«НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ПРИМЕНЕНИЯ ПИЩЕВЫХ ВОЛОКОН ПРИ РАЗРАБОТКЕ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ ...»

На правах рукописи

Ипатова Лариса Григорьевна

НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ И ПРАКТИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ

ПРИМЕНЕНИЯ ПИЩЕВЫХ ВОЛОКОН ПРИ РАЗРАБОТКЕ

ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ

Специальность 05.18.15 – Технология и товароведение пищевых продуктов и

функционального и специализированного назначения и общественного питания

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

Москва – 2011 1

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств» Министерства образования и науки Российской Федерации

Научный консультант Доктор технических наук, профессор Кочеткова Алла Алексеевна

Официальные оппоненты: Доктор технических наук, профессор Баранов Борис Алексеевич Доктор технических наук, профессор Савенкова Татьяна Валентиновна Доктор технических наук, профессор Бутина Елена Алексанлровна

Ведущая организация НОУ ДПО «Международная промышленная академия»

Защита состоится 27 декабря 2011 года, в 11 часов на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.122.05 при ФГБОУ ВПО «Московский Государственный Университет технологий и управления им.

К.Г. Разумовского», по адресу: 109029, г. Москва, ул. Талалихина, дом 31, ауд. (первый этаж).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО МГУТУ им. К.Г. Разумовского

Автореферат размещён на сайте ФГБОУ ВПО МГУТУ им. К.Г. Разумовского www.mgutm.ru Автореферат разослан: «» _ 2011 г.

Ученый секретарь Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д.212.122.05, кандидат технических наук, доцент Козярина Г.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Структура питания и пищевой статус населения относятся к числу важнейших показателей развития страны. Значимость состояния питания как фактора, формирующего здоровье нации, подтверждается принятием Доктрины продовольственной безопасности Российской Федерации, относящей некоторые показатели фактического питания к критериям оценки продовольственной безопасности. Наращивание производства новых обогащенных, диетических и функциональных продуктов с целью формирования здорового типа питания входит в число основных направлений государственной экономической политики в сфере обеспечения продовольственной безопасности.

Отмечается, что рацион питания должен отвечать современным научным принципам оптимального питания, учитывать сложившуюся структуру и традиции питания большинства населения. Анализ фактического питания населения России показывает, что структура питания не соответствует современным представлениям нутрициологии, питание характеризуется повышенной калорийностью, недостаточным или несбалансированным потреблением макро- и микронутриентов. Проблема коррекции пищевого статуса заключается в том, что в последние годы с изменением условий и образа жизни большой части населения произошло объективное снижение потребности в энергии, и, следовательно, в объеме потребляемой пищи, а физиологическая потребность в микронутриентах практически не изменилась. В этой ситуации, называемой «дилеммой питания», современный человек не может даже с адекватным энерготратам рационом из обычных натуральных продуктов питания получить эссенциальные микронутриенты в необходимом количестве. Ситуация осложняется за счет объективного снижения качества продовольственного сырья на фоне экологического неблагополучия, применения интенсивных технологий переработки и хранения пищи, приводящих к глубокому изменению ее состава, качества, уменьшению пищевой ценности и пищевой плотности. Одним из последствий обеднения рационов является недостаточность пищевых волокон (ПВ), средний уровень потребления которых снижен на 30% и более, что может служить причиной развития ряда серьезных хронических заболеваний.

Внимание на важной роли пищевых волокон в процессе пищеварения и обмена веществ в целом, их влиянии на рост и развитие нормальной кишечной микрофлоры было сфокусировано в 80-х г.г. ХХ в. А.М. Уголевым в рамках теории адекватного питания. Логическим продолжением этой теории стала предложенная в начале 1990-х г.г. Potter, Ashwell, Roberfroid и их соавторами Концепция позитивного питания, предусматривающая систематическое потребление пищевых продуктов, содержащих физиологически функциональные ингредиенты. Большой вклад в развитие концепции позитивного питания и ее реализацию в нашей стране внесли В.А. Тутельян, М.М.Г. Гаппаров, В.Б. Спиричев, Л.Н.

Шатнюк, А.А. Кочеткова, А.П. Нечаев, Б.А. Шендеров, авторами фундаментальных и прикладных исследований посвященных пищевым волокнам, являются Hipsly, Trowell, М.С.

Дудкин, Н.К. Черно, Т.Б. Цыганова, О.А Ильина, В.С. Иунихина, Э.С. Токаев и другие ученые.

Актуальность тематики, связанной с производством функциональных продуктов, подтверждается принятием первого в европейских странах Национального стандарта РФ ГОСТ Р 52349-2005 «Продукты пищевые функциональные. Термины и определения», подготовленного при участии специалистов МГУПП. Развитие производства пищевых продуктов, обогащенных незаменимыми компонентами, продуктов функционального назначения относится к основным задачам государственной политики в области здорового питания, сформулированным в «Основах государственной политики Российской Федерации в области здорового питания населения на период до 2020 года». Подтверждением этого служит принятие Постановлением Главного государственного санитарного врача от 27.12.2010 № 177 СанПиН 2.3.2.2804-10 Дополнения и изменения № 22 к СанПиН 2.3.2.1078-01 «Гигиенические требования безопасности и пищевой ценности пищевых продуктов».

В основе технологий функциональных пищевых продуктов лежит модификация составов традиционных продуктов, направленная на повышение пищевой плотности путем увеличения содержания полезных ингредиентов до уровня, соотносимого с физиологическими нормами их потребления (15-50% от средней суточной потребности). Отечественное и мировое производство функциональных пищевых продуктов развивается сегодня в направлении обогащения витаминами, минеральными веществами, ПВ традиционных продуктов на фоне общей тенденции к уменьшению их энергетической ценности. Перспективным объектом модификации с целью формирования функциональных свойств являются базовые продукты, представляющие собой гомогенные пищевые системы, например, напитки или гетерогенные многокомпонентные системы, когда возможно введение обогащающих ингредиентов в одну из фаз. К последним относятся эмульсионные продукты, мучные кондитерские изделия.

Диссертационная работа направлена на решение важной народнохозяйственной задачи - разработку научно обоснованных технологических решений, реализация которых отвечает приоритетам развития науки и технологий, ориентированных на создание индустрии здорового питания, в частности, развитие производства продуктов, обогащенных незаменимыми компонентами, продуктов функционального назначения.

Официальным подтверждением актуальности выполненного исследования является включение его тематики в федеральную целевую научно-техническую программу (ФЦНТП) «Технологии живых систем» «Исследования и разработки по приоритетным направлениям науки и техники на 2002-2006 годы», в рамках которой выполнялся проект «Технологии производства продуктов функционального и лечебно-профилактического назначения на основе мониторинга питания и специфики метаболизма у различных групп населения» (государственный заказчик – Министерство промышленности, науки и технологий). Отдельные этапы исследований выполнены в рамках ГНТП РФ «Высокоэффективные процессы в перерабатывающих отраслях АПК» (проект «Экологически безопасные технологии растительных полисахаридов», 1996-1998); заказ-наряда Госкомитета РФ по высшему образованию «Разработка функциональных продуктов питания, содержащих диетические волокна, для повышения пищевой ценности» (1999-2000); «Разработка комплексных добавок, содержащих минеральные вещества, для продуктов функционального назначения» (2001), фундаментальных НИР «Теоретические основы получения пищевых эмульсий функционального назначения» (2002-2004), «Теоретические исследования процессов образования и стабилизации многокомпонентных дисперсных систем в присутствии электролитов и полиолов» (2005-2007), «Теоретические исследования механизмов ингибирования окислительных процессов в эмульсионных системах с использованием растительных антиоксидантов» (2008-2010), выполненных по заданию Министерства образования и науки РФ. Ряд результатов получен в ходе выполнения исследований по хоздоговорным темам:

«Разработка технологии получения жировых продуктов для профилактического питания»

(по заказу ООО «Райсио Ньютришен», 2005), «Разработка практических рекомендаций по формированию вкусового профиля напитков, содержащих биологически активные добавки» (по заказу ООО «Экомир», 2006), «Научно-техническое сопровождение производственной деятельности ООО НПП «Конверсцентр» по продвижению на рынок продукта «-каротин микробиологический в масле (микробиологический -каротин)» (по заказу ООО НПП «Конверсцентр», 2004). «Разработка проекта технических условий на спреды с фитостеринами» (по заказу ООО «ЭФКО. Пищевые ингредиенты», 2011).

Цель и задачи исследования. Целью диссертационного исследования являлась разработка научного обоснования и практических решений по применению пищевых волокон в технологии функциональных пищевых продуктов с заданными потребительскими свойствами для рационов здорового питания.

Поставленная цель предусматривала решение следующих задач:

- обоснование и выбор видов базовых продуктов пищевого рациона с целью повышения в них пищевой плотности путем обогащения пищевыми волокнами и другими функциональными пищевыми ингредиентами;

- обоснование и выбор видов пищевых волокон и других функциональных пищевых ингредиентов - витаминов, минеральных веществ, фитостеринов, биофлавоноидов, пребиотиков;

- проведение оценки технологической эффективности пищевых волокон и их комбинаций с другими функциональными пищевыми ингредиентами в различных пищевых системах, - исследование влияния пищевых волокон на некоторые компоненты пищевых систем;

- научное обоснование адекватного применения пищевых волокон в составе выбранных пищевых продуктов;

- разработка комплексов пищевых волокон с другими функциональными ингредиентами и практических рекомендаций по их использованию;

- разработка технологических решений по созданию функциональных напитков, спредов, мучных кондитерских изделий для рационов здорового питания;

- разработка технологий продуктов, обогащенных пищевыми волокнами и их комбинациями с другими функциональными ингредиентами;

- разработка нормативной и технологической документации на полученные продукты;

- проведение производственных испытаний разработанных технологий продуктов на предприятиях пивобезалкогольной, масложировой и кондитерской отраслей.

Научная концепция. Научная концепция состоит в создании методологического подхода к повышению пищевой плотности пищевых продуктов за счет обоснованного и адекватного применения пищевых волокон и их комбинаций с другими функциональными ингредиентами, включающего: разработку технологических приемов введения ПВ различного строения в пищевые системы; повышение пищевой плотности путем снижения калорийности обогащенного волокнами продукта; разработку комплексов с микронутриентами, имеющих технологические преимущества в процессе производства и хранения продукта.

Основные положения, выносимые на защиту.

На защиту выносятся следующие положения:

- создание разнообразного ассортимента современных продуктов питания, обогащенных пищевыми волокнами и другими функциональными ингредиентами;

- методологический подход к оценке эффективности пищевых волокон, представляющий собой совокупность аналитических и экспериментальных методов исследований, позволяющих прогнозировать поведение ПВ в пищевой системе и обеспечить их содержание в продукте, адекватное принципам обогащения;

- обоснование адекватного применения пищевых волокон и их комплексов с микронутриентами в составе функциональных продуктов;

- совокупность экспериментальных данных по исследованию поведения ПВ в пищевых системах различной природы (растворов, эмульсий, структурированных дисперсных систем) и в технологии функциональных пищевых продуктов;

- технологические решения по использованию пищевых волокон и их комбинаций в функциональных продуктах;

- оценка функционального пищевого продукта на основании показателей пищевой ценности и пищевой плотности.

Научная новизна. Разработано научное обоснование комплексной оценки пищевых волокон различного химического строения и их применения в составе функциональных продуктов на основе растворов, эмульсий и структурированных пищевых систем, с учетом физиологических и технологических эффектов пищевых волокон и их комбинаций с другими функциональными ингредиентами.

С целью повышения пищевой плотности различных продуктов предложено использование композиций ПВ и функциональных ингредиентов различной природы в виде комплексных добавок, совмещающих физиологический эффект и технологические функции. В качестве технологического решения разработан прием комбинирования растворимого пищевого волокна (пектина) и жирорастворимых функциональных ингредиентов (каротина, -токоферола, фосфолипидов) в составе комплекса, полученного методом диспергирования и составляющего основу биологически активных добавок к пище под общим наименованием «Пектокар».

Впервые в качестве технологического решения на стадии водоподготовки при разработке функциональных пищевых продуктов научно обоснован и использован метод очистки, кондиционирования и электрохимической активации воды (ЭХА) в установках «Изумруд», снабженных внешним угольным фильтром. Впервые установлены различия спектральных характеристик образцов воды, полученной при разных режимах электрохимической обработки, свидетельствующие о снижении концентрации активного хлора в образцах ЭХА-воды по сравнению с водопроводной водой. Разработаны режимы и условия обработки воды, предназначенной для использования в составе напитков.

В рамках проведения комплексной оценки поведения ПВ в водной среде впервые исследовано влияние ЭХА-воды на набухаемость, растворимость и вязкость растворов гидроколлоидов (препаратов инулина, резистентных декстринов, гуммиарабика, пектинов).

Установлены закономерности поведения гидроколлоидов в ЭХА-воде, позволяющие прогнозировать формирование заданной консистенции напитков, обогащенных ПВ.

Впервые установлено стабилизирующее влияние ЭХА-воды в установках «Изумруд» на активность эпигаллокатехингаллата и других растительных антиоксидантов в растворах.

Выявлены особенности влияния пищевых волокон различного строения на свойства и агрегативную устойчивость эмульсий. Впервые предложено применение в составе спреда растворимых пищевых волокон инулина и фруктоолигосахаридов в сочетании с солью кальция, что обеспечивает повышение биодоступности кальция и пребиотическое действие, а также технологический эффект имитатора жира в спредах пониженной жирности.

Впервые создан отечественный спред, содержащий фитостерины или их эфиры.

Установлен выраженный антиоксидантный эффект воднодиспергируемых растительных экстрактов (экстрактов виноградных косточек, оливок, зеленого чая, шлемника байкальского) в обратных эмульсиях. Показано, что присутствие экстрактов замедляет рост перекисного числа в жировых основах модельных спредов на 30-80% благодаря антиокислительному действию биофлавоноидов, суммарное содержание которых уменьшается в 1, – 2 раза при хранении спредов при температуре 4-6°С в 1,5 – 3 раза – при комнатной температуре.

Выявлен эффект снижения содержания сырой клейковины и ее укрепления в присутствии ПВ из различных источников (комплексы нерастворимых ПВ яблок, фруктоолигосахариды, гуммиарабик). Установлен технологический эффект позитивного влияния гуммиарабика и фруктоолигосахаридов на качество эмульсии для сахарного теста, в частности повышение ее стабильности в процессе хранения в течение нескольких производственных циклов. Показано улучшение реологических свойств теста, а также физико-химических и органолептических показателей качества сахарного печенья при обогащении его ПВ.

Получены новые данные о позитивном влиянии гуммиарабика на стабильность лактулозы в условиях технологических режимов процесса производства сахарного печенья - высокой температуры и щелочной среды.

Впервые исследовано влияние комплекса нерастворимых и растворимых ПВ на термостабильные свойства фруктовых начинок для мучных кондитерских изделий. Показана зависимость внутренней прочности гелевой структуры начинки от концентрации препарата нерастворимых ПВ. Выявлены эффекты повышения ее термостабильности, уменьшения синерезиса при хранении, обеспечивающие предотвращение намокания печенья и увеличение срока его хранения. Изучено влияние гуммиарабика на изменение группового состава липидов и образование первичных продуктов их окисления в процессе хранения сахарного печенья в различных условиях.

Новизна результатов исследований защищена 5 патентами.

Практическая значимость и реализация результатов работы Разработана серия биологически активных добавок (БАД) к пище под общим наименованием «Пектокар», содержащих пектин и жирорастворимые функциональные ингредиенты, проявляющие, наряду с физиологической активностью, технологические свойства.

Разработаны комплекты технологической и нормативной документации на БАД к пище серии «Пектокар», получены патенты РФ на состав БАД к пище (Патент РФ № 2148941), способ получения добавок (Патент РФ № 2178977) и продукты с ними (Патент РФ № 2236156). Опытно-промышленная апробация разработанных технологий добавок «Пектокар» проведена на базе ООО «Инертон» (г. Москва).

Практическим итогом раздела работы, посвященного исследованию поведения ПВ в растворах и модельных напитках, стало создание ассортимента сокосодержащих напитков, обогащенных ПВ, витаминами, минеральными веществами, растительными антиоксидантами. Разработаны и подготовлены к внедрению рецептуры и технологии сокосодержащих функциональных напитков «Фрутомино» с композициями серии «ПектокарС-С».

Разработаны и подготовлены к внедрению рецептуры и технологии напитков с применением в качестве системы водоподготовки установок для электрохимической обработки «Изумруд», снабженных внешним угольным фильтром: сокосодержащего напитка, обогащенного гуммиарабиком и антиоксидантом зеленого чая, а также сокосодержащих напитков обогащенных гуммиарабиком, экстрактами черники, семян винограда и зеленого чая (под общим наименованием «Изумруд»). Проведены производственные испытания, подтверждающие эффективность использования установок «Изумруд» в технологии безалкогольных напитков.

Разработаны и подготовлены к внедрению рецептура и технология сокосодержащих напитков для завтрака «Овсянка» с овсяными отрубями «OutBrane №233».

Другая группа продуктов с повышенной пищевой плотностью представлена пищевыми продуктами на основе обратных эмульсий – спредами. Разработаны и реализованы в комплекте нормативной и технологической документации рецептуры функциональных растительно-жировых спредов 50%-ной жирности, разработаны технологические приемы, обеспечивающие их обогащение фруктоолигосахаридами, кальцием и витамином D, а также фитостеринами. На базе ООО «ЭФКО. Пищевые ингредиенты» (г. Алексеевка) проведена промышленная апробация новых видов спредов с фитостеринами, содержащих растворимые ПВ, разработана и утверждена НТД на спреды с фитостеринами.

Разработаны рецептуры и технология новых видов растительно-жировых спредов «Камелия» 60%-ной жирности со сбалансированным составом ПНЖК, обогащенных инулином, витаминами А, Е, включающих в качестве антиоксиданта экстракт зеленого чая.

Разработаны рецептура и технология спреда 60%-ной жирности «Флавио», предусматривающая применение в качестве антиоксиданта экстракта шлемника байкальского.

Разработана рецептура и технология растительно-жирового спреда 40%-ной жирности «Воздушное облако» на основе четырехкомпонентных смесей пальмового, пальмоядрового, кокосового и подсолнечного масел, обогащенного инулином, пектином, витаминами Е, D.

Получены патенты РФ на состав растительно-жирового спреда (Патент РФ № 2284698) и способ получения спреда (Патент РФ 2364089). На новые виды спредов составлен и подготовлен к утверждению комплект НТД.

В группе мучных кондитерских изделий разработаны и реализованы в комплектах нормативной и технологической документации рецептуры и технологии трех видов сахарного печенья с функциональными пищевыми ингредиентами: «Колобок», содержащее фруктоолигосахариды, кальций и сахарозаменитель лактит, обладающий пребиотическими свойствами; «Лагуна», содержащее комбинацию гуммиарабика и пребиотика лактулозы;

сахарное печенье с фруктовой начинкой «Волна», обогащенное гуммиарабиком, лактулозой, а также пектином и комплексом нерастворимых волокон яблок в составе начинки.

На базе ОАО «Кондитерская фабрика Саратовская» (г. Саратов) проведена промышленная апробация новых видов сахарного печенья и фруктовой начинки, содержащих комбинацию растворимых и нерастворимых ПВ.

Материалы выполненных исследований использовались при подготовке учебных программ дисциплин «Пищевая химия», «Функциональные продукты для здорового питания», «Химия пищевых гидроколлоидов», включены в изданные учебно-методические пособия «Функциональные пищевые продукты», «Пищевые гидроколлоиды», учебник для вузов «Функциональные пищевые продукты. Введение в технологии», монографию «Жировые продукты для здорового питания. Современный взгляд» и применяются в учебном процессе кафедры «Органическая и пищевая химия» МГУПП.

Личный вклад соискателя. Научное обоснование и постановка цели и задач исследования, организация и планирование экспериментов, обработка и обобщение результатов исследований, подготовка к опубликованию; участие в проведении производственных испытаний. Диссертационная работа является обобщением научных исследований, проведенных автором в качестве исполнителя и ответственного исполнителя хоздоговорных и научно-исследовательских работ, выполненных по заданию Министерства промышленности, науки и технологий РФ, Министерства образования и науки РФ, Федерального агентства по образованию, также в ходе руководства и соруководства научной работой аспирантов и магистров.

Апробация работы. Основные результаты исследований докладывались и обсуждались на следующих научных конференциях: Юбилейная международная научнопрактическая конференция «Пищевые продукты ХХI века» (Москва, 2001); Юбилейная научная конференция к 80-летию специальности «Технология хранения и переработки зерна» МГУПП (Москва, 2002); VI Всероссийская конференция «Специализированные жиры и комплексные улучшители для хлебобулочных и мучных кондитерских изделий»

(Санкт-Петербург, 2004); Научно-технические конференции-выставки с международным участием «Высокоэффективные пищевые технологии и технические средства для их реализации» (Москва, 2004, 2006); II Международный симпозиум «Пищевые биотехнологии:

проблемы и перспективы в 21 веке» (Владивосток, 2004); Международная конференция «Технологии и продукты здорового питания» (Москва, 2004-2010); Международная конференция «Индустрия пищевых ингредиентов: современное состояние и перспективы развития» (Москва, 2005); Международная научно-практическая конференция «Спреды и смеси топленые» (Москва, 2005), Международная конференция «Масложировой комплекс России: новые аспекты развития» (Москва, 2006, 2008, 2010); VII Всероссийская научнопрактическая конференция «Синергизм пищевых добавок» (Санкт-Петербург, 2006); Всероссийский конгресс диетологов и нутрициологов «Питание и здоровье» (Москва, 2007, 2009, 2010); IV Международная конференция «Современное хлебопечение» (Москва, 2007); IX Международный Форум «Пищевые ингредиенты ХХI века» (Москва, 2008);

Международная научно-техническая конференция «Техника и технология пищевых производств» (Могилев, 2009); III Международная конференция «Индустрия пищевых ингредиентов XXI века» (Москва, 2009); Международная научно-практическая конференция «Молочная индустрия мира и Российской Федерации» (Москва, 2011).

Разработка «Функциональные пищевые продукты: сахарное печенье с комплексом пищевых волокон и минералов» награждена «Дипломом за высокое качество продукции»

IV Международной выставки «Высокоэффективные пищевые технологии и технические средства для их реализации» (Москва, 2006 г.); учебник «Функциональные пищевые продукты. Введение в технологии» награжден Почетной грамотой Совета ректоров САО г.

Москвы как лучшее учебное издание по техническим наукам и технологиям 2009 года (Москва, 2009); монография «Жировые продукты для здорового питания. Современный взгляд» награждена Дипломом Х Международного форума «Пищевые ингредиенты XXI века» как лучшее издание (Москва, 2009).

Публикации. По результатам исследований опубликовано 62 печатные работы, в том числе 5 патентов, 1 учебник и 2 учебных пособия с грифами профилирующих УМО, монография, 16 статей в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура и объем диссертации. Диссертационная работа включает введение, обзор литературы, экспериментальную часть, выводы, список использованной литературы и приложения. Содержание работы изложено на 364 страницах основного текста, включающего 120 рисунков, 58 таблиц и 7 приложений. Список литературы включает 415 источников, в том числе 148 иностранных. Приложения содержат расчеты химического состава, энергетической ценности и пищевой плотности разработанных изделий, акты производственных испытаний, нормативную и технологическую документацию на разработанные продукты.

Основные этапы работы выполнены в ПНИЛ биотехнологии пищевых продуктов и на кафедре «Органическая и пищевая химия» Московского государственного университета пищевых производств. Отдельные разделы выполнялись на кафедрах «Технология хлебопекарного и макаронного производств», «Процессы ферментации и промышленного биокатализа» МГУПП, в лаборатории электротехнологии ВНИИИМТ. Исследования по сушке добавок серии «Пектокар» проводились в НПО «Мир» ООО «Инертон» (г. Москва). Выпечки опытных партий сахарного печенья и опытные варки фруктовых начинок проводили в производственных условиях ОАО «Кондитерская фабрика Саратовская» (г. Саратов).

Выработку опытных партий спредов осуществляли на базе ООО «ЭФКО. Пищевые ингредиенты» (г. Алексеевка Белгородской обл.).

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Объектами исследований служили различные виды источников ПВ - натуральные комплексы нерастворимых волокон яблок «Herbacel AQ Plus» («Herbstreith & Fox», Германия), овсяных волокон «Nutrim®» и отрубей «OutBrun №233» («Future Ceuticals» США), коммерческих препаратов яблочного пектина Classic («Herbstreith & Fox», Германия), инулина «Fibrulin» и фруктоолигосахаридов «Fibrulose 97» («Cosucra», Бельгия), гуммиарабика «Fibregum» («CNI», Франция).

В качестве обогащающих ингредиентов в комбинациях с ПВ применяли витамины А, D, E, -каротин в кристаллической форме или в виде масляного раствора, фосфолипиды, препараты фитостеринов «Prolocol» («Тripl Кrawn АВ», Швеция) и их эфиров «Vegapure 95» (фирма «Cognis» BASF, Германия), а также соли кальция, пребиотик лактулозу в виде сиропа «Лактусан» с содержанием лактулозы 35% (ООО «Фелицата Холдинг», Россия), растительные экстракты, содержащие биофлавоноиды (ООО «Натуральные ингредиенты», Россия), препарат эпигаллокатехингаллата «Teavigo®» (DSM Nutritional Products, Швейцария).

В разделе, посвященном созданию комплексов функциональных ингредиентов с ПВ, основными объектами разработки являлись композиции нутрицевтиков серии «ПектокарС»

на носителе сахарозе и сокосодержащие функциональные напитки, обогащенные этими композициями. Содержание -каротина определяли спектрофотометрическим методом.

В разделах, посвященных разработке напитков, основными объектами исследования служили образцы ЭХА-воды, растворы гидроколлоидов и растительных экстрактов, модельные напитки. Анализ воды выполняли с помощью общепринятых методов определения рН, окислительно-восстановительного потенциала. Исследование спектральных характеристик воды проводили спектрофотометрически (диапазон длин волн – 190 – 1100 нм) фирмы НАСН (США). Общее количество остаточных оксидантов определяли методом молекулярного адсорбционного анализа, основанного на поглощении электромагнитных излучений молекулами и сложными ионами в ультрафиолетовой и видимой областях спектра (260 – 400 нм). Измерение кинематической вязкости растворов ПВ проводили на капиллярном вискозиметре Оствальда, анализ дисперсности частиц в напитках - с использованием принципа лазерной дифракции на анализаторе Mastersizer 2000 (Германия). Антиоксидантную активность эпигаллокатехингаллата определяли методом, основанным на способности антиоксидантов ингибировать окисление 2,2’-азиноди-[3-этилбензо-тиазолин сульфонат] (ABTS) в ABTS пероксидазой. (CALBIOCHEM, подразделение EMD Biosciences inc., Мerck KGaA, Германия). Определение фенольных соединений проводили методом Фолина-Чокальтеу, суммарного содержания флавоноидов - амперометрическим детектированием на приборе «ЦветЯуза-01-АА» (НПО «Химавтоматика», Россия). Для определения аскорбиновой кислоты применяли титриметрический метод с использованием 2,6дихлорфенолиндофенолята натрия. При анализе качества концентрированных соков и пюре определяли содержание сухих веществ рефрактометрически, кислотность - титриметрическим методом.

В разделе, посвященном спредам, основными объектами исследований являлись обратные эмульсии и их рецептурные ингредиенты: растительные масла, пищевые добавки, обогащающие ингредиенты – витамины, фитостерины и их эфиры, инулин, препараты кальция, растительные экстракты. При проведении экспериментальных исследований использовали стандартные методики оценки качества жировых продуктов, а также современные инструментальные методы физико-химического анализа. Для получения спредов применяли лабораторную установку периодического действия «Stephan UMC 5» (Германия). Состав жирных кислот определяли по ГОСТ 30418-96 методом газовой капиллярной хроматографии на приборе MEGA 5600 фирмы «Karlo Erba». Кислотное число определяли по ГОСТ 5476-80, перекисное число – по ГОСТ 26593-85. Жировую фазу из спредов выделяли по ГОСТ 51486. Температуру плавления жира определяли по ГОСТ 30418-96, устойчивость масел к окислению - методом ускоренного окисления по ГОСТ Р 51481-99 (ИСО 6886-96). Исследование реологических свойств эмульсий проводили на ротационном вискозиметре «Visco Basic Plus» (Испания). Поверхностное натяжение растворов растительных экстрактов измеряли по ГОСТ 11161-71. Суммарное содержание полифенолов в водной фазе спредов определяли методом амперометрического детектирования на приборе «ЦветЯуза-01-АА». При расчете компонентного состава жировой фазы со сбалансированным жирнокислотным составом применяли компьютерное моделирование с помощью программы обработки численных данных хроматографического анализа растительных масел.

Микробиологический анализ спредов проводили по ГОСТ 26668-85, ГОСТ 26669-85, ГОСТ 10444.12-88. Органолептические показатели спредов оценивали стандартными методами.

В исследованиях, посвященных разработке мучных кондитерских изделий (сахарное печенье), использовали пшеничную муку и другие ингредиенты, необходимые для приготовления сахарного печенья и фруктовой начинки. При анализе муки определяли ее влажность, содержание клейковины, зольность. Структурно-механические свойства сырой клейковины определяли на приборе ИДК-1. Реологические свойства теста – на приборе «Структурометр». Устойчивость и тип кондитерской эмульсии определяли традиционными методами, однородность - микроскопированием. При оценке качества готового печенья и свойств полуфабрикатов использовали общепринятые органолептические и физикохимические методы исследования. При изучении сохранности лактулозы в готовом продукте использовали метод ISO 11285:2004. Свойства начинок оценивали с помощью специально разработанных лабораторных методов контроля термостабильных свойств фруктовых начинок. Внутреннюю прочность опытных начинок исследовали на пектинометре «Herbstreith», модель Mark (Германия). Интенсивность окисления жира характеризовали по изменению перекисного числа, определенного по ГОСТ26593-85. Изменения в групповом составе жира в готовом продукте при хранении анализировали методом тонкослойной хроматографии.

Измерения проводили не менее чем в 3-кратной повторности, обработку экспериментальных данных осуществляли методами математической статистики.

Общая схема организации исследований представлена на рисунке 1.

2.1. Комплексная оценка эффективности пищевых волокон, применяемых в технологиях различных групп пищевых продуктов Теоретической основой, на которой базируется концепция обогащения продуктов пищевыми волокнами, служит положение теории адекватного питания о значении этих компонентов пищи для функционирования пищеварительной системы, для жизнедеятельности нормальной кишечной микрофлоры и образования ряда вторичных нутриентов, в том числе регуляторных, а также для макроорганизма в целом. В рамках концепции позитивного питания ПВ включены в группу физиологически функциональных ингредиентов наряду с витаминами, минералами, полиненасыщенными жирными кислотами (ПНЖК), пребиотиками и пробиотиками.

Однако на практике создание разнообразных обогащенных волокнами продуктов сопряжено с проблемами, обусловленными существенными различиями химического строения ПВ, (главным образом полисахаридов), и следовательно, различиями их физикохимических свойств и физиологических эффектов. Обогащение продуктов ПВ часто сопровождается технологическими затруднениями: введение ПВ в продукт в качестве функционального ингредиента целесообразно в физиологически значимых количествах, сопоставимых с суточной нормой, а применение его в качестве пищевой добавки требует минимальных количеств, необходимых для достижения конкретных технологических целей.

ных ингредиентов для повышения пищевой Выбор и обоснование Выбор и обоснование Приемы комбинирования пищевых системах функциональных ингредиентов в При создании новых продуктов с ПВ необходимо балансировать между удовлетворением потребностей в них организма человека как в функциональном пищевом ингредиенте и обеспечением заданных потребительских характеристик обогащенного продукта путем введения пищевой добавки – гидроколлоида.

Научное обоснование применения ПВ в технологии функциональных пищевых продуктов строится на проведении комплексной оценки их эффективности, предусматривающей анализ химической структуры и свойств ПВ, на основании которых прогнозируется их возможное влияние на реологические свойства растворов, эмульсий, суспензий, структурированных пищевых систем, а также потенциальные физиологические эффекты, обусловленные потреблением пищевого продукта, обогащенного данным ПВ. Особенности физико-химических свойств ПВ со свойствами гидроколлоидов обусловливают возможность их совместного применения с другими функциональными ингредиентами – витаминами, минералами, ПНЖК, антиоксидантами и др. в составе пищевых систем - растворов, эмульсий и структурированных пищевых систем, а также применение в виде сухих форм – БАД к пище. Комплексная оценка предполагает изучение влияния ПВ на содержание и сохранность в продукте других обогащающих ингредиентов, а также изучение влияния ПВ на основные компоненты обогащенных пищевых продуктов. Полученные данные являются основополагающими при составлении рационов питания, обеспечивающих физиологические потребности населения в ПВ. Таким образом, адекватное применение ПВ с целью повышения пищевой плотности продуктов предусматривает:

- разработку технологических приемов введения определенных видов ПВ в различные пищевые системы;

- разработку комбинаций с микронутриентами, проявляющих физиологические свойства и имеющих технологические преимущества в процессе производства и хранения продукта;

- разработку универсальных технологических решений (диспергирования жирорастворимых веществ в полимерной матрице ПВ), обеспечивающих стабильность функциональных ингредиентов в составе различных пищевых систем;

- повышение пищевой плотности путем снижения энергетической ценности продукта, обогащенного ПВ.

При выборе конкретных видов ПВ, предназначенных для введения в различные пищевые системы, руководствовались следующими критериями:

- принципом разнообразия химического строения ПВ - линейная или разветвленная структура, состав мономеров, степень полимеризации, наличие заряда (кислый или нейтральный), а также их физико-химических свойств;

- разнообразием источников – очищенные препараты, природные источники.

- доступностью источника ПВ.

Для проведения исследований в качестве основных источников ПВ были выбраны:

- пектин – высокомолекулярный рамнополигалактуронан со средней молекулярной массой 30000-60000, кислый полисахарид линейного строения, высоко- или низкоэтерифицированный;

- инулин и фруктоолигосахариды – фруктаны, нейтральные полисахариды линейного строения со средней степенью полимеризации более 20 (инулин) или 8-10 (фруктоолигосахариды), средняя молекулярная масса - 1300-4000;

- гуммиарабик – высокоразветвленный протеополисахарид, построенный из D-галактозы, образующей главную цепь, L-арабинозы, L-рамнозы, D-глюкуроновой кислоты, средняя молекулярная масса – около 460 тыс.;

- овсяные отруби – природный источник нерастворимых и растворимых ПВ, в т.ч. глюканов;

- комплекс ПВ яблок, содержащий 87% общих ПВ, из них растворимых – 15%.

Очевидно, что существенные различия в химической структуре приведут к различиям в технологической эффективности при введении в разные пищевые системы. Исходя из этого в качестве объектов обогащения, относящихся к базовым продуктам массового потребления, были выбраны пищевые продукты на основе разных дисперсных систем: напитки (на основе растворов и дисперсий), спреды (продукты на основе эмульсий), мучные кондитерские изделия, в частности сахарное печенье (изделия на основе структурированных многокомпонентных систем).

Выбор напитков обусловлен постоянной высокой потребностью организма человека в жидкости, а также технологичностью напитков, в которых растворяются или диспергируются ПВ и другие функциональные ингредиенты. Выбор спредов и сахарного печенья обусловлен тем, что, занимая значительную потребительскую нишу в структуре фактического питания, эти продукты расположены на верхнем ярусе «пирамиды питания»; с позиций здорового питания они рассматриваются как источники факторов риска (повышенного содержания жира и сахара), их потребление рекомендуется ограничивать из-за высокой калорийности и низкой плотности питательных веществ. Повышение пищевой плотности именно этих видов продукции массового потребления, их преобразование в продукты здорового питания представляется целесообразным при коррекции базовых рационов.

Каждая выбранная группа пищевых продуктов требует особого подхода к обогащению волокнами, в зависимости от консистенции, реологических, физико-химических характеристик и органолептических показателей качества. Функции волокон в напитках заключаются, в основном, в стабилизации, повышении вязкости, формировании полноты сенсорных ощущений, а также в усилении фруктовой ноты вкуса в сокосодержащих напитках. В эмульсионных жировых продуктах ПВ применяют для создания низкокалорийных рецептур, т.к. некоторые растворимые волокна благодаря их гидроколлоидным свойствам способны заменять жир. В составе мучных кондитерских изделий препараты ПВ добавляют с целью улучшения пищевого профиля (снижение гликемического индекса, обогащение).

Благодаря влагоудерживающим свойствам препараты ПВ влияют на влагосодержание пищевой системы (теста и готового изделия), способствуя увеличению продолжительности срока свежести выпечных изделий, улучшают реологические свойства и обеспечивают структурные и текстурные характеристики.

В более высоких дозировках перечисленные технологические эффекты могут иметь негативный результат и для тех продуктов, которые могут маркироваться как «богатый источник пищевых волокон», требуется специальная отработка и адаптация рецептур для обеспечения необходимых показателей качества.

Таким образом, разработка новых функциональных продуктов требует проведения комплексной оценки каждого вида вносимых в продукт ПВ и решения на ее основе ряда технологических задач, которые включают:

- подбор ПВ с учетом его известных физико-химических параметров, исходных свойств обогащаемого продукта и технологических режимов его получения;

- исследование влияния физиологически значимых концентраций ПВ на качество разрабатываемого продукта;

- корректирования рецептуры продукта с целью нивелирования возможных изменений, вызванных введением волокна.

В рамках проведения комплексной оценки эффективности ПВ при разработке рецептур и технологий напитков, спредов и мучных кондитерских изделий были проведены серии экспериментов с целью определения свойств указанных выше источников ПВ, изучения их влияния на некоторые рецептурные компоненты, а также исследования поведения в растворах, эмульсиях и суспензиях для прогнозирования возможного влияния на технологические процессы при производстве конкретных продуктов.

2.2. Разработка композиций ПВ с другими функциональными ингредиентами Во многих пищевых производствах используются общие технологические приемы, действуют сходные технологические факторы, что открывает возможность упрощения процесса и улучшения качества готовых изделий за счет использования универсальных технологических решений. Одним из таких решений при выполнении задачи повышения пищевой плотности продукта является введение в пищевые системы сразу нескольких функциональных ингредиентов в виде многокомпонентных комплексов, хорошо диспергируемых в гидрофильной среде. Полимерная природа и гидроколлоидные свойства абсолютного большинства ПВ способны обеспечить распределение в их высокомолекулярной матрице практически любых низкомолекулярных веществ из числа функциональных ингредиентов.

С целью расширения возможности применения и упрощения отдельных этапов технологических процессов целесообразным является прием объединения в одной композиции таких функциональных ингредиентов, которые, наряду с их физиологическими эффектами, способны также проявлять свойства технологических пищевых добавок. Такой подход имеет следующие преимущества:

- предупреждение излишнего усложнения рецептуры и вызванных этим технологических затруднений, приводящих к удорожанию конечного продукта или ухудшению его качества;

- максимально возможная замена искусственных пищевых добавок на добавки натурального происхождения, не имеющие ограничений по уровню ДСП;

- возможность создания универсальных комплексов, состав которых может быть при необходимости скорректирован путем добавления или исключения определенных ингредиентов при сохранении основного объединяющего компонента;

- возможность введения комплексов в различные пищевые системы.

Ниже представлены результаты исследований по разработке комплексных добавок на основе пектина, содержащих -каротин, лецитин, витамины и минеральные вещества.

2.2.1. Выбор и обоснование функциональных ингредиентов для разработки комплексных добавок Исследования на данном этапе выполнялись совместно с Д.Г. Задорожней.

Выбор всех ингредиентов комплексных добавок был основан на опубликованных результатах эпидемиологических исследований Института питания РАМН о структуре и фактическом статусе питания населения России; на положениях теории адекватного питания, научные принципах обогащения пищевых продуктов микронутриентами, современных научных представлениях о физиологическом действии и технологическом назначении отдельных пищевых ингредиентов. На основе анализа перечисленных теоретических источников была выделена группа функциональных пищевых ингредиентов, каждый из которых обладает смежными технологическими свойствами (табл. 1.). Выбор пектина в качестве полимерной основы комплексной добавки обусловлен особенностями строения полигалактуроновой кислоты, представляющей собой спираль, в одном витке которой содержится три молекулы галактуроновой кислоты и в которую неравномерно через -14гликозидную связь включаются молекулы L-рамнозы, что придает молекуле зигзагообразный вид. Такая структура макромолекулы наряду с большим количеством гидроксильных и карбоксильных групп обусловливает способность пектина адсорбировать и включать в себя соединения с меньшим размером молекул. Комбинирование в одной добавке пектина и жирорастворимых веществ служит технологическим приемом, целью которого является получение воднодиспергируемой формы последних.

Таблица 1 - Характеристика функциональных ингредиентов Лецитин 5-7 г 20-30 Уменьшение уровня холестерина в кро- Е 322 – Существенным аргументом при выборе именно этих ингредиентов послужила их принадлежность к перечню безопасных пищевых добавок, представляющих собой потенциальную альтернативу пищевым добавкам неалиментарной природы.

2.2.2. Исследование физико-химических и реологических свойств растворов и дисперсий компонентов добавок Основным требованием к создаваемым комплексным добавкам является их хорошая растворимость или диспергируемость в гидрофильной среде. В этом случае добавка легко вводится в пищевые системы, представляющие собой растворы, эмульсии или многокомпонентные дисперсии. Количественные соотношения ингредиентов разрабатываемых добавок и их известные свойства предопредели роль биополимера пектина как гидрофильной основы, в комбинации с которой становится возможным диспергирование в воде жирорастворимых функциональных ингредиентов. В связи с этим большой интерес представляло исследование процесса растворения препаратов пектина в воде, изучение его эмульгирующих и стабилизирующих свойств.

2.2.2.1. Выбор углеводного компонента для композиции пектина Одним из приёмов формирования свойств быстрорастворимых продуктов является введение в состав композиций хорошо увлажняющихся твёрдых инертных веществ (наполнителей), таких как сахароза, декстроза, лактоза, декстрины и т. д. В настоящем исследовании в качестве наполнителей использовали глюкозу, фруктозу, сахарозу, мальтозу, мальтодекстрины отечественного и импортного производства. При выборе наиболее эффективного наполнителя исследовали процесс растворения высоко- и низкоэтерифицированных пектинов (далее ВЭП и НЭП соответственно) в присутствии выбранных ингредиентов углеводной природы. Долю каждого наполнителя в составе смесей с пектинами варьировали от 1 до 8 частей (в случае ВЭП) и от 1 до 15 (в случае НЭП) на 1 часть пектина.

Оптимальные соотношения пектина и каждого из исследуемых наполнителей выбраны путем анализа графических зависимостей в соответствии с минимальным (не превышающим 10 минут) временем их растворения. Установлено, что использование рассмотренных углеводных наполнителей способствует улучшению способности ВЭП и НЭП растворяться в воде. Для порошков, содержащих препараты пектина, наилучшая растворимость достигается при соотношении наполнитель:ВЭП, не превышающем 5, а при соотношении наполнитель:НЭП – не превышающем 12. По итогам этой серии опытов, с учётом технологической целесообразности и доступности наполнителя, для практического использования в составе композиций с пектином были выбраны сахароза и мальтодекстрины (ДЭ 18,5).

2.2.2.2. Изучение эмульгирующих и стабилизирующих свойств пектина Стабилизирующая способность пектина связана с особенностями его строения, зависящими от природы исходного сырья и технологических параметров его выделения и модификации. Как правило, пектин применяют в качестве стабилизатора эмульсии в сочетании с низкомолекулярным эффективным эмульгатором. Известно, однако, что в отсутствие эмульгатора пектин сам может проявлять эмульгирующие свойства, связанные со способностью образовывать мембраны вокруг жировых шариков за счёт гидрофобных участков молекулы. Ряд экспериментов был проведен с целью изучения эмульгирующих свойств двух типов яблочного пектина, отличающихся степенью этерификации – пектин марки Classic AU201 (степень этерификации 68-78%) и марки Classic AU701 (степень этерификации 36-44 %) фирмы “Herbstreith & Fox” (Германия). В ходе эксперимента готовили эмульсии первого рода. Дисперси-онной средой служили 1-, 2-, 2,5- и 3%-ные Рисунок 2-Изменение устойчивости эмульсий с различполученных эмульсий показало, ным содержанием масляной фазы: А - 4 %,Б – 8 %, В–12 % капель, уменьшаются их размер и неоднородность в системе: в 1%-ном растворе пектина основной (87% от общего количества) является фракция капель дисперсной фазы со средним размером 2,7-7,6 мкм, в 2%-ном растворе пектина 93 % - капли со средним размером 1,7-6,6 мкм, а в 2,5-3,0%-ном растворе до 98% капель имеют размеры 1,4-5,6 мкм. В последующих экспериментах использовали 2%-ную концентрацию пектинов, обеспечивающую необходимую устойчивость эмульсий.

Возможность получения стабильных эмульсий первого рода с использованием исключительно высокомолекулярного стабилизатора – пектина послужила основанием для выявления максимального количества масла, которое может быть эмульгировано в 2%-м растворе пектина, что позволяет провести корреляцию с максимально возможным введением масляных препаратов -каротина и жирорастворимых витаминов, без ущерба для устойчивости Рисунок 3 - Зависимость устойчивости эмульсий, стабилизированных пектином, от концентрации 1 – 2 %-й раствор ВЭП; 2 – 2 %-й раствор НЭП ствие в дисперсионной среде 2% как ВЭП, так и НЭП позволяет получать устойчивые концентрированные эмульсии с содержанием масляной фазы до 50% (рис. 3).

Таким образом, опытным путем подтверждена возможность стабилизации концентрированных эмульсий первого рода с содержанием масляной фазы от 4 до 50 % ВЭП и НЭП даже в отсутствие низкомолекулярного эмульгатора. Полученные эмульсии имели различную консистенцию, во всех вариантах с содержанием масла менее 60% происходило отстаивание более плотного верхнего слоя эмульсии без выделения водной и/или масляной фазы. В отдельной серии исследований, посвященных взаимному влиянию пектина и лецитина, вводимого в систему в качестве функционального ингредиента в физиологически значимых количествах до 8-12 % к массе масляной фазы, показало, что в этом случае при 2%-ной концентрации пектина в дисперсионной среде обеспечивается 85ная устойчивость 50 %-ных эмульсий.

Проведенные исследования подтвердили возможность получения через эмульсионные системы комплексных добавок, одновременно включающих водорастворимые и жирорастворимые функциональные ингредиенты.

2.2.3. Разработка технологии пектинсодержащих добавок серии «Пектокар», содержащих комплекс функциональных ингредиентов Поскольку разработка комплексных добавок проводилась с целью повышения пищевой плотности продуктов, большое значение имела простота и технологичность их введения в различные пищевые системы. Способность выбранного в качестве объединяющей основы пектина растворяться в воде, участвовать в образовании эмульсий и стабилизировать их предоставляет возможность включения в состав комплексной добавки функциональных ингредиентов как гидрофильной, так и гидрофобной природы в большом диапазоне концентраций. Количественные соотношения гидрофильных и гидрофобных ингредиентов определили тип дисперсной системы для получения самой добавки – коллоидного раствора при малом содержании жирорастворимых веществ или эмульсии в случае их высокой концентрации. Такой подход влияет и на потенциальный объект обогащения: если пищевая система представляет собой эмульсию или многофазную структурированную систему, более предпочтительным будет использование добавки на основе эмульсии, а в случае раствора или суспензии – добавки, полученной из коллоидного раствора.

2.2.3.1. Получение комплексных добавок из эмульсионных систем В случае высоких концентраций функциональных ингредиентов гидрофобной природы воднодиспергируемые комплексные добавки могут быть созданы путем получения и последующего высушивания эмульсий. Серией предварительных сушек было установлено, что присутствие масляной фазы оказывает влияние на процесс сушки и физические свойства конечного продукта, потому концентрацию масляной фазы выбирали с учетом трех аспектов:

- необходимости введения с масляной фазой физиологически значимого количества жирорастворимых функциональных ингредиентов;

Дист.

Рисунок 4 - Процессуальная схема лецитина в масляных формах. Содержание сухих получения комплексных добавок серии веществ в эмульсиях для сушки составляло 3,9 % «Пектокар» из эмульсионных систем и 3,0 % в зависимости от типа пектина.

Процессуальная схема получения комплексных добавок из эмульсионных систем представлена на рис. 4. Технология предусматривает внесение масляной фазы, состоящей из компонентов гидрофобной природы (лецитина, -каротина, -токоферола), в пектиновый раствор с наполнителем и эмульгирование полученной смеси. Эмульсии высушивали в псевдоожиженном слое на инертном носителе из фторопласта. Меняя соотношение компонентных составов и используя оба вида пектина, получали три различных образца добавок под общим наименованием «Пектокар»: «Пектокар(В)/М-ЕЛ», «Пектокар(Н)/М-ЕЛ», «Пектокар(В)/С-Е». Степень удовлетворения суточной потребности для введённых микронутриентов в составе 1 г добавок составляет: 2,5-8,6 % для пектина, 5,2для -каротина и 5,8-22,5 % для витамина Е. Воднодиспергируемые формы гидрофобных ингредиентов, входящих в состав добавок, позволяют использовать последние в эмульсионных продуктах, мучных кондитерских и хлебобулочных изделиях.

Новизна полученных резултатов защищена Патентом РФ № 2148941.

2.2.3.2. Получение комплексных добавок из коллоидных растворов Ранее коллективом сотрудников ПНИЛ биотехнологии пищевых продуктов МГУПП был разработан способ получения комплексной добавки серии «Пектокар» из коллоидных систем (Патент РФ 2120771). После серии предварительных экспериментов было установлено, что устойчивые суспензии –каротина в водной среде образуются только из твердых золей, полученных путем механического диспергирования в порошкообразном пектине сухих препаратов кристаллического –каротина, размера частиц которого достигал 5-10 мкм, что обеспечивает его наибольшую био-доступность в организме Пектин –каротин вание 5-10 мин, 5-10 мкм Скоагулированный комплекс высушивали под Дист.

Гомогенизация при 8 тыс. Анализ содержания –каротина в комплексах вода Комплексная добавка Рисунок 5 - Процессуальная схема получения комплексных добавок серии «Пектокар» из коллоидных растворов составе комплексной добавки были рекомендованы сахароза и мальтодекстрины. Рис. иллюстрирует основые этапы технологии комплексных добавок серии «Пектокар» на основе препаратов ВЭП и НЭП, полученных из коллоидных растворов. В отдельных добавках предусмотрено введение лецитина в сухой воднодиспергируемой лизоформе «Пектокар(Н)-Л». Готовые добавки представляют собой тонкие розовые пластинки направильной формы шириной 2-4 мм с массовой долей влаги 4-6%, хорошо диспергируемые в воде с образованием агрегативно устойчивых коллоидных растворов.

Степень удовлетворения суточной потребности в составе 1 г добавок составляет: 8,3-16,5% для пектина, 40-83,3% для -каротина.

2.2.4. Разработка состава и технологии композиций нутрицевтиков на базе комплексной добавки серии «ПектокарС»

Полученные комплексы послужили основой для разработки добавок расширенного состава, содержащих разнообразные сочетания ингредиентов, в количествах, обусловленных физиологической потребностью в них или особенностями обогащаемой пищевой системы. Примером такой разработки служит композиция для напитков, созданная на базе добавки «ПектокарС» с наполнителем сахарозой и дополненная аскорбиновой кислотой, витаминами Е, D и минеральными веществами. Введение каждого дополнительного ингредиента в соответствии со схемой на рис.1 сопровождается исследованиями его возможного влияния на другие компоненты добавки или на ее устойчивость. Добавка с дополнительно введенными в ее состав аскорбиновой кислотой, витаминами Е, D, минеральными веществами предназначалась для обогащения напитков, поэтому в специальной серии экспериментов была изучена стабильность ее наиболее лабильного компонента -каротина в растворах в присутствии аскорбиновой кислоты.

2.2.4.1. Исследование влияния аскорбиновой кислоты на сохранность -каротина в водных растворах добавки «ПектокарС» и при тепловой обработке Цель эксперимента заключалась в исследовании сохранности -каротина в составе раствора добавки «ПектокарС» в присутствии аскорбиновой кислоты в количествах от 0, каротина, % Концентрация аскорбиновой кислоты, г/л Технология напитков предусматривает стадию термоообработки, способной повлиять на сохранность лабильных ингредиентов в их составе. Для определения влияния аскорбиновой кислоты на сохранность -каротина в растворах добавки «ПектокарС» исследовали потери -каротина в растворах без аскорбиновой кислоты и с ее добавлением в количестве 1 г/л при температуре стерилизации (96оС) в течение 1 ч. Результаты исследований (рис. 7) показали, что опыте без аскорбиновой Кислоты потери -каротина через 1 ч стерилизации раствора достигают 29,0%, тогда как в присутствии 1 г/л аскорбиновой кислоты - не превышают 3,5%.

Содержание бетараствор "Пектокар-с" При этом потери самой аскорбиновой кислоты в растворе составляют 5-10%.

Таким образом, показано, что присутствие 1 г/л аскорбиновой кислоты в растворах добавки «ПектокарС» обеспечивает более высокую сохранность -каротина при температурной обработке продукта за счёт проявления ею антиоксидантных свойств. Антиоксидантная активность аскорбиновой кислоты должна быть учтена при расчёте дозировки её как функционального ингредиента.

2.2.4.2. Разработка состава комплексной добавки «ПектокарС», включающей минеральные вещества В основе получения добавки «ПектокарС-С» лежит технология базовой добавки «ПектокарС», содержащей только пектин, -каротин и сахарозу в качестве нейтрального наполнителя, облегчающего растворение пектина в воде. Включение минеральных солей в состав комплексной добавки, предназначенной для обогащения напитков, может иметь следующие проявления:

- взаимодействие ионов металлов с пектином, влияющее на химическую природу и устойчивость комплекса «пектин- -каротин» в составе добавки «ПектокарС»;

- изменение интенсивности окраски добавки и содержащего её продукта при введении отдельных ионов;

- взаимодействие ионов двухвалентных металлов с пектином, сопровождающееся изменением реологических свойств напитка;

- нежелательное изменение вкусового профиля напитка.

В качестве источника макро- и микроэлементов в составе добавки были выбраны биологически доступные формы кальция, калия, магния, йода в виде CaCl2, CaHPO4·2Н2О, KJO3, KH2PO4, MgSO4·7Н2О, MgO. Задачи исследований состояли в выборе дозировок минеральных веществ, не снижающих стабильность комплекса «пектин--каротин» в составе добавки «ПектокарС», а также не несущих нежелательных изменений вкусового профиля, реологических свойств и интенсивности окраски напитков. В серии модельных опытов исследовали изменение интенсивности окраски, вязкости и рН 1%-ных растворов НЭП (марка AU 701) и ВЭП (марка AU 201) с минеральными солями MgSO4·7Н2О, KJO3, KH2PO4, CaHPO4·2Н2О, CaCl2, MgO.

Кинематическая вязкость, мм2/с На основании экспериментальных данных были выбраны минеральные соединения с учетом степени этерификации пектинов и уточнены оптимальные для формирования реологических, физико-химических и органолептических свойств напитков концентрации минеральных веществ в пектиновых растворах и напитках на их основе. Полученные опытные данные послужили основой для разработки технологии композиций нутрицевтиков для функциональных напитков. Принципиальная схема получения композиций «ПектокарС-С»

и «ПектокарС-С,Е,D-мультиминерал» представлена на рис. 10. Для создания композиции применяли 30%-ный раствор в масле -токоферола и 10%-ный раствор в масле эргокальциферола в количествах, обеспечивающих не менее 30% суточной дозы в 250 мл напитка.

Практическим итогом экспериментальных исследований, представленных в разделе 2.2., стал ассортимент комплексных добавок под объединенным названием «Пектокар» – источников функциональных пищевых ингредиентов, совмещающих технологические функции пищевых добавок. Общими ингредиентами для всех видов добавок являются пектин и -каротин, дополнительно добавки содержат лецитин, токоферол, эргокальциферол, аскорбиновую кислоту и минеральные вещества. В зависимости от ингредиентного состава, добавки получают из коллоидных растворов или эмульсионных систем, в обоих Сахароза Пектин –каротин соединения кальция, дят сушку в псевдоожиженном слое.

Комплексные добавки серии «ПектокарС- С»

«ПектокарС-С,Е,Д-мультиминерал» и № 2236156. Разработанные добавки серии «Пектокар» представляют Рисунок 10 – Общая процессуальная схема получения добавок «ПектокарС- С» и «ПектокарС-С,Е,Д-мультиминерал» собой эффективное средство повышения пищевой плотности различдля функциональных напитков 2.3. Разработка технологий сокосодержащих напитков с пищевыми волокнами В силу гидроколлоидных свойств большинства ПВ их влияние на пищевую систему напитка заключается, в основном, в ее стабилизации, повышении вязкости, формировании и сохранении равномерной, гомогенной консистенции в течение заданного срока. Некоторые полисахариды, например, пектины, гуммиарабик, формируют полноту вкуса, «тело»

сокосодержащих напитков с невысокой долей фруктового компонента. В то же время даже небольшое превышение оптимальной концентрации, неправильный подбор препарата ПВ или их комбинации может нарушить консистенцию продукта, снизить его текучесть за счет резкого повышения вязкости вплоть до гелеобразования. В этом случае напиток приобретает тягучую киселеобразную текстуру, вкус и сенсорное восприятие изменяются, возможно помутнение или выпадение осадка.

В ходе выполнения этого раздела исследований были разработаны рецептуры и технология сокосодержащих напитков с комплексными добавками, включающими пектин, каротин, витамины и минералы, а также рецептуры и технология сокосодержащих напитков, обогащенных натуральными волокнами овса.

2.3.1. Разработка рецептур и технологии функциональных напитков, содержащих комплексные добавки серии «ПектокарС-С»

Целью данного этапа исследований явилась разработка рецептур и технологий сокосодержащих функциональных напитков, обогащенных комплексом пектина и микронутриентов «Пектокар». Добавки «ПектокарС», специально разработанные для применения в составе напитков, включают аскорбиновую кислоту и источники Mg, К, Са, J.

На основании ранее полученных данных о влиянии минеральных источников на изменение интенсивности окраски, рН и вязкость 1%-ных растворов НЭП и ВЭП, были уточнены оптимальные для формирования реологических, физико-химических и органолептических свойств напитков концентрации минеральных веществ. Дозировка аскорбиновой кислоты как функционального ингредиента с учетом ее потенциальных антиоксидантных свойств, должна составлять 1,3 г/л. Однако при таком уровне содержания аскорбиновой кислоты в составе заметно усиливается кислый вкус, что требует соответствующей коррекции. Для обеспечения сохранности -каротина в напитках в составе добавки «ПектокарС» при достаточном уровне активности витамина С было решено использовать Dизоаскорбат натрия (Е316) как дополнительный антиоксидант с эффективностью действия, аналогичной аскорбиновой кислоте, но, в отличие от неё, не придающий кислый вкус напитку (рис. 11). Результаты исследований показали, что потери -каротина в водных растворах «ПектокарС» с добавлением аскорбиновой кислоты или D-изоаскорбата натрия через 42 дня хранения составили при 5оС 5 и 1%, при 20оС – 6 и 3 % соответственно. Было показано также, что использование комбинации аскорбиновой кислоты с D-изоаскорбатом Содержание натрия в соотношении 1:6,3 при суммарном их количестве в составе композиции «ПектокарС-С» 7,3% позволяет восстановить вкусовой профиль продукта, сохраняя эффект стабилизации -каротина на уровне 98%.

Разработаны технологии и рецептуры сокосодержащих функциональных напитков с композициями нутрицевтиков «ПектокарС», по которым были приготовлены опытные образцы напитков и проведена оценка их качества по 19-балльной системе по показателям:

прозрачность, цвет, внешний вид, вкус и аромат. Дополнительно оценивали консистенцию (вязкость) напитков, представляющих собой непрозрачные жидкости яркого оранжевотерракотового цвета с характерным вкусом и запахом входящего в напиток фруктового/овощного сырья, сбалансированные по содержанию кислот и сахара.

В сокосодержащих апельсиновых напитках (1) с композицией «ПектокарС,В-С,Е,Dмультиминерал» и (2) - с композицией «ПектокарС,Н-С,Е,D-мультиминерал», которые отличались типом пектина в составе композиции нутрицевтиков и минеральным составом определяли содержание -каротина при хранении (рис. 12).

Установлено, что через 42 дня хранения содержание -каротина в напитке 1 составило 97,8 % и 89,4% при температуре 5оС и 20оС соответственно, в напитке 2 - 76,2 % и 70,1 % при 5оС и 20оС соответственно. Введение минеральных веществ в состав композиций 2 сопровождается уменьшением содержания -каротина в среднем на 20%, очевидно, за счёт взаимодействия НЭП с ионами двухвалентных металлов и снижения, вследствие этого, его способности образовывать защитную оболочку вокруг -каротина. Минеральные вещества конкурируют с -каротином, блокируя функциональные группы пектина, обеспечивающие стабильность комплекса «пектин--каротин». В связи с этим повышение содержания минеральных веществ (кальция и магния) снижает стабильность базового комплекса «пектин--каротин», а, следовательно, сохранность -каротина в композициях нутрицевтиков. Для увеличении сроков хранения напитков необходимо осуществлять корректировку закладки -каротина в добавку «ПектокарС,Н-С,Е,D-мультиминерал».

Таким образом, на примере сокосодержащего напитка с комплексом функциональных ингредиентов – пектина, -каротина, аскорбиновой кислоты и минеральных веществ реализован методологический подход к повышению пищевой плотности продукта. На разработанные напитки под общим наименованием «Фрутомино» составлен комплект нормативной и технологической документации.

2.3.2. Разработка сокосодержащих напитков с натуральным комплексом волокон овса Пищевая плотность напитка может быть повышена не только обогащением сложно составленными композициями функциональных ингредиентов, но и путем применения натуральных комплексов, включающих волокна, микронутриенты и другие природные вещества, свойственные конкретному растительному источнику. На отечественном рынке функциональные напитки, обогащенные природными комплексами ПВ, представлены единичными наименованиями. Консистенция таких напитков, как правило, плотная, поэтому в литературе их позиционируют как «напитки для завтрака».

С целью разработки напитка, обогащенного природным источником ПВ, были исследованы препараты овса Nutrim OB №170® (ПВ 16%, в т.ч. растворимых ПВ - 12%, из них глюканов - 10%) и овсяных отрубей OatBran®233 (содержание ПВ 13%) производства компании «Future Ceuticals» (США). При создании рецептур и технологий напитков с ПВ, имеющих жидкую, легко текучую консистенцию на первом этапе исследований изучали влияние препаратов овса на реологические свойства их дисперсий в зависимости от температуры и рН среды. Исследование способности препарата Nutrim-OB №170 к набуханию в набухшей фазы Рисунок 13 - Влияние температуры Nutrim-OB № интервале температур 20-90°С показало, что в диапазоне низких концентраций NutrimOB№170 его способность к набуханию невысока, но с ростом концентрации от 0,25 до 1 % на фоне повышения температуры она увеличивается (рис. 13). С учетом данных о значительном повышении способности Nutrim-OB№170 к набуханию при 90С, при определении вязкости навеску препарата (из расчета концентрации водных дисперсий 0,5; 1;2;

3;4%) смешивали с водой, нагревали до температуры кипения, после чего образовавшийся коллоидный раствор с распределенными по всему объему частицами нерастворимых веществ охлаждали и измеряли его кинематическую вязкость на капиллярном вискозиметре Оствальда при 25-50С (рис. 14). Как видно из рис. 14, вязкость 0,5-3%-ных растворов Nutrim OB№170 по мере роста концентрации существенно не изменяется; резкий скачок – более чем в 3 раза – наблюдается только в случае 4%-ного раствора, причем с ростом температуры вязкость снижается. Аналогичные показатели растворов меньших концентраций от температуры практически не зависят. Поскольку значения рН сокосодержащих напитков, как правило, находятся в слабокислом диапазоне, изучали изменение вязкости 1-, 2- и 3%ных дисперсий Nutrim-OB №170, приготовленных указанным выше способом, при рН 2,5;

4; 6,6 в интервале температур 25-55С. Было установлено, что при сдвиге рН к более кислым значениям вязкость растворов препарата увеличивается. Возможно, это связано с тем, что в кислой среде происходит расщепление связей между полисахаридами (в т.ч. глюканами) и другими компонентами Nutrim-OB№170, вследствие чего молекулы полисахаридов становятся доступней для воды, сильнее гидратируются и набухают. Тенденция сохраняется при всех значениях температур в условиях эксперимента, остается также закономерным снижение вязкости при нагревании дисперсий. Анализ экспериментальных данных показал, что при концентрации 4% вязкость дисперсий препарата Nutrim OB№ в значительной степени зависит от температуры и рН, что может привести к загущению потенциального напитка и формированию нежелательной киселеобразной консистенции. В связи с этим было решено использовать в качестве источника ПВ очищенный препарат овсяных отрубей OatBran №233, образующий при смешивании с водой суспензии, вязкость которых при концентрации 4% в 8 раз ниже вязкости дисперсий Nutrim-OB№170 аналогичной концентрации.

Вязкость,мм2/с ВЭП Grindsted Pectin RS в интервале температур 20-50С представлены на рис. 15. К использованию в составе напитков рекомендованы препараты OatBran № 233 и Grindsted нальных сокосодержащих напитков с овсяными отрубями использовали концентрироРисунок 15 - Влияние температуры и конванные соки и пюре различных фруктов.

центрации пектина на вязкость растворов вкус, цвет, запах, консистенцию, концентрацию сухих веществ, содержание и соотношение сахарозы, глюкозы и фруктозы, лимонной, L–яблочной и D–изолимонной кислот, а также показатели рН, титруемой кислотности, формольного числа. Критериями оценки напитков с волокнами служил также показатель их седиментационной устойчивости. Дегустацией модельных напитков с долей фруктового сока не менее 20 %, учитывающей сочетание вкуса фруктов и овсяных волокон, были подобраны следующие основы: манго, банан, банан + манго, клубника, клубника + банан, морковь + тыква. В ходе дегустационных исследований напитков подбирали содержание лимонной кислоты в интервале 0,1-0,3%, а также концентрацию сахара и овсяных отрубей, составивших соответственно 7-8,5% для сахара и 3% - OatBran №233. При таком соотношении фруктовых основ и отрубей привкус отрубей не перебивал вкус фруктов. Все напитки (6 образцов) имели цвет от бежевого до яркооранжевого, вкус и запах соответствующих фруктов с легкой примесью вкуса и запаха овса, отличались однородной консистенцией, нежной текстурой. Текучесть напитков зависела от вида и концентрации фруктовой основы. Для подготовки и введения в напитки овсяных отрубей исследовали три технологических приема, эффективность которых оценивали по показателю стабильности модельных напитков.

I способ. Приготовление суспензии OatBran №233, перемешивание, нагревание на водяной бане до температуры кипения, охлаждение, смешивание с другими компонентами рецептуры - сахаром, водой, концентрированным пюре фруктов, лимонной кислотой.

II способ. Смешивание OatBran №233 с водой и другими компонентами рецептуры, нагревание до кипения, охлаждение, добавление в Таблица 2 - Содержание устойчивой фазы в напитки.

сокосодержащих модельных напитках III способ. Внесение сухого препарата OatBran Методом лазерной дифракции на анализаторе Mastersizer 2000 было показано, что в суспензиях препаратов Nutrim №170 и OatBran №233 преобладают частицы размером от 400 до 450 мкм. В сокосодержащих модельных напитках на основе манго, клубники/банана и банана основная масса частиц дисперсной фазы находится в диапазоне 100мкм, в напитках на основе клубники преобладают частицы размером 150-250 мкм (рис.

16). Дополнительная стадия механической гомогенизации в течение 3-5 мин. при скорости 13500 об/мин (с использованием гомогенизатора «UltraTurrex») существенно 9 ---- банан; 10---- клубника; 11--- - клубника/банан; 12--- - манго; 13---- Nutrim№170; 14---О atBran№ стабилизирует напитки, содержащие 3 и 5% овсяных отрубей, однако, не обеспечивает 100%-ную устойчивость в течение 7 дней. С целью дополнительной стабилизации напитков в их состав на стадии гомогенизации вводили 0,25%, 0,5%, 0,75% пектина Grinsted Лимонная кислоисточниками ПВ – овсяными отрубями Рисунок 17 - Общая технологическая схема для завтрака «Овсянка» с содержанием сокосодержащих напитков с овсяными отрупрепарата овсяных отрубей OatBran № 233.

2.3.3 Применение электрохимической активации воды при разработке рецептур и технологий сокосодержащих напитков, обогащенных волокнами и растительными экстрактами При создании сокосодержащих напитков обычно применяется питьевая вода, подготовленная общепринятыми в безалкогольной промышленности способами, а также натуральная минеральная или минерализованная вода. В процессе стандартной схемы подготовки воды из муниципальной водопроводной сети на централизованных станциях водоподготовки используются химические агенты для очистки воды (коагулянты, флокулянты, дезинфектанты, регуляторы щелочности). Свой негативный вклад вносит также загрязнение воды в процессе ее транспортирования к месту использования по протяженным, постоянно разъедаемым коррозией, водоводам, покрытым изнутри биопленкой, которая содержит разнообразные микроорганизмы и микробные токсины. Доведение качества воды до нормативов применения в пищевой промышленности регламентируется ГОСТ Р 52190в соответствии с которым вода должна быть подвергнута «умягчению, обессоливанию, обезжелезиванию или фильтрованию», содержать определенное количество минеральных и органических веществ.

Новый подход к приему водоподготовки в технологии сокосодержащих напитков связан с применением воды, обработанной в установках электрохимической активации (ЭХАвода). Электрохимическая активация относится к альтернативным способам подготовки воды (очистки и кондиционирования) с применением безреагентных систем. В данной работе были использованы электрохимические установки ИЗУМРУД, зарегистрированные в государственном реестре медицинской техники. Их отличительными особенностями являются способность к уничтожению широкого спектра микроорганизмов и к разрушению микробных токсинов, а также возможность коррекции рН и окислительновосстановительного равновесия воды. Процесс очистки и кондиционирования воды в установках ИЗУМРУД сопровождается удалением ионов тяжелых металлов, разрушением фенолов, гербицидов, пестицидов. Процессы очистки воды обусловлены протеканием электрохимических реакций окисления и восстановления, многократно ускоренными за счет прямых электрохимических реакций, а также благодаря участию в процессах очистки электрохимически синтезированных из самой очищаемой воды и растворенных в ней солей высокоактивных реагентов: озона, атомарного кислорода, пероксидных соединений, хлорноватистой кислоты, короткоживущих свободных радикалов. Процессы очистки воды в установках ИЗУМРУД состоят из нескольких стадий, разделенных в пространстве и во времени, различных по виду активного воздействия на воду и содержащиеся в ней примеси. Это обеспечивает высокую эффективность и безопасность очистки воды в установках ИЗУМРУД в сравнении с другими методами.

С целью применения на стадии водоподготовки в технологии напитков была выбрана схема установки ИЗУМРУД-К1, снабженная внешним угольным микрофильтром (АКВАФОР) с целью удаления нерастворимых взвешенных частиц карбонатов, гидроксокарбонатов и гидроксидов, образовавшихся в процессе обработке воды.Схема установки ИЗУМРУД - К1 в комплексе с внешним фильтром АКВАФОР представлена на рис. 18. Такая система обеспечивает условия, препятствующие образованию, накоплению и развитию микроорганизмов на поверхности фильтрующего материала, что является одним из главных отличий и преимуществ предложенной схемы обработки воды. В задачи исследования входил поиск условий комбинирования процесса ЭХА и обработки на фильтре АКВАФОР.

С этой целью определяли зависимость физико-химических свойств ЭХА-воды (рН, ОВП, электропроводности, содержания растворенного кислорода, концентрации свободного хлора) от скорости протока воды, через установку. Максимальные относительные изменения параметров, характеризующих процесс электрохимического воздействия, наблюдаются при режиме протока 40 дм3/ч, который и был выбран для последующего эксперимента.

Рисунок 18 - Схема установки ИЗУМРУД-К1, снабженной дополнительным Условные обозначения: Р1 и Р2 – проточные электрохимические модульные элементы ПЭМ-3;

ДП – датчик протока; Ефл – флотационный реактор; Ек – каталитический реактор с углеродными гранулами; Еф – внешний угольный фильтр АКВАФОР; ГС – гидравлическое сопротивление;

Д- сброс воды из флотационного реактора в дренаж Эффективность комбинированной обработки воды по выбранной схеме определяли по общему количеству остаточных оксидантов методом молекулярного адсорбционного анализа, основанного на поглощении электромагнитных излучений молекулами и сложными ионами в ультрафиолетовой и видимой областях спектра (260–400 нм). Основным контролируемым окислителем, определяемым в режиме сканирования образцов исходной водопроводной воды и образцов ЭХА-воды, были соединения активного хлора. Выбранный метод позволяет оценить их превращения в процессе электрохимической активации и эффективность их удаления на стадии фильтрации через АКВАФОР.

Сравнительный анализ спектров поглощения при длине волны 280–300 нм, соответствующих соединениям свободного хлора (НОСl, OCl, Cl2), свидетельствует о том, что в воде, обработанной в установке ИЗУМРУД-К1, снабженной внешним угольным фильтром АКВАФОР, общее количество соединений активного хлора, принятых в качестве индикатора эффективности обработки воды, существенно снижено.

Это указывает на их разрушение в процессе электрохимической обработки и последующее эффективное удаление при каталитической деструкции на угольном фильтре (рис. 19). Вода, обработанная в Рисунок 19 – Спектры образцов воды, полученных при разных условиях обработки (скорость протока – 40 дм /ч) ЭХА-воды, обработанной в установке ИЗУМРУД, на соковые основы и функциональные ингредиенты - гидроколлоиды со свойствами растворимых ПВ, растительные экстракты – источники антиоксидантов фенольной природы, аскорбиновую кислоту. Комплексная оценка эффективности ПВ предусматривала изучение их поведения под действием каждого нового технологического фактора. Для выявления закономерностей влияния ЭХА-воды на гидроколлоиды различного строения проводили исследование растворимости и набухаемости кислых полисахаридов - альгината натрия, высоко- и низкоэтерифицированного пектина в водопроводной и ЭХА-воде в интервале температур 25-55 °С. Исследовали также изменение вязкости растворов ВЭП, НЭП и альгината натрия, а также вязкости растворов нейтральных полисахаридов - инулина, резистентных пшеничных декстринов, гуммиарабика, хитозана (рис. 20).

Опытные данные демонстрируют различия в поведении альгината, ВЭП и НЭП при их растворении в водопроводной и ЭХА-воде при разных температурах, а также их набухаемости. Очевидно, что использование этих гидроколлоидов одновременно в качестве ПВ и стабилизаторов напитков на ЭХА-воде может вызвать изменение консистенции напитка (загущение) в ходе технологического процесса или при хранении.

В отдельной серии опытов исследовали влияние ЭХА-воды на кинематическую вязкость растворов препаратов хитозана, инулина Fibruline, пшеничных декстринов Nutriose, гуммиарабика Thixogum, альгината, ВЭП и НЭП, которую определяли на капиллярном вискозиметре Оствальда. Концентрацию гидроколлоидов подбирали в зависимости от их способности образовывать растворы высокой, средней или низкой вязкости. В первом случае исходили из потенциального использования выбранных гидроколлоидов в качестве загустителей и стабилизаторов напитков (0,1-1%), в иных случаях предполагалось использование препаратов для обогащения напитка ПВ (3% и 6%). Было показано, что вязкость растворов хитозана, альгината, НЭП и ВЭП увеличивается, в среднем, на 5-10% в случае использования ЭХА-воды по сравнению с аналогичными показателями растворов, приготовленных на водопроводной воде. Значения вязкости растворов гуммиарабика, декстринов и инулина в концентрациях 0,1%, 0,3%, 0,5%, 1%, 3%, 6%, приготовленных c использованием водопроводной и ЭХА-воды, практически не меняются. Растворы гуммиарабика отличались наименьшей вязкостью даже при высоких концентрациях (3% и 6%), поэтому гуммиарабик был выбран в качестве обогащающего ингредиента для введения в состав сокосодержащих напитков на основе воды, обработанной в установке ИЗУМРУД.

Предпосылкой для исследования возможных отличий в стабильности антиоксидантов в водных растворах, приготовленных с использованием ЭХА-воды, послужили опубликованные данные исследований, свидетельствующих о наличии антиоксидантных свойств у самой воды, обработанной в установках ИЗУМРУД. Последняя стадия в цикле водоподготовки на этой установке предусматривает проведение катодной электрохимической обработки воды. Одним их химических процессов на этом этапе является измельчение кластерных ассоциатов молекул Н2О и образование структуры, соответствующей электронодонорным свойствам воды с повышенной активностью электронов, что проявляется в увеличении восстановительного потенциала воды, обеспечивающего значительный сдвиг ОВП в сторону усиления антиоксидантных свойств. Таким образом, в результате катодной обработки вода приобретает свойства антиоксиданта, одновременно сохраняя некоторые свойства активного переносчика кислорода, обусловленные анодной обработкой на стабильность эпигаллокатехингаллата приготовленных с использованием воды с индуцированными в ходе катодной обработки электронодонорными свойствами, по сравнению с активностью того же вещества в растворах, приготовленных на дистиллированной воде.

Полученные экспериментальные данные о стабилизации эпигаллокатехингаллата в ЭХАводе послужили основанием для более подробного исследования влияния ЭХА-воды на сохранность флавоноидов, содержащихся в растительных экстрактах - источниках антиоксидантов, а также в концентрированных фруктовых соках.

При выборе ЭХА-обработки воды в качестве способа водоподготовки для получения сокосодержащих напитков представляло интерес выяснение потенциального влияния ЭХА-воды на содержание биофлавоноидов в соках, восстановленных ЭХА-водой по сравнению с этой же величиной в соках, восстановленных дистиллированной водой. На примере концентрированных соков черной смородины и яблока с содержанием сухих веществ 65%, а также пюре клубники (30% с.в.) методом Фолина-Чокальтеу установлено, что разбавление ЭХА-водой способствует некоторому повышению концентрации фенольных соединений в соках при хранении в течение 7 суток.

На следующем этапе работы исследовали сохранность антиоксидантов фенольной природы в растворах растительных экстрактов, приготовленных на ЭХА-воде. Объектом исследования служили сухие растительные экстракты алоэ вера, ананаса, грейпфрута, черники, померанца, мелиссы, зеленого чая, семян винограда. Суммарное содержание фенольных веществ определяли методами Фолина-Чокальтеу и амперометрического детектирования на приборе «ЦветЯуза-01-АА». После хранения растворов в течение 7 суток снижение концентрации антиоксидантов наблюдалось во всех образцах опытных растворов, но было наименее выражено в экстрактах семян винограда, черники, мелиссы и зеленого чая, отличавшихся максимальным уровнем концентраций фенольных веществ. Сравнение результатов амперометрического метода и метода Фолина-Чокальтеу подтвердило повышение стабильности антиоксидантов в растворах, приготовленных на ЭХА-воде, выявленное ранее методом ABTS для эпигаллокатехингаллата. После хранения растворов в течение 6 недель наибольшие показатели наблюдались у экстрактов черники, семян винограда, померанца и зеленого чая на ЭХА-воде, что послужило основанием для использования их в составе сокосодержащих напитков.

При формировании фруктовой основы сокосодержащего напитка, обогащенного экстрактами семян винограда, зеленого чая и черники, использовали концентрированные соки и пюре яблока, клюквы, клубники, черной смородины, ежевики, а также их различные комбинации. Количество фруктовой основы в составе напитка варьировали от 10 до 25%. Критерием выбора служили их органолептические показатели – вкус, аромат, цвет, внешний вид, консистенция. Количество внесенного экстракта зеленого чая и черники рассчитывали исходя из рекомендуемых норм согласно МР 2.3.1.2432-08. С целью обогащения напитка растворимым пищевым волокном добавляли гуммиарабик из расчета 3% от общей массы продукта, что в соответствии с рекомендациями Директивы EC №1924/ позволяет рассматривать напиток как «источник ПВ».

Практическим итогом проведенных исследований стали разработанные рецептуры, комплект НТД на производство напитков с общим наименованием «Изумруд». Общей для всех видов напитков отличительной особенностью технологической схемы является стадия водоподготовки, которая предусматривает электрохимическую активацию воды в установке ИЗУМРУД-К1, снабженной внешним угольным фильтром, при соблюдении разработанных ранее технологических режимов обработки.

2.4. Разработка технологии спредов функционального назначения 2.4.1. Обоснование применения ПВ в рамках направленной модификации спредов в функциональный продукт Предпосылкой для направленного изменения жировых продуктов являются две ключевые противоположности, характеризующие их с позиций пользы для здоровья. Жиры относятся к незаменимым факторам питания, определяющим его биологическую эффективность, однако при излишнем потреблении они превращаются в фактор риска для здоровья, способствующий развитию ожирения и связанных с ним хронических заболеваний. С учетом этих двух противоположностей, формуле оптимального питания могут соответствовать эмульсионные жировые продукты, отвечающие следующим условиям: пониженная калорийность; отсутствие в составе источников холестерина и транс-изомерных жирных кислот; сбалансированный жирнокислотный состав; наличие в составе витаминов, фосфолипидов, фитостеринов, и других биологически активных соединений в физиологически значимых количествах; потребительские свойства, аналогичные сливочному маслу. Спред, отвечающий всем перечисленным условиям, будет соответствовать категории функциональных продуктов. Любое изменение традиционного рецептурного состава спреда сопряжено с необходимостью решения возникающих при этом технологических задач.

Традиционным способом снижения калорийности является увеличение доли водной фазы и, соответственно, уменьшение содержания жира до 60-40%. Жировая основа спредов подбирается так, чтобы обеспечить оптимальное содержание и соотношение ПНЖК, минимальную концентрацию или полное отсутствие транс-изомеров жирных кислот и холестерина, что обеспечивается заменой животных жиров и саломасов комбинациями растительных жидких и твердых масел, переэтерифицированных и фракционированных жиров. Благодаря эмульсионной природе спреды можно одновременно обогащать не только традиционными для жировых продуктов гидрофобными веществами (жирорастворимыми витаминами, фосфолипидами), но и гидрофильными, (водорастворимыми витаминами, минеральными веществами, ПВ), повышая таким образом пищевую плотность продукта.

Способы формирования сливочного вкуса низкокалорийных спредов предусматривают коррекцию вкуса и запаха с помощью молочных рецептурных компонентов и вкусоароматических веществ, а также использования гидроколлоидов-«имитаторов жира» или другим способом. Задача сохранения структуры спреда и предотвращение прогоркания и микробной порчи решается путем совершенствования технологии, включая применение пищевых добавок, особенно натуральных, что является важным условием позиционирования продукта как функционального.

В эмульсионных продуктах, в частности, в спредах, ПВ являются многофункциональными ингредиентами, обеспечивающими получение низкокалорийного обогащенного продукта с высокими потребительскими характеристиками. Возможные риски введения ПВ в эмульсионные продукты связаны с излишним повышением вязкости эмульсии, нарушением ее гомогенной структуры; повышением твердости продукта при одновременном уменьшении пластичности и способности к намазыванию, появлению неоднородной, неровной текстуры.

Ниже приведены технологии спредов, в которых сделан акцент на использование ПВ и других функциональных ингредиентов, в т.ч. тех, которые одновременно выполняют технологические функции загустителей и стабилизаторов (пектин, инулин, фруктоолигосахариды), красителей (-каротин), антиоксидантов (экстракты зеленого чая, шлемника байкальского).

2.4.2.2. Разработка технологии спреда, обогащенного фруктоолигосахаридами, кальцием и фитостеринами Цель данного этапа исследований заключалась в создании спредов 50%- 60%-ной жирности, характеризующихся повышенной пищевой плотностью за счет обогащения при пониженной энергетической ценности фруктоолигосахаридами, витаминами, фитостеринами и источником кальция.

На этапе формирования жировой фазы по результатам анализа жирнокислотного состава жиров и масел, определения содержания в них твердой фракции триацилглицеринов (ТФ-ТАГ) методом ЯМР-спектроскопии в интервале температур 10–35С была подобрана четырехкомпонентная жировая основа, включающая кокосовое, подсолнечное, пальмовое масла и переэтерифицированную смесь растительных масел (переэтерифицированный жир). Сравнение температурной зависимости ТФ-ТАГ для выбранного варианта комбинированной жировой основы и усредненного образца молочного жира подтвердило их аналогичный характер. Анализ жирнокислотного состава показал, что в образцах жировых основ коэффициент, характеризующий соотношение полиненасыщенных и насыщенных кислот, превосходит этот показатель для молочного жира в 5–6 раз, что свидетельствует о повышения доли эссенциальных жирных кислот в составе жирового продукта. Использование только натуральных растительных масел и переэтерифицированного жира исключает из ее состава транс-изомеры жирных кислот.

На этапе обогащения ПВ использовали препараты инулина и фруктоолигосахаридов из цикория – Fibrulin Instant® со средней степенью полимеризации 8, и длинноцепочечный инулин Fibrulin LC® со средней степенью полимеризации около 20 (ФОС). Теоретическим обоснованием использования ФОС для обогащения спредов стала совокупность доказанных эффектов их физиологического действия, в частности, свойства пребиотика и способности стимулировать усвоение Ca, Mg, Fe. В соответствии с рекомендациями ВОЗ, уровень потребления ФОС в составе продуктов, обеспечивающий эффект действия пребиотика, соответствует 5 г/сут, а эффект повышения биодоступности кальция – 8 г в сут.

С целью уточнения концентрации ФОС, необходимой для стабилизации эмульсии, исследовали вязкость их растворов в диапазоне концентраций от 0,5 до 8% при температурах 25 и 55С, выбранных исходя из технологических режимов производства спредов, предусматривающих нагревание эмульсии до 55–60С. Установлено, что с повышением концентрации с 0,5% до 8% вязкость раствора постепенно увеличивается, но не более, чем в 2,5 раза. При нагревании общий уровень вязкости снижается, что позволяет прогнозировать отсутствие технологических затруднений в процессе производства спредов.

Показано, что стабилизация 60%-ных эмульсий, обеспечивающая их 100%-ную устойчивость достигается при введении 0,8% ФОС. Экспериментально показано, что при концентрации ФОС в продукте на уровне 10–13%, обеспечивающем пребиотический эффект и повышение биодоступности кальция, ФОС проявляют пластифицирующее действие, что позволяет сократить содержание жировой основы на 10%. При этом использование препарата Fibrulin Instant® позволило получить спред с ярко выраженным сладкосливочным вкусом, обусловленным наличием в составе этой модификации ФОС свободных глюкозы и фруктозы. При использовании модификации Fibrulin LC® с содержанием свободных сахаров менее 1% базовый вкус спреда не изменялся. Спреды, содержащие 50% комбинированной жировой основы, 10 и 13% ФОС, сохраняли форму и пластичность при комнатной температуре, намазывались при температуре 4–6С.