Номер: 3, Страницы: 117-121 (год публикации - 2023)
10.32634/0869-8155-2023-368-3-117-121

5. Зинина О.В., Меренкова С.П., Галимов Д.М. Development of Biodegradable Alginate-Based Films with Bioactive Properties and Optimal Structural Characteristics with Incorporation of Protein Hydrolysates Sustainability, No.15(20), Article number 15086 (год публикации - 2023)
10.3390/su152015086

6. Зинина О.В., Вишнякова Е.А., Меренкова С.П. , Неверова О.П. Исследование свойств пищевых пленок на основе агара с добавлением функциональных компонентов Аграрный Вестник Урала, № 12 (Т. 23) 2023 (год публикации - 2023)
10.32417/1997-4868-2023-23-12-55-64

7. Зинина О.В., Меренкова С.П., Вишнякова Е.А., Галимов Д.М. Исследование структуры и свойств пищевых биоактивных пленок на основе пектина Вестник КрасГАУ (год публикации - 2024)

8. Зинина О.В., Меренкова С.П., Ребезов М.Б., Вишнякова Е.А. ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ БЕЛКОВЫХ ГИДРОЛИЗАТОВ, ПОЛУЧЕННЫХ ИЗ ЖЕЛУДКОВ ЦЫПЛЯТ-БРОЙЛЕРОВ, КАК ПОТЕНЦИАЛЬНОГО КОМПОНЕНТА БИОАКТИВНЫХ ПЛЕНОЧНЫХ ПОКРЫТИЙ ПИЩЕВЫЕ СИСТЕМЫ, Том 7, № 1, С. 44-51 (год публикации - 2024)
10.21323/2618-9771-2024-7-1-44-51

9. Зинина О.В., Вишнякова Е.А., Ребезов М.Б. ВЛИЯНИЕ БИОАКТИВНОЙ ПЛЕНКИ НА ХРАНИМОСПОСОБНОСТЬ ХЛЕБА АГРАРНАЯ НАУКА, №8, С.182-187 (год публикации - 2024)
10.32634/0869-8155-2024-385-8-182-187

10. Зинина О.В., Вишнякова Е.А., Неверова О.П., Рогозинникова И.В., Галушина П.С., Чепуштанова О.В. COLOR CHARACTERISTICS AND MICROSTRUCTURE OF BIOACTIVE FILMS ON VARIOUS STRUCTURE FORMERS BIO Web of Conferences. International Scientific and Practical Conference “From Modernization to Rapid Development: Ensuring Competitiveness and Scientific Leadership of the Agro-Industrial Complex” (IDSISA 2024), Т.108, номер статьи 02012 (год публикации - 2024)
10.1051/bioconf/202410802012

11. Зинина О.В., Вишнякова Е.А., Неверова О.П. ВЛИЯНИЕ ПИЩЕВОГО БИОАКТИВНОГО ПОКРЫТИЯ НА ОСНОВЕ АЛЬГИНАТА НА СОХРАННОСТЬ ТОМАТОВ ЧЕРРИ АГРАРНЫЙ ВЕСТНИК УРАЛА, Т. 24, № 04, С. 482‒492. (год публикации - 2024)
10.32417/1997-4868-2024-24-04-482-492

12. Зинина О. В., Меренкова С. П., Вишнякова Е. А., Неверова О. П. Анализ эффективности применения биоактивного покрытия для обеспечения качества и биобезопасности мяса птицы при хранении АГРАРНЫЙ ВЕСТНИК УРАЛА, Т. 24, № 08. С. 1026‒1036 (год публикации - 2024)
10.32417/1997-4868-2024-24-08-1026-1036

13. Меренкова С.П., Зинина О.В. Effect of Bioactive Packaging Materials Based on Sodium Alginate and Protein Hydrolysates on the Quality and Safety of Refrigerated Chicken Meat Polymers, 16(23), 3430 (год публикации - 2024)
https://doi.org/10.3390/polym16233430

Аннотация результатов, полученных в 2024 году
Биоактивная упаковка помогает сохранить качество пищевых продуктов, продлевает срок годности, защищает от неблагоприятных факторов окружающей среды и потери питательных веществ. Цель исследования – оценка потенциала разработанных упаковочных материалов на основе альгината натрия с включением гидролизата белка для повышения безопасности и качества мяса птицы, хлеба, томатов черри и черешни, как представителей различных групп пищевых продуктов, при хранении. При исследовании филе грудки цыпленка-бройлера в процессе хранения установлено, что содержание влаги, а соответственно и потери массы, значительно отличалось у образцов мяса в различных видах упаковки, и также зависели от способа упаковки. Наблюдалось значительное увеличение содержания влаги для образцов в полиэтиленовых пленках (на 10,5%) и уменьшение для образцов, обернутых в пленки на основе альгината (на 3,1–5,3%). Образцы мяса в альгинатных пленках, нанесенных методом погружения, показали незначительные колебания содержания влаги. Наиболее выраженные окислительные процессы наблюдались в контрольном образце мяса. Применение пленок на основе альгината с биоактивным гидролизатом белка привело к значительному снижению перекисного числа жира на 52,9–56,2% по сравнению с контролем. Данные пленки также показали ингибирующий эффект на рост бактерий, при этом значение КМАФАнМ в образцах мяса, упакованных в пленки с биоактивным гидролизатом, было в 3,5–5 раз ниже, чем в контрольном образце. Все виды упаковочных материалов ингибировали гидролитические процессы, что привело к снижению содержания свободных жирных кислот. Согласно экспериментальным данным, куриное мясо, упакованное в пленки на основе альгината, сохраняет более стабильные цветовые характеристики за счет предотвращения окислительных процессов. Установлено, что состав упаковочных материалов оказывает существенное влияние на сохранение структуры и реологических свойств мяса. Экспериментальные данные подтверждают эффективность альгинатной пленки с включением белковых гидролизатов для предотвращения негативных изменений характеристик мяса птицы за счет ингибирования нежелательных окислительных и микробиологических процессов. Результаты исследований образцов хлеба пшеничного, упакованных в разные виды пленок, показали, что усушка продукта наиболее интенсивно происходила в альгинатных пленках без белкового гидролизата, что согласуется с полученными ранее данными о паропроницаемости данных плёнок. Кислотность в образцах хлеба значительно не изменилась в течение 3 суток хранения – увеличилась до 1,5 град. в контрольном образце, и осталась на том же уровне у образцов хлеба в альгинатных плёнках. Интенсивность цвета увеличивалась в большей степени у образцов в альгинатных пленках. Быстрый процесс черствения образцов хлеба, упакованных в альгинатные пленки, оказал отрицательное влияние и на структурно-механические свойства хлеба. Результаты микробиологических исследований показали, что рост плесеней в образцах хлеба в альгинатных плёнках с белковым гидролизатом, происходил медленнее по сравнению с образцами в других видах упаковки. При этом во всех образцах на 3 сут. хранения количество плесеней не превысило регламентируемых значений 50 КОЕ/г. Ингибирование роста микроорганизмов вызвано не только антимикробными свойствами белкового гидролизата, но также снижением активности воды вследствие испарения влаги. Результаты исследований томатов черри при хранении в холодильнике и при комнатной температуре показали, что использование пленок с добавлением белкового гидролизата эффективно для снижения потерь массы. Также установлено, что вид упаковки не повлиял на изменение содержания витамина С, полифенолов и биофлавоноидов в томатах, происходило их незначительное снижение в исследуемых условиях хранения. Результаты микробиологических исследований томатов показали, что пленки с добавлением белкового гидролизата обладают прогнозируемыми антимикробными свойствами и снижают развитие дрожжей и плесеней на томатах при хранении. Таким образом, пленочные покрытия на основе альгината натрия с добавлением в качестве активного компонента белкового гидролизата обладают потенциалом для упаковки томатов с целью увеличения сроков их хранения и предупреждения микробиологической порчи. Результаты исследований черешни показали, что потеря веса ягод без пленки оказалась выше как при хранении в комнатных условиях, так и в холодильнике. В целом потеря веса ягод была выше при хранении в комнатных условиях. На 5-е сут хранения в комнатных условиях ягоды без пленки начали значительно высыхать и портиться, в отличие от образцов ягод в пленках с белковым гидролизатом, которые визуально оставались свежими. Результаты определения витамина С в черешне, хранящейся в холодильнике, показали, что его потери в опытных образцах различаются незначительно и не зависят от количества введенного в пленку белкового гидролизата, в отличие от контрольного образца. Результаты исследований микробиологических показателей черешни показали, что пленки с добавлением белкового гидролизата как при хранении в холодильнике, так и при комнатной температуре оказывали ингибирующее действие на рост микроорганизмов и плесеней. Таким образом, биоактивные пленки на основе альгината натрия с добавлением в качестве активного компонента белкового гидролизата обладают большим потенциалом для упаковки овощей и фруктов с целью увеличения сроков их хранения и предупреждения микробиологической порчи, чем для упаковки хлебобулочных и мясных продуктов. Альгинатное покрытие, нанесенное методом погружения, оказалось более эффективным для формирования защитной оболочки мяса, чем оборачивание в пленки, и в этом подходе также имеются перспективы для промышленного использования при упаковке натуральных полуфабрикатов. Предлагаемый состав композиционного материала не подходит для получения пленок для упаковки хлеба пшеничного, т.к. существенно изменяет его органолептические и структурно-механические свойства при хранении.

Публикации

Возможность практического использования результатов
Результаты проекта возможно использовать на промышленных предприятиях по изготовлению упаковочных материалов, отвечающих современным требованиям экологической безопасности. Также технологию использования биоактивного покрытия возможно реализовать непосредственно на пищевых предприятиях при упаковке продуктов питания. Результаты проекта имеют социальный эффект, т.к. биоактивные пленки позволяют снижать риски микробиологической порчи продуктов, и соответственно, косвенно влиять на здоровье человека.