Содержание к диссертации
Введение
ГЛАВА 1. Обзор литературы 12
1.1 Растительное сырье - важнейший источник функциональных биологически активных веществ для обогащения пищевых продуктов 12
1.2 Состав, качество и возможности использования нетрадиционного растительного сырья в производстве пищевых продуктов 25
1.3 Особенности состава ревеня и щавеля и способы обработки сырья, повышающие его пищевую ценность, качество и безопасность 31
ГЛАВА 2. Объекты, направления и методы диссертационных исследований 45
2.1 Направления исследований 45
2.2 Объекты и методы исследований 47
ГЛАВА 3. Анализ сегмента рынка овощной продукции и исследование факторов, влияющих на выбор продуктов из щавеля и ревеня у потребителей 53
3.1 Состояние рынка и ассортимента овощей в Хабаровском крае 53
3.2 Сырьевые ресурсы, перспективы и востребованность пищевых продуктов из щавеля и ревеня 58
3.3 Потребительские мотивации в сегменте сладких сушеных фруктов, плодово-ягодных сиропов и позиционирование десертных продуктов из ревеня 62
3.4 Анализ рынка продуктов переработки овощей и потребительские предпочтения продуктов переработки листа ревеня и щавеля 71
ГЛАВА 4. Теоретическое и практическое обоснование биологической технологии получения модифицированных полуфабрикатов из щавеля и ревеня 83
4.1 Особенности химического состава и оценка безопасности сырья ревеня и щавеля 83
4.2 Методические подходы к обоснованию биологической технологии удаления щавелевой кислоты in vivo 89
ГЛАВА 5. Разработка биологической технологии модифицированных полуфабрикатов фитомассы ревеня и щавеля 93
5.1 Биологическая технология модификации листьев и черешков
ревеня 93
5.2 Гистологический контроль эстрагируемости Са** из протопектина растительных тканей в оксалаты 101
5.3 Модифицированный полуфабрикат из щавеля 104
ГЛАВА 6. Технология и товароведная характеристика продуктов комплексной переработки ревеня и щавеля 109
6.1 Десертные продукты из черешков ревеня 109
6.1.1 Цукаты из ревеня 109
6.1.2 Сироп из ревеня 115
6.2 Пищевые продукты с использованием листа ревеня для массового потребления 120
6.2.1 Рубабы- мясной рубленый полуфабрикат в листе ревеня 120
6.2.2 Листья ревеня соленые, сушеные, бланшированные 125
6.3 Продукты из щавеля для общественного питания 135
6.4 Технико-экономический расчет себестоимости разработанных продуктов из щавеля и ревеня 139
Выводы 141
Список использованной литературы
- Состав, качество и возможности использования нетрадиционного растительного сырья в производстве пищевых продуктов
- Сырьевые ресурсы, перспективы и востребованность пищевых продуктов из щавеля и ревеня
- Методические подходы к обоснованию биологической технологии удаления щавелевой кислоты in vivo
- Гистологический контроль эстрагируемости Са** из протопектина растительных тканей в оксалаты
Введение к работе
В Российской Федерации действует государственная программа в области здорового питания населения, которая определяет главное направление -обеспечение потребностей организма человека в энергии и пищевых веществах, способствующих сохранению здоровья и долголетия (Онищенко, 2002). На основе этой программы утверждены законодательные решения, обеспечивающие реализацию Концепции в области питания, производства пищевых продуктов и здравоохранения (Тутельян, 2000; Кочеткова, Колеснов 2004).
Для реализации поставленной государством задачи научно-технические исследования в области пищевых технологий должны быть направлены на создание сбалансированных по составу продуктов, содержащих жизненно необходимые нутриенты, способствующие сохранению здоровья (Тутельян, 2004)
Известно, что сбалансированный, то есть обусловленный природой человека обмен веществ в организме, определяется полноценностью питания, где важнейшая роль отводится употреблению растительной пищи - носителю всех биологически активных веществ (Jeejebhoy, 2003; Almdal, 2003). По данным Института питания РАМН для удовлетворения потребностей организма человека в энергии и средствах нормализации процесса метаболизма соотношение пищи растительного и животного происхождения в суточном рационе должно быть с преобладанием растительной на 63% (Покровский, 1986).
В связи с этим особую актуальность приобретают исследования, посвященные разработке биотехнологии и расширению ассортимента безопасных и качественных продуктов на основе растительного сырья (Ziegler, 1997; Pingle-ton, 2001; Коденцова, 2001). Значимость получения безопасного растительного пищевого сельскохозяйственного сырья и продуктов его переработки определили приоритетным направлением научных исследований ведущие ученые РФ Л.А. Оганесянц, А.Д. Дурнев и другие, подводя итоги деятельности в 2004 году Российской академии сельскохозяйственных наук, где акцентировалось внимание на обеспечение предупреждения контакта человека с пищевыми
мутагенами и исключения факторов, вызывающих оксидативные нарушения (Гудков, 2005).
В Дальневосточном регионе со сложными климатическими условиями проживания особенно остро стоит проблема выращивания витаминной плодоовощной продукции и обеспечения населения продуктами питания на ее основе. Несмотря на селекционные достижения по адаптации ряда сортов в данной зоне, сельскохозяйственными предприятиями возделывается всего 4-6 видов овощных, в том числе 1-2 вида зеленных культур.
Проблема обеспечения населения высококачественной витаминной растительной продукцией усугубляется и экономическими причинами, не позволяющими широко воспользоваться возможностью закупа качественных семян; выращивания рассады в условиях закрытого грунта; использования средств защиты растений от вредителей и болезней; а также отсутствием достаточного количества сельскохозяйственной техники.
В таких условиях для обогащения продуктов питания витаминами большое значение имеет местное растительное климатически приспособленное к условиям жизнедеятельности человека сырье, особенно многолетнего произрастания, которое может служить источником ранневесеннеи свежей витаминной продукцией и одновременно быть сырьем для получения новых пищевых продуктов, в том числе и длительного хранения.
К числу таких культур можно отнести ревень Pheum L. и щавель Rumex Acetosa L. Возделывание в больших количествах этих культур в личных подсобных хозяйствах, обеспечивающих 92-94% производства всех овощей от хабаровских производителей, достаточно распространено. Однако промышленная переработка этих культур на пищевые цели малоизучена и несовершенна, ограничена в технологическом плане производством всего 1-2 наименований блюд на предприятиях общественного питания и в домашней кулинарии. Вместе с тем ревень и щавель обладают выраженной способностью к биосинтезу биологически активных веществ и могут служить перспективным сырьем для перерабатывающей и пищевой промышленности.
Эти культуры, благодаря богатому химическому составу и высокому содержанию биологически активных веществ, используются человеком на протяжении семи веков, но использование в пищевых целях больше основано на достижении практических результатов, чем на научно обоснованных теориях.
Зеленые листья ревеня и щавеля содержат значительное количество связанной воды (до 96%), поэтому после среза они быстро увядают, что приводит к потере товарного вида. Этому способствует высокая активность ферментов в аэробных условиях и во влажной среде, вызывающих ухудшение цвета и других органолептических показателей.
Одной из основных причин ограниченного использования и узкого ассортимента пищевых продуктов из ревеня и щавеля является интенсивное побуре-ние зеленых листьев и нежелательное разволокнение черешков при технологической обработке, что обусловлено особенностью химического состава данной группы овощей. Ревень и щавель отличаются достаточно высоким содержанием органических кислот. Основную часть их составляет щавелевая, которая при технологической обработке сырья, активно взаимодействует с ионами кальция, обеспечивающего прочность растительных волокон, выводя его из клеточных структур в виде нерастворимых оксалатов. В нативной растительной ткани органические кислоты находятся в вакуолях и отделены от других клеточных структур, что обеспечивает недоступность контакта с ними.
При технологической обработке целостность клеток нарушается, органические кислоты вступают в конкурентные химические реакции на ионном уровне. В частности, щавелевая кислота, являясь преимущественно активной в отношении кальция, способствует его осаждению из растительной ткани, что приводит к разрушению протопектина и разволокнению продукта. Также она является причиной перехода хлорофилла в феофитин, за счет отщепления иона магния, и способствует интенсивному побурению зеленого цвета листьев овощей.
По этим причинам из-за отсутствия усовершенствованных технологий переработки, которые бы устранили ухудшение потребительских свойств пи-
щевых продуктов, ассортимент изделий из щавеля и ревеня весьма ограничен.
Использование биотехнологии на основе знаний о механизме ионных переходов и ингибировании нежелательных ферментативных процессов позволяют разрабатывать новые подходы к переработке и получать расширенный ассортимент ценного витаминного сырья из ревеня и щавеля. Немаловажное значение имеет технология комплексной переработки, поскольку образующиеся отходы перерабатывающих производств нарушают экологическое равновесие в природной среде, а также являются источником потерь ценных питательных веществ (Кудряшова, Лебедев, 2000; Квитко, 2001).
Цель и задачи исследования.
Целью работы явилось научное обоснование технологии комплексной переработки щавеля и ревеня для производства расширенного ассортимента пищевых продуктов с высокими потребительскими свойствами и товароведная оценка их качества.
В соответствии с поставленной целью определены и реализованы следующие задачи:
провести анализ ассортимента овощей, производимых в Хабаровском крае, определить сырьевые ресурсы, в том числе ревеня и щавеля, исследовать рынок продуктов переработки плодов и овощей, и определить потребительские предпочтения;
изучить особенности химического состава и морфологического строения вегетативных частей ревеня и щавеля для оценки пищевой ценности сырья и обоснования технологии комплексной переработки;
обосновать биологическую технологию и установить оптимальные режимы получения модифицированного полуфабриката, освобожденного от избытка щавелевой кислоты, для исключения мацерации растительной ткани, повышения функционально-технологических свойств сырья и пищевых продуктов на его основе;
разработать технологию расширенного ассортимента пищевых продуктов на основе комплексной переработки ревеня и щавеля и утвердить техни-
ческую документацию. Научная новизна:
впервые теоретически и экспериментально обоснована биологическая технология, установлены оптимальные режимы и гидромодуль получения модифицированного полуфабриката, освобожденного от избытка щавелевой кислоты на основе плазмолиза и деплазмолиза фитомассы растительной ткани ревеня и щавеля;
теоретически обосновано и экспериментально подтверждено влияние вариабельности гидромодуля у щавеля и физических параметров среды при обработке ревеня на сохраняемость биологически активных веществ, структуры растительной ткани и потребительские свойства продуктов;
обоснована технология получения расширенного ассортимента пищевых продуктов на основе модифицированного полуфабриката из ревеня, дана их товароведная характеристика, установлены показатели безопасности и сроки годности.
Практическая значимость работы заключается в практическом использовании ее теоретических положений при обосновании производства модифицированного полуфабриката фитомассы ревеня и щавеля и на его основе-комплексной малоотходной технологии переработки и производства расширенного ассортимента продуктов в пищевой промышленности и общественном питании; научной поддержки предприятий, осуществляющих переработку растительного сырья.
Патентоспособность и новизна технических решений ранее подтверждена авторским свидетельством на изобретение № 1489686 от 30.06.1989 «Способ приготовления цукатов из растительного сырья».
В Федеральную службу по интеллектуальной собственности, патентам и товарным знакам подана заявка на патент №2005128883 РФ «Способ производства полуфабрикатов мясных рубленых, завернутых в растительный лист», приоритет от 15.09.2005.
Разработан и утвержден пакет технологических инструкций по производству и утверждены технические условия 4 вида новой продукции:
ТУ 9163-001-42662577-05. «Цукаты из ревеня. Технические условия».
ТУ 9163-001-02067994-05 «Сироп из ревеня. Технические условия».
ТУ 9214-002-02067994-05 «Рубабы. Полуфабрикат мясной рубленый в
листе ревеня. Технические условия».
ТУ 9161-003-02067994-05 «Листья соленые из ревеня. Технические условия».
В производственных условиях на базе пищевых производств ООО «Хабаровский учебно-производственный центр торговли и общественного питания» были выпущены опытно - промышленные партии продуктов на основе модифицированных полуфабрикатов из щавеля и ревеня - цукатов и сиропа из черешков ревеня, заправки из щавеля, листьев соленых из ревеня; мясного рубленого полуфабриката в листе ревеня.
Основные положении, выносимые на защиту:
востребованность расширения ассортимента продуктов переработки овощей на продовольственном рынке;
обоснование и разработка биологической технологии модифицированных полуфабрикатов из ревеня и щавеля, способов освобождения от избытка щавелевой кислоты;
технология пищевых продуктов комплексной переработки фитомассы ревеня и щавеля на основе модифицированного полуфабриката;
- товароведная характеристика, качество и безопасность разработанных
продуктов из ревеня и щавеля и их позиционирование на рынке.
Апробация работы: Основные положения и результаты диссертацион
ных исследований доложены и обсуждены на научных семинарах и конферен
циях Ленинградского института советской торговли им. Ф. Энгельса (ныне
Санкт-Петербургский торгово-экономический институт) в период 1986-1988гг.;
Международном симпозиуме «Пищевые биотехнологии: проблемы и перспек
тивы в 21 веке» (Владивосток, 2004); Всероссийской научно-технической
К)
конференции «Состояние и перспективы развития регионального потребительского рынка» (Тюмень, 2005); Международных научных чтениях «Приморские зори - 2005» - Экология, безопасность жизнедеятельности, защита в чрезвычайных ситуациях, охрана, безопасность, медицина и гигиена труда, устойчивое развитие Дальневосточных территорий» (Владивосток, 2005); Международной конференции «Технологии и продукты здорового питания» (Москва, 2005); Международном симпозиуме «Устойчивость и безопасность в экономике, праве, политике стран Азиатско-Тихоокеанского региона» (Хабаровск, 2005); на научно-практической конференции «Проблемы безопасности технологического процесса, качества реализуемой продукции и биологически активных добавок» (Архангельск, 2005), Международной научно-технической конференции молодых ученых «Актуальные проблемы технологии живых систем» (Владивосток, 2005).
Публикации. Результаты работы отражены в 15 печатных работах, в том числе 6 статей в периодических рецензируемых научных журналах.
Структура и объем работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы (глава 1), описания объектов и методов исследования (глава 2), результатов собственных исследований (главы 3-6), выводов, списка литературы и приложений. Работа изложена на 161 странице машинописного текста и содержит 41 таблицу, 36 рисунков. Список использованной литературы включает 247 наименований российских и зарубежных авторов.
Состав, качество и возможности использования нетрадиционного растительного сырья в производстве пищевых продуктов
Нетрадиционные виды растительного сырья - дикоросы, малораспространенные овощи, различные фитосборы стали объектом активного внедрения в производство пищевых продуктов и биологически активных добавок Петри-ченко,2003). По данным Рейвн (1990) около 80% пищи дают нам шесть - восемь культур из примерно 235 000 существующих видов. Только около 3000 из них когда-либо выращивались в качестве продовольственных, которые в большинстве случаев сейчас уже не используются или используются узколокально.
По данным Сортового каталога «Овощные культуры» (Мамонов, 2001) в настоящее время Госкомиссией РФ по испытанию и охране селекционных достижений допущено к использованию в Российской Федерации более 1400 сортов и гибридов овощных культур.
Однако распространение в современном сельском хозяйстве получили лишь единицы, из которых получают зерно, масло растительное, сахар, соевый белок и корма. Употребление этих сельскохозяйственных культур не обеспечивает сбалан сироваиность рациона. Они являются источниками основных питательных веществ (белков, жиров, углеводов), но обеднены биологически активными веществами: витаминами, фенольными соединениями, макро- и микроэлементами, балластными веществами, антоцианами и др. Кроме того, они формируют лишь традиционный ассортимент пищевых продуктов.
В условиях специфики климатических условий РФ проблема усугубляется невозможностью воспроизводства природного разнообразия видов растительного сырья. Так, по данным Мамонова (2001) в последние годы овощеводство стихийно рассеялось по частным хозяйствам. В результате нахождения большей части России в зонах рискованного земледелия большинство растений подвергается абиотическим и биотическим стрессорам и необходимо создавать сорта культур, устойчивых к ним. К этому не готовы сельскохозяйственные предприятия по экономическим причинам, а частные хозяйства не имеют соответствующей практики и занимаются этим спонтанно.
На разнообразие возводимых овощных культур существенно влияет рынок семян. В России при потребности в семенах 9600 т в год, ежегодно закупается около 8200 тонн из зарубежа, т.е. 85,4%. Возможности российских производителей свежей овощной продукции малы. Несмотря на то, что по некоторым данным (Сирота ,2005) овощеводство менее поддалось негативным факторам перестройки, для удовлетворения потребностей населения в витаминной продукции необходимо выращивать в год не менее 17,5-18 млн. тонн овощей, а на сегодняшний день уровень производства их сохранился в пределах 11-14 млн. тонн в год.
По данным Института питания РАН для удовлетворения потребностей организма в растительной пище, суточный рацион должен включать 300-400 г овощей. Академик Павлов И.П. отмечал: «Человек может продлить свою жизнь, по меньшей мере, на одну треть, если он ежедневно будет питаться овощами».
В условиях сложившегося дефицита бесперебойного обеспечения овощами и ограничения их разнообразия в рационе все большее значение приобретает использование малораспространенных культур, особенно самовоспроизводимых в течение ряда лет и устойчивых к абиотическим и биотическим стрессорам.
Значительное место в выборе культур занимают зеленные, листовые овощи и травы. По данным ряда авторов (Рейвн, 1990; Боброва 1980; Дубинина, 2000) это обусловлено тем, что в основе их химического состава находятся биологически активные вещества - фенольные соединения, витамины, микроэлементы и другие компоненты, составляющие антиоксидантную физиологическую систему. Как считают Музалевская (2004), Остроумов (2004), Шуляк (2004), Кацерикова (2001) их внесение в пищевые продукты, равно как и потребление определенных видов в чистом виде, способствует улучшению биологической активности компонентов рациона.
Так, для обогащения биологически активными веществами продуктов Кацерикова и другие (2001) использовали концентрат природного красителя из петрушки для окрашивания продуктов, добились увеличения антиоксидант-ных свойств. Ими же разработан метод высушивания петрушки с сохранением большинства биологически активных компонентов. Было предложено использовать высушенную петрушку круглый год для обогащения кулинарных изделий хлорофиллом, биофлавоноидами, минеральными веществами, каротинои-дами, а также полезными углеводами.
Шуляк (2004) предлагает использовать порошки из пряноароматических трав петрушки, мяты, мелиссы, укропа, чабреца в качестве ароматизаторов, стабилизаторов, антиоксидантов в различных отраслях пищевой промышленности.
По данным Остроумова (2004) изучение состава углеводов и технологических свойств зеленных листовых овощей, таких как черемша, щавель, петрушка позволили обосновать их применение для обеспечения стабильности структуры в коагуляционных дисперсных системах с одновременным повышением биологической ценности. Биологический метод осмотической дегидратации зеленого перца при воздействии солью (2-10%) и сорбитолом (0-10%) описан Banu F.Ozen (2002), как способ, наиболее щадящий и эффективно сохраняющий растительную ткань.
Сырьевые ресурсы, перспективы и востребованность пищевых продуктов из щавеля и ревеня
Анализ Статистических данных (2005) по Хабаровскому краю за 2004 г. показал, что основным производителем малораспространенных овощей, является население, которое выращивает их на дачных и личных земельных участках.
Было решено изучить предпочтения владельцев земельных участков, в выращивании овощей из ассортимента «прочей» группы, поскольку основными овощами рынок обеспечивается достаточно стабильно.
В результате проведенного опроса оказалось, что примерно 83% владельцев земельных участков возделывают ревень и щавель. Мотивации опрашиваемых были идентичными - ранневесенние культуры, витаминные, неприхотливые в уходе, холодостойкие, многолетние, с приятными вкусовыми свойствами.
Листья ревеня и щавеля владельцы личных хозяйств в основном используют для варки щей зеленых, из черешков ревеня готовят джем.
При оценке сырьевой базы ревеня и щавеля было подсчитано, что на одном участке в среднем возделывается от 1 до 3 кустов ревеня и около одного квадратного метра занято щавелем. Ревень и щавель выращивают до 83% владельцев участков.
По информации, полученной нами из Хабаровского Союза садоводческих, огороднических и дачных некоммерческих объединений граждан, на территории края осуществляют деятельность 709 садоводческих обществ, объединяющих 209698 владельцев земельных участков (по состоянию на 01.01.2004 г.). Исходя из этого нами произведен расчет ресурсов сырья ревеня и щавеля, выращиваемого населением.
По данным ВНИИР им. Н.И. Вавилова урожайность щавеля составляет в среднем 6,83 кг/м . Урожайность ревеня овощного (Тропина, 1978) достигает 90-120 центнеров с гектара, дополнительно при втором срезе в июле, и такое же количество при осеннем сборе. По другим данным (Боброва, 1980) при первой уборке один куст ревеня дает 3-5 кг черешков, то есть за сезон с одного растения можно получить 9-15 кг черешков и столько же листьев.
Исходя из количества садовых участков - 209698, с учетом возделывания ревеня и щавеля на 83% участков и урожайности культур, нами было подсчитано, что в сезоне сырьевые ресурсы щавеля в Хабаровском крае при использовании селекционных сортов могут составить 1188 т. Однако реально, учитывая достаточность одного среза для собственных нужд садоводов, отсутствия селекционного отбора высока урожайных сортов, для расчета сырьевых ресурсов была взята урожайность первого года щавеля подрода Rumex - 3,45 кг/м2. В результате этих расчетов сырьевая база данной культуры в Хабаровском крае была установлена на уровне 600,5 т в год.
Аналогичные расчеты произведены и по ресурсам ревеня. Его сбор с личных подсобных хозяйств может составить 870 т черешков и столько же листьев за сезон.
Таким образом, имеющиеся в Хабаровском крае ресурсы ревеня и щавеля достаточны для промышленной переработки этого ценного местного сырья с целью удовлетворения потребностей населения в продуктах растительного происхождения в течение года.
В связи с тем, что по товароведной классификации ревень отнесен к десертным овощам и имеет фруктовый вкус и аромат, нами был изучен торговый ассортимент продуктов переработки плодов и ягод в сахарном сиропе. Выявлено, что практически все продукты: сиропы, джемы, конфитюры, сладкие вяленые фрукты вырабатываются с использованием синтетических пищевых добавок (консервантов, красителей, ароматизаторов). Продукты традиционной технологии, в состав которых входят только натуральные ингредиенты, представлены оригинальными наименованиями и реализуются в специализированных отделах «здоровый образ жизни», «натуральные продукты».
Анализ потребительских мотиваций, выявленных путем опроса торгового персонала, собственные наблюдения в местах продаж; одномоментное анкетирование покупателей, позволили установить тенденции относительно востребованности продуктов переработки овощей.
Распределение опрошенных по социально демографическим характеристикам было следующим (% от числа опрошенных): - по полу: мужчины 42%, женщины 53,2%; - по возрасту. 15-30 лет - 31%, 30-45 лет - 49%, свыше 45 лет - 20%; - по образованию: среднее - 10%, среднее специальное - 13%, неоконченное высшее - 57%, высшее - 20%. - по месту проживания: город - 73%, село - 27 %.
Согласно самооценке образа жизни и структуры питания респондентов -подавляющее большинство из них ведут активный образ жизни, из них 31,3% занимаются оздоровительным спортом; 84 % опрошенных информированы о структуре здорового рациона, считают полезным употребление большого количества овощей и фруктов и стараются обогатить ими свой ежедневный рацион.
Методические подходы к обоснованию биологической технологии удаления щавелевой кислоты in vivo
Как уже отмечалось ранее, высокое содержание щавелевой кислоты в ревене и щавеле ограничивает их технологическую переработку. Это вызвано особенностями кислоты, которая при нарушении целостности клеток связывает ионы кальция в структуре растительной ткани. В связи с этим при тепловой обработке ревеня и щавеля происходит интенсивный распад протопектина, приводящий к сильной мацерации тканей и потере товарного вида (Каленик, Филонова, 2005).
Для устранения данных пороков мы использовали биологический механизм транспорта воды и растворов в нативных неповрежденных тканях вегетирующих растений. Известно, что механизм движения растворенных веществ в листьях и стеблях неодинаков. В листьях движение жидкости происходит через многочисленные устьица, расположенные на поверхности листа - в эпидерме (Блукет,1975; Рейнв,1990). Мы провели исследование характера транспортирования веществ в живой материи ревеня и щавеля, изучили биопроницаемость клеток, состояние тур-гора и структуру растительных тканей для установления соответствия общим закономерностям свойств биологического объекта.
Исследования микроструктуры листа ревеня и щавеля, произведенные нами на световом оптическом микроскопе Axloplan 2 imaging (увеличение
Исследования микроструктуры листа ревеня и щавеля, произведенные нами на световом оптическом микроскопе Axioplan 2 imaging (увеличение 1:100000) с фотомодулем Axiopot 2 и продублированные на оптическом микроскопе «Micros microscopy» с анализатором изображения «Mecos» при большем увеличении (1:125000), позволили убедиться в идентичности их строения листьям покрытосеменных, описанным в литературе. Изображение сканированной поверхности листьев щавеля (а) и ревеня (б) представлено на рисунке 14.
Так, на рисунке 14 четко видны устьица листьев щавеля и ревеня, которые в живых растениях, открываясь и закрываясь, обеспечивают диффузию водяных паров из межклеточных пространств в атмосферу (Crafts, 1974; Luttge, 1979; Peel, 1974). Движение устьиц обусловлено изменением тургорного давления в замыкающих клетках. Открывание устьиц происходит, когда в замыкающих клетках активно накапливаются растворенные вещества, что приводит к поступлению воды в замыкающие клетки и созданию тургорного давления. Закрывание устьиц обеспечивается обратным процессом. Таким образом, нами с помощью микроскопического исследования подтверждено, что в листьях ревеня и щавеля обеспечивается движение воды с растворенными веществами в клетку и из клетки, благодаря транспирации по градиенту водного потенциала.
Это явление было использовано нами как основа разработки биологического способа выведения избытка щавелевой кислоты из листьев.
Далее, необходимо было установить морфологические особенности стеблей (черешков) и движение в них растворенных веществ. Мы выявили, что структура тканей стеблей более сложная, чем у листьев и это связано с иными функциями - проводящей и опорной. Механизм передвижения растворенных веществ и воды у стеблей (черешков) другой. Покровная ткань также имеет устьица, но число их небольшое; движение воды происходит через перфорации по членикам сосуда ксилемы по градиенту водного потенциала.
На рисунке 15 показана структура продольного и поперечного сечения черешка ревеня, исследованного нами под оптическим световым микроскопом. Микроскопический анализ черешков щавеля не представил практического интереса, поскольку они очень низкие, мелкие, прикорневые и не используются самостоятельно.
Как известно из литературы (Wardlaw, Passiora, 1976; Zimmerman, 1983) главной проводящей тканью сосудистых растений является флоэма. На рисунке 15 показано движение растворенных питательных веществ во флоэме (1) по из клетки в клетку по всей длине стебля. В дальнейшем использовали результаты микроскопического исследования черешков ревеня для последующей идентификации строения тканей при разработке биологического метода выведения щавелевой кислоты с условием сохранения их целостности.
Таким образом, в результате выполнения диссертационных исследований, освещенных в данной главе, можно сделать следующие выводы: - химический состав фитомассы ревеня и щавеля имеет широкий спектр минеральных элементов, в том числе биотических; - листья ревеня, ранее не используемые в пищевых целях, по химическому составу не уступают черешкам и могут использоваться для производства продуктов питания; - сырье из ревеня и щавеля отвечает требованиям безопасности согласно СанПиН 2.3.2.1078-01; - морфологическое строения фитомассы ревеня и щавеля показали, что диффузионно-осмотический характер движения растворенных веществ в проводящих растительных тканях идентичен высшим растениям и к исследуемым объектам применимы биологические подходы извлечения концентрированных растворов на основе плазмолиза и деплазмолиза.
Изученный механизм этих явлений в естественных процессах обмена, был далее использован нами для разработки биологического метода выведения избытка щавелевой кислоты из растительной ткани при условии ипгибирования ее контакта с клеточными стенками при технологической обработке с целью разработки нового ассортимента продуктов питания.
Гистологический контроль эстрагируемости Са** из протопектина растительных тканей в оксалаты
Как было указано ранее, прочность протопектина растительных тканей обеспечивается наличием солевых мостиков между цепочками полигалактуроновых кислот с участием катионов Са44. Поэтому нами изучалась микроструктура растительных тканей на этапах биотехнологической обработки, которая косвенно подтверждает степень сохранения Са++ в протопектине по степени мацерации растительных тканей и разрушения органелл.
Гистологические исследования тканей под световым оптическим микроскопом подтвердили теоретические и экспериментальные обоснования применяемой технологии получения модифицированного полуфабриката (рис. 19,20).
На рисунке 19 отчетливо виден процесс сжимания вакуолей в паренхиме черешков ревеня (а), при котором происходит выпрессовывание клеточного сока, содержащего щавелевую кислоту. Видна денатурация белковых мембран по повсеместному выпадению белковых хлопьев (б). В результате повышения проницаемости мембран под воздействием концентрированного раствора поваренной соли, клетки паренхимы потеряли естественный тургор, деформировались в разных направлениях (в). При этом нарушения клеточных стенок практически не произошло.
На рисунке 20 показан продольный срез отмытого черешка ревеня. В нем хорошо сохранилась клеточная структура (а), идентичная нативному сырью. Деформация клеток устранена за счет проникновения воды, хотя клетки паренхимы, потеряв функцию полупроницаемости белковых мембран, растянулись неравномерно. Покровные ткани не претерпели изменений. Проводящие пучки черешков также сохранили структуру. В процессе промывания, в результате осмоса, вода заполнила пустоты, образовавшиеся в пучках в результате сжимания клеток при плазмолизе (в).
Необработанные листья ревеня, как видно из рисунке 21, значительно разрушены с потерей взаимосвязи волокон (а). Цвет листьев изменен, стал бурым. При большем увеличении (б) видны повсеместно образовавшиеся хлопья денатурированных белковых включений и нарушение структуры.
Структура листа ревеня из модифицированного полуфабриката (рис. 22) сохранилась достаточно хорошо. Разрывов ткани нет, цвет имеет выраженный зеленый оттенок.
Таким образом, данные гистологического анализа растительных тканей фитомассы ревеня подтвердили достоверность разработанного способа получения модифицированного полуфабриката и сохранения важного макроэлемента Са ++ в модификатах из черешков и листьев ревеня.
Как отмечалось в обзоре литературы, содержание протопектина, обеспечивающего прочность растительной тканей, у ревеня выше, чем у щавеля на 20 %. Отсюда следует, что технологическая обработка щавеля предполагает более щадящее воздействие, во избежание значительной деструкции клеточных стенок, влияющей на качественные характеристики целевого продукта.
Листья щавеля, в силу нежной структуры тканей и незначительного тур-гора, не обеспечивают активного процесса диффузии раствора поваренной соли. Гистологический контроль в силу этих особенностей морфологии и мелкого измельчения малоэффективен и нами использовались в основном методы физико-химических исследований.
Для уменьшения разрушающего воздействия щавелевой кислоты использовали быстрое разбавление измельченного листа в большом количестве воды. В связи с этим был обеспечен минимальный контакт кислоты с растительной тканью и органеллами клеток. Подбор гидромодуля осуществляли экспериментально по Са-осадителыюй способности отфильтрованной массы щавеля. Подобрали оптимальное значение гидромодуля (рисунок 23). Результаты экспериментальных данных представлены в таблице 17.
Как видно из приведенных в таблице результатов, Са-осадительная способность интенсивно снижается до достижения соотношения щавель : вода равное 1:5. При этом Са-осадительная способность клеточного сока снижается с 13,8 до 1,5 мг. Таким образом, мы определили оптимальный гидромодуль для получения модифицированного полуфабриката из листьев щавеля, равный 1:5.
Анализируя динамику полученной кинетической кривой выявлена регрессионная зависимость экстрагируемости щавелевой кислоты от гидромодуля, которая в математической обработке хорошо описывается уравнением логарифмического характера: у = - 4,0922Ln(x) + 10,261, R2 = 0,8511, где у - Са-осадительная способность клеточного сока, мг; х - гидромодуль.
Об уменьшении концентрации щавелевой кислоты в тканях свидетельствуют и результаты расчетов происходящей реакции от внесении избытка реактива СаСЬ, при определении Са-осадительной способности щавеля в модифицированном полуфабрикате: С2О4Н2 + СаС12 = СаС2С 4 (табл. 18).
