Содержание к диссертации
Введение
Обзор литературы 11
1.1 Современное представление о продуктах функционального питания 11
1.2 Состояние вопроса о пищевых красителях из растительного сырья
1.3 Характеристика бузины и боярышника, как источников биологически активных веществ
1.4 Антоцианы, их строение и свойства 30
1.5 Способы получения красных натуральных пищевых красителей 35
1.6 Способы интенсификации процесса экстракции 39
Выводы по главе 1 46
Объекты и методы исследований 48
2.1 Объекты исследований 48
2.2 Методы исследований, постановка эксперимента 48
2.3 Постановка эксперимента 51
Разработка технологии получения красного пищевого красителя 53
3.1 Выбор экстрагента и параметров, влияющих на процесс извлечения антоцианов 53
3.2 Математическая модель процесса экстракции полифенолов из плодов бузины и боярышника и определение оптимальных режимов экстракции 62
3.3 Предварительная обработка сырья и интенсификация процесса экстракции 69
3.3.1 Предварительное замораживание сырья 69
3.3.2 Предварительная обработка плодов ультразвуковым полем.. 72
3.3.3 Предварительная обработка плодов СВЧ-полем 75
3.3.4 Предварительная обработка плодов лазерным излучением.. 78
3.4 Получение концентрированного пищевого красителя 81
3.5 Разработка технологии получения красителей 83
Пути использования пищевых красителей в качестве добавки в пищевые продукты с целью повышения их биологической ценности 93
4.1 Обоснование выбора пищевых продуктов для применения полученных красителей 93
4.2. Определение оптимальных доз красителя 94
Выводы 97
Литература 99
Приложения 116
- Состояние вопроса о пищевых красителях из растительного сырья
- Методы исследований, постановка эксперимента
- Математическая модель процесса экстракции полифенолов из плодов бузины и боярышника и определение оптимальных режимов экстракции
- Определение оптимальных доз красителя
Введение к работе
Мировые тенденции в области питания связаны с созданием продуктов, способствующих улучшению здоровья при ежедневном употреблении, так называемых функциональных продуктов питания. Термин «функциональные продукты» всё активнее входит в нашу повседневную жизнь, становясь понятным и привычным. Научно-практические конференции и симпозиумы по биологически активным добавками и продуктам функционального питания стали традиционными. Разработаны и приняты постановления правительства, санитарные нормы и правила, различные приказы и методические указания Минздрава России по получению и применению БАД к пище и функциональным продуктам питания. Требования к БАД постоянно ужесточаются и подвергаются дальнейшему законодательному урегулированию. Чем же вызван такой интерес к этой области пищевой индустрии и гигиены питания.
В последние десятилетия во всем мире, и в том числе в Российской Федерации, повысилось внимание людей к своему здоровью. Питание — важнейший фактор внешней среды, от которого решающим образом зависит здоровье и благополучие человека.
Потребность в пище — извечная потребность всего живого. Однако наука о питании не есть набор раз и навсегда установленных истин. Физиологические потребности человека в основных пищевых веществах и энергии изменяются вместе с изменениями условий труда и быта. Не остаются неизменными набор и качество продовольственного сырья и продуктов питания, технологические приемы их переработки и хранения, существенно влияющие на химический состав и пищевую ценность этих продуктов.
Полноценное и сбалансированное (адекватное) питание способствует действенной профилактике целого ряда заболеваний, повышению иммунитета в отношении неблагоприятного воздействия окружающей среды,
укрепляет способность представителей человеческой популяции к нормальному воспроизводству, полноценному росту и развитию детей.
Результаты исследования структуры питания современного человека свидетельствуют о недостаточности потребления незаменимых компонентов пищи. Прежде всего, это связано с тем, что из-за малоподвижного образа жизни уменьшился объём пищи, который съедает человек в течение суток. Это общая мировая тенденция. Во-первых, стало необходимо, чтобы в этом небольшом объеме содержалось как можно больше эссенциальных веществ, чтобы дневной рацион содержал все необходимые микронутриенты. Во- вторых, применение современных, экономически целесообразных технологий выращивания, транспортировки, переработки, хранения и распределения исходного сырья и приготовления пищи также приводит к потере незаменимых для жизнедеятельности ингредиентов. В-третьих, воздействие неблагоприятных факторов внешней среды и негативных факторов антропогенного характера предопределяет возрастание потребности организма в незаменимых биологически активных веществах. И, наконец, отклонение фактического питания от рекомендуемых норм потребления обусловлено местными, климатическими, национальными и социальными особенностями жизни населения.
В результате снижается сопротивляемость организма к воздействию неблагоприятных факторов среды обитания, формируется астеничность, синдром хронической усталости, понижаются умственная и физическая активность. Всё чаще человечество встречается с нарушениями обмена веществ, аллергиями и с возникновением новых, неизвестных патологий, в том числе влияющих на генетический наследственный аппарат живых организмов.
С целью ликвидации или снижения выраженности дефицита в незаменимых компонентах пищи основные усилия специалистов в области здорового питания направлены на увеличение выпуска традиционных пищевых продуктов с дополнительными функциональными характеристиками (функциональные продукты питания), которые, не являясь лечебными, помогали бы сохранить и укрепить здоровье людей.
Один из путей получения продуктов функционального питания - это создание разнообразных добавок, обладающих технологическими и физиологическими свойствами.
Актуальность темы. Сырьевые ресурсы Дагестана чрезвычайно богаты многообразными видами дикорастущего сырья. Многие виды сырья являются настоящей кладовой биологически активных веществ, которые обладают ясно выраженным физиологическим действием на человеческий организм. К таким культурам относятся боярышник черный (Crataegus nigra) и бузина черная (Sambucus nigra), естественные запасы которых позволяют заготавливать их не только для местных нужд, но и в промышленном масштабе.
Цветки и плоды этих растений используются в народной медицине с глубокой древности. Это ценное пищевое и лекарственное сырье, источник витаминов, углеводов, белков, органических кислот, минеральных и других необходимых человеку веществ. Прекрасные поставщики весьма дефицитных полифенолов, обладающих гипотензивным и капиляроукрепляющим действием, пектиновых веществ, обладающих радиопротекторными свойствами и способствующих выведению из нашего организма солей тяжелых металлов, что дает основание использовать эти плоды для производства биологически активных добавок с целью получения продуктов функционального назначения. Кроме того, благодаря содержащимся в этих плодах антоцианам, бузина и боярышник черный используются как сырье для получения пищевых красителей с широким цветовым диапазоном - от фиолетового до красного.
Однако существующие на сегодняшний день технологии производства красителей из плодов бузины и боярышника имеют ряд недостатков (энергоемкость, трудоёмкость, длительность процесса экстракции) и требуют усовершенствования на базе использования современных приемов производства.
Следовательно, необходимость проведения исследований по разработке навой безотходной усовершенствованной технологии получения пищевых красителей из дикорастущего сырья и разработка технологии получения пищевых продуктов, обогащенных их биологически активными веществами очевидна, актуальна и имеет важное научно-практическое значение.
Цель и задачи исследования. Цель работы - провести исследования по интенсификации процесса экстракции красящих веществ из плодов бузины и боярышника черного. Разработать новую эффективную безотходную технологию получения комплексных пищевых добавок, выполняющих технологические и физиологические функции при внесении их в пищевой продукт. Определить пути использования полученных добавок для создания продуктов функционального назначения, отвечающих современным требованиям науки о питании человека, способствующие расширению ассортимента и повышению качества изделий.
В соответствии с поставленной целью при выполнении работы решались следующие задачи:
• обосновать необходимость проведения исследований в области получения новых комплексных пищевых добавок и красителей с целью расширения сырьевой базы и ассортимента выпускаемых функциональных продуктов питания;
осуществить выбор оптимального растворителя;
исследовать процесс экстракции комплекса биологически активных соединений из изучаемого сырья и математическое моделирование этого процесса;
установить оптимальные технологические режимы экстракции;
исследовать влияние способов предварительной обработки сырья на интенсификацию процесса экстракции;
разработать и провести апробацию технологии получения натурального пищевого красителя из плодов боярышника и бузины;
изучить возможность использования полученного комплекса соединений в качестве биологически активных добавок;
разработать проекты нормативной документации на технологию получения пищевых красителей и биологически активных добавок из исследуемого сырья.
Научная новизна работы состоит в следующем:
• на основании теоретических и экспериментальных данных научно обоснован оптимальный растворитель красящих веществ плодов бузины и боярышника;
впервые получены уравнения регрессии, адекватно описывающие процесс экстракции красящих веществ из плодов боярышника и бузины на заданных интервалах изменения факторов, позволяющие определить степень извлечения пигментов в зависимости от условий ведения процесса;
решена задача оптимизации процесса экстракции красящих веществ и определены оптимальные режимы экстрагирования при одноступенчатой экстракции выявлены закономерности влияния некоторых физических способов предварительной обработки исследуемого сырья на интенсификацию процесса экстракции;
научно обоснована разработка промышленной технологии получения биологически активных соединений и пищевых красителей из плодов бузины и боярышника.
Научная новизна работы подтверждена положительными решениями по поданным заявкам на патенты № 2003114589 от 16. 05. 03 г и № 2003114590 от 16.05.03 г.
Практическая значимость работы. На основании анализа теоретических данных и проведенных экспериментальных исследований:
определены рациональные режимы экстрагирования биологически активных соединений из плодов бузины и боярышника;
разработаны технологии получения пищевых красителей из плодов бузины и боярышника;
предложены различные способы предварительной обработки сырья с целью совершенствования технологии получения биологически активных соединений и пищевых красителей из плодов бузины и боярышника;
разработаны проекты нормативной документации на технологию получения пищевых красителей и биологически активных добавок из плодов бузины и боярышника.
получено 2 положительных решения по поданным заявкам на патенты составлены операторная модель технологической системы производства пищевого красителя из плодов бузины и боярышника и машинно - аппаратурная схема линии получения пищевых красителей из плодов бузины и боярышника.
Апробация работы. Материалы диссертационной работы докладывались на: Всероссийской научно-практической конференции «Химия в технологии и медицине» (Махачкала, ДГУ, 2001 г); Межрегиональной юбилейной научно-практической конференции «ВУЗ и АПК: задачи, проблемы и пути решения» (Махачкала, ДГСА, 2002 г); Научно-технической конференции профессорско-преподавательского состава ДГТУ (Махачкала, ДГТУ, 2003 г); Международной научной конференции «Прогрессивные пищевые технологии - третьему тысячелетию» (Краснодар, КГТУ, 2000 г); XXXVIII юбилейной отчетной научной конференции за 1999 г (Воронеж, ВГТА, 2000 г); Международной конференции «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке» (Санкт-Петербург, СбПГУНиПТ, 2001 г); Российской научно-практической конференции «Физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромышленном комплексе» (Ставрополь, СГСХА, 2001 г); Всероссийской научно-практической конференции «Продовольственная безопасность как важнейший фактор национальной безопасность страны и роль информационно-консультационных служб АПК в её обеспечении» (Пенза, ПДЗ, 2002 г); Международной научной конференции «Биохимия -медицине» (Махачкала, ДГМА, 2002 г); Межрегиональной научно-практической конференции «Региональные производители: их место на современном рынке товаров и услуг» (Красноярск, КГТЭИ, 2003 г); II Российской научно-практической конференции «Физико-технические проблемы создания новых технологий в агропромышленном комплексе». (Ставрополь, СГАграрнУ, 2003 г); X Международной научно-практической конференции «Стратегия развития пищевой промышленности» (Москва, МГУТУ, 2004 г).
Публикации. По теме диссертации опубликовано 25 работы, получено 2 положительных решения по заявкам на патенты.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, списка использованной литературы, приложений.
Материал изложен на 160 страницах компьютерного текста, содержит 4 таблицы, 28 рисунков, 5 приложений. Список использованной литературы включает 206 наименований работ отечественных и зарубежных авторов.
На защиту выносятся результаты исследований:
- выявление оптимального растворителя красящих веществ плодов бузины и боярышника;
- разработанная математическая модель процесса экстракции биологически активных соединений и красителей из исследуемого сырья;
- технологии получения пищевых красителей из дикорастущих плодов бузины и боярышника;
- направления использования полученных пищевых добавок для расширения ассортимента функциональных продуктов питания.
Состояние вопроса о пищевых красителях из растительного сырья
Все люди чувствительны к цвету, который может стимулировать или угнетать аппетит. Цвет является самым первым признаком, по которому мы оцениваем качество, пригодность продукта питания или напитка, а также их вкус. Именно цветовая гамма в значительной мере предопределяет привлекательность и разнообразие ассортимента продуктов питания. Высококачественные пищевые продукты гармонично сочетают форму, вкус, аромат и окраску. Без любой из этих характеристик продукт перестает пользоваться спросом. Даже самый сбалансированный и полезный пищевой продукт не будет покупаться, если он имеет непривлекательный вид.
На протяжении веков и тысячелетий красители в той или иной форме столетиями использовались для подкрашивания пищи. Известно [48], что египтяне окрашивали сладости и вино еще за 400 лет до Рождества Христова. В средние века в использовании красителей для пищевых продуктов принимали участие врачи. Позже этим стали заниматься ремесленники (повара, кондитеры), а основные медицинские рекомендации уже не учитывались [35, 41]. Для окраски применялись исключительно натуральные красители из специй, ягод и трав. Только в течение последних 100 лет вслед за открытием первого искусственного красителя Сэром Уильямом Перкиным и последовавшим за этим бурным развитием органической химии синтетические красители существенно потеснили натуральные пигменты [99]. В XX веке применение искусственных красителей постоянно увеличивалось в основном благодаря их яркости, стойкости, доступности и относительно невысокой себестоимости. Существовавшие в тот период в большинстве стран законодательные акты о применении красителей для пищевых продуктов базировались на принципе так называемых негативных списков. То есть, то что не запрещено, то разрешено использовать. Однако во всех развитых странах мира более детальное токсикологическое изучение применяемых синтетических красителей привело к уменьшению количества разрешённых пищевых красителей [15, 53, 71, 76, 137, 144,145].
Экспертным комитетом ФАО-ВОЗ по пищевым добавкам в 1962-1981 гг. после токсикологической оценки пищевых красителей был составлен список красителей, рекомендуемых для применения в пищевой промышленности [137]. И каждая страна имела свой список разрешенных пищевых красителей.
В настоящее время применение красителей в пищевых продуктах в странах, входящих в Евросоюз, регламентируется директивой Совета 94/36/ЕС от 30 июня 1994 г [191], в которой сводятся воедино законодательные акты каждой отдельной страны, и детализируются данные об этих красителях. В Европейском Союзе утверждено 43 красителя, каждому из которых присвоен номер согласно цифровой кодификации пищевых добавок Е100 - Е182 [48]. В России разрешено к применению в пищевых продуктах 54 красителя [146].
Красители должны вводится в пищевые продукты в минимально необходимых для достижения технологического эффекта количествах, но не более установленных пределов. В настоящее время при производстве пищевых продуктов предъявляются жесткие требования к пищевым добавкам и в том числе к пищевым красителям. Основные из них [2, 76]: - безвредность в применяемых дозах, в том числе отсутствие канцерагенности, мутагенности, явно выраженной биологической активности; отсутствие взаимодействия с пищевыми продуктами; стабильная красящая способность (устойчивость к действию света, изменению рН-среды, действию окислителей и восстановителей, повышению температуры и т.д.); высокая степень окрашивания при малых концентрациях красителя; способность растворяться в воде и жирах, а так же равномерно распределяться в массе пищевых продуктов; отсутствие посторонних запахов и вкусов. Красители, используемые для пищевых продуктов, подразделяются в зависимости от их происхождения на три группы [37]: синтетические — содержат молекулы пигментов, не встречающихся в природе. идентичные натуральным — содержат пигменты, идентифицированные в пищевых продуктах, но полученные методами химического или биохимического синтеза; - натуральные — содержат пигменты природных источников растительного, животного или минерального происхождения. Иногда их подвергают химической модификации для улучшения технологических и потребительских свойств.
Согласно Директиве Совета ЕС регламентировано применение в пищевых продуктах 17 синтетических красителей [48]. С химической точки зрения органические синтетические пищевые красители можно разделить на 5 классов: азокрасители (тартразин, понсо 4R, черный блестящий PN, кармуазин, желтый «солнечный закат»), триарилметановые (патентованный синий V, зеленый S, зеленый прочный FCF, коричневый НТ), ксантеновые (эритрозин, красный 2G, очаровательный красный АС), хинофталоновые (желтый хинолиновый) и индигоидные красители (индигокармин) [23, 42]. Они не обладают биологической активностью и не содержат ни вкусовых веществ, ни витаминов. При этом они обладают значительными технологическими преимуществами по сравнению с натуральными, поскольку менее чувствительны к условиям технологической переработки и хранения, а также дают яркие, легко воспроизводимые цвета.
Однако наибольшим потребительским спросом обладают продукты, имеющие «полнокровные», насыщенные и теплые тона, которые воссоздают первоначальный цветовой образ продукта, потерянный в процессе технологической переработки. Чаще всего этого эффекта можно добиться, используя натуральные пищевые красители. Во многих случаях чересчур яркий, холодный и неестественный цвет продуктов, получающийся в результате применения искусственных красителей (особенно это касается безалкогольных напитков), вызывает у потребителя недоверие.
В отличие от синтетических, натуральные красящие вещества обладают пищевой и биологической ценностью. Их ценность определяется не только наличием питательных веществ, приятным вкусом и ароматом, но и высоким содержанием биологически активных компонентов: витаминов, гликозидов, органических кислот, ароматических веществ, микроэлементов [168,41]. Обладая биохимической полифункциональностью, растительные пигменты, кроме эффекта окрашивания, могут в зависимости от структурных особенностей проявлять антиоксидантные свойства и антимутагенное действие (куркумин), связывать радионуклиды и ионы тяжелых металлов (особенно антоциановые пигменты), проявлять витаминную активность (рибофлавин и каротиноиды) и тем самым повышать адаптивные возможности организма человека в условиях загрязнения окружающей среды. Многие природные красители обладают антимикробной активностью, предотвращают порчу пищевых продуктов [ 142,23,163,164].
Они принадлежат к числу естественных компонентов пищевых продуктов, входящих в обычный рацион человека; безвредность их не вызывает никакого сомнения, так как адаптация человеческого организма к естественным природным веществам совершалась на протяжении многих поколений.
Методы исследований, постановка эксперимента
Исследования качественных показателей свежих ягод бузины и боярышника и экстрактов из них проводили в лабораторных условиях с использованием физико-химических и органолептических методов по следующим методикам:
1. Органолептические показатели - по ГОСТ 21536-76 Е «Плоды бузины», ГОСТ 3852-93 «Плоды боярышника», ГОСТ 8756.1-79 «Продукты пищевые консервированные. Методы определения органолептических показателей, массы нетто или объема и массовой доли составных частей», по ГОСТ 8756.11-70 «Продукты переработки плодов и овощей. Методы определения прозрачности соков и экстрактов, растворимости экстрактов»;
Физико - химические показатели: 1. Содержание сухих веществ — методом высушивания до постоянной массы по ГОСТ 28561-90 «Продукты переработки плодов и овощей. Метод определения сухих веществ и влаги» и по ГОСТ 29030-91 «Продукты переработки плодов и овощей. Пикнометрический метод определения относительной плотности и содержания растворимых сухих веществ»; 2. Массовую долю растворимых сухих веществ - по ГОСТ 28562-90 «Продукты переработки плодов и овощей. Рефрактометрический метод определения растворимых сухих веществ»; 3. Содержание общего количества Сахаров - по ГОСТ 8756.13-87 «Продукты переработки плодов и овощей. Методы определения Сахаров»; 4. Массовую долю инвертного сахара - по ГОСТ 6687.1-87 «Напитки безалкогольные, сиропы, концентраты и экстракты квасов. Метод определения инвертного сахара»; 5. Массовая доля титруемых кислот - по ГОСТ 25555.0-82 «Продукты переработки плодов и овощей. Метод определения титруемых кислот»; 6. Активная кислотность (рН) - по ГОСТ 26188-84 «Продукты переработки плодов и овощей, консервы мясные и мясорастительные. Методы определения рН»; 7. Массовую долю золы - по ГОСТ 25555.4-91 «Продукты переработки плодов и овощей. Метод определения золы и щелочности общей и водорастворимой золы»; 8. Содержание красящих веществ в красителях — фотоэлектроколоримет-рическим методом по сульфату кобальта [159]. Количество красящих веществ в сырье определяли следующим образом [140]: навеску 2,5 г измельченного сырья помещали в мерную колбу вместимостью 250 мл и заливали до метки 1% соляной кислотой, (что соответствует 10 г сырья на 1000 мл растворителя). Колбу взбалтывали в течение 10-15 минут и подогревали 40-50 минут в водяной бане до 50 С. Затем колбу с содержимым оставляли на 30-40 минут и готовили стандартный раствор сернокислого кобальта (CoSOA»7H20), 20 г которого растворяли в дистиллированной воде в химическом стакане, переносили в мерную колбу вместимостью 1000 мл и доводили водой до метки. По интенсивности окраски этот раствор соответствует 22 мг красящего вещества - энина.
Раствор красителя фильтровали. Интенсивность окраски исследуемого и стандартного раствора сравнивали на фотоэлектроколориметре. Оптическую плотность определяли при зеленом светофильтре. Вместимость кювет - 20 мл.
Работа осуществлялась на кафедре технологии и машин пищевых производств Дагестанского государственного технического университета в период 1998-2003 г.
Исследования проводились на ягодах бузины и боярышника трех сезонов 1999 — 2002 г. Ягоды заготавливались в количестве 10 - 15 кг (5 бузины и 10 боярышника) в октябре - ноябре месяцах. Их предварительное хранение до переработки осуществлялось в холодильнике при температуре 0....+2С в герметично закрытой стеклянной таре либо в замороженном виде.
Комплексная схема проведения экспериментов представлена на рис.2.1. Достоверность полученных экспериментальных данных обеспечивалась 3-5 кратной повторностью выполняемых опытов. В случае необходимости большей повторности определений, из-за недостаточной сходимости результатов в сериях повторных опытов, применялась статистическая обработка полученных величин. Математическая обработка экспериментальных данных осуществлялась по распределению Стьюдента [33].
Математическая модель процесса экстракции полифенолов из плодов бузины и боярышника и определение оптимальных режимов экстракции
Специфика пищевого производства обуславливает следующие характерные черты технологического потока [104]: Большое число факторов, влияющих на ход процессов, отсутствие контроля над чистотой возмущающих воздействий; Ограниченность теоретических представлений и неполнота информации о законах связи между параметрами процессов и их характеристиками; Сравнительно медленное протекание процессов и значительное запаздывание во времени между контролем параметров на входе и его характеристик на выходе; Сравнительно узкие пределы колебаний параметров процессов при установившемся режиме потока. В связи с этим для исследования режимов технологического потока весьма перспективны математические методы планирования многофакторного эксперимента.
Решение задачи оптимизации процесса экстракции требует построения математического описания этого процесса. При этом сложность анализа и расчета процесса экстрагирования состоит в том, что, с одной стороны, на скорость процесса влияет множество факторов, а с другой — многие из факторов, ускоряя процесс на одной из стадий, тормозят его на других. Так, например, дробление материала увеличивает поверхность раздела фаз (уменьшая внутреннее диффузионное сопротивление), что способствует ускорению экстрагирования, однако при этом, в зависимости от степени дробления, слой частиц может стать более плотным, что ухудшает контакт частиц с окружающей жидкостью, может привести к неравномерности процесса в отдельных зонах слоя частиц и ухудшить массообмен от частиц к жидкости, то есть затормозить другую стадию процесса. Кроме того, дробление затрудняет отделение жидкости от твердых частиц и требует значительных энергетических затрат, что определенным образом влияет на эффективность процесса [94]. Условия экстракции должны быть подобраны так, чтобы гарантировать экстрагирование всех видов антоцианов при минимальном экстрагировании балластных веществ. Необходимо также предупредить разрушение антоцианов ферментативным и неферментативным путем во время самой экстракции.
Математическая модель позволяет всесторонне исследовать процесс с точки зрения влияния на него различных переменных, которые были включены в эксперимент. Планирование многофакторного эксперимента требует проведения «активных» экспериментов и предусматривает экспериментирование при непрерывном «покачивании» процесса в «окрестностях» нормального режима работы линии с целью выделения статистически значимых коэффициентов при факторах в уравнениях, которые и составляют математическую модель [104]. В качестве основных факторов, влияющих на процесс экстракции, были выбраны - гидромодуль экстракта \ (Xi); время экстрагирования т, ч (Хг); температура экстрагирования Т, С (Х3); концентрация спирта в экстрагенте С, % (ХД которые варьировались на 5 уровнях. Под гидромодулем понимается соотношение сырья к экстрагенту. Значения пределов изменения факторов были получены на основании предварительных экспериментов, описанных выше. Пределы изменения этих факторов представлены в таблице 3.2.
В качестве выходного параметра У использовали концентрацию красящих веществ в экстракте, ед. ОП/г. Применялась одноступенчатая экстракция.
Математическое описание исследуемого процесса было получено эмпирически, при этом математическая модель имела вид уравнения регрессии, найденного статистическими методами на основе эмпирических данных.
При обработке экспериментальных данных для уровня значимости Р = 0,05 применяли следующие статистические критерии: критерий Стьюдента - для оценки значимости рассчитанных коэффициентов, критерий Фишера - для оценки адекватности полученных уравнений регрессии [26].
В результате статистической обработки экспериментальных данных получено уравнение регрессии, описывающее изучаемый процесс под влиянием исследуемых факторов. Как показывают данные таблицы 3.3, разница между расчетными и экспериментальными значениями незначительна и поэтому полученная математическая модель адекватно описывает рассматриваемый процесс экстракции на заданных интервалах изменения факторов, определенных в ходе предварительных экспериментов.
Известно, что наиболее рациональной является многоступенчатая экстракция, когда происходит максимальное экстрагирование ценных компонентов сырья. Поэтому мы также определяли оптимальную кратность процесса экстракции красящих веществ из исследуемого сырья.
Для этого свежие плоды бузины и боярышника измельчали, заливали растворителем и экстрагировали при оптимальных условиях. Затем экстракт (1) фильтровали, выжимки прессовали и вновь заливали растворителем в соотношении сырья и реагента 1 : 2 и экстрагировали в течение 1 ч. Третью ступень проводили аналогично второй. После фильтрации экстрактов определяли их оптическую плотность при зеленом светофильтре на фотоэлектроколориметре.
Определение оптимальных доз красителя
Антоциановые красители (Е 163) разрешается использовать для изготовления всех пищевых продуктов, за исключением продуктов, в которых не допускается применение пищевых красителей, в соответствии с технологическими инструкциями [146].
Красители должны вводится в пищевые продукты в минимально необходимых для достижения технологического эффекта количествах, но не более установленных пределов. Для антоцианов рекомендуемая доза в пересчете на чистый краситель составляет 0,005-0,1 кг/т.
Следует учитывать, что доля микронутриентов в продукте должна находится в пределах 30-50% от их рекомендуемого уровня потребления. Следовательно, обогащенный в соответствии с этим принципом продукт позволяет эффективно восполнить имеющийся дефицит и в то же время ограждает от чрезмерного избытка этих микронутриентов даже при одновременном включении в рацион нескольких обогащенных продуктов.
Препараты натуральных пищевых красителей могут выпускаться в виде порошков (кристаллических), паст или жидкостей, как в масло- так и в вододиспергируемой формах. Содержание основного красителя нормировано и составляет десятые доли процента, проценты или даже десятки процентов. Это позволяет всегда подобрать препарат, который удобно дозировать вносить в продукт.
Натуральные высококонцентрированные и все синтетические пищевые красители рекомендуется использовать, предварительно растворив или распределив их в небольшом количестве окрашиваемого продукта или одного из его компонентов. Раствор или дисперсию красителя вводят в продукт, как правило, перед последней операцией перемешивания [142].
Выбор и дозировка красителей для производства конкретного пищевого продукта зависит от желаемого цвета и требуемой интенсивности окраски, а также от физико-химических свойств продукта (особенности кислотности). Применительно к конкретной рецептуре эти дозировки могут быть уточнены в соответствии со вкусом и требованиями потребителей, но максимальное содержание красителей в продукте не должно превышать норм, установленных Госсанэпиднадзором России.
При производстве пищевого продукта с использованием красителей необходимо учитывать следующее [ 142]: о кислотность среды может оказывать влияние на интенсивность окраски и оттенок цвета; о видимая интенсивность окрашивания продуктов увеличивается непропорционально концентрации красителя и постепенно выходит на насыщение; о натуральнее пищевые красители не рекомендуется использовать для окрашивания пищевых продуктов длительного срока хранения (год и более) во избежание потери цвета или изменения его оттенка и интенсивности; о пищевые натуральные красители не следует подвергать воздействию высоких температур, если возможность этого специально не оговорена в рекомендациях по применению; о антоцианы не пригодны для придания молочным продуктам красного цвета, так как при значениях рН выше 4 антоцианы приобретают синеватый оттенок. Антоциановые красители могут быть использованы для подкрашивания безалкогольных напитков, мороженого, фруктовых наполнителей, джемов, желе, рассолов, соусов, киселей, кондитерских и злаковых изделий. Они растворимы в воде и отличаются хорошей свето-, тепло- и кислотоустойчивостью [23, 82,142].
Краситель из бузины разрешен к применению в пищевой промышленности и уже давно успешно используется для окрашивания кондитерских изделий (мармелада, драже, карамели, плодово-ягодных вин). Технологический процесс изготовления кондитерских изделий при окрашивании их красителем из ягод бузины не изменяется [159,168]. Его биологическая ценность и безопасность доказана [71, 82, 101,168].
Боярышник также является сырьем, разрешенным для получения пищевого красителя, и давно используется в народной медицине [22, 44, 87, 88, 131, 147, 154]. Получены положительные результаты испытания красителя из боярышника на устойчивость и окрашивающую способность при производстве карамельной массы в кондитерском цехе горпищекомбината г. Дербента [1]. Красители из бузины и боярышника целесообразно использовать для продуктов, имеющих кислую реакцию, так как в кислой среде они имеют ярко выраженный красный цвет. Поэтому есть возможность использовать их для окрашивания кисломолочных продуктов, в частности, кефирных коктейлей, йогуртов, творожных десертов, тем более, что кисломолочные продукты, как и кондитерские изделия и напитки, являются продуктами массового потребления.
