Содержание к диссертации
Введение
1 Аналитический обзор 8
1.1 Физиологическая роль фосфолипидов в деятельности организма 8
1.2 Теоретические основы получения и стабилизации пищевых водно-жировых эмульсий 16
1.3 Основные направления в разработке пищевых эмульсионных продуктов функционального назначения 21
2 Методическая часть 29
2.1 Методы исследования химического состава и свойств фосфолипидных продуктов 29
2.2 Методы исследования маргариновых и майонезных эмульсий 35
2.3 Методы медико-биологических исследований фосфолипидных продуктов 38
2.4 Методика проведения экспериментов 39
3 Экспериментальная часть 44
3.1 Исследование физико-химических показателей и химического состава рапсовых активированных фосфолипидов 42
3.2 Медико-биологические исследования и физиологическое действие рапсовых активированных фосфолипидов 51
3.3 Исследование технологических свойств рапсовых активированных фосфолипидов 59
3.3.1 Исследование антиоксидантных свойств рапсовых активированных фосфолипидов 59
3.3.2 Изучение поверхностно-активных свойств рапсовых активированных фосфолипидов 62
3.4 Исследование антиразбрызгивающей способности рапсовых активированных фосфолипидов 69
3.5 Исследование эмульгирующих свойств рапсовых активированных фосфолипидов 73
3.6 Разработка рецептур средне- и низкокалорийных маргаринов 75
3.7 Разработка рецептур средне- и низкокалорийных майонезов 81
3.8 Оценка потребительских свойств разработанных маргаринов и майонезов в процессе хранения 87
4 Оценка экономической эффективности от внедрения разработанных маргаринов и майонезов 100
Выводы и рекомендации 105
Список литературы 107
Приложения 122
- Теоретические основы получения и стабилизации пищевых водно-жировых эмульсий
- Методы исследования маргариновых и майонезных эмульсий
- Медико-биологические исследования и физиологическое действие рапсовых активированных фосфолипидов
- Оценка экономической эффективности от внедрения разработанных маргаринов и майонезов
Введение к работе
Одной из актуальных проблем современности является сохранение здоровья человека. В нашей стране концепция здорового питания населения России до 2005 года и Президентская программа по этой проблеме, находятся на уровне государственной политики.
Одним из действенных путей повышения уровня здоровья населения следует считать создание продуктов питания группы «Здоровье».
Создание таких продуктов возможно только при использовании биологически активных добавок с различными технологически функциями, наиболее важными из которых являются функции, связанные с регулированием консистенции, увеличением сохранности и приданием пище особых физиологически полезных свойств.
В связи с этим биологически активные добавки природного происхождения являются наиболее перспективными, т.к. они обладают комплексом физиологических свойств и технологических функций.
Среди множества имеющихся природных биологически активных добавок наибольшее внимание уделяется фосфолипидам.
Возможность расширить ассортимент фосфолипидных биологически активных добавок возникла, благодаря разработанной высокоэффективной технологии получения из безэруковых рапсовых масел фосфолипидов, позволяющей максимально снизить негативные воздействия технологического процесса и получить продукт, характеризующийся высокими органолептическими и физико-химическими показателями, а также обладающий широким спектром технологических функций и физиологического действия.
Учитывая это, в качестве объекта исследования выбраны пищевые фосфолипиды рапсовых масел - рапсовые активированные фосфолипиды (РАФ), полученные с применением методов механохимической и
химической активации.
Целью работы является исследование и сравнительная оценка технологических и потребительских свойств двух типов фосфолипидных продуктов, полученных из безэруковых рапсовых масел по традиционной и усовершенствованной технологии, и обоснование рекомендаций по их применению в производстве маргариновой продукции.
В связи с этим основными задачами исследования являются:
изучение, анализ и систематизация научно-технической литературы и патентной информации по изучаемой проблеме;
сравнительное исследование состава, структуры и свойств рапсовых активированных фосфолипидов и фосфатидных концентратов, полученных по традиционной технологии;
медико-биологические исследования и изучение физиологического действия исследуемых фосфолипидных продуктов;
исследование поверхностно-активных свойств рапсовых фосфолипидных продуктов;
исследование антиоксидантной способности рапсовых фосфолипидных продуктов;
исследование эмульгирующих свойств и антиразбрызгивающей способности рапсовых активированных фосфолипидов;
разработка практических рекомендаций по применению рапсовых активированных фосфолипидов в производстве маргариновой продукции;
- оценка потребительских свойств маргаринов и майонезов,
полученных с применением рапсовых активированных фосфолипидов;
- оценка экономической эффективности от внедрения разработанных
технологических и технических решений.
Научная новизна. Научно и экспериментально обоснованы
преимущества, целесообразность и эффективность применения в качестве
эмульгаторов маргариновых и майонезных эмульсий рапсовых
активированных фосфолипидов, полученных из рапсовых масел с применением методов механохимической и химической активации.
Впервые определены основные медико-биологические свойства рапсовых активированных фосфолипидов - антиоксидантные, гипохолестеринемические, иммуномоделирующие, гиполипидемические и гепатопротекторные в сравнении с фосфолипидными концентратами, полученными по традиционной технологии.
Впервые количественно оценены технологические свойства рапсовых активированных фосфолипидов, их антиоксидантные и поверхностно-активные свойства, а также антиразбрызгивающая и эмульгирующая способность.
Экспериментально обоснованы дозировки рапсовых активированных фосфолипидов при создании маргариновых и майонезных эмульсий различной калорийности. Экспериментально объяснено положение о торможении окислительных процессов рапсовыми активированными фосфолипидами в липидном комплексе маргаринов и майонезов при хранении.
Новизна результатов, полученных в результате исследования, подтверждена 1 патентом РФ и 6 решениями о выдаче патентов РФ.
Практическая значимость. Разработаны рецептуры маргаринов и майонезов заданной калорийности с применением в качестве эмульгатора рапсовых активированных фосфолипидов. Разработаны режимы подготовки рапсовых активированных фосфолипидов перед введением их в качестве эмульгаторов в маргариновые и майонезные эмульсии. Показано, что введение рапсовых активированных фосфолипидов в маргариновые и майонезные эмульсии увеличивает сроки хранения маргаринов и майонезов.
Разработаны комплекты технической документации на средне- и низкокалорийный маргарины и на средне- и низкокалорийный майонезы (технические условия и технологические инструкции).
На защиту выносятся следующие основные положения:
анализ и систематизация научно-технической литературы и патентной информации по изучаемой проблеме;
результаты сравнительного исследования состава, структуры и свойств рапсовых активированных фосфолипидов и фосфатидных концентратов, полученных по традиционной технологии;
результаты медико-биологического исследования и изучения физиологического действия исследуемых фосфолипидных продуктов;
результаты исследования поверхностно-активных свойств рапсовых фосфолипидных продуктов;
результаты исследования антиоксидантной способности рапсовых фосфолипидных продуктов;
результаты исследования эмульгирующих свойств и
антиразбрызгивающей способности рапсовых активированных
фосфолипидов;
разработанные рекомендации по применению рапсовых активированных фосфолипидов в производстве маргариновой продукции;
- результаты оценки потребительских свойств маргаринов и
майонезов, полученных с применением рапсовых активированных
фосфолипидов;
- результаты оценки экономической эффективности от внедрения
разработанных технологических и технических решений.
(%
8 1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР
Теоретические основы получения и стабилизации пищевых водно-жировых эмульсий
Пищевые водно-жировые эмульсии являются многофазными системами в которых дисперсионная среда и дисперсная фаза находятся в жидком состоянии и при нормальных условиях не смешиваются или смешиваются частично /59/. Из-за избытка свободной поверхностной энергии на межфазной поверхности для эмульсии характерна агрегативная неустойчивость. Под последней понимают самопроизвольное образование агрегатов капелек с последующей их коалесценцией в пределе, приводящей к полному расслоению фаз /62,63,137/.
Агрегативная устойчивость определяется термодинамическим равновесием и зависит от множества факторов, однако наибольшее влияние на нее оказывает природа и количество содержащегося в эмульсии эмульгатора. При этом от природы используемого эмульгатора зависит не только устойчивость эмульсии, но и ее тип.
С термодинамической точки зрения эмульгатор, адсорбируясь на границе раздела фаз в виде тончайших адсорбционных оболочек, понижает межфазное поверхностное натяжение, препятствует коалесценции частичек дисперсной фазы и удерживает их в дисперсионной среде, чем и обеспечивает агрегативную устойчивость эмульсии. Поскольку толщина адсорбционных слоев невелика, то и эмульгатора требуется мало. Молекулы эмульгаторов дифильны, они состоят из углеводородного радикала (неполярная часть) и полярных групп. Их эмульгирующее действие тем эффективнее, чем лучше сбалансировано в молекуле полярные и неполярные группы /62-64/. Хорошо сбалансированной дифильной молекулой является фосфатидилхолин, а также фосфатидилэтаноламин, аналогично которым стремятся синтезировать промышленные эмульгаторы /63,64,65 /.
Важной характеристикой эмульгатора является критическая концентрация мицелообразования (ККМ). Исследованиями /66/ установлено, что поверхностная активность характеризует эмульгирующие свойства поверхностно-активного вещества, а ККМ - его стабилизирующую способность.
Однако, для оценки эффективности действия эмульгатора эти характеристики не являются достаточными. Это объясняется сложным составом пищевых эмульсий, представляющих собой многокомпонентные системы.
В связи с этим для определения степени эффективности эмульгатора необходимо изучить его эмульгирующие и влагоудерживающие свойства. Эти свойства оценивают по структурно-механическим свойствам получаемых эмульсий /67-69/.
Следует отметить, что структурно-реологические свойства пищевых водно-жировых эмульсий помимо концентрации эмульгатора зависят от состава и соотношений компонентов жирового набора, водно-молочной фазы, рН среды, а также механизма диспергирования. Уменьшение количества эмульгатора за счет более интенсивного диспергирования при производстве маргариновой продукции позволяет получить однородную эмульсию, однако стабильность ее резко снижается /70/. Поэтому, при проведении исследований необходимо наиболее полно приближать модельные системы к реальным рецептурам. Исследование структурно-реологических характеристик продуктов на основе водно-жировых эмульсий позволяет, имея определенный эмульгатор путем подбора его количества и вариацией набора рецептурных компонентов, получать продукты с заданными функциональными свойствами.
Известно, что природные фосфолипиды в малополярных и неполярных растворителях находятся в виде ассоциатов, мицелл и других образований, что объясняется межмолекулярным взаимодействием полярных групп их дифильных молекул. Это свойство фосфолипидов проявляется в их высокой поверхностной активности на границе раздела фаз " масло-вода".
Из анализа литературных данных следует, что поверхностно-активные свойства природных фосфолипидов зависят от их химического строения, в частности - жирнокислотного состава, природы неполярной фазы, температуры, концентрации и других характеристик /71-79/.
Установлено, что в эмульсиях обратного типа или в смешанных, в которых жир является непрерывной дисперсионной средой, а вода -дисперсной фазой, защитную адсорбционную пленку вокруг капелек воды создают липофильные эмульгаторы, легко растворимые в жире. Свойства липофильных эмульгаторов определяются преимущественным влиянием большей олеофильной частью их молекулы /80/.
Липофильные эмульгаторы, обволакивая капельки воды прочной адсорбционной пленкой, повышают устойчивость эмульсии против механического разрушения. Но они не повышают коллоидной растворимости воды в жире и потому не предохраняют эмульсию от разбрызгивания при термическом воздействии /81 -83/.
Снижение межфазного поверхностного натяжения вызывают растворимые в воде поверхностно- активные гидрофильные эмульгаторы, обуславливающие образование эмульсии типа м/в. Гидрофильные эмульгаторы, характеризующиеся преимущественным влиянием гидрофильной части их молекул (группы атомов, отличающихся сродством к воде), повышают коллоидную растворимость воды и за этот счет предохраняют эмульсию от разбрызгивания при сильном нагревании /84-86/.
Для получения высокодисперсной стойкой и неразбрызгивающейся эмульсии необходимы эмульгаторы, в молекулах которых соотношение липофильных и гидрофильных групп сбалансировано в соответствии с типом и концентрацией фаз эмульсии. Поэтому свойства эмульгаторов и правильный их подбор определяют качество эмульсий /87,88/.
Стабилизация обратных эмульсий обеспечивается в процессе переохлаждения путем создания в дисперсионной среде структурного скелета, состоящего из кристаллов твердых жиров, межкристаллическое пространство которого заполнено высоковязкой жидкой фазой. Мельчайшие кристаллы жиров адсорбируются также на поверхности раздела фаз, увеличивая таким образом ее механическую прочность. Крупные кристаллы способствуют разрушению адсорбционных пленок, что приводит к коалесценции водных капель. Поэтому еще одной функцией эмульгатора, которую, как правило, выполняют моноглицериды, является предотвращение полиморфных превращений а-форм кристаллов твердых жиров в р- формы /88, 89/. Существенным фактором повышения стабильности обратных эмульсий является увеличение гидродинамической толщины адсорбционной пленки. Способность фосфолипидов создавать в водной фазе ламеллярные структуры объясняет их стабилизирующее действие в обратных эмульсиях именно этим фактором /65,89,90/.
Методы исследования маргариновых и майонезных эмульсий
Отбор проб, определение органолептических показателей качества, содержания влаги и летучих веществ, кислотности, рН водной фазы, кислотного числа жировой основы водно-жировых эмульсий осуществляли по принятым в отрасли методикам /84,158/.
Устойчивость эмульсий по количеству отделившихся фаз при центрифугировании со скоростью 1500 об/мин в течение 5 мин определялась по методике /159/.
Тип эмульсии определяли методом разбавления и окрашивания с последующим микроскопированием/63/.
Статическую устойчивость определяли по кинетике расслоения готовых эмульсий в течение 24 часов /63/. Динамическую устойчивость определяли центрифугированием эмульсий со скоростью 1500 об/мин в течение 5 минут, после чего наблюдали разрушение водно-жировой эмульсии и отсчитывали количбство выделившегося жира в сантиметрах /63/.
О степени дисперсности получаемых эмульсий судили по размеру частиц, который измеряли с помощью микроскопа МБС-9 /65/.
При анализе майонезных эмульсий отбор проб, определение органолептических показателей, массовых долей жира, влаги, стойкость эмульсии и кислотность"определяли согласно ГОСТ Р 50173-92 "Майонезы. Методы испытаний".
Ведение микробиологического контроля осуществляли по методикам определения коли-титра бактерий группы кишечной палочки (БГКП), плесневых грибов, дрожжей и общего количества бактерий, приведенным в инструкции по санитарно-бактериологическому контролю производства майонеза и маргарина /63/.
Перекисное число определяли согласно ГОСТ 26593-85. При этом, определяли перекисное число готовой водно-жировой эмульсии, а не масла, выделенного из него, а пробу маргарина перед определением расплавляли на водяной бане. Как показали предварительно проведенные исследования, при экстракции масла из водно-жировой эмульсии и при последующей отгонке растворителя, происходит повышение перекисного числа продукта. Для сравнимости полученных результатов для водно-жировых эмульсий с различной массовой долей масла, проводили пересчет полученных значений по следующей формуле: П,=П2-100/т, (2.6) где Пі - перекисное число масла, выделенного из эмульсии, ммоль 1/2 О/кг Пг - перекисное число эмульсии, ммоль 1/2 О/кг; т - массовая доля масла в майонезе, %. Процент разбрызгивания маргариновой эмульсии, по которому судили об эффективности эмульгирования и антиразбрызгивающего действия эмульгатора, определяли согласно ГОСТ Р 52179-2003.
Эффективную вязкость, в зависимости от различных напряжений сдвига, определяли методом построения реологических кривых. Для определения структурной вязкости и механических свойств дисперсных систем как в области разрушенных, так и не разрушенных структур применяли методику, предусматривающую построение полной реологической кривой зависимости эффективной вязкости от напряжения сдвига. Такие реологические кривые течения позволяли получить следующие характеристики: - наибольшую вязкость практически не разрушенной структуры; - наименьшую вязкость практически разрушенной структуры; - минимальный предел текучести, соответствующий началу течения (разрушению структуры); - предел текучести по Бингаму; - максимальный предел текучести, соответствующий течению полностью разрушенной структуры /159/.
Для определения реологических характеристик наиболее часто применяется ротационные приборы с двумя коаксиальными цилиндрами, один из которых (внутренний) вращается с различными скоростями, а другой неподвижен. В работе использовался ротационный вискозиметр "Reotest-2" (Германия) /63/.
Данный прибор позволяет определить динамическую (эффективную) структурную вязкость в пределах от 10"2 до 104 Па» с при определенных скоростях деформации от 0,2 до 1,3 103 с _1 в интервале температур от -30 до+150 С.
Для проведения измерений навеску эмульсии 30 г помещали в наружный неподвижный цилиндр, который фиксировали в муфте корпуса вискозиметра. При определении реологических характеристик майонезной эмульсии при температуре 20 С оба цилиндра помещали в термостат на 30 минут.
Медико-биологические исследования и физиологическое действие рапсовых активированных фосфолипидов
Физиологическое воздействие сравниваемых фосфолипидных продуктов на живой организм изучали на белых крысах расы Вистар, получавших полноценные пищевые смеси, 25% жировой части которых у первой экспериментальной группы обеспечивалась за счет рапсовых активированных фосфолипидов, а у второй экспериментальной — за счет рапсовых фосфатидных концентратов.
В контрольной группе 25% жировой части пищевых смесей обеспечивалось за счет дезодорированного рафинированного подсолнечного масла (ДМ).
Кормление проводили по принципу «вволю» со свободным доступом к воде. Длительность опыта - 3 месяца.
За этот период случаев падежа животных не было. При забое животных в конце опыта и изучении внутренних органов патологических изменений не обнаружено.
Влияние сравниваемых фосфолипидных продуктов на перекисное окисление липидов в организме опытных животных изучали, определяя содержание вторичного продукта окисления липидов - малонового диальдегида и диеновых коньюгатов в сыворотке крови, физиологическое значение этих параметров сопоставляли для животных экспериментальных и контрольной групп.
Следует отметить, что рапсовые фосфатидные концентраты, полученные по традиционной технологии, оказывали существенно меньшее положительное влияние на перекисное окисление липидов в организме экспериментальных животных.
Установленное достоверное снижение содержания малонового диальдегида и диеновых конъюгатов в сыворотке крови экспериментальных животных, получавших в рационе рапсовые активированные фосфолипиды, является свидетельством более высокой их антиоксидантной активности и тормозящего влияния на активность перекисного окисления липидов.
Диаграмма снижения содержания диеновых коньюгатов в сыворотке крови животных групп: 1- контрольная; 2- экспериментальная, принимавшая рапсовый фосфатидный концентрат; 3 - экспериментальная, принимавшая рапсовые актированные фосфолипиды Следует отметить, что применение рапсовых активированных фосфолипидов в рационе животных позволяет повысить сопротивляемость живого организма к стрессам, что подтверждается их более высокой антиоксидантной способностью по сравнению с рапсовым фосфатидным концентратом.
Оценка экономической эффективности от внедрения разработанных маргаринов и майонезов
На основании результатов комплекса исследований определена принципиальная возможность использования рапсовых активированных фосфолипидов, полученных с применением методов механохимической и химической активации, в качестве эмульгаторов, позволяющих повысить качество маргариновой продукции, а также расширить ее ассортимент.
В таблице 4.1 и 4.2 приведена расшифровка материальных затрат в себестоимости средне- и низкокалорийных маргаринов и майонезов, с введением рапсовых активированных фосфолипидов.
В таблице 4.3 и 4.4 приведена калькуляция себестоимости 1 тонны средне- и низкокалорийных маргаринов и майонезов с введением рапсовых активированных фосфолипидов, а также прибыль от реализации.
Экономический эффект от производства и реализации разработанной маргариновой продукции содержащей рапсовые активированные фосфолипиды при выпуске 20 тонн маргаринов в год составит - 116,39 тыс. руб. и 80 тонн майонезов в год - 384,79 тыс.руб., что в целом составит более 500 тыс. руб.
Таким образом, производство и реализация новых видов маргаринов и майонезов с использованием в качестве высокоэффективного эмульгатора рапсовых активированных фосфолипидов рентабельно и в целом приводит к повышению эффективности производства.
1. На основании сравнительного анализа органолептических и физико-химических показателей, химического состава и медико-биологических свойств рапсовых фосфолипидных продуктов, полученных по традиционной технологии, и с применением методов механохимической и химической активации, экспериментально и теоретически обоснована целесообразность и эффективность применения рапсовых активированных фосфолипидов в качестве эмульгаторов маргариновых и майонезных эмульсий.
2. Впервые количественно оценены основные медико-биологические свойства рапсовых активированных фосфолипидов и приведено их сравнение со свойствами фосфолипидных концентратов, полученных по традиционной технологии, включая их антиоксидантные, гипохолестеринемические, иммуномоделирующие, гиполипидемические и гепатопротекторные свойства.
3. Впервые определены технологические свойства рапсовых активированных фосфолипидов - антиоксидантные и поверхностно-активные свойства, а также антиразбрызгивающая и эмульгирующая способность.
4. Рекомендованы дозировки рапсовых активированных фосфолипидов и условия их применения при создании маргариновых и майонезных эмульсий с регулируемым содержанием жира и калорийностью. Разработаны режимы подготовки рапсовых активированных фосфолипидов перед введением их в маргариновые и майонезные эмульсии.
5. Количественно определено антиокислительное влияние рапсовых активированных фосфолипидов на показатели окисления маргаринов и майонезов при хранении. Показано, что введение рапсовых активированных фосфолипидов в маргариновые и майонезные эмульсии позволяет увеличить сроки хранения готовой продукции.
6. Разработаны рецептуры маргаринов и майонезов различной калорийности с применением в качестве эмульгатора рапсовых активированных фосфолипидов. Разработаны комплекты технической документации на средне- и низкокалорийные маргарины и на средне- и низкокалорийные майонезы.
7. Разработанные рецептуры приняты к внедрению на ОАО «Масложиркомбинат «Краснодарский». Экономический эффект от внедрения разработанных рецептур составит более 500 тыс. руб. в год.
