На правах рукописи

ШУМКОВА ИННА АНАТОЛЬЕВНА

РАЗРАБОТКА МЕТОДОВ ТОВАРОВЕДНОЙ ОЦЕНКИ И

ИДЕНТИФИКАЦИИ КАЧЕСТВА ЧАЯ ЗЕЛЕНОГО БАЙХОВОГО

Специальность 05.18.15 – Технология и товароведение пищевых продуктов

и функционального и специализированного назначения и общественного

питания

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

Москва – 2010

Работа выполнена в Московском государственном университете технологий и управления имени К. Г. Разумовского (ФГОУ ВПО МГУТУ) на кафедре «Технология продуктов питания и экспертиза товаров».

доктор технических наук, профессор

Научный руководитель:

Шленская Татьяна Владимировна доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты:

Баранов Борис Алексеевич доктор технических наук, профессор Тырсин Юрий Александрович РАСХН (ГНУ НИИ ПП и СПТ)

Ведущая организация:

пищеконцентратной промышленности и специальной пищевой технологии

Защита состоится «29» декабря 2010 года в 11 часов на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.122.05 при ФГОУ ВПО «Московский государственный университет технологий и управления» им.

К. Г. Разумовского» по адресу: 109029, Москва, ул. Талалихина, 31, ауд. 13 ( этаж).

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУ ВПО МГУТУ им.

К.Г. Разумовского

Автореферат размещен на сайте ФГОУ ВПО МГУТУ им. К.Г. Разумовского www.mgutm.ru Автореферат разослан: «29» ноября 2010 г.

Ученый секретарь Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.122. кандидат технических наук, доцент Козярина Г.И.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Определение качества готовой продукции может проводиться субъективными и объективными методами. Дегустация является наиболее распространенным методом точного определения вкусовых качеств чая. Объективность метода достигается путем подбора квалифицированных экспертов, применения балльной оценки с помощью шкалы, статистической обработки данных. Он имеет большое значение для быстрого распознавания качества чая, так как некоторые свойства чая (оттенки запахов, дымность, наличие разных привкусов и другие) должны быть охарактеризованы органолептическим методом.

В последнее десятилетие интерес к чаю возрос, так как доказано, что природные флавоноиды (вещества группы флавана - катехины; вещества группы флавона - кверцетин, рутин и др.), фенолкарбоновые кислоты, аскорбиновая кислота, способные связывать свободные радикалы, содержащиеся в больших количествах, в основном в зеленом чае, обладают сильной антиоксидантной активностью. Благодаря этому они подавляют действие свободных радикалов в биологических жидкостях человека.

В настоящее время для оценки качества чая все чаще применяют различные объективные методы (химические, физические, физикохимические, микробиологические) на основании характерных физикохимических изменений, свойственных данному этапу обработки чайного листа. Однако более приемлемы в этом отношении современные физикохимические методы анализа. Значительный вклад по анализу чая хроматографическими методами внесли Яшин А.Я., Яшин Я.И., Черноусова Н.И, Belitz H.D., Grosch W., Schieberle P. И. другие ученые. Для определения компонентов чая используют основные аналитические методы газовой, жидкостной хроматографии, флуориметрический, а также спектрофотометрический анализ.

В то же время развитие технологий производства пищевых продуктов, значительное расширение предлагаемого ассортимента и наличие на рынке большого количества вспомогательных материалов, включая различные добавки и генетически модифицированные ингредиенты, определяет необходимость контроля не только параметров безопасности и качества. Высокая стоимость лучших сортов чая, ограниченность его выращивания, создают предпосылки для многочисленных способов его фальсификации. В этой сфере за последнее время достигнут значительный прогресс, поскольку для различных типов пищевых продуктов, в том числе и для чая, проведение экспертизы подлинности с целью идентификации, осуществляется путем определения маркеров (эталонов) и характеристических показателей, позволяющих оценивать происхождение продукта, соблюдение технологий производства и правильность маркировки готовой продукции. В частности, для зеленого чая к числу подобных параметров относят общее содержание полифенольных соединений, катехинов, галловой кислоты и кофеина.

Несмотря на достигнутые успехи в области экспертизы качества чая, проблема создания комплексной системы оценки качества зеленого чая является актуальной. Трудности, возникающие при ее решении, связаны, в первую очередь, с большим объемом исследований чая по всем показателям качества. Она позволяет решить задачи, связанные с решением проблемы создания оперативного контроля над основными качественными характеристиками чая с помощью современных методов.

Цель и задачи исследований. Целью исследования являлась разработка методов товароведной оценки и идентификации качества чая зеленого байхового. Для достижения поставленной цели сформулированы следующие задачи:

- провести экспертизу качества чая зеленого байхового, разработать дегустационный лист;

- определить общее содержание полифенольных соединений в образцах чая зеленого байхового в соответствии с требованиями международных стандартов;

- определить антиоксидантную емкость чая зеленого байхового по отношению к катион-радикалу АБТС и к пероксильному радикалу с использованием тролокса в качестве стандартного антиоксиданта;

- определить содержание характеристических маркеров - кофеина, галловой кислоты, катехинов, эпикатехина в образцах чая зеленого байхового методом высокоэффективной жидкостной хроматографии в соответствии с требованиями международных стандартов;

- определить содержание гидроксибензойных, гидрокисикоричных кислот, соответствующих им альдегидов и кверцетина в исследуемых образцах чая зеленого байхового методом высокоэффективной жидкостной хроматографии;

- определить содержание алифатических карбоновых и аминокислот в образцах чая зеленого байхового;

- усовершенствовать и разработать методику общего содержания полифенольных соединений;

- разработать методику определения общего содержания антоцианов в образцах чая зеленого байхового с использованием спектрофотометрического анализа.

Научная новизна. Впервые разработана и экспериментально подтверждена методика определения общего содержания антоцианов для использования в испытательных лабораториях в процессе оценки качества чая зеленого чая байхового. Исследование антоцианов играет важную роль для идентификации зеленого чая.

Усовершенствована и разработана методика ISO 14502-1 анализа общего содержания полифенольных соединений чая. Использование предложенной методики позволяет увеличить точность определения значения анализируемого параметра, улучшить качество экспертизы чая.

Оптимизированы методы тестирования антиоксидантной емкости по отношению к катион-радикалу АБТС и пероксильному радикалу для анализа образцов чая зеленого байхового. Обосновано использование неферментативной предварительной генерации катион-радикала АБТС, так как взаимодействие ряда фенольных веществ с пероксидазами приводит к снижению их активности.

Достоверность и обоснованность полученных результатов обеспечиваются использованием общепринятых методов исследований и реальных условий при проведении исследований, а также математической обработкой статистических данных с оценкой достоверности различия по критерию Стьюдента.

Практическая значимость:

- разработан дегустационный лист для применения органолептического и экспертного методов при проведении экспертизы качества образцов чая зеленого байхового - разработана методика определения общего содержания антоцианов в образцах чая зеленого байхового спектрофотометрическим методом;

- разработана методика общего содержания полифенольных соединений в образцах чая зеленого байхового;

- оптимизированы методы тестирования антиоксидантной емкости по отношению к катион-радикалу АБТС и пероксильному радикалу для анализа образцов чая зеленого байхового.

Материалы исследований применяются в учебном процессе при чтении лекций, проведении лабораторных работ, в дипломном и курсовом проектировании студентов, обучающихся по специальности 080401 «Товароведение и экспертиза товаров». Подана заявка на получение патента на изобретение «Способ оценки качества чая».

Апробация работы. Положения и результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались:

- на третьей научно-практической конференции «Совершенствование качества и безопасности отечественных продуктов питания, как важный аспект в развитии АПК в период кризиса» (Можайск, 2010);

- на третьей Межведомственной научно-практической конференции «Товароведение, экспертиза и технология продовольственных товаров. Товаровед»

(МГУПП, 2010);

- на восьмой научно-практической конференции «Технологии и продукты здорового питания. Функциональные пищевые продукты. Инновационные технологии» (МГУПП, 2010);

- на всероссийской четвертой научно-практической конференции «Современное состояние и перспективы развития пищевой промышленности и общественного питания Южно-Уральского университета города Челябинска» (Челябинск, 2010);

- на научно – практической конференции «Формирование отраслевой инновационной среды на основе развития профессиональных сообществ и саморегулируемых организаций АПК пищевой, промышленной и индустрии питания»

(МГУТУ, 2010).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 9 работ и тезисов докладов, в том числе 3статьи в журналах, рекомендованных ВАК, материалы конференций и заявка на способ оценки качества чая.

Структура и объем диссертации. Диссертация включает введение, обзор литературы, три главы, выводы, список использованной литературы, приложения. Основное содержание изложено на 195 страницах, включает 40 таблиц и 56 рисунков, 11 приложений, 158 литературных источника, из которых 56 зарубежных авторов.

Основные положения, выносимые на защиту. Личное участие автора в работе заключается в теоретическом обосновании постановки исследований, обобщении их результатов, участии в проведении исследований, обработке полученных данных, формировании задач и выводов по результатам работы, внедрении научных материалов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

Во введении обоснована актуальность, сформулированы цель и задачи исследований, охарактеризована научная новизна и практическая значимость работы. В обзоре научно-технической литературы обобщены и проанализированы вопросы товароведной характеристики и экспертизы качества чая зеленого байхового. Представлена информация по химическому составу, факторам, формирующим и сохраняющим качество чая зеленого байхового, изменениям химического состава чайного листа. Большое внимание уделяется вопросам идентификации и методам выявления фальсификации чая. Приведены сведения о влиянии биологически активных соединений, содержащихся в чае зеленом байховом, на организм человека.

2 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

Исследования проводились в течение 2008-2010 гг. на кафедре «Технология продуктов питания и экспертиза товаров» Московского государственного университета технологий и управления им. К.Г. Разумовского.

Общая схема проведения исследований приведена на рис. 1.

Объектами исследований являлись 14 образцов зеленого китайского байхового чая, приобретенные в розничной торговой сети города Рязани (в специализированных магазинах «Чай Коф», «Унция»).

Для идентификации соединений образцов чая зеленого байхового применялись современные методы и методики: хроматомасс-спектрометрия, высокоэффективная жидкостная хроматография, спектрофотометрия, флуориметрия.

Рисунок 1 - Общая схема проведения исследований При проведении работы использовали стандартные, общепринятые и модифицированные органолептические, физико-химические методы испытаний хроматомасс-спектрометрия, высокоэффективная жидкостная хроматография, спектрофотометрия, флуориметрия.

Сенсорную оценку образцов проводили с помощью баллового метода с использованием 10-балльной шкалы, для которой разработали дегустационный лист. Так же органолептическая оценка была дополнена профильным анализом для характеристики профилей отдельных показателей качества зеленого чая.

Массовую долю сухих веществ определяли гравиметрическим методом по ГОСТ 28550-90 (ISO 1572-80) с использованием сушильного лабораторного шкафа с терморегулятором, обеспечивающим поддержание температуры (103 2 С).

Сенсорную оценку образцов проводили с помощью баллового метода с использованием 10-балльной шкалы, для которой разработали дегустационный лист. Так же органолептическая оценка была дополнена профильным анализом для характеристики профилей отдельных показателей качества зеленого чая.

Антиоксидантную емкость (АОЕ) по отношению катион-радикалу АБТС определяли спектрофотометрическим методом с использованием спектрофотометра «Carry 100 Bio» (Varian, США), микропланшетного шейкера-инкубатора PHMP (Grant Bio, Великобритания), многофункционального микропланшетного фотометра-флюориметра «Antos Zenith 3100» (Anthos, Австрия).

Антиоксидантную емкость (АОЕ) по отношению к пероксильному радикалу определяли флуориметрическим методом с использованием микропланшетного шейкера-инкубатора PHMP («Grant Bio», Великобритания), многофункционального микропланшетного фотометра-флюориметра «Antos Zenith 3100» (Anthos, Австрия).

Общее содержание антоцианов определяли спектрофотометрическим методом с использованием спектрофотометра «Carry 100 Bio» (Varian, США), pH-метра «Easy seven» (Mettler Toledo, Германия). Определение общего содержания антоцианов основано на способности последних изменять окраску при различных значениях рН.

Содержание характеристических маркеров зеленого чая (кофеин, галловая кислота, (+)-катехин, (-)-эпикатехин) определяли по ISO 14502-2 методом высокоэффективной жидкостной хроматографии на хроматографической системе, включающей autosampler «Smart Line 3900», насос ВЭЖХ «Smart Line 1000», термостат «Jet Stream Plus», блок управления «Smart Line 5000», УФ – детектор «Smart Line 2500» (Knauer, Германия) с использованием хроматографической колонки Luna 5u C18(2), 100A, 250 мм 4,6 мм (Phenomenex, США).

Содержание флавонолов, гидроксибензойных и гидроксикоричных кислот, и соответствующих им альдегидов (галловая, феруловая, протокатеховая, сиреневая, ванилиновая, кофейная, синаповая, п-кумаровая кислоты, сиреневый альдегид, ванилин, кверцетин) определяли по ISO 14502-2 методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с использованием той же хроматографической системы, колонки и элюентов, что и определение содержания характеристических маркеров зеленого чая.

Набор алифатических карбоновых кислот (щавелевая, яблочная, янтарная, молочная, уксусная, малоновая) и аминокислот определяли методом газовой хроматографии с масс-детекцией (GCMS). Анализ полученных проб проводили с использованием газового хроматографа «Shimadzu GS 2010» (Япония), масс-селективного детектора «QP 2010» (Япония) и неполярной капиллярной колонки MDN-1 (Shimadzu), содержащей твердосвязанный метил-силикон. Разделение триметилсилил-производных проводили в режиме градиента температур.

В процессе проведения исследований образцы чая хранились в представленной упаковке при естественной температуре (23-25С) и относительной влажности воздуха 70 %.

3 РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ И ИХ АНАЛИЗ

3.1 Разработка дегустационного листа. Экспертиза качества чая Экспертизу качества образцов чая зеленого байхового проводили по 10ти балльной системе. Метод балльной оценки при соблюдении определенных условий и использования математической обработки результатов обеспечивает быструю и достаточно точную оценку качества чая.

Балльным способом определяли уровень качества образцов зеленого чая.

Экспертным методом определяли: основные показатели качества зеленого чая;

весомость каждого выделенного показателя качества в общей оценке; оценочную шкалу в баллах по каждому выбранному показателю качества и словесное ее описание по установленным баллам с учетом уровня (0,15:0,20:0,30:0,35).

Разработали дегустационный лист оценки качества зеленого чая на основе проведенных исследований.

Образцы № 9 «Спирали Джейд»; № 11 «Зеленый Юньнань» имеют качество выше хорошего, что соответствует российскому аналогу как высший сорт.

Образцы № 8 «Зеленые спирали»; № 10 «Белая обезьяна»; № 13 «Девять драконов» имеют качество хорошее среднее, что соответствует российскому аналогу как первый сорт I и II категории.

Образцы № 2 «Зеленый жемчуг»; № 3 «Зеленый листовой»; № 5 «Порох слабоскрученный»; № 6 «Порох серебристый»; № 7 «Ганпаудер»; № 12 «Храм неба»; имеют среднее качество, что соответствует российскому аналогу второй сорт.

Образец № 4 «Ресницы красавицы» имеет качество ниже среднего, что соответствует российскому аналогу как второй сорт III категория.

Образцы № 1 «Кудин среднелистовой»; № 14 «Кудин» имеют качество низшее, что соответствует российскому аналогу как третий сорт. Такое низкое качество образцов зеленого чая возможно объяснить двумя причинами:

- качественной фальсификацией;

- длительным сроком хранения, в результате протекания процесса старения при окислении веществ чайного листа.

Балловый метод дополнили профильным анализом, в котором также использовалась 10-балльная шкала для количественной оценки качественных признаков образцов зеленого чая. Профильный метод применяли для характеристики профилей отдельных показателей качества зеленого чая: аромата и вкуса, настоя, цвета разваренного листа, внешнего вида.

3.2 Определение массовой доли сухих веществ в образцах Для исследованных образцов зеленого чая массовая доля сухих веществ в исследованных образцах зеленого чая варьирует в пределах 91,44-93,74%. Стандартное отклонение (MSD) не превышает 0,3 % (ISO 1572-80). Исследуемые образцы соответствуют требованиям, предъявляемым к зеленому чаю.

3.3 Определение общего содержания полифенольных соединений Полученные калибровочные зависимости оптической плотности от концентрации стандарта в пробе (рис. 2 а) характеризуются высокой достоверностью линейности аппроксимации (коэффициенты детерминации r20,998) и позволяют определять общее содержание полифенольных соединений в диапазонах концентраций стандартов 50-500 и 150-1500 мг/л для галловой кислоты и тролокса соответственно. Значения тангенсов угла наклона калибровочных зависимостей для галловой кислоты и тролокса составили 1110-3 и 310-3 л/мг соответственно (рис. 2 а).

Для определения оптимального объема чайного экстракта исследовали зависимость определяемой оптической плотности от данного параметра (рис. б). С учетом возможности различий в содержании полифенольных соединений в исследуемых образцах чая критерием для оптимизации вносимого объема пробы являлась близость получаемых значений оптической плотности к таковой для срединного диапазона калибровочных зависимостей (рис. 2 а).

Рисунок 2 - Зависимости тестируемой оптической плотности от концентрации стандартов (а) Кроме того, это позволило максимально точно определить значение тестируемого параметра. Таким образом, использование для анализа 50 мкл чайного экстракта, предварительно разбавленного в 10 раз, является оптимальным.

Коэффициент пересчета между массовыми эквивалентами галловой кислоты и тролокса составляет 3,67.

Рисунок 3 - Общее содержание полифенольных веществ в образцах зеленого чая в Рисунок 4 - Общее содержание полифенольных веществ в образцах зеленого чая в Результаты определения общего содержания полифенольных соединений в исследуемых образцах чая (рис.3, 4) свидетельствуют, что исследуемый образец № 1 «Кудин среднелистовой» характеризуется значительно более низким содержанием (в среднем отличия по сравнению с остальными тестируемыми образцами составили более 2,6 раза) полифенольных соединений. Наибольшее содержание полифенольных соединений было обнаружено в образцах чая:

№ 13 «Девять драконов» (29,13 % галловой кислоты и 106,81 % ТЭ /г сухого веса чая), № 9 «Спирали Джейд» (26,33 % галловой кислоты и 96,56 %ТЭ /г сухого веса чая), № 8 «Зеленые спирали» (22,15 % галловой кислоты и 81,21% ТЭ/г сухого веса чая) и № 11 «Зеленый Юньнань» (21,53 % галловой кислоты и 78,93 % ТЭ/г сухого веса чая). Высокое содержание полифенольныех соединений в образцах зеленого китайского чая № 13, № 9, № 8, № 11 обусловлено использованием для прозводства чая наиболее ценного высококачественного сырья – молодых побегов (типсов и верхушечных флешей), собранных в высокогорных плантациях ранней весной. В первых нежных листочках максимальное содержание фенольных соединений. Скручивание листочков позволяет извлечь из них больше экстрактивных веществ, к которым относятся полифенольные соединения, содержащиеся в чае.

3.4 Анализ антиоксидантных свойств чая зеленого байхового по отношению к катион-радикалу АБТС и к пероксильному радикалу Значения оптической плотности, полученные в ячейках «0» усредняли, а рассчитанное значение (D0) вычитали из всех полученных данных. Затем рассчитывали среднее в лунках «контроль» (после вычета D0) и получали значение Dконтроль. Далее рассчитывали разности Dконтроль и всех значений оптической плотности (после вычета D0) – получали значение dD.

Рисунок 5 - Калибровочная зависимость убыли оптической плотности раствора катион-радикала АБТС (dD=D0-D) от концентрации тролокса в пробе По полученным средним значениям dD для различных концентраций стандарта строили калибровочную зависимость (рис. 5) и определяли тангенс ее угла наклона F, составивший 0,00100,0001 л/мкмоль при достоверности линейной аппроксимации 0,99840,0049 (коэффициент детерминации R2). Величина тангенса угла наклона линии тренда, описывающей калибровочную зависимость, постоянна во всем исследуемом временном интервале (3-50 мин).

Рисунок 6 - Антиоксидантная емкость образцов зеленого чая по отношению к Данные, представленные на рис.6 свидетельствуют, что АОЕ исследуемых образцов зеленого чая по отношению к катион-радикалу АБТС варьировала в пределах 1090-5689 мкмоль ТЭ/г сухого веса. Наибольшее содержание полифенольных веществ было обнаружено в образцах чая № 13 «Девять драконов» (5689 мкмоль ТЭ/г сухого веса), № 9 «Спирали Джейд» (4888 мкмоль ТЭ/г сухого веса), № 8 «Зеленые спирали» (4732 мкмоль ТЭ/г сухого веса) и № «Зеленый Юньнань» (4514 мкмоль ТЭ/г сухого веса). Высокие значения АОЕ по отношению к катион-радикалу АБТС образцов зеленого китайского чая обусловлены использованием для прозводства чая типсов и верхушечных флешей.

В первых нежных листочках максимальное содержание фенольных соединений.

В настоящей работе исследования АОЕ чая по отношению к катионрадикалу АБТС проведены в PBS буфере при физиологическом значении рН (7,40), в то время как в этаноле значение рН реакционной среды составляет около 4. Сопоставление значений АОЕ по отношению к катион-радикалу АБТС и общего содержания полифенольных соединений в исследуемых образцах чая свидетельствует о наличии значимой корреляции между данными параметрами