Содержание к диссертации
Введение
1 Глава 1. Обзор литературы 7
1.1 Окислительные изменения в мясопродуктах. Состояние проблемы
1.2 Показатели, определяющие качество и безопасность жира 11
1.3 Влияние продуктов окисления жиров на здоровье человека 15
1.4 Классификация антиокислителей 17
1.5 Характеристика пищевых добавок, антиокислительного действия 20
1.5.1 Аскорбиновая кислота и её производные
1.5.2 Токоферолы 24
1.5.3 Эфиры галловой кислоты 27
1.5.4 Лецитины 29
1.5.5 Синтетические антиокислители 30
1.6 Характеристика веществ природного происхождения, обладающих антиокислительным действием 34
1.6.1 Экстракты пряно-ароматических и 36
лекарственных растений
1.6.1.1 Экстракт розмарина 44
1.6.1.2 Кахетины чая 52
1.6.2 Кверцетин и дигидрокверцетин 55
1.7 Заключение и выводы по литературному объему
2 Глава 2. Организация экспериментальных исследований 62
2.1 Объекты исследований 62
2.3 Организация и постановка экспериментов 64
2.4 Методы исследований 67
3. Глава 3. Изучение глубины протекания окислительной порчи при хранении мясопродуктов 74
3.1 Результаты исследования окислительной 75
порчи в процессе хранения промышленно выпускаемых образцов мясопродуктов
4. Глава 4. Определение способов внесения и эффективной дозировки ДГК 84
4.1 Определение способов внесения и 84 эффективной дозировки ДГК на примере свиного жира-сырца
4.2 Определение эффективной дозировки ДГК на примере мяса птицы механической обвалки 87
4.3 Изучение антиокислительных свойств ДГК на модельных системах с различной активностью воды 91
4.4 Исследование влияния дигидрокверцетина на показатели качества п/к колбасных изделий, выработанных с использованием ММО, хранившегося в течение 30 суток 94
5. Определение токсичности ДГК 101
5.1 Исследование хронической токсичности полукопченых колбас с ДГК 101
5.2 Определение генотоксичности ДГК 106
6. Сравнительная оценка антиокислительной активности дигидрокверцетина с применением математического моделирования 113
Выводы 125
Библиографический список
- Характеристика пищевых добавок, антиокислительного действия
- Организация и постановка экспериментов
- Определение эффективной дозировки ДГК на примере мяса птицы механической обвалки
- Исследование хронической токсичности полукопченых колбас с ДГК
Введение к работе
Максимальное сохранение произведенной пищевой продукции является ключевой проблемой человечества на протяжении всей истории его существования. Тем не менее, ежегодно в мире в результате порчи теряется до 30% продуктов питания.
Наряду с микробиологической порчей одной из важнейших причин этих потерь являются окислительные процессы.
Известно, что окисление жиров вызывает не только изменение органолептических свойств пищевых продуктов, но и оказывает губительное действие на организм человека. В связи с этим, в нашей стране и за рубежом изучению процессов окислительной порчи всегда придавалось и придается особое значение.
Изучением механизмов протекания химических процессов при окислении жиров были посвящены труды Н.К. Журавской, Ю.Н. Лясковской, И.А. Шумковой, A. Asyhav, H.W. Chan, Е.Н. Farmer, I.J. Gray, S. Harel, J.O. Jgene, W. Janitz, J. Kanner, J.D. Love, A.M. Pearson, J. Pokorny, K.S. Rhee, A.L. Toppel, J.Z. Tichivangana и др. Учеными H.C. Семеновым, Н.М. Эммануэль, Б.Н.Тарусовым, Е. Фармер, М. Кон, М. Ливерседж и др. были описаны сотни соединений, способных оказывать влияние на скорость протекания реакций окисления, и предложены различные виды антиокислителей.
Проблема окисления жиров затрагивает практически все виды
продуктов питания, актуальна она и для мясной промышленности. Вопросам
окисления жиров в мясопродуктах были посвящены работы
Ю.Н. Лясковской, М.И. Транцевой, Х.К. Актова, Л.А. Грушицкой,
Ю.А. Лаптева, Н.П. Матеранской, В.И. Пиульской и др.
В последние годы появились новые данные о влиянии продуктов окисления липидов на здоровье человека, в том числе и об их канцерогенном и мутагенном действии.
В тоже время с накоплением знаний в области нутрициологии и влияния пищевых добавок на здоровье человека в мире сложилось негативное отношение к синтетическим антиокислителям, предложенным в 1950-е годы, и все более пристальное внимание стало уделяться натуральным антиокислителям и источникам их получения. Это способствовало, в свою очередь, усилению научного интереса к проведению новых исследований в данной области.
В связи с этим данная диссертационная работа посвящена изучению антиокислительного действия пищевой добавки натурального происхождения дигидрокверцетина мономерного соединения (ДГК), получаемого из лиственницы Сибирской и обладающего по1 литературным данным, наряду со свойствами антиокислителя, биологически активным действием.
Целью работы являлось сравнительное изучение антиокислительной активности ДГК в мясопродуктах и разработка технологии его применения при производстве мясопродуктов длительного срока годности, устойчивых к окислительной порчи без снижения показателей качества и безопасности.
Научная новизна работы состоит в обосновании целесообразности и эффективности применения новой формы антиокислителя - мономера ДГК для увеличения срока хранения свиного жира-сырца и улучшения качества жиросодержащих продуктов, определении оптимальных дозировок ДГК, в зависимости от содержания влаги и жира в мясопродуктах. Доказана безопасность мономера ДГК и мясопродуктов с его добавлением для здоровья человека. Получены сравнительные данные по антиокислительной активности ДГК и других антиоксидантов натурального происхождения, проявляемой в мясопродуктах.' На основе разработанных уравнений
динамики роста показателей окислительной порчи предложен новый подход для сравнительной оценки эффективности антиокислителей в мясопродуктах. Практическая значимость работы состоит в разработке методических рекомендаций (MP 03-00419779) по обоснованию вида и дозы антиокислителей, применяемых при производстве мясопродуктов и технической документации по применению антиокислителей в мясной промышленности («Рекомендации по применению антиокислителей фирмы «DSM Nutritional Products Europe LTD», Швейцария, для производства мясных продуктов»). Получен экономический эффект от замены экстракта розмарина на ДГК при производстве свиного жира-сырца.
Характеристика пищевых добавок, антиокислительного действия
Среди известных нескольких сотен антиокислителей, сегодня практический интерес для отраслей пищевой промышленности, главным образом, представляют вещества, разрешенные к применению санитарным законодательством в качестве пищевых добавок и имеющие так называемые Е-индексы. Присвоение Е-индекса гарантирует полное и всестороннее изучение вещества на безопасность и возможное влияние на здоровье нынешних и последующих поколений [42, 57]. К разрешенным на международном уровне антиокислителям относятся: - аскорбиновая кислота (ЕЗОО), ее соли (Е301-Е303) и эфиры (Е304-Е305); - токоферолы (Е306-Е309); - эфиры галловой кислоты (Е310-Е312); - лецитины (Е322); - синтетические антиокислители - бутилоксианизол (Е320), бутилокситолуол (Е321), трет-бутилгидрохинон (Е319).
Ниже приведена краткая характеристика этих пищевых добавок. Традиционно применяемые при производстве мясопродуктов аскорбиновая кислота Е300 (рис. 1.5.1.1) и аскорбат натрия Е301 (рис. 1.5.1.2) обладают слабыми антиокислительными свойствами, которые могут быть усилены в присутствии других антиокислителей. Аскорбиновую кислоту относят к вторичным антиокислителям.
Как правило, аскорбиновая кислота и аскорбат натрия не оказывают тормозящего действия на окисление жиров, поскольку не являются растворимыми в жире [29, 83]. Более эффективным с этой точки зрения является жирорастворимый аскорбилпальмитат Е304 (рис. 1.5.1.3). Будучи высокоэффективным подкислителем, снижающим значение рН среды, аскорбиновая кислота способствует увеличению срока хранения пищевых продуктов. Добавление аскорбиновой кислоты в мясопродукты позволяет обеспечить устойчивый и равномерный цвет посола, исключить образование канцерогенных нитрозаминов, стабилизировать цвет продукта за счет замедления перехода нитрозомиоглобина в метмиоглобин [105, 109] .
Аскорбиновая кислота проявляет выраженное ингибирующее действие в отношении окисления миоглобина, особенно в сырых мясопродуктах, в том числе упакованных в модифицированной газовой среде. В то же время в отношении ингибирования окисления жиров ее присутствие не играет существенной роли без добавления других антиокислителей [109].
Следует учитывать, что для эффективного сдерживания окисления пигментов и липидов должна использоваться надлежащая концентрация аскорбиновой кислоты и ее производных.
Шайвес и др. исследовали влияние различных дозировок аскорбиновой кислоты и аскорбата натрия на изменение органолептических характеристик и ТБЧ говяжьего фарша [83]. Результаты исследования показали, что" аскорбиновая кислота, добавляемая»в говяжий фарш в концентрациях 0,05 и 0,1%, продляет время его нахождения на прилавке, что было установлено при визуальной оценке цвета, спектрофотометрических анализах цвета и по значениям ТБЧ при сравнении с контрольными образцами и уровнем 0,01% после 5 дней нахождения фарша на прилавке. Добавление 0,005% аскорбиновой кислоты в говяжий фарш приводит к более высоким показателям ТБЧ, чем в контрольном образце. Также было установлено, что аскорбиновая кислота действовала как проокислитель в модельных системах при высокой концентрации (выше 0,5%) и низкой концентрации (до 0;0176%) со следами ионов металлов [83].
В работе [120] также было отмечено, что действие витамина С (аскорбата) как антиокислителя или проокислителя может зависеть от концентрации, присутствия ионов тяжелых металлов и содержания токоферола в мясе.
Слабая эффективность и возможность проявления проокислительного эффекта в случае использования аскорбиновой кислоты были показаны и при изготовлении кулинарных изделий. Из мяса цыплят на следующий день после убоя готовили фрикадельки по рецептуре, представленной в табл. 1.5.1.1
Организация и постановка экспериментов
В настоящей работе использовались следующие методы исследования: определение массовой доли жира по ГОСТ 23042-86 (1); определение массовой доли влаги по ГОСТ 9793-74 (2); определение жирнокислотного состава по ГОСТ Р 51483-99 (3); определение кислотного числа — методом, основанным на титровании свободных жирных кислот в эфироспиртовом растворе жира водным раствором щелочи. Эфир служит растворителем жира, а этанол применяют для гомогенизации системы, образуемой водным раствором щелочи и жиром в процессе титрования. (Журавская Н.К. и др., 1985) (4); определение перекисного числа - методом, основанным на окислении йодисто-водородной кислоты пероксидами, содержащимися в жире, с последующим оттитровыванием выделившегося йода тиосульфатом натрия (Журавская Н.К. и др., 1985) (5); - определение тиобарбитурового числа - методом, основанным на образовании окрашенных веществ в результате взаимодействия продуктов окисления жира с 2-тиобарбитуровой кислотой и на измерении интенсивности окраски на спектрофотометре (Журавская Н.К. и др., 1985) (6); - определение цветовых характеристик (L, а, В, S, Н и др.) с помощью спектроколориметра "Спектротон", принцип работы которого основан на одновременном измерении коэффициентов отражения образцов на 24 фиксированных длинах волн, расположенных через 13 нм в видимой области спектра от 380 до 720 нм, с последующей обработкой результатов измерения микропроцессорным контроллером, встроенным в измерительный блок. Прибор измеряет: координаты цвета МКО (1931 г.) - X, Y, Z; координаты цветности - х, у, z; координаты цвета CIELab (1976 г.) - L (светлота), а (краснота), b (желтизна); насыщенность - S; оттенок - Н; желтизна — G и другие показатели (7); - определение устойчивости цвета готовой продукции к воздействию света - образцы в виде ломтиков со свежего среза готовой продукции толщиной не менее 1 см помещали под источник света в течение одного часа. После этого определяли цветовые характеристики визуально и на приборе «Спектротон» (8); - активность воды определяли на приборе AWK - 20 (9);
Определение хронической токсичности. Материалом для исследования служили белые беспородные крысы. Все животные были разбиты на 3 серии. В первой животные получали 15 г полукопченой, колбасы (без ДГК) на голову, во второй - 15 г полукопченой колбасы (с ДГК) на голову. Третью группу составили контрольные животные. Кормление экспериментальными рационами продолжали в течение 4 недель (хронический эксперимент).
При проведении исследования хронической токсичности все кормовые смеси готовили ex tempore простым перемешиванием компонентов, в расчетных пропорциях. На каждое животное приходилось по 50 г кормов без ограничения воды. В ходе эксперимента анализировали поведенческие реакции крыс, их внешний вид, а также массу тела и ее среднесуточный прирост. Забой крыс для отбора крови, взвешивания внутренних органов и проведения гистологического исследования паренхиматозных органов (сердце, почки, печень, селезенка) проводили декапитацией в условиях эфирного раух-наркоза. После забоя животных проведено их патологоанатомическое исследование. Отбор крови для клинического и биохимического исследований проводили из желудочков сердца у ненаркотизированных животных.
Определение эффективной дозировки ДГК на примере мяса птицы механической обвалки
Дозировка 0,006% ДГК к массе жира, как видно из полученных результатов рис.4.2.2, также не была достаточно эффективной для торможения накопления продуктов окисления. К 50 суткам хранения по всем исследуемым показателям образец №2 почти соответствовал образцу №1 (контроль).
В опытных образцах №3, №4 и №5 накопление перекисей протекало значительно медленнее, чем у первых двух образцов. Накопление перекисей в образцах №3, №4 и №5 на протяжении всего срока хранения происходило с примерно равной скоростью. Разница в значении ПЧ к 50 суткам была не больше 1, 5 ммоль акт Ог Гидролитический распад жира в модельных образцах мяса птицы механической обвалки в процессе хранения приводил к накоплению свободных жирных кислот, что увеличивало значение кислотного числа. Образцы с содержанием 0,02%, 0,04% и 0,06% ДГК к массе жира были устойчивыми к накоплению свободных жирных кислот и на 50 сутки хранения не значительно превысили допустимую норму.
Накопление продуктов вторичного распада жиров в образцах №3-5 происходило гораздо медленнее, чем у первых двух образцов. При хранении
образцов в течение 50 суток была отмечена устойчивость к накоплению малонового альдегида.
По органолептическим показателям (внешний вид, запах, цвет) на пятнадцатые сутки хранения контрольный образец и образец с 0,006% ДГК к массе жира соответствовали по своим характеристикам опытным образцам с 0,02%, 0,04% и 0,06% к 50 суткам хранения. Уже на 30-е сутки хранения у первых двух образцов было отмечено наличие ярко-выраженного постороннего запаха, что, по-видимому, было связано с накоплением продуктов окисления жиров и микробиологической порчей.
Изменения цветовых характеристик проводили на приборе «Спектротон» в течение всего срока хранения. Органолептические данные подтверждены результатами, определения устойчивости L (светлоты), а (красноты) и b (желтизны), представленными в таблице 4.2.1.
Полученные результаты позволяют сделать вывод, что образец без внесения ДГК соответствовал установленным нормам в течение первых 20 суток хранения. Несмотря на то, что дозировка 0,006% к массе жира-сырца, была эффективна, внесения 0,006% ДГК к массе жира мяса механической обвалки было недостаточно для интенсивного снижения окислительной порчи.
Добавление спиртового раствора содержащего 0,02%, 0,04% и 0,06% ДГК к массе жира мяса птицы механической обвалки существенно тормозило процессы окисления, что было подтверждено и органолептическими і исследованиями. Причем с увеличением дозы внесения ДГК не было отмечено существенного торможения окислительной порчи, исходя из полученных результатов, целесообразно выбрать для дальнейших исследований дозировки 0,02%, 0,04% ДГК к массе жира. Дозировка более 0,04% к массе жира экономически не оправдана.
Проведенные исследования по выбору дозы внесения ДГК на примере жира-сырца и мяса птицы механической обвалки позволили предположить, что эффективная дозировка ДГК зависит не только от содержания жира, но и от активности воды в продукте.
Известно, что активность воды влияет на скорость ряда биохимических реакций, отвечающих за негативные изменения качества пищевых продуктов, в том числе и на скорость окислительных процессов. Увеличение скорости окислительных реакций, по всей видимости, обусловлено повышением мобильности реагирующих веществ в результате увеличения общего содержания влаги в продукте.
С целью подтверждения этой гипотезы и объяснения более высокой дозировки ДГК, выбранной для мяса птицы механической обвалки, была изучена динамика накопления продуктов окисления в модельных образцах мясного фарша, характеризующегося различными значениями активности воды.
Модельные образцы фарша готовили из говядины высшего сорта и свиного шпика в следующих соотношениях: образец №1 - 80:20, образец №2 - 50:50; образец №3 - 20:80. В измельченный свиной шпик перед перемешиванием с измельченной говядиной высшего сорта вносили 25%-ный спиртовой раствор, с содержанием ДГК 0,006% к массе жира. В таблице 4.3.1 приведен химических состав модельных образцов фарша.
Исследование хронической токсичности полукопченых колбас с ДГК
Из литературных источников известно [96], что кверцетин и сходные с ним по строению флавоноиды, обладают мутагенным и карцерогенным действием. В связи с этим были проведены исследования по определению токсичности дигидрокверцетина.
В течение всего эксперимента у животных контрольной и опытных групп не отмечалось каких-либо различий в поведенческих реакциях. Внешний осмотр крыс показал общее хорошее состояние животных, нормальный волосяной покров и отсутствие признаков воспалительных реакций слизистых оболочек. Сохранность подопытных животных во всех группах была полной (100 %).
Динамика прироста живой массы в контрольной и опытных группах в процессе проведения хронического биологического эксперимента представлена на рис. 5.1.1., где контрольная группа (общевиварный корм), первая группа (рацион с полукопченой колбасой без ДГК), вторая группа (рацион с полукопченой колбасой с внесением ДГК). Как видно из представленных данных привесы опытных групп животных выше, чем у контрольной группы. У группы животных, получавших колбасу, содержащую ДГК, привесы составили на 5,5% больше к концу эксперимента по сравнению с контрольной группой.
Патологоанатомическое исследование животных опытных и контрольной групп после забоя не продемонстрировало каких-либо внешних проявлений воспалительных или иных патологических процессов во внутренних органах - пищеварительном тракте, поджелудочной железе и печени, дыхательной системе, органах кровообращения и кроветворения, мочевыделительной системе.
При гистологическом исследовании печени, сердечной мышцы, почек и селезенки экспериментальных животных во всех сериях опытов и на всех сроках не выявлено признаков каких-либо патологических изменений и отличий от структуры тех же органов у контрольной группы крыс.
Печень - анализ структуры паренхимы позволил сделать следующее заключение. Структура печеночных балок, форма и размеры гепатоцитов не изменялись, отеков цитоплазмы и гидропических вакуолей не обнаруживалось. Накопление в гепатоцитах липидов и признаков-жировой дистрофии печени не выявлено. Междольковые трабекулы были без изменений. Отмечено нормальное строение эндометрия сосудов и типичное расположение купферовских клеток.
Сердце - эпикард был без видимых изменений. Эндокард, подэндотелиальный слой и миокард были без изменений. Кардиомиоциты сохранили нормальное строение. Капилляры миокарда умеренного кровенаполнения.
Селезенка - в капсуле селезенки сохранилась нормальная структура мезотелия и волокнистой соединительной ткани. Трабекулы имели нормальное строение и размеры. Соотношение белой и красной пульпы не выходило за пределы нормальных физиологических колебаний. Лимфатические фолликулы селезенки были без изменений. Центральные артерии умеренного кровенаполнения, венозные синусы были без изменений. Было отмечено наличие единичных макрофагов, лейкоцитов, мегакарицитов и эритроцитов. Центральные, пульпарные и проникающие в трабекулы артерии умеренного кровенаполнения. Эндотелий синусов и сосудов нормального строения. Артериальные гемокапилляры без изменений.
Почки - было отмечено типичное деление на корковое и мозговое вещество. В мозговом веществе отмечено нормальное пирамидальное строение паренхимы. Почечные канальцы и клубочки были без изменений. Сохранилось нормальное кровенаполнение терминальных, дуговых, междольковых и прямых артерий. Венозная система без изменений. Интерпретация клинического анализа крови
Клинический анализ крови показал, что в 1-й группе, по сравнению с контрольной группой, наблюдалось снижение количества эритроцитов и гемоглобина в крови (возможно угнетение гемопоэза).
Количество лейкоцитов - в пределах нормы для животных всех групп. В группе №1 имелось животное, в крови которого были обнаружены микрококки. На внутренних органах этого животного были обнаружены множественные абсцессы. Все это говорит о том, что у животного был сепсис.
В группах №1 и 2 в крови обнаруживались микроциты, акантоциты и эритробласты.
Интерпретация биохимического анализа крови
По результатам биохимического анализа крови, в первой группе значимых отличий по сравнению с контролем по содержанию общего белка не обнаружено. Во второй группе отмечено снижение общего белка, причем за счет содержания глобулинов (об этом говорит повышение А/Г коэффициента).
О патологоанатомическом и гистологическом изучении внутренних органов крыс, которым в течение месяца в обычный рацион питания включали полукопченую колбасу, содержащую ДГК (первая группа). Полученные данные свидетельствуют об отсутствии у испытуемых рационов кумулятивного токсического действия, что позволяет рекомендовать ДГК для дальнейшего испытания. В то же время наличие аллергических реакций.у животных диктует необходимость специальных дополнительных исследований.
Таким образом, проведенные исследования физиологических и микроструктурных характеристик лабораторных животных в хроническом эксперименте с добавлением ДГК в рецептуру колбасных изделий свидетельствуют о возможности её использования в рационах животных после дополнительной проверки.
