Содержание к диссертации
Введение
Глава 1. Обзор литературы 12
1.1. Гидроколлоиды и их функциональные характеристики 12
1.1.1. Классификация гидроколлоидов 15
1.1.2. Применение гидроколоидов в пищевой промышленности 22
1.2. Аспекты применения водо- и жирорастворимых витаминов в обогащенных пищевых продуктах 31
1.2.1. Основные принципы обогащения пищевых продуктов микронутриентами 33
1.2.2. Качественные критерии обогащенных пищевых продуктов 36
1.3. Усвоение витаминов в ЖКТ и влияние гидроколлоидов на процессы пищеварения 44
Заключение к 1 главе 53
Глава 2. Экспериментальная часть 55
2.1. Объекты и методы исследований 56
2.1.1. Основное и дополнительное сырье, применявшееся в работе 56
2.1.2. Специальные методы исследований 58
2.1.2.1. Определение витамина Е методом ВЭЖХ 58
2.1.2.2. Определение водорастворимых витаминов методом ВЭЖХ 59
2.1.2.3. Определение сохранности комплекса водорастворимых витаминов с гидроколлоидами в условиях ЖКТ человека ферментно химическим методом 61
2.1.2.4. Определение устойчивости к окислению жирового эмульсионного продукта (метод ускоренного окисления) по ГОСТ Р 51481-99 (ИСО 6886-96) 63
2.1.2.5. Методы математической обработки результатов исследования 64
2.1.3. Техника приготовления лабораторных образцов моделей обогащенных продуктов 64
Глава 3. Определение взаимодействия гидроколлоидов с витаминами на модельных системах 66
3.1. Взаимодействие крахмалов с водорастворимыми витаминами 69
3.2. Взаимодействие МКЦ, ксантановой камеди, хитозана и водорастворимых витаминов 86
3.3. Взаимодействие пектина, агара и водорастворимых витаминов 87
3.4. Взаимодействие желатина, инулина и водорастворимых витаминов 97
3.5. Взаимодействие нативных крахмалов и токоферола 103
3.6. Взаимодействие МКЦ, ксантановой камеди, хитозана и токоферола. 105
3.7. Взаимодействие пектина и токоферола 108
3.8. Взаимодействие желатина, инулина и токоферола 108
Заключение к главе 3 110
Глава 4. Обоснование выбора ассортимента обогащаемых продуктов, содержащих в своем составе гидроколлоиды 112
4.1. Определение качественных показателей гидроколлоидов 116
4.1.1. Желатин инстант 116
4.1.1.1. Исследование показателей качества желатинового студня 116
4.1.2. Пектин 120
4.1.3. Агар 121
4.1.4. Инулин 121
4.1.5. Нативные крахмалы 122
4.1.5.1. Исследование реологических характеристик нативных крахмалов 125
4.1.6. МКЦ 128
4.2. Определение качественных показателей дополнительных компонентов 130
4.2.1. Патока крахмальная 130
4.2.2. Изомальт 130
4.2.3. Молоко сухое цельное 131
4.2.4. Сыворотка сухая молочная 132
4.2.5. Растительные и ягодные экстракты 133
4.2.5.1. Экстракт облепихи 133
4.2.5.2. Экстракт малины 134
4.2.5.3. Экстракт черники 134
4.3. Рецептуры и качественные показатели образцов моделей обогащенных продуктов 135
Заключение к 4 главе 139
Глава 5. Определение сохранности жиро- и водорастворимых витаминов 140
5.1. Определение сохранности комплекса водорастворимых витаминов с гидроколлоидами в составе моделей обогащенных продуктов в условиях ЖКТ человека 141
5.1.1. Оценка сохранности витаминов в концентратах желейных десертов 141
5.1.2. Оценка сохранности витаминов в мармеладных изделиях 143
5.1.3. Оценка сохранности витаминов в концентратах киселей 146
5.2. Оценка устойчивости к окислению эмульсионных жировых продуктов, содержащих в своем составе гидроколлоиды и токоферол 148
Заключение к главе 5 153
Выводы 154
Список литературы 156
Приложение 1 169
- Классификация гидроколлоидов
- Взаимодействие крахмалов с водорастворимыми витаминами
- Взаимодействие желатина, инулина и водорастворимых витаминов
- Оценка устойчивости к окислению эмульсионных жировых продуктов, содержащих в своем составе гидроколлоиды и токоферол
Введение к работе
Актуальность темы. Образ жизни и питание служат важнейшими факторами, обеспечивающими здоровье человека, его способность к труду, умение противостоять внешним неблагоприятным воздействиям. Поэтому при составлении полноценного пищевого рациона важно обращать внимание на наличие незаменимых факторов питания - биологически активных веществ, полиненасыщенных жирных кислот семейства ш-6/ш-З, витаминов и минералов, отсутствие которых сопровождается симптомами пищевой недостаточности.
Производство и потребление функциональных и обогащенных пищевых продуктов подкреплено правовой основой со стороны государства и приобретает все большую актуальность и востребованность, что обусловлено, изменениями условий жизни и труда населения, снижением энергозатрат и объемов потребляемой пищи, при неизменной потребности в физиологически активных веществах.
Конструирование качественно новых продуктов питания, удовлетворяющих физиологические потребности организма человека в пищевых веществах и энергии и восполняющих дефицит незаменимых микроингредиентов, возведено в ранг государственных задач, что отражено в «Основах государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации на период до 2020 года».
В основе создания таких продуктов лежит модификация традиционных продуктов путем введения в их состав физиологически функциональных ингредиентов (витамины, минеральные вещества, полиненасыщенные жирные кислоты, пробиотики), особое место среди которых занимают пищевые волокна (микрокристаллическая целлюлоза, крахмалы, пектин, хитозаны, инулин, фруктоолигосахариды и проч.) с обоснованием выбора пищевой системы и с учетом их физиологической эффективности.
Одним из принципов обогащения пищевых продуктов витаминами и минеральными веществами является прогнозирование возможного химического взаимодействия обогащающих ингредиентов между собой и с компонентами обогащаемого продукта. Следовательно, необходимо учитывать выбор таких сочетаний, форм, способов и стадий внесения микроингредиентов, которые обеспечивали бы их максимальную сохранность в процессе производства и потребления. Однако, внесение функциональных ингредиентов в соответствии с рецептурой, зачастую не способно обеспечить благоприятное физиологическое действие после употребления и может повлечь за собой снижение биодоступности и усвояемости биологически активных веществ.
Степень разработанности проблемы. Исследование и оценка степени взаимодействия компонентов пищевой системы является актуальной задачей, от решения которой зависит качество и безопасность обогащенных продуктов питания. Существует ряд научных работ российских и зарубежных ученых (Тутельян В.А., Гаппаров М.Г., Шатнюк Л.Н., Кочеткова А.А., Бессонов В.В., Вржесинская О.А., Нечаев А.П., Попова Т.С, Цыганова Т.Б., Abhishek S.B., Loksuwan J.), в которых рассматриваются вопросы взаимодействия гидроколлоидов с макро- и микроингредиентами, характер и свойства образуемых комплексов.
Довольно часто в рецептурах сложных пищевых продуктов приходится сталкиваться с непредвиденными последствиями взаимодействия компонентов.
Учитывая, что в последние годы в пищевой промышленности возрос объем применения таких гидроколлоидов как пектины, инулины, хитозаны и др. для достижения технологической эффективности и придания функциональной направленности, при создании пищевых продуктов, нам представляется необходимым более глубокое изучение подходов и решений по обогащению продуктов витаминами с учетом их свойств, структуры и взаимодействия в пищевой системе.
В этой связи мы считаем важными и перспективными исследования взаимодействия ряда гидроколлоидов растительной природы (МКЦ, крахмалы, агар, пектин, инулин, ксантановая камедь) и животного происхождения (желатин, хитозан) с жиро- и водорастворимыми витаминами в различных группах обогащенных пищевых продуктов (пищевые концентраты сладких блюд — желе, кисели; кондитерские изделия — мармелад; жировые продукты).
Цель работы: исследование взаимодействия ряда гидроколлоидов растительного и животного происхождения с жиро- и водорастворимыми витаминами в пищевой системе.
В рамках поставленной цели решались следующие задачи:
изучить физико-химические и технологические свойства гидроколлоидов различной природы;
исследовать на модельных системах взаимодействие гидроколлоидов различной природы (МКЦ, ксантановая камедь, хитозан, желатин, крахмалы, агар, пектин, инулин) с водорастворимыми витаминами, внесенными в различных концентрациях;
исследовать на модельных системах взаимодействие гидроколлоидов различной природы (МКЦ, ксантановая камедь, хитозан, желатин, крахмалы, агар, пектин, инулин) с жирорастворимым витамином Е, внесенным в различных концентрациях;
оценить сохранность in vitro водорастворимых витаминов в обогащенных продуктах (пищевые концентраты сладких блюд - желе, кисели; мармеладные изделия), изготавливаемых с применением гидроколлоидов различной природы;
оценить устойчивость к окислению эмульсионных жировых продуктов, содержащих в своем составе гидроколлоиды и витамин Е.
Научная новизна. Впервые в России проведены комплексные исследования по выявлению взаимодействия водо- и жирорастворимых витаминов с различными группами гидроколлоидов, широко используемых в пищевой промышленности.
Определена степень сорбции гидроколлоидов с различными водорастворимыми витаминами при их совместном нахождении в условиях одной модели, что позволило выявить конкурентную активность витаминов в модельной системе по отношению к типу гидроколлоида.
Подобрана методика, воспроизводящая условия (рН, ферменты и продолжительность инкубирования), приближённые к перевариванию пищи в ЖКТ человека для изучения способности гидроколлоидов растительного и животного происхождения сорбировать водорастворимые витамины, что дало возможность оценить их сохранность в готовых продуктах в условиях ЖКТ.
Доказана устойчивость к окислению низкожирной жировой эмульсии с учетом взаимодействия жирорастворимого витамина Е с гидроколлоидами.
Практическая значимость. Диссертационная работа выполнена в рамках Государственного задания Минобрнауки России на выполнение ПИР
«Конструирование продуктов функционального и специализированного назначения. Роль взаимодействия макро- и микронутриентов» (№2970 РК 01201256363) в течение 2012-2013 гг.. Показана целесообразность учета степени сорбции витаминов гидроколлоидами при обогащении пищевых продуктов. Полученные данные о взаимодействии гидроколлоидов с водо- и жирорастворимыми витаминами позволяют сформулировать рекомендации по обогащению витаминами продуктов, содержащих в своем составе гидроколлоиды различной природы.
Методология и методы исследования. Исследования выполнены с применением стандартных методик и современных химических, физико-химических и ферментно-химических методов исследования.
Положения, выносимые на защиту:
результаты комплексных экспериментальных исследований на модельных системах по выявлению взаимодействие гидроколлоидов растительного и животного происхождения с жиро- и водорастворимыми витаминами;
определена сорбционная емкость гидроколлоидов на основании изучения их свойств и анализа взаимодействия с водо- и жирорастворимыми витаминами;
определены факторы сохранности водо- и жирорастворимых витаминов в присутствии гидроколлоидов:
выявлена взаимосвязь между сорбционной емкостью и сохранностью витаминов в результате проведенных опытов in vitro на моделях обогащенных продуктов;
результаты исследований позволяющие оценить сохранность жирорастворимого витамина Е в процессе окисления эмульсионных жировых продуктов.
Степень достоверности результатов. Все измерения проводились не менее чем в трех повторностях. Статистическая обработка экспериментальных данных и разработка опытных моделей осуществлялась в соответствии с методами анализа и обработки наблюдений с использованием программного обеспечения персонального компьютера IBM, расчеты выполнены в среде Excel for Windows, результаты ВЭЖХ проанализированы с помощью пакета прикладных программ Agilent ChemStation.
Апробация работы. Результаты доложены и обсуждены в рамках деловой программы выставки «Современное хлебопечение» на семинаре «Пищевые ингредиенты в современном хлебопечении» (Москва, 2011г.), Международных научно-практических конференциях «Технологии продуктов здорового питания. Функциональные пищевые продукты» (Москва, 2011), XIII - XIV Всероссийских Конгрессах диетологов и нутрициологов (Москва, 2011 - 2012г.), Международной конференции по крахмалу (International Starch Convention - ISC, Москва-Краков, 2012г.), а также на заседаниях кафедры «Биотехнология и технология продуктов биоорганического синтеза» ФГБОУ ВПО «МГУПП» и научно-исследовательской лаборатории «Химии пищевых продуктов» ФГБУ «НИИ питания» РАМН.
Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 14 печатных работ, из них 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК.
Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, результатов исследований и их анализа, выводов, списка использованных литературных источников и 1 приложения. Основное
Классификация гидроколлоидов
Гидроколлоиды по химическому строению подразделяют на три группы: кислые полисахариды с остатками уроновой кислоты, кислые полисахариды с остатками серной кислоты и нейтральные полисахариды. В качестве загустителей применяются кислые гидроколлоиды с остатками уроновой кислоты (например, трагакант Е 413 и гуммиарабик Е 414), а также нейтральные соединения (например, камедь рожкового дерева Е 410 и гуар Е 412). Кислые полисахариды с остатками серной кислоты применяются в качестве гелеобразователей (например, агар Е 406 и каррагинан Е 407) [48].
По источнику происхождения гидроколлоиды можно разделить на три основные группы: растительного, животного и микробного происхождения.
Крахмал - бесцветное аморфное вещество, не растворимое в холодной воде, диэтиловом эфире, этаноле, в горячей воде образует клейстер. Крахмал представляет собой смесь линейного (амилозы) и разветвленного (амилопектина) полисахаридов. Амилоза построена главным образом из остатков а-D-глюкопиранозы с 1:4 - связями. В зависимости от вида растения молекулярная масса амилозы колеблется от 150 тыс. (рисовый, кукурузный крахмал) до 500 тыс. (картофельный крахмал). Молекулы амилозы обладают линейной структурой, что и обеспечивает прочность образующейся пленки. Молекулы амилопектина более разветвленные и крупнее, чем молекулы амилозы, они менее подвижны. Образованная амилопектином пленка непрочна, а его коллоидный раствор в воде достаточно прозрачен, устойчив и не изменяется со временем.
Последние исследования пищевых свойств крахмалов и крахмалопродуктов выявили, что существует незначительная часть крахмала, которая устойчива к перевариванию в желудочно-кишечном тракте, и обладающая сорбирующими свойствами. Усвояемая часть крахмала также может сорбировать активные вещества, однако эти свойства проявляются до тех пор, пока сохраняется структура крахмала как гидроколоида [20,26]. Микрокристаллическая целлюлоза - молекула целлюлозы имеет линейное расположение звеньев D-глюкозы, связанных P-l-4-связыо: [СбНю05]. Она содержит много гидроксильных групп, _,п которые могут участвовать в водородных связях между близлежащими молекулярными цепями целлюлозы. Сильная водородная связь образует пучок молекулярных цепей целлюлозы, называемых микрофибриллами. Внутри пучков в микрофибриллах существуют кристаллические и аморфные участки. В модельных экспериментах в условиях in vitro (имитация транзита по желудочно-кишечному тракту) оценивали способность МКЦ адсорбировать витамины из раствора, одновременно содержащего 10 витаминов, в результате показано что МКЦ может снижать усвоение этих витаминов. Включение в рацион крыс продуктов, содержащих в основном целлюлозу, сопровождалось достоверным уменьшением содержания в крови витамина А и незначительным снижением уровня тиамина [49,109].
Пектин - гетерополисахарид, содержащий не менее 65% (по массе) метилового эфира или (в амидированных пектиназ) амида кислоты. Наличие уроновых кислот обуславливает связывание двухвалентных элементов, таких как железо, кальций, медь и цинк. При этом высокоэтерифицированные пектины характеризуются более низкой катионообменной способностью по сравнению с менее этерифицированными. Пектин обладает высокой сорбционной и комплексообразующей способностью, благодаря наличию в макромолекулах различных функциональных групп (карбоксильных и гидроксильных), что позволяет сорбировать и прочно удерживать различные виды микроорганизмов, выделяемые ими токсины, а так же биологические вещества, способные накапливаться в организме: холестерин, билирубин, липиды, желчные кислоты, мочевину, серотонин, гистамин, продукты тучных клеток. Он позволяет естественным путем выводить из организма многочисленные биогенные токсины, анаболики, ксенобиотики, продукты метаболизма. Наконец, пектин нетоксичен, хорошо и полностью выводится из кишечника [80, 88].
В ряде экспериментальных и клинических работ установлена способность пектина и других пищевых волокон связывать и нарушать усвоение организмом витаминов и минеральных элементов [52, 53].
Так, в эксперименте [12] обнаружено, что введение в рацион песчанок цитрусового пектина в дозе 7% сопровождается снижением уровня витамина А в печени, тогда как уровень Р-каротина, наоборот, повышается. В эксперименте на крысах такая же доза пектина приводит к снижению уровня витамина А и Р-каротина как в печени, так и в плазме крови [47]. В то же время дополнительное включение в рацион молодых женщин, который был дефицитен по витамину Е и каротиноидам, больших доз каротиноидов и токоферола (24 мг р -каротина, 84 мг а -токоферола) приводило на фоне ежедневного потребления по 8-10 г пектина к снижению усвоения каротиноидов на 33% (без изменения концентрации токоферолов в сыворотке крови). Таким образом для предотвращения дефицита витаминов, особенно при использовании в питании больших доз пектина, одновременно необходимо обеспечить прием достаточных количеств витаминов [124].
Было проведено много исследований по определению влияния внесенного пектина на поглощение витаминов в готовых продуктах, но они до сих пор не принесли никаких убедительных результатов [14, 7].
Инулин - полисахарид формулы (С6Н10О5)п, встречающийся в L„ сложноцветных растениях и некоторых водорослях н и при гидролизе дающий D-фруктозу и небольшое количество (2—3%) D-глюкозы. В клубнях георгина содержится до 12% инулина, в клубнях цикория — до 10%.
Инулин кристаллизуется в форме »н и двоякопреломляющих сферокристаллов; о кристаллической структуре инулина свидетельствуют его рентгеновские спектры. Инулин весьма гигроскопичен, легко растворим в горячей воде, сравнительно трудно — в холодной. Растворы его вращают плоскость поляризованного света влево: удельное вращение [a]D20=—39 (для безводного препарата).
При переваривании инулин не расщепляется в ротовой полости, желудке, и тонком кишечнике В неповрежденном состоянии он доходит до толстого кишечника, где микрофлора подвергает его анаэробному брожению [137].
Инулин также проявляет свойства сорбента, известны исследования в области сорбционной способности инулина [ПО, 126, 138]. Экспериментально с помощью поляриметрических методов доказано наличие взаимодействия между инулином и его структурными единицами с белковыми веществами. Инулин способен сорбировать РЬ2+ и Cd2+. Доказано, что лецитин адсорбируется инулином из раствора и этим свойством можно воспользоваться для отделения его от обыкновенно сопутствующих елгу жировых веществ. Исследования проводимые на животных и человеке показали, что инулин приводит к улучшению усваивания таких минеральных веществ как кальций, и что повышение доступности минерального вещества приводит к повышению плотности костной ткани [13].
D-галактозы и 3,6-ангидро-Ь-галактозы с небольшим содержанием сульфатного эфира). Агар не растворим в холодной воде, но легко растворим в кипящей. Водные растворы, содержащие 0,5-1,5% агара, при охлаждении до 32-39 С образуют прочные гели, которые плавятся выше 85С. Агар устойчив в нейтральных растворах, при нагревании в водном растворе щелочи может происходить элиминирование HS04- из остатков б-сульфата-a-L галактопиранозы с образованием остатков 3,6-ангидро-а-Ь-галактопиранозы, что приводит к увеличению гелеобразуїощей способности агара. В кислых средах агар менее устойчив, чем большинство полисахаридов, поскольку 3,6-ангидро-а-Ь-галактозидные связи легко расщепляются кислотами [50, 34, 39, 104,3].
Ксантановая камедь — внеклеточный полисахарид, продуцируемый микроорганизмами Xanthomanas campestris. Первичная структура ксантановой камеди состоит из линейно связанных (1-4) молекул -D R4 (ч?и Ал глюкозы, которые образуют основную цепь, где он4-/ каждый второй глюкозный остаток (при третьем углеродном атоме) содержит боковую цепь из трех моносахаридных единиц. Трисахарид боковой цепи включает остаток глюкуроновой кислоты, соединенный (1-4) связью с концевым единичным остатком маннозы и (1-2) связью со вторым остатком маннозы, примыкающим к основный цепи [22]. Ксантановая камедь в растворе способна к формированию межмолекулярных ассоциаций, вследствие чего возможно образование сложной сети слабо связанных между собой молекул. В исследованиях in vitro было показано, что ксантановая камедь проявляет катионообменные свойства, так в исследовании [1] была выявлена задержка меди за счет наличия в строении ксантановой камеди водородных, карбоксильных и пируватных кислотных групп в ответвлениях основной цепи. Необходимо отметить, что ксантановая камедь не разрушается под воздействием таких ферментов как протеаза, целлюлаза, пектиназа и амилаза, такая устойчивость к воздействию ферментов обусловлена наличием боковых цепей, примыкающих к основной цепи молекулы [9].
Взаимодействие крахмалов с водорастворимыми витаминами
Многие обогащенные витаминами пищевые продукты содержат в своем составе значительные количества крахмалов (в том числе модифицированных), которые могут выступать в качестве сорбентов различных полярных веществ, в том числе и биологически активных. В связи с этим возникла необходимость оценить возможность сорбции витаминов за счет их взаимодействия с нативными крахмалами.
Для исследования готовили 2%-ные модельные растворы нативных крахмалов (горячие и холодные), в которые добавляли витаминный премикс в разной концентрации и тщательно перемешивали. В эксперименте использовались две группы моделей 2% раствора крахмала: крахмал восстанавливали горячей водой (80 С), затем часть образцов растворов охлаждали до комнатной температуры, а другую часть использовали в горячем виде. Полученные модели растворов, центрифугировали и супернатант отправляли на закол в жидкостной хроматограф для определения содержания витаминов в растворе. На основании проделанных исследований были получены данные, которые отражены в таблицах и построены графики взаимодействия моделей нативных крахмалов (рисового, картофельного и кукурузного) с витаминным премиксом различной концентрации ГСВ и ХСВ. Данные по взаимодействию 2% растворов картофельного крахмала с витаминами в модельных растворах приведены в таблицах 9-14, а также представлены на рисунке 8-12 и диаграмме 2. Различие в показателях взаимодействия (сорбции) в модели картофельного крахмала ГСВ и ХСВ витаминов в концентрации 0,5-2,5г/л, обусловлено не только сорбционной способностью крахмала, но и действием высоких температур, вследствие чего, часть витаминов могла разрушиться. Так отклонения показателей взаимодействия при концентрации витаминов менее 0,7 г/л составили 1-5 %, а при концентрации 1-1,5 г/л степень сорбции витаминов ХСВ и ГСВ составила около 24% с содержанием витаминов при холодном/горячем способе внесении 160,56 мг и 158,64 мг соответственно. В связи с этим, необходимо рассмотреть взаимодействие каждого витамина в системе. В таблице 10 и рисунке 9-10 представлены взаимодействия витаминов С и группы В в модели картофельного крахмала ХСВ и ГСВ.
При рассмотрении результатов взаимодействие витаминов С и группы В в модельном растворе картофельного крахмала ХСВ, наблюдается увеличение степени взаимодействия витаминов группы В в пределах 40% при концентрации 0,5-1 г/л с последующим снижением до 27% при концентрации 2,5 г/л. При этом степень взаимодействия витамина С в модели растет. В горячем способе - с увеличением концентрации вносимых витаминов, степень взаимодействия растет. Сравнивая модели ГСВ и ХСВ, очевидна значительная разница степени взаимодействия группы В при концентрациях 2,2 и 2,5г/л, отклонения которых составляют 8,8% и 2,8% соответственно, на фоне увеличения степени взаимодействия витамина С 11-22%.
Из приведенных данных по холодному и горячему способу внесения витаминов видно, что наиболее выраженным взаимодействием при наибольшей концентрации витаминов 2,6 мг/л обладает витамин В2, процент сорбции которого составляет 79,33% при холодном способе внесения и 53% - при горячем, в отличие от витамина С (22%). Процент сорбции витаминов Вь В6 и В3 при холодном способе внесения лежит в пределах 22-26,5%), процент сорбции пантотеновой кислоты с увеличением общей концентрации витаминов снижается до 8,56%. При горячем способе внесения витаминов процент сорбции витаминов Вь В6, В3 и пантотеновой кислоты лежит в пределах 15-30%. Данные по взаимодействию 2% растворов рисового крахмала с витаминами в модельных растворах приведены в таблицах 15-20, а также представлены на рисунках 13-17 и диаграмме 3.
Высокий показатель сорбции в модели рисового крахмала ГСВ при концентрации витаминов 0,7 г/л, обусловлено не только сорбционной способностью крахмала, но и действием высоких температур, вследствие чего, часть витаминов могла разрушиться. Так при концентрации витаминов 0,7 г/л степень сорбции витаминов ХСВ составила 7,8 %, а при горячем способе внесения - 28,4%. Можно предположить, что потери витаминов при концентрации 0,7 г/л составили 11,6 мг или 20,6%. Рассмотрим взаимодействие каждого витамина в системе. В таблице 16 и рисунках 14 и15 представлены взаимодействия групп витаминов в модели рисового крахмала ХСВ и ГСВ.
Из приведенных данных по холодному и горячему способу внесения витаминов видно, что наиболее выраженным взаимодействием при наибольшей концентрации витаминов в пределах 0,7-1,2 мг/л обладает витамин В2, процент сорбции которого составляет 93,02% при холодном способе внесения и 52,57% -при горячем, в отличие от витамина С (2,83%). Процент сорбции витаминов Вь В5 и В6 при холодном способе внесения лежит в пределах 39%,40%, 50%, процент сорбции ниацина с увеличением общей концентрации витаминов растет до 23%. При горячем способе внесения витаминов степень взаимодействия при концентрации 0,7-1,2 г/л витаминов Bi, В3, В6 лежит в пределах 16,43- 29,8%, а пантотеновой кислоты резко снижается 100-27 %.
Из приведенных данных по холодному и горячему способу внесения витаминов видно, что наиболее выраженным взаимодействием при наибольшей концентрации витаминов в пределах 5,3 мг/л обладает витамин В2, процент сорбции которого составляет 75% при холодном способе внесения и 50,28% -при горячем. Степень взаимодействия витамина С при холодном и горячем способе находится в пределах 74%.
Степень взаимодействия витаминов В5 и В3 при холодном способе внесения увеличивается до 30% с увеличением концентрации витаминов от 1,4 до 2,4 г/л, а затем с увеличением концентрации остается практически постоянной, а В! и В6 - напротив снижаются от 7 до 2% соответственно. При горячем способе внесения витаминов степень взаимодействия В і увеличивается до 60% при увеличении концентрации 1,4-2,4 г/л, затем резко снижается до 13,7%. Изменение степени взаимодействия витамина В6 не значительны и находится в пределах 2% при концентрации 1,4-5,3 г/л. Степень взаимодействия витаминов В3, В5 увеличивается до 38-42%, при концентрации витаминов 1,4 г/л, а затем с увеличением концентрации остается практически постоянной в пределах 33%.
Взаимодействие желатина, инулина и водорастворимых витаминов
Для исследования подготавливали модели растворов желатина и инулина с витаминным премиксом. Полученные модели растворов, центрифугировали и в супернатанте определяли содержание добавленных веществ методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ). Выбранная методика позволила ответить на вопрос: какова сорбционная способность растворов желатина и инулина, и существует ли влияние высоких температур на сорбцию или возможное разрушение витаминов.
Поскольку выбранные нами вещества имеют разные реологические свойства и структуру, выбор оптимальной доли внесения каждого вещества для достижения однородного геля в растворе различна. Данные по взаимодействию 2% раствора желатина и 5% раствора инулина с витаминами в модельных растворах представлены на рисунке 34 и таблице 37.
Различие в показателях взаимодействия (сорбции) в модельных растворах желатина и инулина и витаминов в концентрации от 0-1,5 г/л, обусловлено не только сорбционной способностью компонентов, но и действием высоких температур, вследствие чего, часть витаминов подверглись разрушению.
Показатели взаимодействия водорастворимых витаминов с жилатином и инулином отражены на рисунке 34 - при концентрации витаминов менее 0,5 г/л наблюдается рост сорбции, а при концентрации свыше 0,5 г/л степень сорбции водорастворимых витаминов существенно снижается и не превышает показателя - 25% для 5% модельного раствора инулина, 15% для 2% раствора желатина. С увеличением концентрации свыше 1 г/л витаминного премикса в модельных растворах желатина и инулина происходит небольшой рост сорбции после спада. Данный рост не превышает максимума взаимодействия равного -50% сорбции для модельного раствора инулина и 25% сорбции для модельного раствора желатина, данные максимальные пики сорбции ярко выражены при низкой концентрации добавленного витаминного премикса.
В связи с этим, необходимо рассмотреть взаимодействие каждого витамина в системе. В таблице 38 и рисунках 35 и 36 представлены взаимодействия витаминов С и группы В в моделях желатина и инулина.
При рассмотрении результатов взаимодействие витаминов С и группы В в модельных растворах желатина и инулина, наблюдается увеличение степени сорбции витамина С в пределах 60% с инулином, 26% с желатином. Данные показатели могут свидетельствовать о разрушении витамина С под действием высокой температуры и длительном нахождении в водном растворе. Низкий показатель сорбции витамина С в растворе с желатином, указывает как раз на взаимодействие витамина С с желатином, и данное взаимодействие благоприятно сказалось на сохранности витамина С. Точка насыщения витаминами группы ярко выражена на графике взаимодействия витаминов с желатином при концентрации витаминного премикса 0,6 г/л, далее идет спад сорбции. В модельном 5% растворе инулина показатели сорбции витаминов группы В, в средних концентрациях витаминного премикса (0,4-1 г/л), составляют от 25-30%, и эти данные выше показателей для модельного 2% раствора желатина.
В таблицах 38 и 40 отражены основные показатели взаимодействия в модельных растворах желатина и инулина с концентрацией внесенного витаминного премикса наиболее приближенной к концентрации, которая входит в рецептуру готового продукта - желе «фруктовое» и желе «молочное» (рассмотренного в 4 главе).
Из приведенных данных по взаимодействию модельных растворов желатина и инулина с витаминами группы В (рис. 37-38, табл. 41-42) видно, что наиболее выраженным взаимодействием, при всех концентрациях витаминного премикса в растворах, обладает витамин В2, процент сорбции которого составляет 85,23% в растворе инулина и 51,52% в растворе желатина.
Процент сорбции витаминов Вь Вб и В3 в модельном 5% растворе инулина и 2% растворе желатина приблизительно одинаков и лежит в пределах 28%, 22%, и 18% соответственно. Пантотеновая кислота в двух представленных моделях раствора ведет себя не схоже: для модели раствора инулина с витаминами - рост сорбции пантотеновой кислоты резкий при низких концентрациях, а для раствора желатина рост более плавный, можно наблюдать точку перегиба насыщения при концентрации 1г/л витаминного премикса.
Оценка устойчивости к окислению эмульсионных жировых продуктов, содержащих в своем составе гидроколлоиды и токоферол
В результате проведенных исследований в МГУПП на кафедре «Органическая и пищевая химия» была разработана технология производства функционального соуса 25%-ной жирности [102]. В продолжение данного исследования, встала необходимость рассмотреть взаимодействие антиоксиданта (Витамина Е) с входящими в состав функционального соуса пищевых волокон и крахмала. Производство функционального соуса осуществляли по рецептуре таблица 67.
Для обоснования сохранности жировой эмульсии была проведена серия исследований, которые заключались в приготовлении согласно рецептуре №1 (контроль), №2 и №3 образцов эмульсионных жировых продуктов, с последующим определением устойчивости образцов, содержащих масла и жиры, к окислению.
Устойчивость образцов жировой эмульсии к окислению производилось по Методу Активного Окисления (АОМ) с использованием утвержденных способов AOCS (метод AOCS Cd 12b-92) на приборе Rancimat по ГОСТ Р 51481-99. Это испытание ускоренного окисления, в котором образец аэрируют при постоянной повышенной температуре, когда масло окисляется, образуются летучие органические кислоты, в первую очередь муравьиная кислота, которая может быть собрана в дистиллированной воде в ячейке. Устройство постоянно измеряет проводимость дистиллированной воды и период индукции определяется как время, необходимое для начала быстрого роста этой проводимости. Таким образом, чем дольше время индукции, тем стабильнее масло.
Как известно, токоферолы оказывают сильный антиокислителъный эффект, зависящий от концентрации. И исключение данного антиоксиданта из рецептуры, а так же показанное ранее на модельных опытах взаимодействие с гидроколоидами, входящими в состав рецептуры функционального соуса 25%-ной жирности, не могло не повлиять на показатели времени индукции полученные по АОМ.
Опыты были реализованы при различных параметрах:
1. Установленная температура подаваемого воздуха 70С, скорость 20 л/ч;
2. Установленная температура подаваемого воздуха равная 120С, скорость 20 л/ч.
Основной показатель сохранности жирового эмульсионного продукта -время индукции, который варьируется по времени в зависимости от качественного состава проб. Рассмотрим полученный результат АОМ при установленной температуре подаваемого воздуха равной 70С, и скоростью 20 л/ч:
Все кривые имеют резкий подъем, что свидетельствует освобождение жирных кислот и других летучих продуктов в пробах.
Наиболее длительное время индукции имеет образец №3 - 105 мин., содержащий в своем составе как антиоксидант (токоферол) так и гидроколлоиды (МКЦ и крахмал). Ранее в научных исследованиях проводились опыты раскрывающие зависимость между окислением жиров и содержанием пищевого волокна в продуктах с высоким содержанием растительных жиров. Пищевые волокна значительно замедляют окисление эмульсионных жировых продуктов в состав которых, помимо жирового компонента, традиционно входят полисахариды (что обеспечивает стабильность консистенции), данный факт свидетельствует о стабилизации антиокислителя в присутствии пищевых волокон [108, 118]. Таким образом, ранее выявленное на модельных опытах взаимодействие между токоферолом и гидроколлоидами еще раз подтверждает положительное влияние, оказываемое на сохранность жирового эмульсионного продукта.
Образец № 2 содержащий в своем составе токоферол, без внесения пищевых волокон и крахмала окисляется медленнее (время индукции 85 мин) образца №1 выработанного по рецептуре №1 описанной ранее без внесения гидроколлоидов и антиоксиданта (время индукции образца №1 - 65 мин). В научной литературе отмечалось снижение концентрации токоферолов в процессе ускоренного окисления растительных масел, содержащих в своем составе нативные токоферолы, а так же смесь токоферолов дополнительно внесенных. В процессе окисления жирных кислот в пищевых маслах происходит зарождение перекисных радикалов, которые по радикально-цепному механизму ведут к образованию высокомолекулярных продуктов окисления. Так как токоферол является активным жирорастворимым антиоксидантом, то его молекулы вступают в реакцию взаимодействия с пероксидными радикалами, что прерывает радикальное окисление, при этом токоферол расходуется, стремясь к нулевой концентрации [119]. Данное исследование нашло отражение и в нашей работе, как видно из рисунков 51 и 52 в начальном отрезке времени токоферол сдерживает окисление подсолнечного масла, и после достигнутого время индукции начинается резкий рост продуктов окисления, которое сопровождается сильным расходованием токоферола и следовательно продолжительным стремительным рост кривой проводимости.
