Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Состояние вопроса и задачи исследований
1.1 Молочные продукты как один из важнейших факторов обеспечения рациональной структуры питания 8
1.2 Функциональные продукты как основа рационального питания 13
1.3 Пробиотики, пребиотики и их функциональные свойства 16
1.4 Значение флавоноидов и полифенолов в питании человека 20
1.5 Кисломолочные продукты, обогащенные функциональными ингредиентами 26
1.6 Способы извлечения биологически активных веществ (БАВ) из растительного сырья 32
1.70боснование выбора направления и задачи исследований 36
Глава 2. Организация проведения эксперимента методы и объекты исследований
2.1 Объекты исследований и изучаемые схемы технологических процессов 38
2.2 Методы исследований 41
2.3 Методы исследований сухих листьев, экстракта и жома, оставшегося в результате экстракции листовой части растения амарант 42
2.4 Модификация методик применительно к кисломолочному продукт 45
2.5 Клинические испытания кисломолочного продукта с экстрактом амаранта 47
Глава 3. Разработка рациональных режимов экстракции и изучение биохимического состава бав листовой части растения амарант
3.1 Выбор предпочтительного сорта, разработка рациональных режимов экстракции 48
3.2 Изучение биохимического состава БАБ экстракта листьев амаранта 58
3.2.1 Изучение физико-химических показателей экстракта 58
3.2.2 Изучение жирнокислотного состава экстракта 64
Глава 4. Разработка технологических параметров экспериментального производства кисломолочного продукта
4.1 Создание экспериментальной технологии кисломолочного продукта, обогащенного биологически активными веществами листовой части растения амарант 68
4.1.1 Исследование физико-химических показателей кисломолочного продукта 70
4.1.2 Изучение структурно-механических свойств сгустков 74
4.2 Оптимизация фракционного состава экстракта амаранта 81
4.3 Изучение влияния экстракта амаранта на синеретические свойства кисломолочных напитков 85
4.4 Оптимизация компонентного состава нормализованной смеси 88
Глава 5. Исследование состава кисломолочного продукта с биологически активными веществами растения амарант
5.1 Исследование жирнокислотного и группового составов липидов в готовом продукте 93
5.2 Изучение антиоксидантных свойств экстракта амаранта 96
5.2.10ценка влияния поли фенольного комплекса растения амарант на степень окисления липидов кисломолочного продукта в процессе хранения 96
5.2.2 Изучение антиоксидантной активности флавоноидов в синергизме с аскорбиновой кислотой и их влияние на увеличение сроков годности кисломолочного продукта. 99
5.2.3 Исследование влияния полифенолов на накопление молочной кислоты в кисломолочных продуктах в процессе хранения 102
Глава 6. Клинические испытания пробиоти-ческих и пребиотических свойств продукта, обогащенного биологически активными веществами амаранта
6.1 Оценка динамики клинических симптомов и биохимических показателей крови у больных с сердечно-сосудистой патологией 105
6.2 Изучение антиоксидантной защиты у больных с сердечно сосудистой патологией 111
6.3 Влияние кисломолочного продукта с экстрактом амаранта на дисбактериоз у больных с сердечно-сосудистой патологией 113
Глава 7. Разработка технологии кисломолочного продукта с пробиотико-пребиотическими свойствами
7.1 Разработка технологической схемы и нормативно-технической документации на производство кисломолочного продукта с синбиотиками 118
Выводы 127
Цитируемая литература 128
Приложения 141
- Функциональные продукты как основа рационального питания
- Методы исследований сухих листьев, экстракта и жома, оставшегося в результате экстракции листовой части растения амарант
- Изучение биохимического состава БАБ экстракта листьев амаранта
- Изучение влияния экстракта амаранта на синеретические свойства кисломолочных напитков
Введение к работе
В Концепции государственной политики в области здорового питания населения России на период до 2005 года сформулированы приоритетные направления получения качественно новых пищевых продуктов общего и специального назначения с изменением химического состава, конструирование новых пищевых продуктов для укрепления защитных функций организма и профилактики различных заболеваний (55, 62).
Комплексный подход к оценке питания населения страны позволяет качественно и количественно оценить состояние питания различных групп населения, а также степень дефицита пищевых веществ среди различных групп населения. Наблюдается уменьшение потребления мясных и молочных продуктов, что приводит к снижению содержания белка. Одновременно происходит уменьшение потребления овощей и фруктов - важнейших источников аскорбиновой кислоты, каротиноидов и других эссенциальных микронутри-ентов и биологически активных веществ, а также пищевых волокон. Все это свидетельствует об ухудшении структуры питания населения страны (10, 12, 13,23,78,85,86).
При продолжающемся снижении объемов производства молока с 20,8 млн т в 1990 г. до 8,5 млн т в 2003 г. остаются актуальными задачи рационального использования молочного сырья, в том числе вторичного, поиска новых нетрадиционных источников пищевого сырья и создание широкой гаммы функциональных продуктов, обогащенных функциональными ингредиентами (18,22,63,100, 103).
Теоретические и практические положения получения функциональных молочных продуктов разработаны отечественными учеными Липатовыми старшим и младшим, Харитоновым В.Д., Тутельяном В.А., Роговым И.А., Радаевой И.А., Королевой Н.С., Семенихиной В.Ф., Уголевым М.А., Тихомировой Н.А. и другими.
^
С медико-биологической точки зрения для обогащения следует использовать те эссенциальные нутриенты, дефицит которых имеет место, достаточно широко распространен и небезопасен для здоровья (витамин С, фолие-вая кислота, кальций, белок, пищевые волокна, антиоксиданты -полифенолы, флавоноиды). Обогащать нутриентами следует продукты массового потребления, доступные для всех групп населения и регулярно используемые в повседневном питании. Поэтому повышение функциональной эффективности традиционных кисломолочных продуктов наиболее целесообразно (101, 102, 116).
Необходим поиск новых источников питания, в том числе за счет растениеводства и овощеводства. Интродукция новых нетрадиционных культур позволит расширить их ассортимент и сделать питание населения более полноценным и разнообразным за счет освоения новых видов этих культур.
К числу распространенных овощных культур относят хризантему овощную, топинамбур, амарант, стевия, стахис и др. (60,61,88,106, 121). В последние годы за рубежом получен ряд продуктов питания из семян и листьев амаранта. Благодаря высокому содержанию белка (10-20 % в листьях и 14-18 % в семенах), липидов (до 10 % в листьях, 5-10 % в семенах), полисахаридов - пектина (до 10%), моно — и — олигосахаридов (до 5 % в листьях), красящих пигментов, витаминов, флавоноидов, танинов, биологически активных веществ (лектинов, фитоагглютенинов) и минеральных компонентов, незаменимых аминокислот, а также высокой биологической продуктивности, амарант представляет собой перспективную культуру. Высоко оценил свойства амаранта Н.И. Вавилов, рекомендуя его еще в 1930 г. к незамедлительному внедрению.
Таким образом, создание пищевых продуктов, в частности пробиотиче-ских кисломолочных продуктов, с направленным биологическим действием за счет пищевых добавок с антиоксидантными и адаптогенными свойствами (полифенольный комплекс растения амарант) является актуальным направлением. А использование нетрадиционного растительного сырья, содержаще-
го полноценные комплексы питательных веществ, при производстве кисломолочных продуктов, возможно, позволит получать продукты с новыми потребительскими свойствами и увеличенным с 36 ч до 14 сут сроком годности.
Целью настоящей диссертационной работы является разработка научно обоснованной экологически безопасной схемы проведения экстракции биологически активных компонентов из листовой части амаранта и создание технологии производства кисломолочного продукта с пробиотико-пребиотическим эффектом.
Научная новизна работы. Установлены количественные и качественные закономерности взаимного влияния биологически активных компонентов растительного экстракта и молочной основы на органолептические, физико-химические, микробиологические и реологические показатели готового продукта.
Адаптированы в части подготовки проб методы контроля биологически активных компонентов амаранта применительно к кисломолочным продуктам.
Научно обоснована возможность применения в качестве антиоксидантной и пребиотической добавки экстракта амаранта в производстве композиционных кисломолочных продуктов.
Практическая значимость работы. Результаты экспериментальных исследований явились научной основой для разработки принципиальной схемы экстрагирования комплекса биологически активных компонентов растения Amaranthus cruentus и обоснования технологических параметров производства пробиотического кисломолочного продукта с добавлением экстракта амаранта. Разработана ТД на производство кисломолочно-растительного продукта с экстрактом амаранта.
Функциональные продукты как основа рационального питания
Ведущим направлением в области питания является создание ассортимента продуктов, способствующих улучшению здоровья при ежедневном употреблении в составе рациона и получивших название «функциональных» благодаря наличию в них функциональных ингредиентов.
Основные группы функциональных ингредиентов и их воздействие на человеческий организм представлены в табл. 1.2.1
При обогащении традиционных продуктов функциональными ингредиентами необходимо учитывать их сочетаемость в плане химического взаимодействия в самом продукте и их биоусвояемость при попадании в пищеварительный тракт (98,119,120,127).
Исходя из представлений об особенностях состава и свойств функцио-нальных продуктов по сравнению с традиционными, с учетом технологической специфики их получения, можно выделить условно три основные категории функциональных продуктов (64, 116,117,118).
К первой категории относятся традиционные продукты, содержащие в нативном виде значительные количества функционального ингредиента или их группы. Это такие продукты, масса которых, исключая воду и соль, по меньшей мере, на 95% состоит из органических соединений. В технологиях таких продуктов исключается применение антибиотиков, гормонов роста, пестицидов, методов биоинженерии или ионизирующей радиации.
Ко второй категории относятся традиционные продукты, в которых технологически понижено содержание вредных для здоровья компонентов. В перечень таких ингредиентов включены холестерин, животные жиры с высоким содержание предельных жирных кислот, гидрированные масла, содержащие трансизомерные жирные кислоты, низкомолекулярные углеводы (сахароза), натрий, источником которого служит поваренная соль и др.
Получение функциональных продуктов этой категории возможно при избирательном извлечении или разрушение таких ингредиентов. В связи с этим известна селективная экстракция, некоторые виды ферментативной обработки пищевого сырья (116, 136,138).
Например, обработка злаков ферментом фитазой приводит к деструкции содержащегося в них фитата (инозитолгексафосфата), который способен прочно связывать такие важные для питания человека элементы, как кальций, цинк и железо, что затрудняет их всасывание в кишечнике. После ферментативной обработки зерен злаков обеспеченность организма этими элементами при потреблении зерновых продуктов повышается.
Технологическим приемом модификации жировых продуктов, в которых понижено содержание животных жиров, холестерина или гидрированных жиров, является частичная или полная замена вредных для здоровья ингредиентов более ценными жировыми компонентами. Например, технологически проводят полную замену их растительными маслами или частичное замещение с использованием метода эг гульгирования на нежировую, в частности водную или молочную фазу.
Изменение традиционного состава, происходящее вследствие замены одних ингредиентов другими, отражается на потребительских свойствах вновь создаваемых продуктов, в связи с чем модификация традиционного продукта в функциональный сводится не только к замене ингредиентов, а представляет собой сложный процесс конструирования продукта, обладающего восстановленными традиционными потребительскими и новыми, определяющими полезность продукта, функциональными свойствами.
Вредно для здоровья повышенное содержание натрия в продуктах. Так, например, снижение его содержания возможно путем замены части хлорида натрия на соли калия. Сохранение традиционного вкуса в этом случае связано с правильным выбором соотношения солей.
К третьей категории функциональных продуктов относятся обогащенные пищевые продукты, получаемые добавлением к традиционным пищевым продуктам одного или нескольких физиологически функциональных ингредиентов с целью предотвращения или исправления их дефицита, имеющегося в организме человека.
В соответствии с СанПиН 2.3.2.1078-01 во всех случаях обогащения пищевых продуктов функциональными ингредиентами на этикетке должны приводиться сведения об их составе и количестве с учетом естественного содержания в продукте (91,92).
Статистика качественных изменений продовольственного рынка ряда стран Европы, США и Японии свидетельствует о высокой популярности функциональных продуктов (127,128, 129,135,136, 138).
Первым продуктом функционального назначения можно назвать ферментированный кисломолочный продукт на основе лактобацилл, появившийся в Японии в 1955 г.
Методы исследований сухих листьев, экстракта и жома, оставшегося в результате экстракции листовой части растения амарант
Метод основан на этерификации пектиновых веществ с помощью гидрооксида натрия (NaOH) и последующем взаимодействии галактуроновой кислоты с карбазоловым реактивом с образованием окрашенных продуктов. Интенсивность окраски пропорциональна количеству пектиновых веществ. 150 мг перекристаллизованного из толуола карбазола растворить в 100 см 3 очищенного этанола. Подготовленную пробу обработать 80%-ным раствором этанола с целью удаления свободных Сахаров. Навеску продукта выдержать в 0,05 н растворе гидрооксида натрия (NaOH) в течение 30 мин при температуре 25-30С, добавить 12 см3 концентрированной серной кислотой (H2S04) и 1 см 3 0,15%-ного раствора карбазолового реактива, тщательно перемешать. Интенсивность окраски определять на спектрофотометре при длине волны 520 нм. Калибровочный график строили по стандартным растворам моногидрата галактуроновой кислоты. Определение суммы полифенолов (по методу М.Н. Запрометова)
Метод основан на взаимодействии реактива Фолина-Дэниса (состоит из вольфрамата натрия, фосфорномолибденовой кислоты и 85%-ной Н3РО4) с ОН-группами полифенолов с образованием окрашенного продукта, интенсивность окраски которого зависит от количества фенольных соединений.
К аликвоте исследуемого образца добавляли воду (до 7мл) и 0,5 мл указанного реактива. Через 3 мин добавляли 1 мл насыщенного раствора №2СОз и воду до 10 мл. Через 60 мин определяли оптическую плотность при 730 нм. В качестве контроля использовали фотометрический метод с ванилиновым реактивом (1%-ный ванилин в конц. НС1) при 500 нм. Определение суммы растворимых углеводов (метод Дюбуа)
Метод основан на образовании оранжевой окраски раствора при реакции альдегидной группы редуцирующих Сахаров с фенолом в присутствии серной кислоты (H2S04).
К 2 мл аликвоты добавляли 0,5 мл 80%-ного водного раствора фенола и 5 мл конц. H2S04. Через 10 мин раствор нагревали при 30С (10-20 мин) и фото метр провал и при 490 нм (гексозы) и 480 нм (пентозы). В контрольном опыте вместо анализируемого раствора использовали воду. Стандартные растворы для калибровочного графика готовили по глюкозе.
Метод основан на образовании комплекса борной кислоты со свободными гидроксильными (ОН) группами флавоноидов в присутствии лимонной кислоты.
Количественное содержание флавоноидов определяли фотометрическим методом Гусевой и Нестюк с борной кислотой и цитратом Na (при 470 нм) в экстракте 96%-ным этанолом.
10 г лимонной кислоты растворить в 100 см3 сухого ацетона (реактив А). 0,8 г борной кислоты развести в 100 мл сухого ацетона (Б). Перед проведением измерений растворы А и Б смешивают в равных соотношениях (реактив В). К 2 см3 анализируемого образца добавить 8 см3 готового реактива. После появления через 5 мин лимонно-желтого окрашивания провести фотометрирование при 440 нм.
Калибровочный график строили по стандартным препаратам рутина и кверцетина. Этим методом устанавливали сумму флавоноидов и содержание отдельных соединений (после хроматографического разделения на бумаге). Контрольное определение рутина по окрашиванию с 0,01 М АІСЬ- Пятно элюировали с хроматограммы (2 мл 0,01 М АІСІз) и определяли оптическую плотность элюата при 412 нм в кювете 1,0 см. При этом содержание рутина в элюате (в мг/мл) =30,8 Am Определение хлорофилла
Суммарное содержание хлорофиллов (а+Ь) определяли следующим образом. Аликвоту материала высушивали и остаток экстрагировали смесью бензола и 96%-ного этанола (в соотношении 3:2) постепенно по 25 мл до обесцвечивания экстракта. Далее экстракт отфильтровывали, высушивали, осадок растворяли в 100 мл 85%-ного ацетона и определяли оптические плотности. Расчет количества хлорофиллов (мг/л) вели по формуле Вернона: С а+ь = 6,45 А + 17, 72 Аш, где Абб5 А(,49 - оптические плотности растворов при 665 и 649 нм в кюветах 1,0 см. В связи с тем, что кисломолочный продукт имеет достаточно вязкую консистенцию и повышенное, по сравнению с белковыми веществами амаранта, содержание белковых веществ, что затрудняло его первичную обработку для исследования состава, необходимо было разработать способ обработки пробы перед исследованиями. Для этого нами было апробировано несколько методов. Наиболее доступным нами был принят следующий. Лиофильная сушка (высушивание под вакуумом из замороженного состояния). Этот способ наиболее практичен для исследований.
Изучение биохимического состава БАБ экстракта листьев амаранта
С использованием в качестве экстрагента творожной сыворотки (рН 4,4-4,6) при экспериментально и математически установленных рациональных режимах экстракции был получен экстракт листьев амаранта. По предложенным нами методикам изучали физико-химические показатели экстракта и жома, остающегося в результате экстракции. Данные представлены в таблице 3.2.1.1
Однако, результаты исследований полученного экстракта свидетельствуют о том, что при проведении повторной экстракции сухих измельченных листьев амаранта творожной сывороткой (рН 4,4-4,6) лишь незначительная часть полифенолов и флавоноидов перешли в раствор.
Из литературных источников известно, что более полному извлечению флавоноидов из листовой массы растений способствует водно-спиртовая экстракция ( і 6 ). Поэтому наши дальнейшие исследования были направлены на проведение режимов экстракции, позволяющих максимально извлечь флаво-ноиды из амаранта.
Процесс экстракции проводили 80%-ным раствором этилового спирта при двух режимах: температура экстракции (30±2)С, продолжительность экстракции - 24 ч (№1); экстракция кипящим 80%-ным раствором этилового спирта в течение 3 часов (№2); соотношение твердой и жидкой фаз в обоих случаях составляло 1:8 соответственно.
Критериями оценки эффективности экстракции являлись массовые доли полифенолов, флавоноидов, сухих веществ в полученном экстракте. Эти физико-химические показатели определяли по указанным ранее методам.
Сравнительные результаты экспериментов представлены в табл.3.2.1.3. Флавоноиды, полифенолы, хлорофиллы в основном перешли в экстракт в результате третьего этапа экстракции (водно-спиртовая экстракция). Так, после первого этапа экстракции творожной сывороткой в экстракте содержалось: флавоноидов — до 14%, полифенолов — до 11%, хлорофилла — до 8%.
Из таблицы 3.2.1.3 видно, что предпочтительным является следующий режим спиртовой экстракции: продолжительность экстракции - 24 ч, температура экстракции - (30±2)С, экстрагент - 80%-ный раствор этилового спирта.
Обобщая полученные данные установили, что для максимального извлечения всех содержащихся в листьях амаранта питательных веществ, можно принять следующие режимы: двукратная экстракция творожной сывороткой (рН 4,4-4,6): температура экстракции 43С, продолжительность экстракции 40 мин; однократная экстракция 80%-ным раствором этилового спирта при температуре (30±2)С в течение 24 часов; соотношение твердой и жидкой фаз соответственно 1:8 во всех случаях (табл.3.2.1.4).
В результате проведения 3х экстракций (двукратной экстракции творожной сывороткой и однократной экстракции этиловым спиртом) в жоме оставались только нерастворимые вещества в виде лигнина, клетчатки, которые могут быть в дальнейшем использованы на кормовые цели. В полученных в результате 3х этапов экстракции экстрактах изучали физико-химические показатели. Результаты исследований представлены в таблице 3.2.1.5 Выход экстрактивных веществ при проведении экстракции по разработанной нами схеме составил: флавоноидов- 95%; растворимых углеводов (глюкоза и галактоза) - 95%; полифенолов - 78%; пектина -68%; белка - 55%; хлоро-филлов — 55%. На рис. 3.2.1.1 представлена гистограмма, характеризующая степень эффективности экстракции. На основании - полученных экспериментальных данных нами разработана схема экстракции с целью извлечения максимального количества БАВ, представленная на рис.3.2.1.2.
Дальнейшие наши исследования были направлены на изучение жирнокис-лотного состава полученного экстракта.
В результате проведенных экспериментов были получены следующие результаты. Групповой состав липидов представлен в таблице 3.2.2.1
Результаты таблицы 3.2.2.1 показывают, что из листьев в экстракт перешли 61% полярных липидов, 64% хлорофиллов, 35% высших спиртов, 43% эфирных масел. Что касается триппщеридов, свободных жирных кислот, углеводородов, то их количество обосновано присутствием их в творожной сыворотке.
Изучение влияния экстракта амаранта на синеретические свойства кисломолочных напитков
Анализ результатов приведенных в таблице 4.2.1 свидетельствует о том, что наибольшей частотой обладает решение, соответствующее соотношению массовых долей фракций экстракта амаранта 1 : 1 : 2 (в таблице - область, выделенная серым фоном и более темным шрифтом). В связи с этим можно считать полученное решение также и наиболее устойчивым в исследованных диапазонах варьирования коэффициентов весомости целевой функции. Таким образом, в результате изучения эффективной вязкости изученных образцов был установлен следующий оптимальный фракционный состав вносимого экстракта амаранта: 25% экстракта, полученного в результате однократ ной экстракции творожной сывороткой + 25% экстракта, полученного в результате двукратной экстракции творожной сывороткой + 50% экстракта, полученного в результате спиртовой экстракции. В задачи наших дальнейших исследований входило изучение синеретиче ских показателей кисломолочных продуктов, выработанных резервуарным способом. В нормализованное по м.д.ж. молоко или смесь молока и экстракта амаранта вносили загуститель лигомм AYS 63 в количестве 0,7%. Такая доза загустителя рекомендована при производстве кисломолочных продуктов типа йогурта. Другую партию изучаемых образцов представляли аналогичные по физико-химическим показателям кисломолочные продукты без внесенного загустителя. Оценку влияния загустителя и экстракта амаранта проводили путем определения величины относительного снижения объёма выделения сыворотки в контрольных и опытных образцах по формуле: где V0 и VK - процент выделения сыворотки в «опытном» и «контрольном» образцах; к — относительное снижение объема сыворотки. Величина, обратная относительному снижению объёма сыворотки, показывает во сколько раз снижается процент выделения сыворотки при различных условиях получения сгустка и названа кратностью снижения объема сыворотки.
Относительное снижение объёма выделения сыворотки рассчитывали на основании экспериментальных данных. Повторность опытов — десятикратная (таблица 4.3.1). Результаты расчета показателя к и статистическая обработка результатов эксперимента приведены в приложении 3. Рассчитывали значения показателя относительного снижения объёма выделения сыворотки, позволяющие количественно оценить влияние на синере-тические свойства кисломолочных напитков: - загустителя в образцах без экстракта амаранта (kj) (1); - загустителя в образцах с внесённым экстрактом амаранта (кг) (2); - экстракта амаранта без внесения загустителя (к3) (3); - загустителя и экстракта амаранта совместно (lcj) (4). Расчёт значений этих показателей (вместе с оценками диапазонов случайной погрешности при доверительной вероятности 0,95) выполнен с помощью процессора электронных таблиц MS Excel. Это означает, что доминирующая роль в формировании гидрофильных свойств сгустка кисломолочных напитков принадлежит загустителю.
Внесение загустителя без экстракта амаранта уменьшает процент выделения сыворотки приблизительно в 6,5 раз (ki=0.1554±0,0026), в то время как внесение экстракта амаранта без загустителя позволяет снизить выделение сыворотки только в 1,1 раза (кз=0,9159±0,0088). Тем не менее, установлено, что внесение экстракта амаранта способствует усилению влияния загустителя на влагосвязывающую способность сгустка, что видно по величине k , рассчитанной для случая как совместного влияния экстракта и загустителя, так и для случая влияния загустителя при условии внесения экстракта амаранта. Так совместное влияние экстракта и загустителя обеспечивает снижение объемов выделения сыворотки приблизительно в 7,5 раз (к4=0,1362±0,004), а влияние загустителя при внесенном экстракте снижает объем выделения сыворотки до 7 раз (к2=0,1487±0,0041), в то время как без внесения экстракта этот показатель составлял приблизительно 6,5 (kj=0,155410,0026). Количественная оценка позволила установить, что формирование гидрофильных свойств сгустка обеспечивается главным образом загустителем, но при этом, внесение экстракта амаранта способствует усилению влияния загустителя на гидрофильность сгустка.
