Тема научного проекта: ИРН AP23485292 «Разработка технологии комплексной биологически активной добавки (БАД) иммуномодулирующей направленности» на 2024-2026 гг. Грантовое финансирование МНВО РК.

Руководитель проекта: Жумалиева Гулжан Ералиевна – кандидат технических наук

Цель проекта: Разработка технологии комплексной биологически активной добавки (БАД) иммуномодулирующей направленности и мучных кондитерских изделий с оптимальным соотношением пищевой и биологической ценности, играющих важную роль в повышении иммунитета.

Актуальность.  БАД часто являются чувствительными и разносторонними темами в литературе, вызывающими широкий спектр мнений и точек зрения. В то время как некоторые наблюдатели могут утверждать, что эти продукты следует рассматривать аналогично обычным лекарственным средствам и продуктам питания, другие считают, что необходим более индивидуальный подход.

Задачей любой страны является корректировка питания ее жителей согласно требованиям времени. По этой причине в различных странах мира по инициативе Всемирной организации здравоохранения начались разработки пищевых добавок, которое стремительно получили широкое распространение. В состав данных БАД входят натуральные биологические активные компоненты, необходимые для саморегулирования организма. В развитых странах, таких как Япония, США, страны Европейского союза уже сегодня люди используют БАД для коррекции питания и предотвращения возникновения нарушений и заболеваний, которые могут быть вызваны географическими, экологическими, эмоциональными и др. факторами.

В настоящее время интерес к БАД продолжает расти, нерешенных вопросы на сегодняшний день остается немало: это и методологические подходы к соответствующим научным исследованиям, и многочисленные технологические сложности, которые не позволяют пока создавать для БАД собственные производственные схемы, не разработаны алгоритмы обоснования составов БАД композитного характера, которые в настоящее время доминируют над моносоставами. Отсутствует современное аналитическое сопровождение производственного процесса, что не позволяет быть уверенным в безопасности и отсутствии фальсификации в отношении этой продукции. Формы приема отечественных БАД пока недостаточно разработаны: не всегда учитывается такой показатель, как комфортность приема.

Выбор направленности действия разрабатываемой комплексной БАД  иммуномодулирующим составом является актуальной. Это вызвано экологическими проблемами, отрицательным влиянием участившихся природных катастроф и эмоциональных стрессов. Поэтому создание технологически комплексных БАД, обладающих способностью усиливать иммунную систему человеческого организма, является актуальной проблемой.

В связи с этим создание новых видов мучных кондитерских изделий, обогащенных комплексными биологически активными добавками, является актуальной  задачей.

Страдающим сахарным диабетом помимо инсулиновой терапии, им нередко требуется особый рацион. Производители БАД всегда готовы им в этом помочь. По данным Международной федерации диабета, этим заболеванием страдает 1 из 11 взрослых, что составляет примерно 425 миллионов человек во всем мире. Бремя диабета огромно: на его лечение приходится 12 % затрат мирового здравоохранения. Наряду с лекарственными препаратами, в составе комплексной терапии применяют и дополнительные средства — в частности, биодобавки. По приблизительным оценкам Американской диабетической ассоциации, их принимает 31 % больных.

На сегодняшний день существует необходимость разработки новых видов пищевых продуктов иммуномодулирующей направленности, употребление которых будет способствовать повышению иммунитета населения, а также создания данных мучных кондитерских изделий, позволит сформировать единый научно обоснованный подход при разработке, постановке на производство и  организации промышленного выпуска высококачественных пищевых продуктов функционального назначения.

Научная новизна проекта:       Получение технологии  БАДа с применением современных методов обработки,  в состав которого входят  зерновые культуры, топинамбур и растительное сырье  иммуномодулирующей направленности и разработка технологии мучных кондитерских изделий с внесением БАДа  с оптимальным соотношением жирнокислотного и аминокислотного состава, содержащий значительное количество витаминов и минеральных веществ, играющих важную роль для повышения иммунитета.

Практическая значимость проекта заключается в разработке технологии БАДа, получаемые из зерновых культур, топинамбура и растительного сырья, которая направлена для больных сахарным диабетом и разработке мучных кондитерских изделий с внесением БАДа. Поиск новых инулинсодержащих биологически активных добавок позволит получить новые продукты с функциональными свойствами.

Результаты НИР

За 2024 год:

1 Анализ существующих технологий производства БАДов  с иммуномодулирующей направленности в странах СНГ и дальнего зарубежья

В соответствии с календарным планом работ на 2024 год  проведен патентно-информационный поиск и анализ патентного уровня в зарубежных странах, в Казахстане  с целью определения мирового технического уровня аналогичных исследований при решении похожих задач  для разработки  отечественных технологий производства БАДов с иммуномодулирующим действием. Определены пути их совершенствования и выделены наиболее перспективные технологии, с акцентом на использование овса, ячменя и топинамбура. Проведен патентный поиск глубиной 25 лет по техникам и технологиям производства биологически активных добавок, предназначенных для улучшения здоровья, с особым акцентом на формулы для людей с непереносимостью сахара, в странах СНГ и за рубежом.

Анализ данных по рассмотренным патентам показывает, что первое место по количеству опубликованных заявок по направлению исследований занимает Россия – 78, затем Казахстан-14, Румыния-3, США-1, Германия-2.

При исследовании патентной базы и существующих технологий стало очевидно, что на сегодняшний день нет зарегистрированных патентов на технологии производства БАДов, которые бы использовали сочетание овса, ячменя и топинамбура в качестве основных сырьевых компонентов. Это открывает потенциальные возможности для внедрения инновационных формул и создания уникальных продуктов, которые могли бы занять нишу на рынке БАДов иммуномодулирующей направленности.

2 Обоснования и исследования качественных характеристик основного и вспомогательного сырья (овес, ячмень, топинамбур, растительное сырье). Исследование физико-химических свойств (овес, ячмень, топинамбур, растительное сырье).

Для повышения иммунитета людей и для повышения культуры питания во многих странах ведется поиск натуральных подсластителей и консервантов. Издавна известны такие свойства топинамбура и продукты его переработки.

Работа по изысканию новых сладких веществ ведется в различных направлениях. Одно из них предполагает использование природных, в основном овощных и растительных источников сырья. В связи с этим практический интерес представляет использование сырья из растительного происхождения  и сырья, получаемый из продуктов переработки топинамбура, в которых наряду с углеводной составляющей содержатся другие ценные  компоненты, которые позволят улучшить потребительские свойства мучных кондитерских изделий, расширить ассортимент, интенсифицировать технологический процесс производства.

В связи с тем, что зерновые культуры, топинамбур и растительное сырье в БАДе имеют различные морфологическое строение и химический состав, будут разработаны разные направления повышения эффективности их применения: подбор оптимального соотношения смеси и изготовлении наполнителей.  В составе БАДа зерновые культуры, топинамбур и растительное сырье (корень солодки) содержат витамины и минеральные вещества, особенно в топинамбуре, которое по количеству аскорбиновой кислоты и витаминов группы B – почти в четыре раза превосходят морковь или свеклу необходимые в питании и легко усваиваемые организмом человека. Также топинамбур содержат инулин, которое нейтрализует воздействие токсичных веществ, нормализует метаболизм, восполнить недостаток поступления глюкозы в клетки при сахарном диабете второго типа. Снижает количество «плохого» холестерина и способствует синтезу гликогена, восстанавливает здоровую микрофлору, и повышает иммунитет. Одним из самых эффективных способов изменения пищевой ценности зернового  сырья,  подтвержденным  многочисленными исследователями, является  проращивание, представляющее собой процесс перехода семени из состояния покоя к росту зародыша.

Сочетание различных растительных ингредиентов, таких как ячмень и корень солодки, позволяет обогатить рацион витаминами и полезными веществами. Это не только улучшает качество питания, но и расширяет ассортимент продуктов, что удовлетворяет разнообразные потребности потребителей. Результаты данного исследования подчеркивают необходимость дальнейших исследований в этой области для повышения пищевой ценности и улучшения здоровья.

Исследовали физико-химические свойства овса, ячменя, топинамбура, растительного сырья в АО «Алматинский технологический университет» Научно-исследовательской лаборатории по оценке качества и безопасности продовольственных продуктов.

Установлено, что овес, ячмень, корень солодки и топинамбур являются перспективной культурой диетического и лечебного назначения, обладающей уникальным биохимическим составом, способным активно влиять на обменные процессы в организме, предупреждать или восстанавливать их нарушения. Учитывая указанные качества, а также высокую урожайность данной культуры, следует широко использовать в питании, как взрослого, так и детского населения, а также для создания БАД иммуномоделирующей направленности.

3 Определения оптимальных параметров измельчения  с применением механических  и электрофизических методов

В качестве объектов исследования были выбраны овес и ячмень.  В лабораторных условиях проращивали овес и ячмень в специальном приборе для проращивания.  Исследованы и проанализированы основные показатели  пророщенных зерен овса и ячменя.

Отмечено, что овес имеет более высокое содержание белковых веществ, ячмень имеет более  высокую способность к прорастанию.

Изучали процесс измельчения топинамбура, корня солодки и пророщенных зерновых культур с применением механического метода. Для измельчения использовали лабораторную мельницу ЛМ–1. Установлены параметры измельчения.

4 Обоснование целесообразности и эффективности применения БАД для пищевых производств функционального назначения

Одним из важнейших и перспективных направлений развития пищевой промышленности является создание безопасных, полноценных по составу и потребительским свойствам биологически активные добавки (БАД). Это связано с необходимостью обеспечения рациона человека незаменимыми нутриентами. Имеющиеся отечественные и зарубежные исследования свидетельствуют о хроническом дефиците в питании жизненно важных витаминов, минеральных веществ, что объясняется урбанизацией общества, увеличением доли рафинированных, подвергнутых кулинарной обработке и хранению продуктов питания. Недостаточность макро- и микронутриентов носит всесезонный характер и является постоянно действующим фактором, наносящим ущерб здоровью. Биологически активными добавками могут быть как природные, так и синтетические вещества. Они не употребляются как пищевой продукт. Биологически активные добавки могут вноситься на различных этапах технологического цикла производства.

Люди, страдающие сахарным диабетом предрасположены к развитию многих других заболеваний, поэтому организм нуждается в дополнительной защите от осложнений, уменьшить концентрацию глюкозы в крови. За счет этого БАД положительно влияют на результативность общего лечения, упрощают контроль рациона, снижают риск скачков сахара, восполнить недостаток незаменимых веществ. Ранними исследованиями ученых отмечено, что полноценное питание можно обеспечить только при использовании БАДов. С применением БАД полезные вещества поступают в организм постоянно, в сбалансированном комплексе и достаточном количестве, уменьшить чувство голода.

Определены углеводный состав измельченного топинамбура, пророщенного овса, пророщенного ячменя и корня солодки в АО «Алматинский технологический университет» Научно-исследовательской лаборатории по оценке качества и безопасности продовольственных продуктов.

Пророщенный овес, ячмень, топинамбур и корень солодки обладают ценными пищевыми и биологическими свойствами, которые могут быть полезны для улучшения обмена веществ и поддержания здоровья, особенно для людей с диабетом, сердечно-сосудистыми заболеваниями и нарушениями пищеварения.

Пророщенный овес и ячмень содержат сахарозу в умеренных количествах (г/100г) : в пророщенном овсе, пророщенном ячмене и корень солодки соответственно  — 2,22; 4,2; 5,58. Содержание глюкозы и фруктозы не обнаружено. В связи с этим, пророщенный овес и пророщенный ячмень являются хорошими источниками углеводов с низким гликемическим индексом.

Более низкий гликемический индекс означает, что при употреблении какого-то продукта уровень сахара в крови будет повышаться медленнее и более плавно, в сравнении с чистой глюкозой, что немаловажно для людей, страдающих сахарным диабетом.

Топинамбур не содержит сахарозы, глюкозы или фруктозы и является идеальным продуктом для диабетиков, благодаря высокому содержанию инулина (пребиотика), который улучшает кишечную флору и способствует нормализации пищеварения. Также топинамбур богат витаминами C и B₁, а также минералами, такими как калий и магний.

Все перечисленные компоненты для применения БАД обладают рядом полезных свойств, таких как поддержка обмена веществ, нормализация уровня сахара в крови, улучшение пищеварения и поддержка сердечно-сосудистой системы. Эти свойства делают их полезными для людей с диабетом, а также для поддержания общего здоровья.

Каждый компонент для БАДа имеет свой уникальный набор биологически активных веществ (бета-глюкан в овсе и ячмене, инулин в топинамбуре, глицирризин в корне солодки), что позволяет использовать их в различных целях — от улучшения пищеварения до борьбы с воспалением и поддержания иммунной системы.

Эти компоненты в составе БАДа для пищевых производств имеют функциональное назначение и мугут применять особенно для людей, страдающих сахарным диабетом.

 5 Изучение  качественных характеристик   компонентов предложенной БАД

Определены качественные и микробиологические  показатели измельченного топинамбура, пророщенного овса, пророщенного ячменя и корня солодки в АО «Алматинский технологический университет» Научно-исследовательской лаборатории по оценке качества и безопасности продовольственных продуктов.

Изучены физико-химические и качественные характеристики компонентов предложенной БАД .

Все образцы не содержали посторонних примесей, что является положительным фактором для их использования.

Исследуемые пророщенные семена содержат различные минеральные элементы, которые важны для нормального функционирования организма. Продукты, такие как пророщенные овес, ячмень, топинамбур и корень солодки, отличаются разным содержанием ключевых минералов.

Исследуемые пророщенные ячмень и овес содержат значительное количество минеральных солей железа, кальция, фосфора, присутствуют также соли йода, калий, магния. К тому же в состав входит широкий набор микроэлементов. В первую очередь, фосфор, который необходим для нормального обмена веществ в организме, а также для полноценной деятельности мозга.

Исследован витаминный состав.

В целом, данные о аминокислотном составе показывают, что содержание аргинина в овсе составило 1,570±0,628%, что выше, чем в других образцах. Пророщенный овес также демонстрирует высокие уровни лизина (1,429±0,486%) и метионина (0,552±0,188%).

По микробиологическим показателям в пророщенном овсе, пророщенном ячмене, топинамбуре и корне солодки показания КМАФАнМ (КОЕ/г), БГКП (колиформы) в 1,0 см³ продукта,  дрожжи и плесени соотвествуют по требованиям СанПИН.

По результатам исследования, все исследуемые компоненты для применения БАД богаты различными аминокислотами, а белки пророщенных семян прекрасно усваиваются организмом человека. По количеству ценных аминокислот семена приближаются к белкам животного происхождения, что определяет питательную ценность крупы.

Результаты показали, что пророщенный овес и ячмень отличаются высоким содержанием витаминов и незаменимых аминокислот, что делает их ценными для питания, особенно в условиях ограниченного рациона. Топинамбур, в свою очередь, богат инулином и минеральными веществами, что делает его полезным для поддержания работы пищеварительной системы и метаболизма.

Полученные данные подчеркивают значимость изученных продуктов как источников питательных веществ, что может способствовать разработке новых БАДов и методов их применения в рационе питания. В ходе исследования было также установлено, что процесс проращивания значительно увеличивает биодоступность питательных веществ, способствуя улучшению усвоения витаминов и минералов организмом. Пророщенные зерна, топинамбур и корень солодки обладают антиоксидантными свойствами, что важным образом влияет на защиту клеток от оксидативного стресса.

Данные выводы подчеркивают необходимость дальнейших исследований, направленных на оптимизацию методов проращивания и использования этих продуктов в кулинарии и питании. Обогащение рациона пророщенными злаками и корнеплодами может содействовать не только улучшению здоровья, но и повышению качества жизни.

Полученные данные подчеркивают значимость изученных продуктов как источников питательных веществ, что может способствовать разработке новых БАДов и методов их применения в рационе питания. В ходе исследования было также установлено, что процесс проращивания значительно увеличивает биодоступность питательных веществ, способствуя улучшению усвоения витаминов и минералов организмом. Пророщенные зерна и корнеплоды обладают антиоксидантными свойствами, что важным образом влияет на защиту клеток от оксидативного стресса.

Запланированые исследования

 На 2025 год:

1.Исследования технологических свойств композиции и выбор оптимальной дозировки БАДа;

2. Разработка и обоснование состава предложенного БАДа;

3.Изучение влияния БАД на хлебопекарные свойства муки и структурно-механические свойства полуфабрикатов;

4.Исследования качественных и микробиологических показателей БАДа;

5.Разработка рецептуры и технологических режимов производства мучных кондитерских изделий с применением комплексного БАДа.

На 2026 год:

1.Разработка технологии новых видов мучных кондитерских изделий с применением комплексного БАДа иммуномодулирующей направленности;

2. Установление срока хранения БАДа и мучных кондитерских изделий;
3. Исследования качественных и микробиологических показателей готовой продукции;
4. Разработка проекта стандарта организации на технологию производства мучных кондитерских изделий с применением комплексного БАДа;
5. Разработка рекомендации по производству мучных кондитерских изделий с применением БАД;
6. Проведение апробации в производственных условиях мучных кондитерских изделий;
7. Публикация по результатам исследований не менее 2 (двух) статей и (или) обзоров в рецензируемых научных изданиях, индексируемых в Science Citation Index Expanded базы Web of Science и (или) имеющих процентиль по CiteScore в базе Scopus не менее 50 (пятидесяти); не менее 1 (одной) статьи или обзора в рецензируемом зарубежном или отечественном издании, рекомендованном КОКНВО;
8. Повышение Уровня технологической готовности (УГТ-TRL) проекта по шкале УГТ с уровня 3 до 8.

Ожидаемые результаты проекта: В результате выполнения НИР разработаны инулинсодержащие биологически активные добавки, мучные кондитерские изделия с применением БАД. Разработанный БАД,  получаемые из зерновых культур, топинамбура и растительного сырья, позволит получить продукцию с высокими органолептическими и физико-химическими показателями качества и для людей, страдающих сахарным диабетом.

Социально-экономический эффект заключается в организации переработки отечественных  зерновых культур  и растительного сырья, улучшения экологической обстановки РК, поддержке отечественных товаропроизводителей хлебопекарной отрасли и минипекарни, расширение ассортимента мучных кондитерских изделий, рациональное использование сырьевых ресурсов страны.

Жумалиева Г.Е. –руководитель проекта, ассоциированный профессор, кандидат технических наук, https://orcid.org/0000-0002-5028-465X     Scopus ID: 57190222119

Чоманов У.Ч. – главный научный сотрудник, доктор технических наук, https://orcid.org/0000-0002-5594-8216    Scopus ID: 57190224699

Актокалова Г.С. – старший научный сотрудник, https://orcid.org/0000-0003-1025-4234  Scopus ID: 57212102429

Шоман Ә.К.- старший научный сотрудник, магистр технических наук, https://orcid.org/0000-0003-2415-8112   Scopus ID: 58139009500

Оғазова А.Ғ. —  научный сотрудник, магистр технических наук, https://orcid.org/0009-0005-7068-6559

Асан А.Н. – научный сотрудник, магистр технических наук, https://orcid.org/0009-0007-4260-7221

Байзақова А.Б. – научный сотрудник, магистр естественных наук https://orcid.org/0009-0000-0236-720X