Содержание к диссертации
Введение
1 Аналитический обзор 16
1.1 Теоретическое обоснование развития производства отечественных фосфолипидных биологически активных добавок 16
1.2 Современное состояние техники и технологии получения фосфолипидных биологически активных добавок 25
1.3 Перспективные направления применения фосфоли-пидов в технологиях продуктов питания 37
1.4 Физиологическая активность эссенциальных фосфо-липидов и их применение в фармакологии и медицине 44
2 Методическая часть 54
2.1 Формирование исходных требований к ассортименту фосфолипидных биологически активных добавок и схема постановки исследований 54
2.2 Методы исследования фосфолипидных биологически активных добавок 55
2.3 Методы исследования функциональных и технологических свойств фосфолипидных биологически активных добавок 60
2.4 Методы исследования медико-биологических свойств и методика клинических испытаний фосфолипидных биологически активных добавок 62
3 Экспериментальная часть 65
3.1. Характеристика объектов исследования 65
3.1.1 Выбор и обоснование сырья для получения фосфолипидных биологически активных добавок 65
3.1.2 Сравнительная оценка потребительских свойств фосфолипидных концентратов для производства фосфолипид ных биологически активных добавок 71
3.2 Оценка влияния технологических факторов на формирование потребительских свойств фосфолипидных биологически активных добавок 77
3.2.1 Научно-практическое обоснование формирования потребительских свойств фосфолипидных биологически активных добавок на стадии обезжиривания подсолнечных активированных фосфолипидов 78
3.2.1.1 Изучение структурных особенностей подсолнечных активированных фосфолипидов и обоснование способа их подготовки к обезжириванию 78
3.2.1.2 Изучение равновесия в системе «фосфолипиды -нейтральные липиды - ацетон» 92
3.2.1.3 Исследование влияния ацетона на структурно-реологические характеристики подсолнечных активированных фосфолипидов 98
3.2.1.4 Определение эффективных гидродинамических режимов процесса обезжиривания подсолнечных активированных фосфолипидов 100
3.2.1.5 Обоснование соотношения ацетон- подсолнечные активированные фосфолипиды и количества ступеней обезжиривания 108
3.2.1.6 Обоснование температурных режимов обезжиривания подсолнечных активированных фосфолипидов 120
3.2.2 Оденка органолептических и физико-химических показателей обезжиренных фосфолипидов 134
3.2.3 Научно-практическое обоснование формирования потребительских свойств фосфолипидных биологически активных добавок на стадии фракционирования 140
3.2.3.1 Исследование влияния температуры на эффективность фракционирования обезжиренных фосфолипидов 141
3.2.3.2 Исследование влияния соотношения этиловый спирт - обезжиренные фосфолипиды и числа ступеней фракционирования на его эффективность 153
3.2.3.3 Влияние объемной доли влаги в этиловом спирте на эффективность фракционирования 159
3.2.3.4 Влияние лимонной кислоты на селективность фракционирования 160
3.2.4 Исследование органолептических и физико-химических показателей фракционированных фосфолипидов 164
4 Разработка технологии и технологической схемы получения фосфолипидных биологически активных добавок 167
4.1 Разработка исходных требований для проектирова ния опытного образца промышленного экстрактора 167
4.2 Разработка технологии получения фосфолипидных биологически активных добавок 170
5 Опытно-промышленные испытания разработанной технологии 176
6 Комплексная оценка потребительских свойств фосфолипидных биологически активных добавок 180
6.1 Оценка органолептических и физико-химических показателей 180
6.2 Оценка показателей безопасности 187
6.3 Исследование функциональных и технологических
свойств фосфолипидных биологически активных добавок 189
6.3.1 Поверхностная активность и мицеллообразование фосфолипидных биологически активных добавок в гетерогенных системах 189
6.3.2 Особенности мицеллообразования фосфолипидных фосфолипидных биологически активных добавок в системах «фосфолипиды - триацилглицерины» 208
6.3.3 Исследование антиоксидантних свойств фосфолипидных биологически активных добавок в липидсодержащих системах 214
6.3.4 Исследование эмульгирующих и пенообразующих свойств фосфолипидных биологически активных добавок 226
6.4 Исследование медико-биологических свойств фос
фолипидных биологически активных добавок 250
7 Научно-практическое обоснование направлений использования фосфолипидных биологически активных добавок в пищевых дисперсных системах 263
7.1 Экспериментальное обоснование использования фосфолипидных биологически активных добавок при конструировании продуктов эмульсионной природы 263
7.2 Экспериментальное обоснование использования фосфолипидных биологически активных добавок при конструировании продуктов профилактической группы 271
7.3 Опытно-промышленные испытания разработанных технологий и рецептур 274
8 Оценка экономической эффективности разработанных технологических и технических решений 278
Заключение 279
Список использорванных источников
- Современное состояние техники и технологии получения фосфолипидных биологически активных добавок
- Методы исследования фосфолипидных биологически активных добавок
- Сравнительная оценка потребительских свойств фосфолипидных концентратов для производства фосфолипид ных биологически активных добавок
- Разработка технологии получения фосфолипидных биологически активных добавок
Введение к работе
Анализ структуры питания населения России и индустриально развитых стран свидетельствует о фактическом несоответствии пищевого статуса современного человека энергетическим и физиологическим потребностям его организма /1, 2/. Ситуация усугубляется возрастанием степени негативного влияния на человека факторов окружающей среды, имеющих антропогенное происхождение. Непосредственным следствием этого стало повсеместное распространение «болезней цивилизации»: различных форм ожирения, атеросклероза, патологий, связанных с нарушениями иммунного статуса, сердечно-сосудистых заболеваний, а также увеличение алиментарно-зависимых заболеваний в целом /3/.
Согласно выводам международных организаций ФАО и ВОЗ, а также Минздрава России наиболее простым и эффективным решением проблемы алиментарной неадекватности и техногенных воздействий на человека является создание системы здорового или позитивного литания /3, 4/. Реализация таких программ составляет одно из приоритетных направлений государственной политики индустриально развитых стран. В России концепция улучшения здоровья и сохранения генофонда нации путем оптимизации структуры питания за счет введения в рацион функциональных пищевых продуктов получила официальное признание в 2000 году/5, 6/.
Функциональные пищевые продукты являются сложными многокомпонентными системами, создание которых невозможно без использования биологически активных добавок к пище (БАД), обладающих направленной физиологической активностью, а также обеспечивающих формирование требуемых для данного продукта потребительских свойств /4, 6,11. Среди множества БАД природные фосфолипиды растительного происхождения обладают уникальным сочетанием полифункциональной физиологической активности с широким спектром технологических свойств /9/,
Большой вклад в решение фундаментальных вопросов исследова ния состава и свойств фосфолипидов растительных масел, а также созда ния технологий и формирования потребительских свойств продуктов пи тания повышенной физиологической ценности внесли исследования В.В.Ключкина, Н.С.Арутгоняна, В.Г.Щербакова, Е.П.Корненой, А.А.Кочетковой, А.П.Нечаева, В.Г.Лобанова, Г.М.Зайко, Г.И.Касьянова, Т.Б.Цыгановой, Л.Г.Елисеевой, Т.И.Ивановой, В.И.Мартовщука, С.А.Калманович, Т.И.Тимофеенко, И.П.Артеменко и ряда других ученых. Несмотря на большое число выполненных работ, проблема создания отечественных конкурентоспособных фосфолипидных БАД до настоящего времени остается нерешенной.
В мировой практике фосфолипиды широко используются в качестве пищевых добавок к продуктам питания, а также в качестве основного действующего компонента при производстве липосомальных систем и фармацевтических препаратов /9-12/. В России широкое использование фосфолипидных БАД в технологиях продуктов питания началось сравнительно недавно, однако, сегодня они стали неотьемлемым рецептурным компонентом масложировых, мясных, молочных, хлебобулочных, кондитерских и ряда других продуктов /13-15/. В связи с практическим отсутствием на рынке отечественных фосфолипидных БАД в производстве продуктов питания используются исключительно импортные добавки /13,16, 17/.
Таким, образом, решение проблемы импортозамещения фосфолипидных БАД отечественными является существенным вкладом в обеспечение продовольственной безопасности России. Не менее важным фактором, определяющим актуальность поставленной проблемы, является необходимость обеспечения и контроля реальной физиологической ценности фосфолипидных Б АД, используемых при производстве традиционных, обогащенных и функциональных пищевых продуктов.
Наиболее эффективное решение указанных задач состоит в комплексном формировании пищевой ценности, а также заданных медико-биологических, функциональных и технологических свойств фосфолипидных БАД на всем пути их товародвижения при использовании отечественного сырья. Научно-практическому обоснованию и решению этих вопросов посвящена данная диссертационная работа.
Целью работы является научно-практическое обоснование технологии фосфолипидных БАД на основе выявления и регулирования факторов, формирующих их безопасность, пищевую ценность, функциональные и технологические свойства, а также разработка методологии комплексной оценки указанных потребительских свойств.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие задачи:
- обоснование ассортимента отечественных фосфолипидных БАД;
- выбор и обоснование сырья для получения фосфолипидных БАД;
- выявление и научно-практическое обоснование регулирования наиболее значимых технологических факторов, определяющих формирование безопасности, пищевой ценности, а также функциональных и технологических свойств фосфолипидных БАД;
- исследование органолептических, физико-химических характеристик и показателей безопасности разработанных фосфолипидных БАД;
- исследование функциональных, технологических и медико-биологических свойств разработанных фосфолипидных БАД, обусловливающих их потребительские свойства; - научно-практическое обоснование применения фосфолипидных
БАД при конструировании пищевых дисперсных систем эмульсионной природы;
- научно-практическое обоснование использования фосфолипидных БАД при конструировании продуктов профилактической группы;
- оценка экономической эффективности разработанных технологических и технических решений.
Научная концепция состоит в интегральном подходе к формированию безопасности, пищевой ценности, функциональных, технологических и медико-биологических свойств отечественных фосфолипидных БАД на основе выявления значимости и комплексного регулирования сырьевых и технологических факторов, а также создания методологии контроля указанных факторов и оценки потребительских свойств функциональных пищевых продуктов.
Научная новизна работы заключается в следующем. Теоретически обоснована и экспериментально разработана концепция интегрального подхода к созданию и формированию заданных потребительских свойств отечественных фосфолипидных БАД. Проведено научно-практическое обоснование разработанных технологических решений проблем получения и применения новых, не имеющих отечественных аналогов, фосфолипидных БАД серии Витол при создании функциональных и обогащенных пищевых продуктов, а также в качестве парафармацевтиков.
Установлено, что семена подсолнечника современных типов являются перспективным сырьем для производства фосфолипидных БАД. Показана и научно обоснована целесообразность и эффективность использования в качестве сырья для производства фосфолипидных БАД, обладающих высокими потребительскими свойствами, подсолнечных активированных фосфолипидов (ПАФ), полученных с применением методов электромагнитной и химической активации. Расширены представления о структурной организации фосфатидных концентратов, как систем, состоящих из четырех фаз, существование которых определяется степенью связанности образующих их фосфоли-пидных молекул. На основе этого выдвинута концепция интенсификации процесса получения обезжиренных фосфолипидов путем ослабления межмолекулярных связей в системе «фосфолипиды - триацилі лицерины - сопутствующие липиды» с использованием выявленного дестабилизирующего влияния ацетона, гидродинамических и температурных воздействий. Установлено, что повышение эффективности обезжиривания при интенсификации гидродинамических режимов обусловлено увеличением степени дисперсности фосфолипидного осадка.
Впервые выявлены и научно обоснованы закономерности извлечения ацетоном триацилглицеринов (ТАГ), фосфолипидов, свободных жирных кислот (СЖК) и сопутствующих липидов из ПАФ. Установлено, что в основе механизмов извлечения СЖК и сопутствующих липидов лежат эффекты солюбилизации и селективности, тогда, как механизм извлечения фосфолипидов, наряду с указанными эффектами, определяется степенью дестабилизации комплексов фосфатидных и полифосфатидных кислот со стеролами и алифатическими спиртами.
Экспериментально определены эффективные режимы получения фосфолипидной БАД с заданными физико-химическими характеристиками с использованием метода экстракции нейтральных липидов из ПАФ ацетоном.
Выявлены факторы, влияющие на эффективность фракционирования подсолнечных фосфолипидов в этиловом спирте. Впервые изучено и научно обосновано влияние температуры, времени фракционирования, поляризующего эффекта лимонной кислоты, а также количества этилового спирта на селективность коллоидного растворения отдельных фос-фолипидных групп. В результате комплексной оценки потребительских свойств фосфолипидных Б АД установлено, что разработанная технология позволяет сохранить природные физиологически активные свойства фосфолипидов и получить продукты, соответствующие международным требованиям, предъявляемым к БАД. На основании проведенных медико-биологических и клинических исследований выявлены особенности физиологического действия фосфолипидных БАД на организм, которые положены в основу при разработке рекомендаций по их использованию в качестве парафармацевтиков.
Впервые выявлены особенности функциональных и технологических свойств фосфолипидных БАД серии Витол, заключающиеся в проявлении эмульгирующих, влагоудерживающих, стабилизирующих, солю-билизирующих и антиоксидантных свойств. Предложено и экспериментально подтверждено научное обоснование механизмов указанных свойств. Экспериментально обоснована целесообразность направленного использования фосфолипидных БАД серии Витол при конструировании пищевых эмульсионных систем. На основе изучения поверхностной активности и мицеллообразующей способности фосфолипидных БАД в неполярных средах показано, что основными факторами, определяющими механизм мицеллообразования фосфолипидных комплексов, являются их групповой и жирнокислотный составы, а также взаимовлияние фосфолипидных молекул.
Экспериментально показано, что воздействие переменного вращающегося электромагнитного поля выявленных параметров позволяет повысить эмульгирующие свойства фосфолипидных БАД, растворенных в воде или в триацилглицеринах за счет формирования мицелл яриых структур, образующих более прочные адсорбционные слои.
Выявлены комплексные эмульгирующие и стабилизирующие свойства фосфолипидных БАД и высокомолекулярных поверхностно активных веществ белковой и полисахаридной природы, которые положены в основу при разработке рецептур различных пищевых эмульсионных систем.
Практическая значимость. Разработана эффективная технология получения конкурентоспособных фосфолипидных БАД серии Витол из подсолнечных активированных фосфолипидов (Пат. № 20613, 2134984, 2134985, 2134986). На основании проведенных медико-биологических исследований разработаны рекомендации по применению фосфолипидных БАД в профилактических целях, а также в комплексной диетотерапии (Пат. № 2137387, 2145170, 2153260, 2163447, 2164755, 2160595). На основе проведенных исследований создана полупромышленная установка по производству фосфолипидных БАД серии Витол.
На основе исследования технологических и функциональных свойств фосфолипидных БАД серии Витол разработаны:
- парафармацевтические продукты, обладающие гепатопротектор-ными, иммуномоделирующими, гиполипидемическими, мембранопро-текторными, гипогликемическими противовоспалительными, раноза-живляющими, гипотензивными и геропрофилактическими свойствами ( Пат. № 2163447, 2164755, 216095, 2194417, 2194418, 2199877, 2199878, 2199879);
- диетические майонезы различной калорийности, не содержащие яичный порошок (Пат. № 2083135, 2081606, 2142722, 2164762);
- диетические маргарины (Пат. № 2083124, 2081605, 2064766);
- способы получения майонеза, заключающиеся в замене яичного порошка фосфолипидной БАД Витол и ее специальной подготовке к внесению в майонезную эмульсию, обеспечивающие высокие потребительские свойства майонезов (Пат. № 2099974, 2101973, 2164763); - способы получения маргарина, заключающиеся в специальной подготовке эмульгатора, что позволяет повысить потребительские свойства маргаринов (Пат.№ 2035875, 2027374).
Теоретические положения работы использованы в учебном процессе при чтении лекций и проведении лабораторных работ по дисциплинам «Химия жиров», «Технология жиров», «Пищевая химия», «Технология отрасли», «Товароведение и экспертиза продуктов растительного и животного происхождения», при курсовом и дипломном проектировании по специальностям 270700 - технология жиров, эфирных масел и парфю-мерно-косметических продуктов и 351100 - товароведение и экспертиза товаров. Методические приемы, отработанные в рамках выполненного исследования, включены в Методические указания к выполнению лабораторных работ по курсу «Химия жиров» и «Пищевая химия».
На защиту выносятся следующие положения:
- основные требования к фосфолипидным БАД, определяющие их ассортимент;
- результаты выбора и обоснования сырья для получения фосфоли пидных БАД на основе сравнительного анализа фосфолипидных комплексов семян подсолнечника и сои современных типов;
- научно-практическое обоснование регулирования наиболее значимых технологических факторов, определяющих формирование безопасности, пищевой ценности, а также функциональных и технологических свойств фосфолипидных БАД;
- разработанные технология и технологическая схема получения фосфолипидных БАД, результаты опытно-промышленных испытаний;
- результаты комплексной оценки потребительских свойств фосфолипидных БАД, включая оценку органолептических и физико-химических показателей, показателей безопасности, результаты исследования функциональных и технологических и медико-биологических свойств;
- научно-практическое обоснование направлений использования фосфолипидных Б АД в пищевых дисперсных системах, включая результаты опытно-промышленных испытаний разработанных технологий и рецептур;
- результаты оценки экономической эффективности разработанных технологических и технических решений.
Современное состояние техники и технологии получения фосфолипидных биологически активных добавок
Несмотря на многочисленные исследования по извлечению фосфолипидов из масличного сырья, основным методом промышленного получения растительных фосфолипидов остается гидратация нерафинированных масел водой или водными растворами электролитов /51-55/. Анализ современных линий гидратации показал, что они базируются на аналогичных принципах технологических воздействий и обеспечивают получение конечного продукта в виде смеси фосфолипидов, нейтральных липидов и некоторых сопутствующих липидов /31, 52, 54/.
Линии гидратации, эксплуатируемые в настоящее время на отечественных маслодобывающих и маслоперерабатывающих предприятиях, морально и физически устарели и требуют замены. Линии рафинации, предлагаемые зарубежными фирмами, как правило, не включают процесс гидратации, предусматривающий получение пищевых фосфолипидов. В связи с этим технология и линия гидратации с получением подсолнечных активированных фосфолипидов, разработанная КубГТУ, Лабинским и
Миллеровским МЭЗами, базирующаяся на фундаментальных исследованиях особенностей современного масличного сырья и влияний различных технологических факторов на физико-химические и биологические свойства его липидного и фосфолипидного комплекса, на сегодняшний день практически не имеет альтернатив на Российском рынке по технико-экономическим показателям и качеству получаемых фосфолипидов /15, 38,55-57/.
Создание ассортимента фосфолипидных продуктов и БАД базируется на использовании различных технологических воздействий, которым подвергаются выделенные из нерафинированных масел фосфолипидно-липидные комплексы. При этом в качестве сырья для последующего модифицирования, как правило, используются фосфатидные концентраты.
Технологий получения различных видов фосфолипидных продуктов и фосфолипидных БАД, ориентированных на промышленное производство, в России практически не существует.
Анализ научной литературы и патентной информации позволил выявить следующие способы получения различных видов фосфолипидных продуктов и БАД.
1. Осветление стандартных лецитинов (фосфатидных концентратов) - производится путем добавления в фосфолипидную эмульсию перед сушкой перекиси водорода или агентов аналогичного действия /35, 53,58/.
2. Разжижение стандартных лецитинов - осуществляется путем добавления в высушенный фосфатидный концентрат или в фосфолипидную эмульсию перед сушкой хлорида кальция, жирных кислот или других специальных разбавителей /35, 58/.
3. Смешивание в целях придания заданных свойств - осуществляют путем добавления к фосфатидным концентратам поверхностно-активных веществ или других компонентов /58/.
4. Обезжиривание - осуществляют путем обработки фосфоли-пидных концентратов ацетоном по специальной технологии /9, 55, 58-63/.
5. Фракционирование — осуществляют путем обработки фосфа-тидных концентратов или обезжиренных фосфолипидов селективным растворителем, например, этанолом для разделения на фракции, обогащенные ФХ или ФЭА, ФИ и ФС /17, 64-67/.
6. Обработка ферментами (гидролиз) - осуществляется в целях повышения гидрофильных свойств путем обработки фосфатидных концентратов или обезжиренных фосфолипидов фосфолипазами /68-70/.
7. Химическое модифицирование — предназначено для усиления или модификации эмульгирующих свойств, а также для улучшения диспергирования фосфолипидов в вязких системах /34, 35, 71-74/. По виду используемых воздействий химическое модифицирование подразделяют на следующие виды: 7.1. гидроксилирование 7.2. гидрирование 7.3. ацетилирование 7.4. сульфонирование 7.5. галогенирование
Процесс осветления обычно проводят с использование растворов перекиси водорода или перекиси бензидила, которые добавляют к фосфо-липидной эмульсии перед сушкой. При этом используют, как низко концентрированные 3% растворы в количестве 1,5-2,0% к массе фосфоли-пидной эмульсии, так и высококонцентрированные 30% растворы в количестве до 25 кг на тонну /35/. Следует отметить, что проведение осветления фосфолипидов с применением перекисей запрещено в ряде стран Европы, в Японии, а также в некоторых других странах /9, 75/. Это связано с существенным окислением и деструкцией ацилов непредельных жирных кислот, входящих в состав фосфолипидных молекул, а также с накоплением различных продуктов окисления в конечном продукте, большинство из которых не удаляется при проведении дальнейших технологических операций по инактивации перекисей. В результате фосфо-липиды не только теряют нативные физиологически активные свойства и пищевую ценность, но и могут приобретать некоторую токсичность, так как большинство из накапливающихся продуктов окисления являются канцерогенами /76-80/.
Операции разжижения и смешивания не требуют использования специального оборудования, а их осуществление не вызывает проблем технологического характера. Учитывая, что эти операции практически не оказывают влияния на состав и физико-химические характеристики исходных фосфатидных концентратов, для получения продуктов с высокими потребительскими свойствами следует особое внимание уделять качеству используемого сырья.
Методы исследования фосфолипидных биологически активных добавок
Согласно выдвинутым цели и задачам работы для разработки схемы исследований прежде всего необходимо определить исходные требования к оптимальному с физиологической, технологической и экономической точек зрения ассортименту отечественных фосфолипидных БАД.
Проведенный аналитический поиск позволил выявить основные требования к функциональным, технологическим и физиологическим свойствам фосфолипидных БАД, которые могут быть приняты за основу при разработке ассортимента отечественных фосфолипидных БАД. востребованного на рынке БАД для функционального питания.
Установлено, что основными показателями, определяющими функциональные свойства фосфолипидных БАД, являются массовая доля собственно фосфолипидов, их групповой и жирнокислотный составы, а также содержание других биологически активных веществ и минеральных элементов.
Согласно анализу научно-технической литературы и патентной информации наиболее эффективное достижение указанных показателей может быть обеспечено путем выделения фосфолипидного комплекса из растительного сырья с последующим фракционированием выделенного фосфолипидного комплекса при максимальном сохранении его природных физиологически ценных свойств. Выявленные направления функционального использования фос-фолипидных БАД определили область необходимых исследований, структурная схема которых представлена на рисунке 2.1.
При проведении аналитических исследований использовали методы, рекомендуемые ВНИИЖ /222/, а также приведенные в работах /31, 223-230/и др.
Надежность эксперимента и исключение случайных ошибок обеспечивалась проведением опытов с изменением уровней изучаемых факторов, что достигалось использованием математических методов планирования и обработкой данных на ПЭВМ по типовым программам /231/.
Отдельные группы фосфолипидов получали диализом, препаративной хроматографией и осаждением ацетоном из масла после его тщательной гидратации. Диализ проводили против гексана, в непрерывном потоке по методике /31/, Препаративную хроматографию осуществляли на стеклянных пластинах в слое силикагеля марки L 5/40 с многократным развитием хроматограмм в системе растворителей «гексан -диэтиловый эфир - ледяная уксусная кислота», взятых в соотношении 80:20:1 соответственно. Оставшиеся на старте фосфолипиды элюирова-ли смесью хлороформ-метанол (2:1), растворитель отгоняли под вакуумом при температуре, составляющей 30 - 40 С, после чего полученные образцы фосфолипидов анализировали /31,228/.
Групповой состав фосфолипидов определяли методами тонкослойной (ТСХ) и высокоэффективной (ВЭЖХ) хроматографии /223, 225-227/. В процессе исследований была адаптирована методика количественного определения группового состава фосфолипидных БАД с использованием методов ТСХ и сканирующей денситометрии /232/.
Определение группового состава методом ВЭЖХ проводили на приборе «Милихром». В качестве неподвижной фазы использовали Си-ласорб-600 с размером частиц 3-5 тыс. теоретических тарелок. В качестве подвижной фазы использовали систему растворителей ацетонитрил-метанол-85-% ортофосфорная кислота (780:10:9). Образцы вводили в виде растворов в хлороформе с концентрацией 10 г/см3 в количестве 5 мкл в колонку размером 2x60 мм с эффективностью 3-5 тыс. теоретических тарелок. Регистрацию хроматограмм производили УФ датчиком при длине волны 204 нм.
Для количественного расчета хроматограмм определяли поправочные коэффициенты К, которые рассчитывали как отношение навески стандартного раствора к площади соответствующего хроматографи-ческого пика. Найденные таким образом поправочные коэффициенты составили для ФИ-0,090; ФС-0,012; ФЭА-0,003; ФХ-0,026; ЛФХ-0,060.
Расчет массовой доли индивидуальных групп фосфолипидов в % проводили по формуле:
C SiKi/SSiK , (2.1) где С - массовая доля фосфолипидов,%; S - площадь соответствующего пика на хроматограмме, мВ-с; К - поправочный коэффициент индивидуальной группы фосфолипидов мкг/мВс (определяется экспериментально); і - число экспериментов.
Определение перекисного числа проводили, руководствуясь ГОСТ 26593-85 "Масла растительные. Метод определения перекисных чисел". Суммарное содержание продуктов окисления, нерастворимых в петролейном эфире и кислотные числа определяли по методикам /31, 222/.
Учитывая, что согласно /222, 233/ окисление приводит к появлению в УФ спектрах масел новых полос поглощения в области 220-300 нм, для характеристики степени окисления масел наряду с определением перекисных чисел, определяли коэффициенты поглощения их УФ спектров при длине волны 232 и 268 нм.
Для анализа готовили прозрачные растворы в гексане с мае-совой долей образца 0,25 г/см и снимали спектры на приборе «Spekord М40» в области 220-300 нм. Коэффициенты поглощения (К) в л/гем вычисляли по формуле: К=А/С 1 , (2.2) где А - оптическая плотность при соответствующей длине волны; С - концентрация образца, г/дм3; 1 - толщина кюветы, см. Об образовании коричневых пигментов судили по изменению видимых спектров поглощения образцов масел, измеряя оптическую плотность при длине волны 350 нм /234/.
Массовую долю металлов (калия, натрия, кальция, магния, железа, меди) в фосфолипидах и маслах устанавливали методом атомно-абсорбционной спектроскопии /229, 230/. Образец предварительно выдерживали в сушильном шкафу при t=l 10 С в течении трех часов с целью удаления влаги. Отбирали навеску масла (Юг) или фосфолипидов (2 г) с точностью до 0,0002 г и постепенно озоляли по стандартной методике. После охлаждения готовили исходные растворы в разбавленной (50%) азотной кислоте в мерных колбах объемом 25 см . Полученные пробы подвергали атомизации на атомно-абсорбционном спектрофотометре "OS S-1" (ГДР).
Сравнительная оценка потребительских свойств фосфолипидных концентратов для производства фосфолипид ных биологически активных добавок
Анализ зарубежных технологий получения фосфолипидных продуктов и БАД с высоким содержанием собственно фосфолипидов показал, что наиболее эффективная организация процесса связана с извлечением фосфолипидного комплекса из свежеполученных нерафинированных масел на стадии их гидратации в виде фосфатидных концентратов (ФК) и последующим обезжириванием последних /63, 84, 85/.
Фосфолипиды являются высоко лабильными веществами, реакционная способность и степень превращений которых в определяющей степени зависят от влияния технологических факторов переработки масличных семян. Существенный вклад в изучение влияния технологических факторов послеуборочной обработки семян, а также режимов и способов извлечения нерафинированных масел на состав и физико-химические свойства растительных фосфолипидов внесли отечественные исследователи В.П. Ржехин и Э.И.Зуев, В.В.Ключкин и В.Г.Щербаков /233, 234, 256, 257/.
Фундаментальные исследования состава, структуры и физико-химических свойств растительных фосфолипидов, а также влияния на них технологических режимов гидратации были выполнены Н.С.Арутюняном и Е.П.Корненой /31, 52, 258/.
Эти исследования были положены в основу при разработке принципиально новой технологии гидратации подсолнечных масел, направленной на максимальное сохранение физиологической ценности и формирование заданных потребительских свойств получаемых фосфоли-пидных концентратов /38-44/. Данная технология была внедрена в производство на Лабинском МЭЗе, а вырабатываемые по ней фосфолипид-ные концентраты, получили торговое название подсолнечные активированные фосфолипиды (ПАФ).
Исследования физиологической ценности ПАФ, проводимые Институтом Питания РАМН, показали, что в отличие от фосфатидных концентратов, получаемых по традиционным технологиям, пищевые активированные фосфолипиды обладают антиоксидантными, гиполипиде-мическими, гипохолестеринемическими, радиопротекторными и имму-номоделируюЩими свойствми (Приложение 1). Это позволяет рассмат ривать ПАФ, как ценное сырье для производства отечественных фосфо-липидных БАД.
В таблице 3.4 приведена средняя характеристика физико-химических показателей, а в таблице 3.5 групповой состав партий ПАФ, выработанных Лабинским МЭЗом в период с 1997 по 2002 гг. Таблица 3.4 -Физико-химические показатели фосфолипидных
Для сравнения приведены средние данные анализов образцов отечественных пищевых фосфатидных концентратов (ПФК), полученных по традиционным технологиям, а также импортных соевых фосфатидных концентратов (СФК).
Данные таблиц 3.4 и 3.5 показывают, что ПАФ превосходят ПФК по всем показателям, при этом они не только не уступают по качеству СФК, но и выгодно отличаются меньшим содержанием продуктов окисления.
Более высокие перекисные числа и повышенное суммарное содержание продуктов окисления в СФК объясняются, как выявленными особенностями состава сопутствующих веществ, а именно более высоким содержанием линоленовой кислоты, ионов железа и меди, пигментов группы хлорофилл, так и использованием при их получении перекиси водорода в качестве обесцвечивающего агента. Последнее крайне нежелательно при производстве Б АД, так как приводит к деструкции фосфолипидных молекул и тем самым снижает их пищевую ценность /75-80/.
Результаты оценки ПАФ по санитарно-химическим показателям безопасности приведены в таблице 3.6, а результаты микробиологического контроля представлены в таблице 3.7.
Как видно из представленных данных, пищевые активированные фосфолипиды полностью отвечают требованиям безопасности, предъявляемым к сырью, используемому для производства БАД к пище /241/.
Таким образом, проведенные исследования позволили сделать обоснованный вывод о том, что использование в качестве сырья ПАФ, полученных из семян подсолнечника современных типов, в наибольшей степени отвечает задаче формирования требуемого качества при создании конкурентоспособных отечественных фосфолипидных БАД.
Наряду с сырьевыми, технологические факторы являются одними из основных инструментов формирования заданных потребительских свойств готовой продукции, что особенно актуально при переработке лабильного пищевого сырья, к которому относятся ПАФ.
Как было указано ранее, выделение фосфолипидного комплекса из семян в виде фосфолипидных концентратов является первым этапом получения фосфолипидных БАД с высоким содержанием собственно фос-фолипидов. Следующий этап заключается в их обезжиривании, то есть удалении из фосфатидных концентратов (или ПАФ) нейтральных и некоторых других сопутствующих липидов. Полученный фосфолипидный комплекс может использоваться как конечный самостоятельный продукт или как сырье для последующего фракционирования.
Анализ научно-технической литературы и патентной информации, а также проведенные нами исследования, показали, что наиболее простым и эффективным способом извлечения фосфолипидного комплекса из ПАФ является экстракция нейтральных липидов, с использованием селективного растворителя - ацетона /61-63, 84/. Для последующего фракционирования целесообразно в качестве селективного растворителя использовать этиловый спирт /89, 90, 94/
Разработка технологии получения фосфолипидных биологически активных добавок
Исследование процессов равновесия в системе «фосфолипиды-нейтральные липиды-ацетон» проводили с целью выявления особенностей взаимодействия триацилглицеринов, фосфолипидов и ацетона, а также для обоснования технологии извлечения фосфолипидного комплекса с высокими потребительскими свойствами.
Учитывая, что ПАФ имеют вязкость, существенно (более, чем в 5105 раз) превышающую вязкость ацетона, контакт ПАФ и ацетона осуществляли путем перемешивания лабораторной мешалкой (п=5 с"1) до достижения равномерного распределения компонентов в системе. После этого систему герметизировали и оставляли в покое до достижения равновесия.
В ходе проведения эксперимента варьировали соотношение аце-тон:ПАФ от 0,05:1 до 10:1. Выбор верхней границы был обусловлен необходимостью ограничения расхода растворителя в целях снижения энергозатрат на его регенерацию из разбавленных мисцелл. Исследование системы в области нижних границ представляло в основном теоретический интерес и проводилось с целью изучения особенностей взаимодействия фосфолипидов, нейтральных липидов и ацетона. Температура опытов была постоянной и соответствовала 25С. Для анализа происходящих процессов по полученным экспери ментальным данным строили треугольную диаграмму равновесия системы «фосфолипиды -нейтральные липиды - ацетон» (рисунок 3.9).
На представленной диаграмме прямая AS отражает среднее соотношение фосфолипиды : нейтральные липиды в образцах ПАФ, используемых для исследований. Это соотношение составляет 1,85:1,00 и отвечает составу ПАФ высшего сорта. Область, ограниченная нодами 1-Г и 7-7 , является областью расслаивания системы с выделением фосфоли-пидов в виде твердой фазы.
Соотношение ацетон;ПАФ, соответствующее 0,8:1, является критическим, так как при дальнейшем снижении содержания растворителя в системе прекращается выделение фосфолипидов в виде твердой фазы и система расслаивается на две жидкие фазы. При этом объемное количество отделившегося экстракта составляет не более 40 %, а содержание в нем фосфолипидов достигает 32 %.
Точка К характеризует максимальную растворимость ацетона в ПАФ указанного состава, которая соответствует 21%. Выше точки К системы однородны.
Анализ физико-химических характеристик осадков и мисцелл, полученных при соотношениях, соответствующих выделению твердой фазы, показывает, что снижение массовой доли ацетона в системе приводит к уменьшению соотношения фосфолипиды : нейтральные липиды в осадке, изменению его гранулометрического состава, а также обусловливает повышение растворимости фосфолипидов в мисцелле. При соотношениях ацетон:ПАФ менее 2:1 выделившийся осадок представляет собой вязкую неоднородную массу, практически не под дающуюся диспергации с использованием механических воздействий. При соотношениях ацетон:ПАФ 3:1 и более твердая фаза выделяется в ф виде дисперсии с широким диапазоном варьирования гранулометриче 94 НЛ
Рисунок 3.9 - Треугольная диаграмма равновесия в системе «фосфолипиды (Ф) - нейтральные липиды (НЛ) - ацетон» при температуре 25С и соотношении ацетон ; ПАФ: 1,Г- 10:1; 2,2 - 8:1; 3,3 -5:1;4,4 -3:1; 5,5 -2:1; 6,6 -1:1; 7,7 -0,8:1 ского состава частиц, которые представляют собой капиллярно-пористое тело. При увеличении соотношений ацетон:ПАФ наблюдается уменьшение размеров частиц и выравнивание их по размерам. Обеспечение соотношения 5:1 обусловливает выделение твердой фазы в виде подвижной и более однородной дисперсии со средним размером частиц 0,5-1,0 мм. Увеличение соотношений ацетон:ПАФ в диапазоне от 5:1 до 10:1 сопровождается увеличением, как степени дисперсности, так и выравниванием гранулометрического состава получаемых осадков.
Для выявления влияния соотношений ацетон:ПАФ, обусловливающих выделение псевдотвердого осадка, на кинетику экстракции строили зависимости, отражающие изменение степени извлечения нейтральных липидов во времени (рисунок 3.10).
Анализ представленных кривых показывает, что возрастание концентрации нейтральных липидов в растворителе до максимального значения происходит в течение достаточно продолжительного отрезка времени. Наблюдается обратная зависимость между массовой долей растворителя в системе и временем наступления равновесия. Это, вероятно, связано с тем, что при экстракции нейтральных липидов из ПАФ ацетоном, процесс является жидкость-жидкостной экстракцией только в начальный момент времени. Затем экстракция происходит в системе твердое тело-жидкость, где жидкая фаза представлена ацетоно-масляной мисцеллой, а твердая - капиллярно-пористыми частицами фосфолипи-дов, поры которых заполнены мисцеллой.
Следует отметить, что даже по истечении длительного времени, система не приходит в состояние истинного равновесия, а именно концентрация поровой мисцеллы превышает концентрацию наружной мис-целлы, хотя последняя практически остается постоянной.
