Введение к работе
з
В настоящее время существует настоятельная потребность в разработке продуктов питания функциональной направленности, которые имеют сбалансированный химический состав с учетом жировой фазы и при этом обогащены различными эссенпиальными пищевыми компонентами: аминокислотами, пищевыми волокнами, фенольными соединениями, витаминами, минеральными веществами и др. (Кочеткова, 1999; Тутельян и др., 1999; Тутельян, 2009; Нечаев, 2000; Сарафанова, 2001; Нечаев и др., 2002; Тихомирова, 2002; Нечаев и др. 2003; Восканян и др., 2003; Гропянов, 2003; Жучков, 2003; Ку-лев, 2005; Павлова и др., 2005; Тырсин и др. 2005; Доронин и др., 2009).
Теоретико-методологические аспекты и основы практической реализации производства функциональных пищевых продуктов представлены в работах отечественных и зарубежных ученых, таких как Кизеветтер И.В., Кочеткова А.А, Гернет М.В., Дунченко Н.И., Доценко СМ., Тужилкин В.И., Нечаев А.П., Панфилов В.П., Шатнюк Л.Н., тендеров Б.А., Шульгина Л.В., Савватеева Л.Ю., Спиричев В.Б., Хуршудян С.А., Campbell M.F., Honikel К.О., Hopkins D.T., Johonson L.A., Kotter L., Mariott В. и др.
Научно-обоснованный качественный и количественный выбор обогащающих добавок с учетом фонового содержания биологически активных веществ позволяет моделировать многокомпонентные пищевые системы функционального назначения. На сегодняшний день в массовом употреблении наиболее широко представлены в рационах питания практически всех групп населения перспективные системные продукты с заданными свойствами. К ним относятся пищевые эмульсии, сбивные кондитерские изделия и безалкогольные ароматизированные напитки. Данные виды продуктов, по структуре представляющие собой эмульсии и пены, являются агрегативно-неустойчивыми системами, для их производства необходимо применение пищевых добавок, обладающих свойствами поверхностно-активных веществ, в качестве которых в настоящее время, как правило, используют синтетические составляющие или их смеси (компаунды), выполняющие одновременно роль текстурирующих агентов, вкусо-ароматических веществ и других. Выбор отечественных натуральных (несинтетических) пищевых водорастворимых поверхностно-активных веществ с выраженными мицеллярными характеристиками на сегодняшний день в пищевой промышленности ограничен.
В связи с ростом ряда хронических патологий (сердечнососудистых, желудочно-кишечных, онкологических заболеваний, болезней обмена веществ и др.), способствующих снижению качества жизни, умственной и физической работоспособности человека, большое внимание уделяется поиску и использованию различных пищевых ингредиен-
тов, восполняющих дефицит биологически активных веществ в организме человека. В этом аспекте растительные тритерпеновые сапонины, образующие прочные комплексы с холестерином и желчными кислотами, способные замедлять абсорбцию холестерина и увеличивать его экскрецию в виде желчных кислот, а также обладающие свойствами высокомолекулярных поверхностно-активных веществ, могут являться перспективными натуральными пищевыми добавками, которые обеспечивают необходимую заданную консистенцию продуктов с эмульсионной и вспененной структурой, а также определяют их физиологическую направленность (Oakenfull, 1981; Oakenfull, 1986; Oakenfull, Sidhu, 1990; Mitra, Dungan, 2001; Gticlti-Usttindag, Mazza, 2007). Так, сапонины коры дерева Quillaja saponaria, произрастающего в засушливых районах Чили, официально разрешены к использованию в пищевой промышленности ряда стран. Они широко применяются в качестве пищевых добавок (эмульгаторов, пенообразователей) при производстве эмульсий, безалкогольных шипучих напитков, а также в роли солюбилизаторов для введения жирорастворимых микронутриентов в пищевые системы (Pat. JP 60166676; Pat. JP 59007106; Cheeke, 2000; Mitra, Dungan, 2000; Mitra, Dungan, 2001; Rao, Gticlti-Ustundag, Mazza, 2007; Paria, 2009). В этом плане перспективным российским источником пищевых поверхностно-активных веществ (сапонинов) могут являться корни распространенного в России растения - мыльнянки (Saponaria officinalis h.).
Поэтому изучение строения и свойств сапонинов корней мыльнянки, вопросов культивирования этого растения в условиях Приморского края России, решение проблемы комплексной переработки корней для расширения ассортимента высокоэффективных эмульгаторов, пенообразователей и солюбилизаторов и использование их в технологиях функциональных продуктов питания является актуальным.
Целью диссертационного исследования являлось научно-практическое обоснование технологии и комплексная оценка потребительских свойств функциональных пищевых продуктов с использованием сапонинов корней культивированной мыльнянки (Saponaria officinalis L).
Для реализации цели были поставлены следующие задачи:
представить научно-теоретическое обоснование технологии функциональных пищевых продуктов с использованием растительных сапонинов;
на основании проведения интродукционных исследований (фенологических наблюдений и биометрических учетов) экспериментально подтвердить возможность и перспективность разведения махровой формы мыльнянки (Saponaria officinalis L.) в поч-венно-климатических условиях Приморского края России; определить условия культи-
вирования, обеспечивающие максимальное накопление сапонинов в корнях растения;
- провести исследования токсичности и пищевой безопасности водных экстрактов
мыльнянки и сапонинов корней методами in vivo и биологического тестирования на ин
фузории Tetrahymena pyriformis;
- установить структуру тритерпеновых гликозидов корней культивированной
мыльнянки (S. officinalis);
экспериментально изучить биологические и физиологические действия водных экстрактов сапонинов корней мыльнянки (in vivo и in vitro) для обоснования использования их в технологиях функциональных пищевых продуктов;
исследовать поверхностно-активные и технологические свойства сапонинсо-держащих экстрактов корней мыльнянки для применения их в качестве пищевых поверхностно-активных веществ;
обосновать рациональные параметры процессов гидромеханической обработки и сушки корней мыльнянки; экстрагирования из них биологически активных веществ и консервирования экстрактов с целью получения высокоэффективных сапонинсодержа-щих пищевых добавок длительного срока хранения;
дать товароведную оценку качества сапонинсодержащих пищевых добавок по комплексу органолептических, физико-химических и микробиологических показателей;
разработать рецептуры и технологию эмульсионных продуктов, сбивных кондитерских изделий и ароматизированных безалкогольных напитков с использованием сапонинсодержащих пищевых добавок из корней мыльнянки в качестве эмульгаторов, пенообразователей и солюбилизаторов;
провести комплексную оценку потребительских свойств функциональных пищевых продуктов с использованием сапонинсодержащих добавок из корней мыльнянки;
разработать пакеты нормативной документации (ТУ, ТИ, СТО) на корни мыльнянки, сапонинсодержащие добавки и новые виды пищевых продуктов с их использованием; провести государственную регистрацию сапонинсодержащих пищевых добавок;
апробировать технологию новых пищевых добавок и продуктов на промышленных технологических площадках; выпустить опытные партии; получить сертификаты соответствия.
Основная часть работа была проведена в период 2001-2013 г.г. в научно-исследовательских Лабораториях фундаментальных и прикладных проблем товароведения; функциональных пищевых товаров; аккредитованном Лабораторном испытательном комплексе ветеринарно-санитарнои экспертизы; Инновационном технологическом
6 центре; на базе созданных по постановлению № 219 малых инновационных предприятий
ФГАОУ ВПО «Дальневосточный федеральный университет» в рамках выполнения тематик хоздоговорных работ и госбюджетных проектов по заказу Минобрнауки РФ.
Научная новизна работы.
Впервые показано, что растительные тритерпеновые сапонины культивированной мыльнянки (S. officiinalis) махровой формы являются функциональными ингредиентами в пищевых продуктах с агрегативно-неустойчивой структурой. Установлены две структуры тритерпеновых гликозидов махровой формы мыльнянки, которые являются биде-смозидами квиллаевой кислоты и имеют несущественные различия с доминирующим гликозидом корней мыльнянки (S. officiinalis) обычной формы.
Научно обоснована возможность разведения мыльнянки (S. officiinalis) махровой формы в почвенно-климатических условиях Приморского края России и установлены сроки культивирования растения, обеспечивающие максимальное накопление корневой массы и сапонинов.
Впервые научно подтверждено использование экстрактов мыльнянки махровой формы в качестве высокоэффективных пищевых эмульгаторов, пенообразователей и со-любилизаторов на основании их физико-химических и технологических свойств.
Впервые выявлены гиполипидемическое, иммуномодулирующее, антиоксидант-ное и антирадикальное действия сапонинсодержащих экстрактов мыльнянки махровой формы, которые позволяют обоснованно использовать эти экстракты в технологиях функциональных пищевых продуктов.
Научно обоснованы методологические подходы к получению пищевых добавок из корней мыльнянки с максимальным извлечением сапонинов и сохранением их технологических свойств.
Научно обоснованы рациональные параметры технологий функциональных пищевых продуктов с агрегативно-неустойчивой структурой - эмульсионных продуктов, сбивных кондитерских изделий и ароматизированных безалкогольных напитков с использованием сапонинсодержащих пищевых добавок из корней мыльнянки.
Основные положения, выносимые на защиту:
- научно-теоретическое и практическое обоснование технологии функциональных
пищевых продуктов с использованием сапонинов мыльнянки (S. officiinalis) махровой
формы;
- научное обоснование культивирования мыльнянки (S. officiinalis) махровой
формы в почвенно-климатических условиях Приморского края России, обеспечивающее
максимальное накопление сапонинов;
- методология получения промышленных пищевых сапонинсодержащих добавок
из корней культивированной мыльнянки с высокоэффективными поверхностно-
активными характеристиками;
- структура и свойства сапонинов корней культивированной мыльнянки (S.
officiinalis) махровой формы;
- совокупность данных, обуславливающих технологии пищевых продуктов с аг-
регативно-неустойчивой структурой при использовании пищевых добавок из корней
мыльнянки в качестве эмульгаторов, пенообразователей и солюбилизирующих агентов.
Практическая значимость работы.
Экспериментально установлены рациональные технологические режимы комплексной переработки корней культивированной мыльнянки (S. officiinalis) для получения пищевых сапонинсодержащих добавок (концентрированный и сухой экстракты) с длительными сроками хранения (ТУ 9372-001-68551160-2013 «Корень мыльный красный Saponaria officinalis L. высушенный»; ТУ 9145-002-02068634-2013 «Экстракт из красного мыльного корня Saponaria officinalis L. сапонинсодержащий сухой»; СТО 9145-04-48025819-2013 «Экстракт из красного мыльного корня Saponaria officinalis L. сапонинсодержащий сухой»; ТУ 9145-001-02068634-2013 «Экстракт из красного мыльного корня Saponaria officinalis L. сапонинсодержащий концентрированный»; СТО 9145-03-48025819-2013 «Экстракт из красного мыльного корня Saponaria officinalis L. сапонинсодержащий концентрированный»).
С использованием эмульгатора из корней мыльнянки разработаны рецептуры и технологические схемы производства устойчивых эмульсий - низкокалорийные соусы майонезные, пасты эмульсионные закусочные и десертные, кремы кондитерские (СТО 9143-003-52110330-2013 «Соусы майонезные низкокалорийные «Здоровье»»; СТО 9120-006-52110330-2013 «Пасты десертные»; СТО 9140-005-52110330-2013 «Пасты закусочные»; СТО 9140-007-52110330-2013 «Кремы кондитерские»). С использованием пенообразователя из корней культивированной мыльнянки получены сбивные кондитерские изделия (пастила, зефир, сбивные массы для конфет типа «Птичье молоко») с высокими органолептическими показателями (СТО 9128-009-52110330-2013 «Изделия кондитерские сбивные»). Разработана технология ароматизированных безалкогольных напитков «Водолей», «Крепкий орешек» и «Ритм», полученных на основе композиций из дикорастущих растений Дальнего Востока и сапонинсодержащих экстрактов корней мыльнянки в качестве солюбилизатора (СТО 9185-008-52110330-2013 «Напитки безалкогольные на
основе растительных экстрактов»).
Проведена санитарно-эпидемиологическая экспертиза технических условий, получены заключения ФБУЗ Федерального центра гигиены и эпидемиологии Роспотреб-надзора (№ 10-1ФЦ/3223 и № 10-1ФЦ/3224 от 24.07.2013г.) об их соответствии Единым санитарно-эпидемиологическим и гигиеническим требованиям к товарам, подлежащим санитарно-эпидемиологическому надзору (контролю). Федеральной службой по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека, Главным государственным санитарным врачом РФ Онищенко Г.Г. осуществлена регистрация пищевых добавок (разрешены для производства, реализации и использования в пищевой промышленности в качестве эмульгаторов и пенообразователей) и выданы свидетельства о государственной регистрации пищевых добавок:
«Экстракт из красного мыльного корня SAPONARIA OFFICINALIS L. сапонин-содержащий концентрированный» (№ RU.77.99.88.009.E006780.08.13 от 21.08.2013г.);
«Экстракт из красного мыльного корня SAPONARIA OFFICINALIS L. сапонин-содержащий сухой» (№ RU.77.99.88.009.E006781.08.13 от 21.08.2013г.).
Выпущены опытные партии сапонинсодержащих добавок (концентрированный и сухой экстракты) из корней культивированной мыльнянки (S. officinalis) на базе технологической площадки ООО Научно-производственной фирмы «Алтайский букет» (г. Барнаул). Новые виды пищевых продуктов прошли производственную апробацию на базе ООО НПФ «Алтайский букет» (г. Барнаул) и ООО «Торговый центр Арника» (г. Владивосток); получены сертификаты соответствия (ООО «ДВ-ЭКСПЕРТ», г. Владивосток).
Результаты диссертационных исследований внедрены в учебный процесс ФГАОУ ВПО ДВФУ специальностей 080401.65 «Товароведение и экспертиза товаров», 260501.65 «Технология продуктов общественного питания» и бакалавриата по направлениям подготовки 100800.62 «Товароведение», 260100.62 «Продукты питания из растительного сырья», 260800.62 «Технология продукции и организация общественного питания». Материалы диссертации были использованы при подготовке учебного пособия «Эмульсионные соусы на основе растительных масел» (Юдина, Черевач и др., 2011).
Апробация работы. Основные материалы диссертационной работы в период с 2001 по 2013 гг. были представлены на Международных, Всероссийских и Региональных научно-практических конференциях и симпозиумах.
Публикации результатов работы. По материалам диссертации опубликовано 82 печатных работы, в том числе 2 монографии, 32 статьи в периодических изданиях, рекомендуемых ВАК РФ; получено в соавторстве 18 патентов РФ.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, теоретического обобщения литературных источников и патентной литературы, 6 глав собственных исследований, выводов, списка литературы (197 отечественных и 103 иностранных источника). Содержание диссертации изложено на 362 страницах основного текста, включающего 57 таблиц, 54 рисунка и 10 приложений.
