Содержание к диссертации
Стр.
ВВЕДЕНИЕ 6
I. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ 12
Общие представления о пищевых красителях 12
Классификация натуральных красителей, химическое строение 14
Характеристика используемого сырья 20
Строение клеточных стенок растений 28
Способы получения пищевых красителей 36
Экстракция красящих веществ растворителями и ее интенсификация..40
Применение ферментных препаратов для гидролиза растительного сырья 44
Целлюлолитические ферментные препараты 44
Гемицеллюлозные ферментные препараты 46
Пектолитические ферментные препараты 48
Лигнинразрушающие ферменты 51
Ферментные препараты, представленные на рынке 52
Стабилизация натуральных пищевых красителей 54
Требования, предъявляемые к натуральным пищевым красителям 56
1.10. Применение натуральных пищевых красителей 58
И. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ 64
ИЛ Материалы и методы исследований 64
И. 1.1 Материалы исследований 64
II. 1.2 Методы исследований 68
И.1.2.1 Определение содержания сухих веществ 68
П. 1.2.2. Определение содержания клетчатки (целлюлозы) 68
II. 1.2.3. Определение содержания гемицеллюлозы 68
И.1.2.4. Определение содержания лигнина 69
Определение содержания пектина 69
Определение содержания «сырого протеина» и белка
в растительном сырье и полученных концентратах 70
II. 1.2.7. Определение содержания редуцирующих веществ в исходном
растительном сырье и полученных концентратах красителей 71
II. 1.2.8. Определение содержания суммарных липидов в исходном
растительном сырье 71
П. 1.2.9. Определение зольности методом сжигания 71
II. 1.2.10. Колориметрический метод определения содержания фенольных
веществ в исходном сырье и полученных концентратах красителей 71
Определение активностей используемых ферментных препаратов..72
Проведения качественной оценки красителей 73
И. 1.2.12.1. Определение органолептических показателей полученных
концентратов красителей 74
И. 1.2.12.2. Определение количества красящих веществ полученных
концентратов красителей 74
И. 1.2.12.3. Определение содержания нитратов полученных концентратов
красителей 75
II. 1.2.12.4. Определение растворимости полученных концентратов
красителей 75
П.1.2.12.5. Определение активной и титруемой кислотности полученных
концентратов красителей 76
II. 1.2.12.6. Проведение микробиологического контроля исходного сырья и
готовой продукции 76
II. 1.2.12.7. Методы определения витаминов в полученных концентратах
красителей 77
И.1.2.12.8. Определение содержания тяжелых металлов в полученных
концентратах красителей 78
И. 1.2.13. Методики приготовления конфет «Киевская помадка» и
мармелада желейного формового и оценка их качества с учетом
весомости основных показателей 79
II.2 РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЯ 83
П.2.1 Биохимические показатели используемого сырья 83
П.2.2 Ферментативная предобработка сырья 85
Н.2.3 Изучение влияния Гипоксена на активность композитов
ферментных препаратов 93
П.2.4. Ультразвуковая предобработка сырья 95
И.2.5 Подбор параметров экстракции 97
II.2.6 Оптимизация параметров экстракции красящих веществ водно-
спиртовыми растворами с использованием метода аддитивно-
решетчатого описания эксперимента 105
П.2.7 Стабилизация полученных экстрактов 113
И. 2.7.1 Определение устойчивости цветности экстрактов красящих
веществ к воздействию света 115
II. 2.7.2 Определение устойчивости цветности экстрактов красящих
веществ к воздействию температуры 121
П. 2.8. Концентрирование полученных экстрактов красящих веществ 132
II. 2.9. Физико-химический и микробиологический контроль
натуральных пищевых красителей. Органолептическая оценка 132
П. 2.10. Применение красителей в кондитерской промышленности 135
ВЫВОДЫ НО
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 143
ПРИЛОЖЕНИЯ 167
вого питания» (Москва, 2004); на Втором и Третьем международных симпозиумах «Микробные биокатализаторы и перспективы развития ферментных технологий в перерабатывающих отраслях АПК» (Москва, 2004 и 2006); Пятой ежегодной международной молодежной конференции ИБХФ РАН-ВУЗЫ (Москва, 2005); Шестой Международной специализированной конференции «Безопасность и управление рисками в фармацевтических и биотехнологических отраслях» (Москва, 2006); Научно-практическом семинаре с международным участием «Сырье и ингредиенты для кондитерских изделий. Инновации» (Москва, 2006).
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, выводов, библиографического списка, включающего 215 источников, из них 52 иностранных источника, и 7 приложений. Работа изложена на 167 страницах машинописного текста, включает 39 таблиц и 18 рисунков.
Введение к работе
Актуальность темы. На сегодняшний день во всем мире испытыва-ется потребность в высококачественных, безопасных для человека красителях, что обусловлено значительной индустриализацией сферы общественного питания, совершенствованием технологических процессов в пищевой промышленности, и особенно производства продуктов детского и диетического питания, а также изменением вкусов потребителей.
Выработка натуральных красителей ограничена как в масштабах, так и в ассортименте, и потребность в них до настоящего времени покрывается частично за счет синтетических красителей. Поэтому разработка новых технологий производства натуральных красителей и совершенствование существующих являются главными направлениями исследований в этой области.
При производстве пищевых продуктов предъявляются жесткие требования ко всем пищевым добавкам и, в том числе, к пищевым красителям.
Одним из важных требований, предъявляемых к новым видам натуральных красителей, является отсутствие отрицательного влияния на пищевую ценность изделий, сохранение окраски на протяжении сроков годности, установленных нормативными документами. Поэтому основной задачей специалистов, работающих в области исследования и производства пищевых красителей, является разработка новых торговых препаратов красителей с повышенной световой и температурной устойчивостью.
В настоящее время в Европе активно пропагандируются антоцианы, поскольку они обладают множеством полезных свойств: препятствуют образованию тромбов, снижают уровень холестерина, повышают эластичность сосудов, благоприятно влияют на зрение, способствуют профилактике онкологических заболеваний [Малиашвили Г.Н. и др., 2003].
Повышается интерес и к каротиноидным красителям. Желтые и оранжевые каротиноиды, в частности бета-каротин, являются антиоксидантами. В организме человека бета-каротин способен трансформироваться в витамин А, который оказывает стимулирующее действие на иммунную систему, благотворно влияет на зрение, помогает бороться с болезнями сердца и замедлить процесс старения.
Лечебные свойства хлорофилла человек успешно использует с давних пор. Свежеотжатым хлорофиллсодержащим соком из зелёных пищевых растений лечат заболевания крови и многие другие болезни.
Существующие в настоящее время технологии извлечения красителей из растительного сырья, базирующиеся на водной и спиртовой экстракции, обладают, по меньшей мере, двумя недостатками: неполным извлечением пигментов из сырья и низкой стабильностью полученных препаратов.
Поэтому научно-обоснованное совершенствование существующих технологий натуральных пищевых красителей, позволяющее увеличить их выход из сырья, улучшить их органолептические показатели, стойкость, расширить ассортимент, актуально и перспективно.
Цель и задачи исследования. Основная цель диссертационной работы состояла в разработке биотехнологии натуральных пищевых красителей из растительного сырья и отходов переработки фруктов и овощей на основе ферментативного катализа и экспериментальном обосновании целесообразности использования полученных биотехнологическим способом красителей в кондитерской промышленности. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
- изучение биохимического состава растительного сырья - отходов переработки фруктов и овощей;
определение эффективного способа предварительной (механической и ферментативной) обработки сырья;
подбор оптимальных условий экстракции красящих веществ растительных клеток, таких как бетанин, антоцианы, каротиноиды, хлорофиллы, с сохранением их цвета;
подбор стабилизаторов, обеспечивающих максимальное сохранение окраски под воздействием высоких температур и света;
исследование влияние стимулятора полифенольной природы Гипоксена на активность применяемых ферментных препаратов в процессе предобработки, а также его использования в качестве стабилизатора красителей;
определение биологической ценности полученных красителей, проверка их качественных показателей, в том числе микробиологической стабильности;
исследование возможности применения полученных красителей в кондитерской отрасли пищевой промышленности.
Научная новизна работы. На основании анализа экспериментальных данных разработаны основы биотехнологии натуральных пищевых красителей из растительного сырья и отходов его переработки. Для разработки основ биотехнологии натуральных пищевых красителей было произведено следующее:
- впервые подобраны оптимальные условия предварительной комплексной
механико-ферментативной обработки растительного сырья на основании
исследования биохимического состава растительного сырья, а именно,
отходов переработки свеклы, черноплодной рябины, цитрусовых и кра
пивы;
впервые исследовано влияние стимулятора полифенольной природы Ги-поксена на увеличение активности ферментных препаратов, гидроли-зующих некрахмальные полисахариды клетки, и на стабильность получаемых красителей, определены параметры его внесения в процессе экстракции;
подтверждена биологическая ценность полученных красителей на основе анализа их биохимического состава;
проведена санитарно-гигиеническая оценка полученных красителей, показавшая их безвредность.
Впервые полученные зависимости качественных показателей натуральных красителей от условий физико-химических воздействий на сырье позволили дать обоснование новой технологии их получения и рекомендации по их использованию в пищевой промышленности.
Практическая значимость и реализация результатов работы. Проведенные исследования явились основой для решения задачи по созданию биотехнологии натуральных пищевых красителей из растительного сырья и отходов его переработки за счет использования отечественных ферментных препаратов и их комплексов.
В результате введения в технологию Гипоксена для увеличения активности ферментных препаратов и повышения стабильности красящих веществ разработан способ экстракции и стабилизации, позволяющий увеличить выход пигментов из растительных клеток в 2-2,5 раза и повысить стабильность красителей на 15-19%.
Разработанная технология стабильных красителей существенно упрощена по сравнению с существующей за счет исключения стадии химической модификации натуральных пигментов.
Разработана и экспериментально обоснована технология получения из растительного сырья концентрированных пищевых красителей с органолеп-тическими характеристиками, отвечающими требованиям нормативно-технической документации. Доказана их безвредность на основании биохимических и микробиологических исследований. В условиях кафедры «Технология кондитерского производства» МГУПП проведена апробация способа приготовления желейного мармелада и сахарной помадки с добавлением полученных концентратов красителей, улучшающих внешний вид изделий и повышающих их биологическую ценность
Разработан проект технических условий получения красителя натурального пищевого и проект технологической инструкции по получению красителя натурального пищевого. Подана заявка на выдачу патента РФ на способ получения натурального пищевого красителя из растительного сырья и отходов переработки растительного сырья и натуральный пищевой краситель, полученный по этому способу (№2005138928 от 15.12.05).
Разработанная биотехнология натуральных пищевых красителей из растительного сырья и отходов его переработки излагается в дисциплине «Технология комбинированных пищевых систем, аналогов и лечебно-профилактических продуктов на основе биоконверсии растительного сырья» учебного плана специальности 271500 «Пищевая биотехнология».
Публикации. По материалам диссертации опубликовано 10 печатных работ, подана 1 заявка на выдачу патента РФ.
Апробация работы. Основные положения работы докладывались на российских и международных конференциях и симпозиумах: Всероссийской научно-технической конференции-выставке «Высокоэффективные пищевые технологии, методы и средства для их реализации (Москва, 2004 и 2005); Научно-практической конференции «Технологии и продукты здоро-
