«РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И ТОВАРОВЕДНАЯ ОЦЕНКА ЙОДОБОГАЩЁННЫХ КУМЫСНЫХ НАПИТКОВ С ИНУЛИНОМ ...»

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования

«Московский государственный университет технологий и управления

им. К.Г. Разумовского»

На правах рукописи

МАКСЮТОВ РУСЛАН РИНАТОВИЧ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ И ТОВАРОВЕДНАЯ ОЦЕНКА

ЙОДОБОГАЩЁННЫХ КУМЫСНЫХ НАПИТКОВ С ИНУЛИНОМ

05.18.15 – Технология и товароведение пищевых продуктов и функционального и специализированного назначения и общественного питания (технические наук

и) Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель:

доктор биологических наук, доцент Козлов Валерий Николаевич.

Москва Оглавление ВВЕДЕНИЕ…………………………………………………… ГЛАВА 1 ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ…………………..…………………… Современные тенденции в производстве функциональных 1. продуктов питания……………………………………………... Инновационные технологии молочных и кисломолочных 1.1. продуктов питания…………………………………………….. Технологии производства кумыса из разных сырьевых 1.1. источников……………………………………………………… Применение гидроколлоидов в молочной 1. промышленности……………………………………………….. Способы оценки качества и биологической ценности 1. молочных продуктов…………………………………………… Реализация методов групповой и массовой профилактики 1. йоддефицитных состояний……………………………………..

ГЛАВА 2 ОБЪЕКТЫ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

ИССЛЕДОВАНИЙ……………………………………………..

ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА СПОСОБА ЭКСПРЕСС-ОЦЕНКИ

КАЧЕСТВА КУМЫСА МЕТОДОМ

ХЕМИЛЮМИНЕСЦЕНТНОГО АНАЛИЗА…………………. Определение концентраций растворов 3. азодиизобутиронитрила………………………………………... Оценка качественных характеристик кумыса методом 3. хемилюминесцентного анализа………………………………..

ГЛАВА 4 ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ФОРМ ЙОДА

С БИОПОЛИМЕРАМИ………………………………………...

ГЛАВА 5 ИЗУЧЕНИЕ АНТИОКСИДАНТНЫХ СВОЙСТВ

ИНУЛИНА В МОДЕЛЬНЫХ ТЕСТ-СИСТЕМАХ…………..

ГЛАВА 6 ОПРЕДЕЛЕНИЕ АНТИ- И ПРООКСИДАНТНЫХ

СВОЙСТВ ЙОДБИОПОЛИМЕРОВ МЕТОДОМ

ХЕМИЛЮМИНЕСЦЕНТНОГО АНАЛИЗА………………….

ГЛАВА 7 КОМПЛЕКСНАЯ ТОВАРОВЕДНАЯ ОЦЕНКА

КУМЫСНОГО НАПИТКА С ЙОДОМ И

ИНУЛИНОМ……

Товароведная оценка кумысного напитка с йодом и 7. инулином……………………………………………………….. Исследование активности реакций свободнорадикального 7. перекисного окисления липидов в кумысных напитках………………………………………………………… Определение микроэлементов и тяжёлых металлов в 7. кобыльем молоке, кумысе, кумысном напитке методом инверсионной переменнотоковой вольтамперометрии……...

ГЛАВА 8 ТЕХНОЛОГИЯ ПРОИЗВОДСТВА ЙОДОБОГАЩЁННОГО

КУМЫСНОГО НАПИТКА С ИНУЛИНОМ…….……………

ГЛАВА 9 НЕКЛИНИЧЕСКАЯ ОЦЕНКА ФИЗИОЛОГИЧЕСКОЙ

АКТИВНОСТИ ЙОДОБОГАЩЁННОГО КУМЫСНОГО

ГЛАВА 10 ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ

ТЕХНОЛОГИИ ПРОИЗВОДСТВА ЙОДОБОГАЩЁННОГО

Перечень сокращений, условных обозначений, символов, ПРИЛОЖЕНИЯ

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы. Разработка технологий промышленного производства продуктов питания функционального назначения – одна из приоритетных задач, государственной политики Российской Федерации в области здорового питания населения на период до 2020 года» за № 1873-р от 25.10.2010 г.

Нехватка в рационе полноценных белков, витаминов, пищевых волокон, макро- и микронутриентов вызывает рост социально опасных заболеваний.

Известно, что недостаточное поступление йода в организм человека приводит к нарушениям структуры и функций щитовидной железы, неадекватной продукции тиреоидных гормонов и возникновению не только эндемического зоба, но и заболеваний, связанных с нарушением функционирования различных органов и систем, дисбалансу иммунной системы. Так, нарушение функций ЩЖ обуславливает тяжесть течения и исход заболеваний верхних дыхательных путей, в частности, туберкулеза легких.

Известно, что к высокоэффективным противотуберкулезным средствам относится кумыс, являющийся продуктом лечебно-профилактического назначения. К сожалению, выработка кумыса из кобыльего молока ограничена только районами табунного коневодства России. В остальных местностях кумыс не вырабатывают из-за отсутствия сырья и невозможности его длительного хранения, в то время как потребность в кумысе существует повсеместно. Поэтому разработка технологии производства йодобогащённого кумысного напитка, максимально приближенного по составу к естественному, имеет медико-социальное значение. Создание кумысного напитка наряду с организацией промышленного производства открывает широкие перспективы его использования в качестве эффективного функционального продукта.

Степень разработанности. Концепция создания технологии пищевых продуктов с функциональными ингредиентами специального назначения, предназначенных для здорового питания населения, получила развитие в фундаментальных и прикладных научных трудах отечественных и зарубежных ученых И.А. Рогова, А.П. Нечаева, Н.Н. Липатова, Б.А. Шендерова, В.А.

Тутельяна, А.Г. Шамаева, В.Д. Харитонова, А.Г. Храмцова, Т.В. Шленской, О.И.

Кутиной, Н.И. Дунченко, Н.Б. Гавриловой, N. Kaur, A.K. Gupta, H. Shimoda, B.

Kleessen и других.

Цель и задачи исследования. Целью работы является разработка технологии производства и товароведная оценка йодобогащённых кумысных напитков с инулином.

В соответствии с поставленной целью сформулированы задачи исследования:

1. исследовать физико-химические, микробиологические характеристики и показатели безопасности кумысных напитков;

2. разработать способ экспресс-оценки качественных характеристик кумыса и кумысных напитков методом хемилюминесцентного анализа;

3. усовершенствовать способы стабилизации неорганических форм йода в органических матрицах;

4. исследовать антиоксидантную активность инулина в модельных тестсистемах, генерирующих активные формы кислорода;

5. разработать рецептуры и технологии производства, а также провести товароведную оценку йодобогащённых кумысных напитков с инулином;

6. изучить физиологическую активность кумысного напитка, обогащённого йодом и инулином, на экспериментальных моделях йодного дефицита;

7. разработать научно-техническую документацию на йодобогащённый кумысный напиток с инулином;

8. оценить экономическую эффективность йодобогащённого кумысного напитка с инулином.

Научная новизна.

1. Определены параметры качественных характеристик кумыса и кумысных напитков для товароведной оценки методом хемилюминесцентного анализа, что позволило модифицировать существующую методику.

2. Исследованы закономерности комплексообразования в системе калия йодид-инулин с установлением активных центров в полифруктозане, взаимодействующих с анионами йода, что позволяет утверждать о стабилизации йодида калия в инулине продукта.

ассортимента кумысных напитков с лечебно-профилактическими свойствами, полученных по разработанной технологии с добавлением йодида калия и инулина, 200 мл которых обеспечивают восполнение 33 % от рекомендуемой суточной нормы потребления йода.

4. Определены технологические параметры производства йодобогащённых кумысных напитков: сквашивание смеси с добавками до нарастания кислотности 68-70 °Т при поддержании температуры в диапазоне от 26 °С до 30 °С, на основании чего разработана технология кумысных напитков с йодидом калия и инулином.

5. Исследована динамика интенсивности процессов перекисного окисления хемилюминесцентного анализа и определением концентраций малонового диальдегида, что позволило установить условия и сроки хранения новых напитков.

Теоретическая и практическая значимость.

хемилюминесцентного анализа, позволяющий оценивать его качественные характеристики.

Разработана нормативно-техническая документация на кумысный напиток, обогащенный йодидом калия и инулином (ТУ № 9222-003-48859312-13).

молочноконсервный комбинат» и СПК «Трудовик».

Получен патент РФ № 2496347 «Биологически активная пищевая добавка для профилактики йодной недостаточности и способ её получения» от 27.10.2013.

Материалы диссертации внедрены в учебный процесс по специальности 080401 «Товароведение и экспертиза товаров» на кафедре «Технологии пищевых производств» в филиале «МГУТУ им. К.Г. Разумовского» в г. Мелеузе при проведении лекций, лабораторных и практических занятий по курсам «Товароведение продовольственных товаров», «Товароведение и экспертиза товаров». Ряд положений, сформулированных в диссертации, внедрены в учебный процесс кафедр Федерального государственного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московская академия ветеринарной медицины и биотехнологии им. К.И. Скрябина», а также используются при реализации НИОКР в Институте органической химии Уфимского научного центра Российской Академии Наук.

методология базируется на стандартных методах физико-химического, хемилюминесцентного, микробиологического, биохимического, иммуноферментного и гистологического анализа.

Основные положения, выносимые на защиту.

Определение показателей перекисного окисления липидов кумыса и азодиизобутиронитрила, позволяет оценить качество молочных продуктов.

струмотропного микроэлемента йода обеспечивается за счёт образования водородных связей между функциональными группами полисахарида и анионов йода.

Полифруктозан инулин в комплексе с йодидом калия проявляет антиокислительную активность, ингибируя процессы образования АФК и перекисного окисления липидов в модельных тест-системах.

Метаболические эффекты кумысного напитка, обогащённого йодом и инулином, сопряжены с восстановлением морфофункционального состояния щитовидной железы у крыс в состоянии экспериментального йодного дефицита, а также нормализацией активности фермента антиоксидантной системы – каталазы.

Личный вклад соискателя.

Теоретические и экспериментальные исследования выполнялись лично автором диссертационной работы и заключались в выполнении экспериментальных исследований, обработке, обобщении полученных результатов, комплексной товароведной оценке и разработке технической документации на йодобогащённый кумысный напиток с инулином.

Степень достоверности и апробация результатов.

Результаты экспериментов подвергали вариационно-статистической обработке с использованием описательной статистики Microsoft Excel. По всем количественным данным рассчитывали параметрические критерии достоверности оценок, а также применяли закон t-распределения Стьюдента, а в таблице определяли критические точки (tst) для различных уровней значимости и чисел степеней свободы k (Лакин Г.Ф., 1990).

Основные положения работы доложены и обсуждены на Международной научно-практической конференции «Актуальные вопросы биологии, медицины и пищевой промышленности» (Мелеуз, 2011); Международной научнопрактической конференции «Инновационное развитие малых городов России:

научный, технологический и образовательный потенциал» (Мелеуз, 2012);

Международной научно-практической конференции «Наука и образование – ведущий фактор стратегии «Казахстан 2030» (Караганда, 2012); VI-й Международной межотраслевой научно-технической конференции «Пищевые добавки. Питание здорового и больного человека» (Донецк, 2013); NUFT Book of abstracts «The Second North and East European Congress in Food» (Kyiv, Ukraine, 2013); IX-й Всероссийской конференции «Химия и медицина» (Уфа, 2013); VIII-й Всероссийской научной конференции «Химия и технология растительных веществ» (Калининград, 2013); V-й Всероссийской научно-практической конференции «Устойчивое развитие территорий: теория и практика» (Сибай, 2013); Международной научно-практической конференции «Инновационное развитие малых городов России: научный, технологический и образовательный потенциал (Мелеуз, 2013).

Публикации. Основные положения работы опубликованы в 15 научных статьях, из них 5 в рецензируемых журналах, рекомендованных ВАК («Российский ветеринарный журнал», № 3, 2013; «Вестник Башкирского государственного аграрного университета», № 3, 2013; «Хранение и переработка сельхозсырья», № 8, 2013; «Молочная промышленность», № 12, 2013; «Технологии 21 века в пищевой, перерабатывающей и легкой промышленности», № 7, 2013); 1 патент РФ на изобретение.

Структура и объем диссертации. Диссертация изложена на 136 страницах машинописного текста. Состоит из введения, обзора литературы, материалов и методов исследований, результатов собственных исследований, заключения и приложений.

Работа иллюстрирована 41 рисунком, 35 таблицами. Список литературы включает 225 источников (178 отечественных и 47 зарубежных авторов).

ГЛАВА 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

1.1 Современные тенденции в производстве функциональных 1.1.1 Инновационные технологии молочных и кисломолочных В настоящее время успешно развивается новое направление в производстве молочных и кисломолочных продуктов – нанотехнология. Пищевая нанотехнология – это совокупность приемов и способов, обеспечивающих получение и самосборку биологических молекул или биомолекулярных кластеров с размерами менее 100 нм хотя бы в одном измерении макроструктуры, пригодные для создания продуктов питания, обладающих улучшенными или принципиально новыми функциональными единицами. На современном этапе к основным направлениям исследований в области пищевых нанотехнологий относят: разработку технологий производства исходных элементов нанотехнологий – наночастиц, нанонитей, нанокапсул и нанокомпозитов.

Основная причина интереса к наночастицам – это их новые химические и физические свойства, которые невозможно описать на основе известных в современной науке закономерностей [4, 94, 169, 172, 174, 187, 214].

В настоящее время известны примеры успешного применения целого ряда полимерных систем на основе хитозана для доставки и контролируемого освобождения биологически активных веществ через слизистые при их пероральном введении [47, 55, 80]. Хитозан является перспективным материалом для конструирования ДНК-векторов по упомянутым выше причинам (биосовместимость, малая токсичность, биодеградируемость), так и в силу своей способности достаточно легко проникать через биологические поверхности (мембрану), при этом легко «протаскивать» в клетку ассоциированные с ним макромолекулы [2, 55, 202].

Разрабатываются новые подходы к лечению самых различных заболеваний, предусматривающих доставку лекарственных средств в виде нано-, микрочастиц или микрокапсул на основе биосовместимых биодеградирующих природных или синтетических полимеров, которые образуют гель при попадании в тело пациента [131, 175, 210, 212, 219]. Это так называемые «инъектируемые гели» (injectable gels), а научное направление называется клеточной инженерией. Кроме того, проводятся опытно-экспериментальные исследования по разработке технологий, обеспечивающих длительное суспендирование эссенциальных микроэлементов в нанокомпозиции, содержащие в своем составе органическую матрицу – сложносплетенной сети из крупных молекул в низкой концентрации. Таким образом, полное равномерное суспендирование питательных ингредиентов и инновационных включений обеспечивается изменениями непрерывной фазы за счет наноконструктурных композиций [146, 188, 220]. У нанотехнологий есть большие шансы развития в научной и производственной среде. И особенно многообещающе сегодня выглядят перспективы нанотехнологий в пищевой индустрии. В целом же пищевые нанотехнологии служат созданию продуктов лечебно-профилактических продуктов и продуктов массового спроса [30, 69, 83, 127, 206, 207, 213, 218].

агропромышленном комплексе и, в частности, молокоперерабатывающей (небиологического) происхождения [15, 77, 183, 189, 201].

Современные технологии создания наноэмульсий позволяют получать контролируемым высвобождением биологически активных ингредиентов [24, 45, 133, 135].

Нанотехнологии все шире используются в молочной промышленности:

разработана полифункциональная наночастица лактоферрин, содержащаяся в белке молока, обладающая противоинфекционной, иммуномодуляторной, противовоспалительной, антиоксидантной и регенеративной функциями [95, 154].

Современные достижения биотехнологии позволили выявить новые пищевые материалы, которым придают большое значение в третьем тысячелетии – лактулозу, обладающую ярко выраженными бифидогенными свойствами, и нанотрубки из сывороточных белков, которые принципиально меняют систему формирования пищевых систем. Обогащённые лактулозой молочные продукты находят всё больший спрос для детского, диетического и лечебного питания.

Проблема синтеза нанотрубок белков молочной сыворотки ждёт своего решения.

По мнению академика Россельхозакадемии А.Г. Храмцова, молочная сыворотка является идеальным сырьём для нанотехнологических операций. Более 80 % сухого вещества (не считая воды) представлено компонентами, размер которых идеализирован к нанообласти: лактоза (70 %) – на уровне 1 нм; минеральный комплекс (в основном) – менее 1 нм в диссоциированном состоянии;

сывороточные белки (от 10 нм) полностью соответствуют структуре нанокластеров. Примером реализации достижений нанотехнологии при получении продуктов функционального питания является направленный синтез пребиотиков на основе нанокластеров лактозы и сывороточных белков [165].

Проведены экспериментальные исследования влияния наночастиц серебра на процесс формирования молочного геля и его микрофлору. Показано, что наночастицы серебра инактивируют технологическую микрофлору сырных продуктов [143]. Получен новый галофильный штамм, идентифицированный как Paenibacillus maceranns 1 АМБ. С использованием этого штамма из крахмала были наработаны партии -, - и -циклодекстринов, на базе которых был произведен широкий спектр нанопродуктов пищевого и медицинского назначений.

Разработаны методики получения комплексов циклодекстрина с СО2-экстрактами гвоздики методом ультразвуковой обработки и ванилина с гидроксипропильным циклодекстрином. Показана возможность получения биологически активных комплексов включения - и -циклодекстринов и их гидроксипропильных производных с наночастицами элементной серы, обладающих истинной растворимостью в воде. В стабильной форме получена наносуспензия комплекса -циклодекстрина с -каротином. Разработана методика приготовления порошкообразной формы витамина Е в виде комплекса включения с циклодекстрином, синтезирован ряд производных -циклодекстрина с низкомолекулярным хитозаном для микробиологического гидроксилирования и дегидрирования лекарственных препаратов стероидной природы [38].

Большинство из полученных комплексов включения было использовано для обогащения ими таких продуктов массового потребления, как кондитерские изделия. В частности, комплекс «витамин Е:

-ЦД» вводили в рецептуру сахарной помадки, комплекс «витамин В2:

-ЦД» – в рецептуру желейного мармелада, комплексы «ванилин:

-ЦД» и «эфирное масло апельсина:

-ЦД» соответственно в сливочную и сахарную помадки [127].

настоящего времени не разработаны способы стабилизации органических форм йода в биоматрицах, обеспечивающих высокую степень дисперсности биологически активных добавок, где йод органически связан с белками, полисахаридами характеризуется тем, что при смешивании йодорганических веществ с водой образуются надмолекулярные агрегаты (мицеллы) относительно крупных размеров, склонных к седиментации. Так, известна биологически недостаточности, которая в качестве органического вещества содержит пектин и дополнительно кристаллический йод, йодистый калий и воду дистиллированную в следующих соотношениях компонентов, масс. %: пектин – 23,1-25,0; йод кристаллический – 5,0-10,25; йодистый калий – 10,0-20,5; вода дистиллированная – остальное [113]. Недостатком данной пищевой добавки является то, что при комплексообразовании пектина с йодом, не способным реагировать с функциональными группами данного биополимера, возникающие силы взаимодействия имеют преимущественно физическую природу с относительно низкой константой устойчивости [152]. Кроме того, при растворении в воде йодпектиновые комплексы образуют очень грубую дисперсию из слипшихся частиц, неоднородно распределенных в объеме дисперсной среды [104, 122].

Известен способ органификации йода в хитозане, который относится к группе природных полимеров [90]. Стабилизация йода обеспечивается за счет ОН и/или NН групп биополимера с достаточно высокой константой устойчивости, которая составляет 611 ± 3 л/моль. Недостатками известного состава является то, что йодхитозановый комплекс в водных растворах образует частицы довольно крупного диаметра – от 9 до 30 мкм, неоднородно распределенных в дисперсионной среде. Также хитозан хорошо растворим в кислой среде, а при повышении значений рН до слабощелочных выпадает в осадок, что вносит ряд ограничений для применения йодхитозановых комплексов в технологиях пищевой индустрии [49].

Известна биологически активная добавка к пище, содержащая гидролизат соединительнотканного белка эластина, йодированного йодидом калия [12].

Недостатком известной БАД является наличие ограничений для применения в пищевой промышленности. Йодированный гидролизат эластина несовместим с технологиями производства цельномолочных, кисломолочных продуктов и напитков. Авторами не доказано, что йод находится в стабильной и химически связанной форме с продуктами гидролиза эластина. Кроме того, БАД, представляющая собой порошок, с размерами частиц 0,7 мм, плохо растворяется в воде с образованием неоднородных конгломератов, склонных к выпадению в осадок.

йодсодержащее вещество, представляющее собой синтетическое органическое соединение с ковалентно связанным йодом, выбранное из карбоновых кислот, ненасыщенных жирных кислот, липидов, терпенов, алканов, терпеноидов, изопренов, пептидов, полипептидов, аминокислот, белковых гидролизатов, полипептидных гидролизатов, белков растительного, животного, микробиологического происхождений, смеси липидов и ненасыщенных жирных кислот, смеси изопренов и терпенов, смеси изопренов и белковых гидролизатов, смеси изопренов и ненасыщенных жирных кислот, смеси белков растительного, животного и микробиологического происхождения, смеси белков растительного и животного происхождения, смеси белков животного и микробиологического происхождения, при этом в белках, пептидах, полипептидах, аминокислотах, полипептидных и белковых гидролизатах йод ковалентно связан в 5- и 3- или в 3м положении фенольного кольца, причем аминокислоты и белки выбраны из группы аминокислот и белков, не обладающих гормональной тиреоидной активностью, которые получают в условиях, исключающих конденсацию тирозиновых ядер. При этом йодсодержащее вещество включают в состав инертной полимерной матрицы, например, из каррагенана, пектина агарозы или уроновых кислот [28, 130]. Недостатками данной БАД являются неустойчивость системы, склонность к седиментации.

исследования, направленные на разработку составов и инновационных технологий синтеза биологически активных веществ, совместимых с технологиями пищевых производств.

В настоящее время реализуются технологии производства кумыса из разных сырьевых источников. Выработка кумыса из кобыльего молока ограничена районами коневодства. В ряде регионов такой кумыс не вырабатывают из-за отсутствия сырья, в то время как потребность в нём существует. Айляровой М.К.

разработана рецептура приготовления кумыса из коровьего молока, в состав которого входит коровье обезжиренное молоко, лактоза концентрацией 3,5 %, закваска, состоящая из ацидофильной и болгарской палочек, дрожжевая закваска с целью сбраживании лактозы [1]. Известна технология производства кумыса жирного из коровьего молока, где Пастуховой З.М. предложен следующий состав:

сливки, обезжиренное молоко, пахта, сыворотка сгущённая [105]. Предложен способ приготовления кумыса «Якутский», отличающийся тем, что в качестве молочной основы используют смесь, содержащую 60 % кобыльего молока, 30 % нормализованного по казеину коровьего молока, кипяченую воду в количестве 10-15 % от цельного коровьего молока, 10 % закваски от молочной основы.

Приготовленный таким образом кумыс обеспечивает повышение качества и биологической ценности при снижении себестоимости его производства [107].

Запатентован способ производства кумыса из коровьего молока, отличающийся тем, что с целью увеличения срока хранения в смесь вносят витамин С, отвар овса, экстракт зелёного чая [111]. Описан способ получения кумыса с антибиотической активностью, где свежее кобылье молоко с постоянным вымешиванием приливают к закваске кислотностью 120 °Т в соотношении 1:3 и при температуре 28-30 °С [112]. Для улучшения процессов сбраживания в цельное коровье молоко при температуре заквашивания вносят закваску, приготовленную на чистой культуре Lactobacterium bulgaricum и дрожжи Saccharomyces [109].

Кумыс и кобылье молоко относятся к скоропортящимся молочным продуктам, поэтому для увеличения срока хранения разработаны различные способы консервирования. Так, известен способ консервирования кобыльего молока холодом, где замораживают кобылье молоко в пакетиках из полимерных и комбинированных материалов с объёмом 1000 ± 50 мл в низкотемпературных камерах с температурным режимом от -22 °С до -32 °С в течении 1,5-2 часов, после чего кобылье молоко может храниться до 6-и месяцев в морозильных камерах с температурным режимом -15 °С [110].

В известном способе консервирования кумыса авторами предложено разливание продукта в цилиндрические емкости, замораживание в охлажденном спирте в пределах от -40 °С до -45 °С с целью увеличения сроков сохранения полноценных качеств кумыса и ускорения процесса его замораживания [106].

Разработана методика консервации кобыльего молока с применением консерванта полипептид-низина, синтезируемого штаммами молочнокислых бактерий Streptococcus lactis, с целью приостановления процессов нарастания кислотности.

Создана технология производства получения кумыса с увеличенным сроком хранения, где избирательно затормаживают динамику развития молочнокислых палочек – болгарской (Lactobacillus bulgaricum), ацидофильной (Lactobacillus asidophillum) и дрожжей Sacharomyces lactis путем воздействия на кумыс сверхслабым кодированным по амплитудно-временной форме акустическим сигналом, что обеспечивает значительное увеличение срока хранения кумыса без ухудшения потребительских качеств и внешнего вида [108].

Кобылье молоко – уникальное сырье для продуктов высокой биологической ценности. Поэтому разработаны рецептуры йогурта с сухим кобыльем молоком [59], а также технология производства кобыльего молока для детского питания [51].

По данным литературного обзора следует сделать вывод об узком ассортименте кумысных напитков, обогащенных биомикроэлементами, в частности, йодом и гидроколлоидами, наделёнными широким спектром биологических эффектов.

1.2 Применение гидроколлоидов в молочной промышленности В последнее время активно развиваются новые направления производства функциональных продуктов с различными гидроколлоидами. К гидроколлоидам относят полисахариды и протеины, которые выполняют многие полезные комплексообразование, стабилизация пен, эмульсий и суспензий, замедление и полное предотвращение кристаллизации льда и сахара, регулирование аромата [86, 160]. Агар, каррагинан, альгинат, крахмал, целлюлозу, пектин и инулин получают из растительного сырья, а желатин, казеин, сывороточный белок, хитозан – животного происхождения [33, 161, 194].

В молочной промышленности гидроколлоиды применяются в технологии производства мороженого с хитозаном, изготовлении молочной сыворотки с использованием хитозана и пектина, производстве йогурта с желатином, технологиях глазированных сырков с белково-хитозановым комплексом.

Введение пектина способствует снижению комплексообразующей способности кумыса. Для стабилизации шоколадного ароматизированного молока, а также кофейных, чайных напитков с нейтральным значением величины pH с целью предотвращения седиментации суспендированных в них веществ – какао, нерастворимых минералов и диетических волокон – применяется KELCOGEL HM-B геллановая камедь [3, 10, 11, 17, 22, 57, 84, 88, 116, 184-186, 193, 205].

Пектинами называют семейство полисахаридов, в основе которых лежит цепь из остатков -D-галактуроновой кислоты, связанные 14 связями, причем часть карбоксильных групп этерифицирована метанолом, а гидроксильные группы могут служить точками присоединения боковых разветвлений (цепей из остатков моносахаридов). Водные растворы пектинов способны образовывать прочные гели, придающие структурному скелету клетки тургор и механическую прочность. Пектины часто нерастворимы ввиду большой молекулярной массы, а также из-за их связей с целлюлозным материалом в стенках клеток и внутри них.

Пектин становится растворимым только по мере того, как молекулярный вес снижается и связи разрываются. Это можно видеть при размягчении тканей или созревании плодов и ягод [32, 39, 56, 62].

высокоэтерифицированные (> 50 %) и низкоэтерифицированные (< 50 %).

Применение высокоэтерифицированных пектинов позволяет выпускать мармелады, желе, мороженое и другие изделия высокого качества, с хорошим формообразованием.

полигалактуроновой кислоты и метилового спирта. В клеточных стенках растений, образованных из целлюлозы, они вместе с гемицеллюлозами выполняют структурные функции, являются цементирующим материалом этих стенок, объединяют клетки в единое целое в том или ином органе растений [130].

Пектиновые вещества широко распространены в качестве важнейшего компонента клеточных стенок растений. В достаточно больших количествах они содержатся в овощах и плодах. Так, в сахарной свекле, картофеле их количество колеблется от 1 до 3 %; в яблоках, грушах, сливах, цитрусовых – от 0,5 до 2,5 %.

Большая часть пектиновых веществ в них существует в виде протопектина.

Предполагается, что при созревании плодов и овощей часть протопектина переходит в растворимую форму – плоды и овощи размягчаются. Пищевой пектин получают из плодов (яблок, цитрусовых) и из свекловичного жома [43, 79, 128, 136].

Также широкое применение получил инулин в виде пищевой добавки при производстве хлебобулочных и макаронных изделий, мороженого, сухих завтраков, мюсли, фруктовых соков и пюре, а также технологиях производства детского питания, молочных продуктов и напитков [5, 50, 64, 68, 71-73, 97, 102, 115, 177, 211]. Инулин является полисахаридом, состоящим из остатков -Dфруктозы, содержащегося в качестве запасного питательного вещества в цикории, георгине, нарциссе, гиацинте, топинамбуре, артишоке, одуванчике и ряде других растений, относящихся к семейству сложноцветных [52, 65, 98, 129, 173, 195, 215]. В зависимости от длины цепи различают низкомолекулярные инулины (средняя степень полимеризации 10) и высокомолекулярные инулины (средняя степень полимеризации 20). Общеизвестен тот факт, что чем выше средняя степень полимеризации, тем эффективнее биологическая активность инулина [70, 120, 192, 204].

Образуя с водой кремообразный гель с жироподобной текстурой, инулин способен имитировать присутствие жира в обезжиренных продуктах, обеспечивая им полноту вкуса, присущих продуктам обычной жирности. Благодаря снижению содержания жиров (1 г жира замещается 0,25 г инулина), снижается калорийность продуктов и без ущерба для вкуса улучшается его текстура. Биополимер улучшает стабильность аэрированных продуктов (мороженого, муссов) и эмульсий (спредов, соусов) [85, 138, 150].

При неправильном питании, неблагоприятной экологии и бесконтрольного приёма антибиотиков возникают нарушение микрофлоры кишечника и развитие дисбактериоза. Для восстановления нарушенного баланса микроорганизмов необходим прием пребиотических препаратов и обогащённых ими специализированных продуктов. Как все пребиотики инулин полностью не усваивается организмом, но в то же время весьма полезен для функционирования органов пищеварения, обладая обволакивающим действием, защищает слизистые оболочки желудка и частично кишечника от механического раздражения, улучшая усвоение минеральных веществ – кальция, магния, железа, при этом способен нейтрализовать или уменьшать действие токсических веществ, попадающих в желудок [125, 126, 132]. Ежедневное употребление инулина значительно повышает количество бифидобактерий, подавляет развитие патогенных бактерий (патогенные клостридии, энтеробактерии, кишечные палочки), вирусов и грибов, что приводит к улучшению состава кишечной флоры и способствует лучшему выполнению целого ряда биологических функций организмом человека в кишечнике, которые способствуют уменьшению риска возникновения злокачественных клеток и уменьшению уровня холестерина и аммония в крови, продуцируют иммуномодуляторы, витамины группы В, фолиевую кислоту [6, 87, 182, 190]. Инулин благотворно влияет на работу печени – оказывает комплексное влияние на её функциональную активность, улучшает утилизацию глюкозы, способствует синтезу гликогена и, следовательно, обеспечивает более высокий уровень энергетического обмена, что стимулирует процессы синтеза белка, холестерина, желчных кислот. За счёт своих свойств сорбента рассматриваемый полисахарид значительно разгружает печень и сохраняет её возможности в борьбе с различными заболеваниями, в частности, нарушения функций печени при туберкулезе [41]. По данным ВОЗ, Россия принадлежит к числу 22 стран с наибольшим бременем туберкулёза. По абсолютному числу новых случаев заболевания Российская Федерация занимает 11-е место в мире. Высок удельный вес туберкулёза и в Республике Башкортостан. Так, если в 1990 году на 100000 населения республики было зарегистрировано 1059 больных туберкулёзом, то в 2010 году – 1910.

Туберкулезная интоксикация и лекарственные поражения вызываются длительной полихимиотерапией гепатотоксичными препаратами, часто требующими назначения гепатопротекторов [103]. Установлено наличие у ряда полисахаридов выраженного антигипоксического, отхаркивающего, противовоспалительного, иммунотропного, энтеросорбирующего, гепатопротекторного, гиполипидемического, противоопухолевого, общеукрепляющего эффектов [67]. Дополнение диеты фруктанами типа инулина приводит к уменьшению pH в слепой кишке и увеличению в ней уровней короткоцепочечных карбоновых кислот – уксусной, бутиловой и пропионовой. Эффекты инулина на адсорбцию кальция (в меньшей степени магния) могут быть связаны со снижением pH. Понижение уровня триглицеридов в крови и печени происходит через сокращение секреции липопротеинов очень низкой плотности метаболитами инулина [26, 40].

Биополисахарид инулин улучшает липидный обмен, уменьшает содержание холестерина в крови, способствует снижению лишнего веса у лиц, страдающих заболеваний и сахарного диабета II типа. В литературе имеются предварительные сообщения об антиканцерогенном действии инулина.

производстве продуктов питания перспективно, в частности, необходимо расширять ассортимент выработки молочных напитков с инулином.

1.3 Способы оценки качества и биологической ценности молочных значительной степени подвержены окислению. Наиболее уязвимы в этом отношении липиды. При хранении пищевых продуктов они существенно органолептических показателей. Результатом окисления жиров может быть образование токсичных веществ [14, 121]. Процессы, связанные с окислением молочного жира, должны контролироваться с момента получения сырья – молока.

Дальнейшие транспортировка, хранение и технологическая обработка оказывают влияние на СРО липидов [58, 74, 81, 82, 124].

В процессе технологической обработки молока изменяются физикохимические и биологические свойства продукта. Например, липиды молока и кисломолочных продуктов при технологической обработке и хранении могут подвергаться СРО, что приводит к снижению их качества и биологической ценности [36, 48, 101, 148, 149]. Так, образующиеся на начальной стадии органолептические свойства молочных продуктов, но могут быть токсичны, способствуют разрушению жирорастворимых витаминов и полиненасыщенных жирных кислот. Вторичные продукты окисления (альдегиды и кетоны) придают продуктам соответствующие специфические посторонние привкусы [63, 118, 142].

Известны следующие способы оценки качества кумыса:

1. определение титруемой кислотности кумыса по ГОСТ-3624: метод основан на нейтрализации кислых соединений, содержащихся в кумысе, щелочью с применением индикатора фенолфталеина [89]. Недостатком данного способа является то, что на показатели титруемой кислотности влияют широкий спектр факторов: состав рационов, порода, возраст, индивидуальные особенности, лактационный период и состояние минерального обмена животных;

2. проведение органолептического анализа (ГОСТ Р 52974-2008. Кумыс.

Технические условия). Недостатком данного способа является то, что образующиеся в кисломолочных продуктах на начальной стадии окисления перекиси и гидроперекиси существенно не влияют на органолептические свойства, но в силу токсичности способствуют разрушению жирорастворимых витаминов и полиненасыщенных жирных кислот;

3. регистрация сверхслабого свечения, сопровождающего окислительные реакции в модельной тест-системе, содержащей липопротеиды при добавлении кисломолочных продуктов [75]. Инициирование процессов перекисного окисления липидов проводят путём добавления в систему 1 мл 50 мМ раствора сернокислого железа. Недостатком этого метода является то, что им оцениваются свободнорадикального перекисного окисления липидов в модельной тестсистеме.

В результате биохимических изменений, происходящих в кумысе при маслянокислый, уксуснокислый, аммиачный. Биологическая ценность кумыса обусловлена высоким содержанием ПНЖК, среди которых преобладают линолевая, арахидоновая и, особенно, линоленовая кислота [29]. Окисление ПНЖК как в кобыльем молоке, так и в кумысе протекает по свободнорадикальному механизму с образованием конечных продуктов – альдегидов, кетонов, гидроперекисей. Окисление ненасыщенных жирных кислот происходит при действии неблагоприятных факторов – неправильной технологической подготовке кобыльего молока, хранении кумыса с нарушенными условиями, длительном хранении и т.д. Окисление липидов кумыса наряду с накоплением токсических перекисей снижает его биологическую ценность. В этой связи встает вопрос о разработке экспресс-методов оценки состояния свободнорадикального окисления липидов, критериев контроля качественных характеристик кумыса.

свободнорадикальных процессов используют ряд методов, которые можно условно разделить на химические и физические. К одним из физических методов исследования СРО относят хемилюминесценцию. Хемилюминесценцией называется свечение, возникающее при взаимодействии свободных радикалов.

Метод хемилюминесценции основан на регистрации свечения, сопровождающего реакционноспособные, короткоживущие радикалы, которые другими способами не обнаруживаются [7, 20, 21, 163, 180]. Измерение спонтанного сверхслабого свечения осуществляется хемилюминомером, в котором в качестве детектора слабых световых потоков служит фотоэлектронный умножитель [156].

Измеряемая на хемилюминомере интенсивность хемилюминесценции (Iхл) равна скорости образования возбуждённых продуктов (dP*/dt), умноженной на квантовый выход их люминесценции ():

Концентрация RO2 тем выше, чем быстрее идёт процесс окисления. Таким образом, интенсивность хемилюминесценции даёт информацию о скорости окисления. Расчёт показывает, что на хемилюминесцентной установке можно обнаруживать примерно 10-10 М RO2 – радикалов, то есть чувствительность этого метода примерно в 100 раз выше чувствительности электронного парамагнитного резонанса. Интенсивность хемилюминесценции резко возрастает при добавлении к исследуемому раствору или суспензии биологических частиц активаторов [19].

По механизму действия активаторы делятся на две группы – химические и физические [162]. Химические активаторы хемилюминесценции – это соединения, вступающие в химические реакции с активными формами кислорода или органическими свободными радикалами, в ходе которых образуются молекулы продуктов в возбуждённом электронном состоянии. Наблюдаемое при этом свечение связано с переходом молекул в основное состояние, что приводит к высвечиванию фотонов:

Здесь R – радикал, A – химический активатор, P – ответственный за хемилюминесценцию продукт превращения молекулы активатора в возбуждённом (P*A) и основном (PA) электронных состояниях. Хорошо известными представителями таких активаторов могут служить люминол (3аминофталевый гидразид) и люцигенин – бис (N-метилакридиний). Под действием окислителя – радикала гидроксила – происходит образование радикала люминола, который затем вступает в реакцию с супероксидным радикалом, образуя внутреннюю перекись (диоксид). Ее разложение приводит к образованию возбуждённой молекулы – 3-аминофталата. Переход этой молекулы в основное состояние сопровождается испусканием кванта света [18].

В случае цепного окисления липидов образуются возбуждённые молекулы кетонов (L=О*). В присутствии активатора происходит перенос энергии на это ярко люминесцирующее соединение и интенсивность хемилюминесценции резко возрастает:

Активные формы кислорода объединяют целый ряд образующихся в исследуемых материалах промежуточных и побочных продуктов восстановления молекул кислорода, таких как супероксидный (O2), гидроксильный (HO), пергидроксильный (HO2), пероксильный (RO2) и алкоксильный (RO) радикалы, оксид азота (NO), пероксинитрит (ONOO-), гипохлорит (HOCl), перекись водорода (H2O2). Ниже приведена последовательность реакций, протекающих с одноэлектронным восстановлением кислорода, в ходе которых образуются АФК [8, 18].

Большую роль в образовании и метаболизме активных форм кислорода в живом организме играют ионы металлов с переменной валентностью, в особенности ионы железа и меди [46, 78, 155, 199, 208, 217]. В процессе перехода из состояния двухвалентного железа в трехвалентное электрон передается от железа кислороду:

При оценке интенсивности и скорости реакций свободнорадикального перекисного окисления липидов методом хемилюминесцентного анализа анализируются следующие параметры, представленные на рисунке 1.

Рисунок 1. Запись хемилюминесценции А - светосумма – площадь под кривой хемилюминесценции от начала нарастания амплитуды медленной вспышки до достижения ею максимума. Она характеризует число цепей разветвления или количество образовавшихся перекисных радикалов на один ион железа. Светосумма определяет способность компонентов системы подвергаться процессам окисления;

гидроперекисей. Вспышка связана с бурным образованием радикалов RO2 и R при разложении гидроперекисей ионами Fe2+, которые в присутствии кислорода образуют перекисные радикалы RO2, рекомбинация последних и дает вспышку.

Амплитуда быстрой вспышки пропорциональна исходному содержанию гидроперекисей в пробе;

В - амплитуда медленной вспышки – отражает максимально возможную интенсивность перекисного окисления липидов в пробе. «Медленная вспышка»

происходит только в присутствии двухвалентного железа;

С - спонтанная светимость – определяет уровень содержания свободных радикалов без добавления инициирующих веществ [99].

Реакции ПОЛ, как известно, вызывая трансформацию ПНЖК, способствуют снижению биологической ценности пищевых продуктов, в том числе и кумыса. В настоящее время разработан широкий спектр способов, обеспечивающих ингибирование реакций СРО в продуктах питания [82, 179, 181, 200, 216, 225].

Несмотря на то, что некоторые компоненты антиоксидантной защиты синтезируются в организме, значительная часть должна поступать с продуктами питания, особенно в условиях дефицита антиоксидантов при окислительном стрессе на фоне различных патологических состояний [141, 178]. Для предотвращения борьбы с окислительным стрессом важно поступление с пищей функционирования кофакторов [23, 203]. Антиоксиданты, присутствующие в продуктах, также тормозят окислительные процессы при хранении. Известно, что молоко проявляет антиокислительные свойства благодаря содержанию в нём ферментных и неферментных АО. Однако антиоксиданты белковой природы при попадании в организм подвергаются гидролизу со стороны протеиназ и не могут оказывать своё действие [35, 119]. Изучена интенсивность реакции СРО методом ХЛ в твороге, приготовленном разными способами: традиционным (кислотная каогуляция) и ультрафильтрацией ферментированного сгустка. Оказалось, что свободнорадикальному окислению подвергаются не только липиды, но и другие субстраты, в том числе нуклеиновые кислоты и белки. Установлено, что окислительная модификация белков творога, полученного методом ультрафильтрацией, ниже на 13 % по сравнению с традиционным способом [167].

С целью улучшения органолептических свойств сывороточных напитков активно используют различные добавки, в том числе растительного происхождения, которые обеспечивают важнейшие функциональные свойства готовому пищевому продукту [121, 166]. Высокий уровень антиоксидантной активности проявляют сывороточные напитки с экстрактами лекарственных трав, что объясняется содержанием в них флавоноидов, гидроскикоричных кислот, витамина С [14, 53, 123, 137]. Исследована антиоксидантная активность творожной сыворотки в разные сезоны года. В итоге значения АОА в летне-осенние периоды были максимальными [42]. По мнению Храмцова А.Г., молочная сыворотка проявляет антиоксидантные свойства благодаря наличию в её составе серосодержащих аминокислот – метионина, цистеина, цистина, а также витаминов – аскорбиновой кислоты, токоферола, тиамина, фолиевой кислоты, биотина и микроэлемента селена [168].

Содержание ТБК-активных продуктов является критерием, отражающим процессы ПОЛ в молочных продуктах. К ТБК-активным продуктам относятся МДА, насыщенные, ненасыщенные и ароматические альдегиды, муравьиная кислота, глицеральдегид, сахароза. Молоко, являясь биологической жидкостью, может содержать нормальный физиологический уровень МДА и других продуктов ПОЛ [34]. Исследования, проведенные с молочными продуктами «Тёма» и «Простоквашино» показали, что тепловая обработка молока приводит к свидетельствует об активации ПОЛ за счет разрушения ферментных АО. В детском молоке «Тёма» уровень МДА и АОА существенно не изменялись. По мнению авторов, это связано с тем, что при производстве данного продукта добавляют вещества небелковой природы, обладающие антиокислительными свойствами, в частности, такие витамины как А, С, Е [176].

Антиоксидантные свойства молочных продуктов зависят не только от ферментных и неферментных АО, но и от технологии производства, в частности, от температуры и времени нагревания молока и кисломолочных продуктов [54].

Если сравнивать светосуммы ХЛ пастеризованного и топленого молока, то в топленом молоке отмечалось повышение интенсивности свечения вследствие активизации процессов свободнорадикального окисления. Показатели ХЛ у пастеризованного молока несколько выше аналогичных значений ХЛ молока, не подвергнутого температурной обработке [74, 114].

Таким образом, остаются актуальными исследования, направленные на поиск биосовместимых антиоксидантов, ингибирующих процессы ПОЛ, с целью сохранения биологической ценности и показателей качества молока и молочных продуктов.

1.4 Реализация методов групповой и массовой профилактики йоддефицитных состояний Питание является одним из важнейших факторов, определяющих здоровье населения. Особое значение для поддержания здоровья, работоспособности и активного долголетия человека имеет полноценное и регулярное снабжение организма микронутриентами, витаминами и минеральными веществами. К жизненно важным микроэлементам относится йод, являющийся необходимым компонентом тиреоидных гормонов [25, 37, 61, 134, 145, 153, 209, 222-224]. Йод должен поступать в организм человека в очень малых количествах ежедневно на протяжении всей жизни. Минимальная суточная потребность в йоде взрослого человека – 150-200 мкг. Дефицит йода широко распространен в Европе, Азии, Африке, Америке, Австралии. По данным ВОЗ, в условиях дефицита йода живут более 2 млрд. человек, среди них у 740 млн. человек выявлен эндемический зоб [27, 66, 157-159, 191, 196, 221]. Одной из важнейших медико-социальных проблем для России также является йодный дефицит. Более 100 млн. россиян живут в состоянии йодной недостаточности. По данным Минздрава России, по распространенности йоддефицитные заболевания вышли на 1-е место среди массовых неинфекционных заболеваний. В Российской Федерации наиболее тяжелая обстановка сложилась на обширных территориях Западной и Восточной Сибири, Урала, Среднего Поволжья, Кавказа, не исключением стала и Республика Башкортостан [9, 91, 96, 139, 140]. По данным территориального органа федеральной службы государственной статистики по Республике Башкортостан (Башкортостанстата), за десятилетний период в РБ число больных с заболеваниями эндокринной системы увеличилось на 20,8 %: так, если в году было зарегистрировано 40000 человек с эндокринной патологией, то в 2010 г неблагоприятное течение распространенных и тяжёлых заболеваний. К ним относятся сердечно-сосудистые болезни, гастроэнтерологические заболевания, иммунопатологические процессы и многие другие [147, 197, 198]. Установлена определенная связь между патологией ЩЖ и очагами инфекции, в частности, с хроническим тонзиллитом, хроническим бронхитом, туберкулёзом легких и другими воспалительными заболевания системы органов дыхания [16]. Одним из основных направлений государственной политики в области здорового питания является разработка технологий и производство пищевых продуктов массового потребления, обогащенных витаминами и микроэлементами [100, 151].

Известна технология получения йодированной поваренной соли, при которой используется способ распрыскивания раствора йодида калия из расчёта 14 мг на 1 кг хлорида натрия. Ежедневный приём 10 г NaCl может обеспечить поступление в организм человека 150 мкг йода при полной её всасываемости.

Однако с учётом усвоения соли, составляющей 20-30 %, ежедневный приём уменьшается до 1,5 г хлорида натрия на человека. Чтобы с одного грамма NaCl поступило 100 мкг йода, необходимо вводить в 1 кг соли 66 мг йодида калия.

Повышенная влажность в ряде регионов приводит к быстрому увлажнению соли и вымыванию из неё йодида калия вследствие его высокой растворимости.

Несоблюдение правил транспортировки приводит к потере йода [92].

Разработаны способы профилактики йодной недостаточности путём потребления в пищу йодированного хлеба, кондитерских изделий, плавленых сыров, рыбной продукции, мясных изделий [13, 31, 44, 76]. Заданное количество раствора йодида калия вносят на определённом технологическом этапе. Однако прогнозировать, в каком виде (в свободном или связанном) микронутриент поступает в организм с продуктами. Так, после тепловой обработки йодированного теста в готовом хлебе остается не более 15 % внесённого йода.

Создана технология производства йодированных круп – гречневой, кукурузной, манной, овсяной, перловой, пшеничной, рисовой, ячневой, полученные путём смешивания с сухим экстрактом ламинарии в виде порошка [117].

Молоко, а следовательно, и кисломолочные продукты бедны некоторыми микроэлементами: железом, медью, марганцем, йодом и фтором [35]. Для производства йодобогащённых молочных и кисломолочных продуктов предложены различные БАДы: «Йодхитозан», «Фитойод» [79]. БАД «Фитойод»

содержит йод в стабилизированной и биодоступной форме, а также пектин, совместимый с пищевыми продуктами. Разработана технология производства молока «Фитомол», обогащённого «Фитойодом» (ТУ 9191-001-48859312-06). БАД «Йодказеин» представляет собой йодированный молочный белок. К основным недостаткам йодсодержащей БАД, полученной данным способом, относятся:

наличие в составе ингредиентов, исключающих возможность применения данного вида БАД у той части населения, которая имеет аллергию к казеину, возможность седиментации ингредиентов БАД в массе и объёме йодобогащенного продукта, в частности, цельного молока. Поэтому, для групповой и массовой профилактики эндемического зоба и йоддефицитных состояний для населения рекомендуется употребление молочных и кисломолочных продуктов, обогащенных БАД «Йодхитозан»: молоко питьевое ультрапастеризованное (ТУ 9220-005-82045908йогурт (ТУ 9222-007-82045908-11), кефир (ТУ 9220-006-82045908-11), сырки творожные глазированные (ТУ 9222-008-82045908-12). На основании наноструктурного анализа биологически активных веществ «Йодхитозан» и «Фитойод» выявлено, что клатратные комплексы йода в водных растворах образуют грубодисперсные системы [122].

Таким образом, необходимы исследования, направленные на разработку технологий синтезирования йодсодержащих БАД, создающих в водных растворах микрогетерогенные системы, характеризующиеся совместимостью с технологиями пищевых производств.

ГЛАВА 2. ОБЪЕКТЫ, МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

Настоящая работа выполнена на кафедре «Технологии продуктов питания и экспертизы товаров» в ФГБОУ ВПО «МГУТУ им. К.Г. Разумовского», производственной лаборатории ЗАО «Мелеузовский молочноконсервный комбинат»

и на базе научно-исследовательской лаборатории «Пищевые технологии» филиала «МГУТУ им. К.Г. Разумовского» в г. Мелеузе, аккредитованной в системе аккредитации аналитических лабораторий по ГОСТ Р ISO/МЭК 17025- (международного стандарта ISO/МЭК 17025:2005).

Диссертационная работа выполнена в рамках государственного контракта № 8805 р/9450 от 01.03.2011 г на выполнение научно-исследовательских и опытноконструкторских работ с Федеральным государственным бюджетным учреждением «Фонд содействия развитию малых форм предприятий в научнотехнической сфере» и Государственной научно-технической программы Академии Наук Республики Башкортостан «Инновационные технологии оздоровления населения Республики Башкортостан» (ГНТП РБ №19/1 от 2013 г).

В соответствии с целью и задачами работы объектами исследований служили:

кобылье молоко, кумыс, кумысный напиток из коровьего молока, обогащенный йодом и инулином. Йодид калия вырабатывается по ГОСТ4232-74 на ОАО «Троицкий йодной завод», пищевая добавка «Инулин пищевой» по ТУ 9187-002в форме порошка. Для решения поставленных задач нами разработана схема экспериментальных исследований, представленная на рисунке 2.

Методы оценки интенсивности реакций ПОЛ в кумысных напитках.

Интенсивность процессов перекисного окисления липидов кумысного напитка оценивали на основании данных об уровне МДА [144]. Исследуемый продукт в количестве 2,5 мл смешивали с 3 мл ТРИСА, отсюда брали по 2,5 мл в центрифужную пробирку, добавляли по 1 мл ТХУ в каждую пробирку, которые ставили в центрифугу при 3000 об/мин на 10 минут. В 2 пробирки собирали по мл надосадочной жидкости. В третью наливали 2 мл ТРИС (контрольная пробирка). По 1 мл ТБК (0,8 % раствор) вносили во все 3 пробирки и помещали их в водяную баню на 10 минут. После развития розовой окраски пробы охлаждали до комнатной температуры, фильтровали и измеряли оптическую плотность при 532 Нм.

использования кумысных Разработка технологии кумысного напитка на основе коровьего молока, Оценка биологического действия кумысного напитка по результатам Рисунок 2. Схема выполнения исследований Определение йода в пищевых продуктах методом инверсионной переменнотоковой вольтамперометрии. В кобыльем молоке, кумысе и кумысном напитке определяли содержание массовой концентрации йода методом вольтамперометрическом анализаторе «Экотест-ВА» по 3-х электродной схеме (рис. 3).

Рисунок 3. Вольтамперометрический анализатор «Экотест-ВА»

Принцип определения йода основан на электрохимическом окислении йодид-ионов до молекулярного йода (уравнение 1), осаждении (в присутствии бромид-ионов и четвертичного аммонистого основания) комплексного соединения, включающего в свой состав молекулу йода (уравнение 2), на поверхности рабочего углеродного электрода с последующим электрохимическим растворением осадка (уравнение 3) при линейной развертке потенциала:

Измеряя величину катодного тока, протекающего при растворении осадка, рассчитывают исходную концентрацию йода в растворе. Потенциал максимума катодного тока (пика) находится в области от + 200 до + 400 мВ. Его расположение зависит от химического состава пробы и содержания в ней йода.

приготовленной из йодированной поваренной пищевой соли, имеет значение потенциала катодного тока (+ 100 ± 10) мВ и сдвигается до (+ 140 ± 10) мВ после внесения добавки. Потенциал пика в растворах проб молока, хлеба, а также таблеток "Йодактив" имеет значение (+ 350 ± 50) мВ.

Определение йода в моче. Йод в моче определяли арсенитно-цериевым методом (метод Кальтгоффа-Сэнделла, МУ 2.3.7.1064-01) с использованием реактивов фирмы «Merck» (Германия).

Метод хемилюминесцентного анализа. Для исследования процессов цепного свободнорадикального окисления липидов кобыльего молока, кумыса, кумысного напитка использовали метод регистрации хемилюминесценции – свечения, возникающего при взаимодействии радикалов [156]. Методом хемилюминесцентного анализа удается выявить наиболее реакционноспособные, короткоживущие радикалы, которые другими способами не обнаруживаются. С этой целью использовали портативный прибор хемилюминомер (ХЛ-003), созданный в лаборатории технических систем медико-биологических исследований при «Башкирском государственном медицинском университете» и «Уфимском государственном авиационном техническом университете» (рис. 4).

Процессы измерения свечения и обработки полученных результатов проводили в автоматическом режиме, что позволяло повысить точность, объективность получаемой информации и иметь возможность широкого выбора режимов работы (время, температура, перемешивание пробы), объектов исследования (биологический материал животного или растительного происхождения, продукты питания).

модельных тест-системах, где генерировались реакции образования активных форм кислорода и процессы перекисного окисления липидов [60].

В качестве 1-й модельной системы использовали 20 мл фосфатного буфера с добавлением цитрата натрия и люминола. Состав буфера (рН = 7,5): 20 мМ раствор КН2РО4, 105 мМ раствор KCl, 50 мМ раствор цитрата натрия, 10-5 М раствор люминола. В качестве инициаторов добавлялись: 1 мл 50 мМ раствор сернокислого железа, 1·10-2 М раствор бромида меди, 1·10-1 М раствор азодиизобутиронитрила. В качестве 2-й модельной системы использовали суспензию липопротеидов желтка куриных яиц, содержащей липопротеиновые комплексы, сходные с липидами крови. Желток смешивали с фосфатным буфером в соотношении 1:5, гомогенизировали, доводили содержание белка до 1 мг на мл дальнейшим разведением (в среднем 25 мл полученного гомогената на 1 л буфера).

Реактивы для исследования хемилюминесценции в модельных тестсистемах: KCl – хлористый калий; NaCl – хлористый натрий; KOH – едкий калий;

C6H8O7Na3·5,5H2O – цитрат натрия; CuBr – 1·10-2 М раствор (2 г на 25 мл азодиизобутиронитрила. Сернокислое железо: FeSO4·7H2O 50 мМ раствор (1,39 г на 100 мл дистиллированной воды, подкисленной 0,1 мл 0,1 Н НCL). Фосфатный буфер: 20 мМ KH2PO4, (2,72 г), 105 мМ KCL (7,82 г). Растворить в 1 литре дистиллированной воды. Титровать насыщенным раствором KOH до рН 7,5 ед.

Физико-химические свойства кумысного напитка определяли следующими методами: отбор проб и подготовку их к анализу проводили по ГОСТ 26809-86, массовую долю жира, белка, кислотность, спирта, сухих обезжиренных веществ – ГОСТ 5867-90, ГОСТ Р 23327-98, ГОСТ Р 54669, ГОСТ 3629, ГОСТ Р 54668. Оценку органолептических показателей проводили по ГОСТ 28283-89.

Микробиологические показатели: КОЕ – ГОСТ 10444.15-94; бактерии группы кишечных палочек – ГОСТ Р 52816-2007; патогенные микроорганизмы, в том числе сальмонеллы – ГОСТ Р 52833; Staphylococcus aureus – ГОСТ 30347-97;

количество плесени и дрожжей – ГОСТ Р 53430. Определяли мышьяк, ртуть, микотоксины, антибиотики, содержание пестицидов – ГОСТ 26930-86; ГОСТ 26927ГОСТ 30711; ГОСТ Р 53912; ГОСТ 23452-79. Отстой сыворотки (остоявшейся жидкая фаза) определялся путем ее удаления способом декантации. Полученный объем сыворотки (%) рассчитывали по формуле:

где V1 – объем отстоя сыворотки, мл;

Определение активности каталазы. Одним из ключевых ферментов, входящих в состав антиоксидантной системы клетки, является гемсодержащая каталаза. Функция каталазы сводится к разрушению токсической перекиси водорода (Н2О2), образующейся в ходе различных окислительных процессов в организме, разлагая ее на воду и молекулярный кислород:

Уровень активности каталазы определяли по методу, описанному М.А.

Королюком и соавт. (1988). Принцип метода заключается в том, что пероксид водорода образует стойкий окрашенный комплекс с солями молибдата. В присутствии каталазы интенсивность окрашивания раствора снижается вследствие разложения каталазой Н2О2. Для анализа использовали гомогенат печени крыс, для чего брали навеску органа (1 г), гомогенизировали в 5 мл фосфатного буфера, приготовленного следующим образом: 0,02 моль KH2PO4 и 0,10 моль KCl растворяли в 1 литре дистиллированной воды. Титровали насыщенным раствором KOH до рН 7,5. Для удаления не полностью разрушенных клеток и ядер гомогенаты центрифугировали 10 минут при 1000 g.

Исследование активности фермента: реакцию запускали добавлением 0,5 мл тканевого гомогената к 2 мл 0,03 %-го раствора Н2О2. Через 10 минут реакцию останавливали, приливая 1 мл 4 %-го раствора молибдата аммония и 0,5 мл 20 %го раствора трихлоруксусной кислоты. Пробы центрифугировали при 3000 g в течение 10 минут. Параллельно проводили холостую пробу, но только вместо гомогената вносили 0,5 мл буфера. Экстинкцию раствора фиксировали спектрофотометрически при длине волны 410 нм против контрольной пробы, в которую вместо Н2О2 добавляли 2 мл фосфатного буфера. Активность каталазы в печени крыс, мкмоль/мг белка, рассчитывали по формуле:

где Ехол – экстинкция холостой пробы;

Еоп – экстинкция опытной пробы;

К – коэффициент микромолярной экстинкции, равный 36, Сб – концентрация белка, мг/мл гомогената печени.

Определение размеров частиц йодбиополимеров. Определение размеров частиц проводилось на приборе SALD-7101 (Shimadzu). Рабочий диапазон измерений – от 10 нм до 300 мкм. Длина волны полупроводникового лазера – нм. Концентрация растворов – 0,5 % (массовых). Измерения проводились в воде при постоянном перемешивании по всему объему кварцевой кюветы (7 мл).

спектрометре Bruker Avance-III 500 MHz с рабочей частотой 500.13 МГц (1H) и 125.47 МГц (13C) с использованием 5 мм датчика с Z-градиентом PABBO при постоянной температуре образца 298 K. Химические сдвиги в спектрах ЯМР 13С, тетраметилсилана. Спектры ЯМР С с подавлением по протонам были зарегистрированы при следующих условиях: спектральное окно – 29.8 кГц, количество точек – 64 K, длительность возбуждающего импульса (30°) – 3.2 мкс, Редактирование спектров ЯМР С проводилось на основании экспериментов DEPT-90 и DEPT-135.

многоимпульсных последовательностей программного обеспечения прибора.

Спектр gsCOSY зарегистрирован со следующими параметрами: размер матрицы K на 512 экспериментов, спектральное окно 5.0 кГц, при обработке использовалась синусоидально-колоколообразная взвешивающая функция для F и F2 проекций (ssb = 2). Спектры gsHSQC зарегистрированы с задержкой, оптимизированной под наблюдение JCH = 145 Гц и JNH = 80 Гц, размер матрицы K на 256 экспериментов. Спектры gsHMBC зарегистрированы с задержкой эволюции малых констант 71.4 мс для 1H-13C и 142.8 мс для 1H-15N HMBC, размер матрицы 2 K на 256 экспериментов. Для записи спектров NOESY использовалась матрица 2 K на 256 экспериментов со спектральным окном 5.0 кГц, время смешения 0,5 c.

Моделирование экспериментального йодного дефицита. Гипотиреоз моделировали на половозрелых крысах-самцах с МТ 180-220 г путем внутрижелудочного введения через специальный зонд фармакопейного тиреостатика мерказолила. Препарат вводили в течение 3-х недель ежедневно из расчета 2,5 мг/100 г МТ. Животных разделили на 4 группы по 12 в каждой: 1-я группа – контрольная, у крыс 2-й, 3-й и 4-й групп вызывали мерказолиловый гипотиреоз. Животных 2-й группы декапитировали под эфирным наркозом на следующий день после последнего введения мерказолила (22-е сутки опыта), а крыс 3-й и 4-й групп – на 30-е сутки. При этом крысы 3-й группы после окончания введения тиреостатика находились на общевиварном питании, а в рацион 4-й группы добавляли йодобогащённый кумысный напиток с инулином, обеспечивающий суточную потребность крыс в йоде – в среднем от 2,0 до 3, мкг/100 г МТ. В сыворотке крови крыс определяли уровень гормонов щитовидной железы – сТ4, оТ3 и ТТГ методом ИФА с использованием стандартных наборов тест-систем «Свободный Т4-ИФА-Бест», «Т3-ИФА-Бест-стрип» и «ТТГ-ИФАБест-стрип». Образцы щитовидной железы размерами 0,5х0,5 см фиксировали в 10 %-м растворе формалина. Срезы толщиной 7 мкм окрашивали гематоксилином и эозином по общепринятой методике Елисеева В.Г. и соавт. (1983).

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА СПОСОБА ЭКСПРЕСС-ОЦЕНКИ

КАЧЕСТВА КУМЫСА МЕТОДОМ ХЕМИЛЮМИНЕСЦЕНТНОГО

АНАЛИЗА

При разработке способа экспресс-оценки качества кумыса нами был выбран метод, основанный на изучении интенсивности процессов сверхслабого свечения объектов исследования. За основу взят способ, описанный в патенте № от 27.10.2010 г. Недостатком данного метода является то, что сернокислое железо, рекомендованное авторами в качестве инициатора свободнорадикальных реакций, неэффективно при применении по этому назначению в кумысе, содержащем, как известно, ингредиенты с антиоксидантной активностью, в частности, углекислый газ и этанол, концентрации которых увеличиваются в связи с интенсификацией молочнокислого и спиртового брожения на этапе хранения [34]. Кроме того, кумыс отличается сравнительно высокой концентрацией и других видов биоантиоксидантов (НАДН, молочной кислоты, ацетил-КоА, АТФ, каталазы, витамина Е и С), ингибирующих процессы перекисного окисления липидов [29]. Как видно из данных, представленных на рисунке 5, при использовании 5·10-2 М раствора сернокислого железа в качестве Рисунок 5. Влияние инициаторов (1 мл) на светимость кумыса:

сернокислого железа; III – 1·10-2 М раствор бромида меди инициатора процессов ПОЛ в кумысе запись ХЛ представлена сплошной линией (кривая II), где отсутствует амплитуда быстрой вспышки. При введении в тестсистему с кумысом другого инициатора – 1·10-2 М раствора бромида меди – запись ХЛ также представлена в виде сплошной линии (кривая III). При введении в среду инкубации 1·10-1 М раствора АИБН запись ХЛ представлена в виде характерной одногорбой кривой, где после введения АИБН наблюдается амплитуда быстрой вспышки (кривая I), которая отражает интенсификацию процессов ПОЛ кумыса в модельной тест-системе, генерирующей процессы образования активных форм кислорода.

Задачей данного раздела исследований являлась разработка способа экспресс-оценки интенсивности реакций свободнорадикального окисления липидов кумыса методом хемилюминесцентного анализа. Поставленная задача решается тем, что в способе, включающем оценку интенсивности процессов перекисного окисления липидов, определение азодиизобутиронитрилиндуцированной хемилюминесценции проводят добавлением к 10 мл кумыса 1 мл 1·10-1 М раствора азодиизобутиронитрила. Измерение светосуммы свечения и максимальной светимости пр одукта реализуют методом хемилюминесцентного анализа на хемилюминомере «ХЛ-003» в течение 5 минут, при температуре 20 °С, значениях кислотности кумыса от 80 до 110 °Т. Определяют светосумму и максимальную светимость хемилюминесценции – при их значениях в пределах от 0,93 ± 0,07 у.е. до 2,17 ± 0,26 у.е. и от 0,57 ± 0,05 у.е. до 1,92 ± 0,41 у.е.

соответственно продукт оценивают как сохранивший качество и биологическую ценность. Перед определением кумыс выдерживают в течение 5-10 минут при комнатной температуре в открытом виде для удаления углекислого газа (Заявка № 2013127731 на изобретение «Способ экспресс-оценки качества и биологической ценности кумыса» от 18.06.2013).

3.1 Определение концентраций растворов азодиизобутиронитрила С целью подбора инициатора реакций свободнорадикального перекисного окисления липидов в кумысе и кумысных напитках нами была изучена активность растворов азодиизобутиронитрила в различных концентрациях: I-я серия – АИБН 1·10-1 М, II-я серия – АИБН 1·10-2 М, III-я серия – АИБН 1·10-3 М, IV-я серия – АИБН 1·10-4 М. Азодиизобутиронитрил – органическое вещество класса азосоединений и нитрилов (рис. 6). Применяется как инициатор радикальной полимеризации и других радикальных реакций.

Рисунок 6. Формула азодиизобутиронитрила При температуре от 40 C до 70 C 2,2’-азодиизобутиронитрил CN(CH3)2CN = N-C(CH3) 2CN (Мол. вес 164,1) разлагается с образованием цианпропильных радикалов, инициирующих радикальные реакции. Согласно литературным данным, выход 1-карбонитрил-пропанил-2 радикалов (R) в объем (e) при термолизе АИБН равен 0,5.

Далее радикалы R с диффузионной скоростью реагируют с кислородом, образуя пероксильные радикалы:

Раствор должен содержать 40 % (об.) какого либо органического растворителя, часто наиболее удобен этанол. Образование пероксильных радикалов происходит при температуре более 40 C, т.е. для инициации раствор необходимо нагреть до такой температуры. Рабочая концентрация АИБН в экспериментах составляет обычно 10-4 – 10-3 M; она должна быть сопоставима с концентрацией окисляемого соединения в растворе, несколько превышая её. Чем выше концентрация АИБН и температура раствора, тем быстрее идет реакция.

Обычно готовится исходный раствор АИБН 1·10-2 М в этаноле, который добавляется в уже нагретый рабочий раствор в последнюю очередь в нужном количестве и смесь быстро перемешивается.

В качестве модельной тест-системы использовали среду, состоящую из суспензии липопротеидов желтка куриных яиц, содержащей липопротеиновые комплексы, сходные с липидами крови (рис. 7).

Рисунок 7. Запись хемилюминесценции при внесении в среду инкубации АИБН в разных концентрациях: I-я серия – АИБН 1·10-1 М, II-я серия – АИБН 1·10-2 М, III-я серия – АИБН 1·10-3 М, IV-я серия При введении в среду инкубации АИБН в относительно низких концентрациях (1·10-2 М; 1·10-3 М и 1·10-4 М) запись ХЛ представлена в виде волнистой линии, где отсутствует амплитуда вспышки после введения инициатора. Как видно из данных, представленных в таблице 1, максимальные значения параметров хемилюминесценции характерны для I-й серии исследований, где применялся 1·10-1 М раствор азодиизобутиронитрила. При этом все параметры в II-й, III-й и IV-й сериях (светосумма, амплитуда, максимальная светимость) статистически достоверно отличаются от показателей I-й серии. Так, если светосумма свечения в I-й серии составила 8,26 ± 2,05 у.е., амплитуда вспышки – 5,13 ± 1,49 у.е., а максимальная светимость – 4,99 ± 0,87 у.е., то в III-й серии эти показатели составили 0,22 ± 0,03 у.е. (р 0,001), 0,17 ± 0,016 у.е. (р 0,01) и 0,24 ± 0,029 у.е.

(р 0,001) соответственно.

Таблица 1 – Показатели хемилюминесценции азодиизобутиронитрила III-я серия 0,22 ± 0,03*** 0,01 ± 0,001*** 0,17 ± 0,016** 0,24 ± 0,029*** Примечание: ** - различие с I-й серией статистически значимо (р 0,01) На основании вышеизложенного в качестве высокоэффективного инициатора реакций ПОЛ рекомендуется 1·10-1 М раствор азодиизобутиронитрила.

При установлении зависимостей между параметрами ХЛ и температурными значениями объекта исследований соблюдали следующие условия: показатель кислотности кумысного напитка – 90 °Т, объём объекта исследования – 10 мл, в азодиизобутиронитрила. Исследования включали 2 серии опытов: I-я серия – термостат включен, число измерений 20; II-я серия – термостат отключен, число повторностей 20. В каждой серии опытов оценивали параметры ХЛ в следующем диапазоне значений температуры кумысного напитка – от 5 °С до 30 °С с шагом хемилюминесценции судили по показателю светосуммы свечения, являющейся интегральным показателем интенсивности и скорости процессов генерации активных форм кислорода. Как видно из рисунка 8, максимальный квантовый выход ХЛ наблюдали при температуре 20 °С, о чем свидетельствуют наибольшие значения светосуммы свечения – 1,27 ± 0,09 у.е. и 1,41 ± 0,11 у.е. соответственно при отключенном и включенном термостате.

Светосумма, у.е.

Рисунок 8. Изменение показателей светосуммы ХЛ при разных значениях При выборе стандартных условий для реализации исследований методом сверхслабого свечения продукта при разных значениях кислотности, а именно в диапазоне от 60 оТ до 140 оТ с шагом в 20 оТ. При этом разница в трех измерениях (80 оТ, 100 оТ и 120 оТ) не превышала 10 % и не влияла существенным образом на значений (от 80 оТ до 120 оТ) в качестве стандартных условий.

Предлагаемый вышеизложенный способ экспресс-оценки качественных хемилюминесценции кумыса жирностью 1 % при температуре хранения 4 ± 2 °С.

Пример 1. Исходные данные для исследования кумыса: I-я серия – 1-е сутки хранения (контроль); II-я серия – 3-и сутки хранения; III-я серия – 5-е сутки хранения.

Исследования проводили на хемилюминомере «XЛ-003», настроенном по программе: «Мешалка – быстро», «Термостат – выключен», «Время измерения – минут». Кислотность кумыса от 80 °Т до 110 °Т. Свечение индуцировали добавлением к 10 мл исследуемого кумыса 1 мл 1·10 -1 М раствора АИБН.

Результаты оценивали по светосумме хемилюминесценции, которая является интегральным показателем процессов перекисного окисления липидов [155].

Прибор хемилюминомер «ХЛ-003» на дисплее компьютера выводит кривые записи хемилюминесценции, отражающие интенсивность процессов сверхслабого свечения кумыса, зависящих в свою очередь от скорости реакций свободнорадикального окисления липидов кумыса. Записи хемилюминесценции различных проб кумыса представлены на рисунке 9, а цифровые данные приведены в таблице 2.

Рисунок 9. Запись хемилюминесценции кумыса в зависимости от сроков хранения: I-я серия – 1-е сутки хранения (контроль); II-я серия – на 3-и сутки хранения; III-я серия – на 5-е сутки хранения Кривая I отражает интенсивность процессов окисления в кумысе на 1-е сутки хранения. Как видно из рисунка 9, положение кривой II, отражающей интенсивность процессов сверхслабого свечения кумыса на 3-и сутки хранения, ниже относительно кривой I. Как видно из таблицы 2, кривой II соответствуют меньшие относительно кривой I значения светосуммы, амплитуды быстрой вспышки и максимальной светимости.

Таблица 2 – Показатели хемилюминесценции кумыса жирностью 1 % при I-я серия (1-е сутки) (3-е сутки) (5-е сутки) Примечание: * - различие с контролем статистически значимо (р 0,05) Аналогичным образом следует интерпретировать положение кривой III относительно кривой I и II. Анализируемые показатели таблицы 2 приняты как нормативные, то есть соответствуют качественному продукту.

Как видно из данных, представленных в таблице 2, с увеличением сроков среднеарифметические значения светосуммы свечения в I-й серии (1-е сутки) опытов составили 2,17 ± 0,26 у.е., во II-й (3-и сутки) – 1,57 ± 0,11 у.е. (р 0,05), в III-й (5-е сутки) – 0,93 ± 0,07 у.е. (р 0,001). Аналогичным образом изменяются и значения максимальной светимости: в 1-е сутки анализируемый показатель составил 1,92 ± 0,41 у.е., на 3-и – 0,95 ± 0,08 у.е. (р 0,05), а на 5-е – 0,57 ± 0, у.е. (р 0,01).

Снижение светосуммы ХЛ и максимальной светимости в III-й серии опытов на 57,1 % и 70,3 % соответственно относительно аналогичных показателей в I-й серии свидетельствует о торможении процессов окисления липидов кумыса за счет значительного увеличения концентраций субстратов, относящихся к антиоксидантам, в частности, углекислого газа (СО2) и этанола (С2Н5ОН).

Пример 2. Изучение процессов перекисного окисления липидов кумыса жирностью 1 % при комнатной температуре хранения (t = 20 ± 2 °С). При исследовании ХЛ использовали кумыс трех видов: I-я серия – 1-е сутки хранения (контроль); II-я серия – на 3-и сутки хранения; III-я серия – на 5-е сутки хранения.

В таблице 3 представлены основные параметры ХЛ трех сравниваемых между температурного режима хранения, а графическое изображение на рисунке 10.

Рисунок 10. Запись хемилюминесценции кумыса при температуре хранения Таблица 3 – Показатели хемилюминесценции кумыса жирностью 1 % при Примечание: ** - различие с контролем статистически значимо (р 0,01) *** - различие с контролем статистически значимо (р 0,001) Полученные данные показывают, что показатели ХЛ в кумысе на 3-и сутки хранения (II-я серия) выше относительно аналогичных показателей ХЛ кумыса в I-й серии (1-e сутки хранения). Так, если во II-й серии опытов образцов cветосумма свечения составила 6,20 ± 0,43 у.е. (р 0,001), спонтанная светимость – 0,93 ± 0,07 у.е. (р 0,001), амплитуда вспышки – 1,89 ± 0,14 у.е., максимальная светимость – 2,36 ± 0,58 у.е., то в I-й серии эти показатели соответственно составили 2,17 ± 0,26 у.е., 0,54 ± 0,02 у.е., 1,77 ± 0,59 у.е. и 1,92 ± 0,41 у.е. В кумысе, хранившемся в течение 5-и суток при температуре 20 ± 2 °С (III-я серия опытов), в значительной мере возрастают анализируемые параметры ХЛ относительно контроля (I-я серия). Так, если в контроле значение светосуммы составляло 2,17 ± 0,26 у.е., спонтанной светимости – 0,54 ± 0,02 у.е., амплитуда вспышки – 1,77 ± 0,59 у.е., максимальной светимости – 1,92 ± 0,41 у.е., то на 5-е сутки хранения аналогичные показатели соответственно составили – 8,22 ± 1, у.е. (р 0,001), 0,15 ± 0,04 у.е. (р 0,001), 2,56 ± 0,72 у.е. и 4,58 ± 0,60 у.е. (р 0,01).

Таким образом, в ходе исследований установлено, что при относительно высоких температурных режимах хранения (20 ± 2 °С) в значительной мере возрастает интенсивность реакций свободнорадикального окисления полиненасыщенных жирных кислот в составе липидов кумыса, что, в свою очередь, снижает показатели качества и биологической ценности продукта.

ГЛАВА 4. ФИЗИКО-ХИМИЧЕСКОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ

ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ НЕОРГАНИЧЕСКИХ ФОРМ ЙОДА С

БИОПОЛИМЕРАМИ

Одна из задач настоящего раздела исследований состояла в изучении процессов взаимодействия йода и йодид-ионов с водорастворимыми органическими матрицами – -циклодекстрином и инулином, для чего были использованы некоторые физико-химические методы.

частотой 125,76 МГц (использовалось редактирование спектров C с помощью методики DEPT). Двумерные спектры гомо- (1H-1H COSY) и гетероядерной (1HC HSQC, HMBC) корреляции, наряду с литературными данными, позволили провести предположительное отнесение сигналов в исследуемых соединениях.

Пробы готовились в концентрации 30 мг на 0,5 мл растворителя (D2Oдейтерированная вода и дейтерированный диметилсульфоксид, DMSO-d6).

ИК-спектры были зарегистрированы на приборе «IR Prestige-21 Shimadzu», образцы готовились путем растирания с вазелиновым маслом.

УФ-спектры получены при 20 С на спектрофотометре «Specоrd-M40»

(Германия) в кварцевых кюветах (l=0,5).

Предоставленный образец инулина представлял собой полисахарид из 20- остатков фуранозной и пиранозной природы, что было подтверждено экспериментальными методами. В частности, было показано присутствие в спектрах ЯМР С нескольких сигналов метиленовых групп в области 60.03 м.д., которым согласно спектрам 1H-13C HSQC соответствуют протоны 3.66м.д., что указывает на наличие в структуре молекулы углеродных атомов фуранозного остатка. Сигналы метиновых групп в спектрах ЯМР С в области 90.10-92.41 м.д. и соответствующие им протоны при 5.37-5.40 м.д. указывают на наличие ацетальных центров.

циклодекстрина, а именно – наличие сигналов 101.79 м.д., 81.04 м.д., 73.02 м.д., 71.99 м.д., 71.75 м.д. и 60.18 м.д. указывают, согласно литературным данным, на объединенных в макроциклы 1,4-гликозидными связями, что соответствует циклодекстрину.

В аналогичных условиях (в D2O) были зарегистрированы спектры ЯМР 1H и C для образца полученной субстанции «циклодекстрин+инулин+KI», в которых наблюдаются сигналы исходных соединений – циклодекстрина и инулина (рис.

11, 12).

Sp-415 MGUTU Inulin-1 100mg in D2O, 1H spectrum with presaturation AV500 25.02.2012 LAN Institute of Organic Chemistry Ufa Scientific Centre of RAS. SW(1H)=19.99ppm; O1(1H)=4.69ppm; Obs.Freq.:500.13MHz; D1=5.0s; T=294.2K; Probe:BBO; Exp.Time: 2 min 31 sec; Time&Date: 13:19:09, 25 Feb 2012.

Sp-333 MGUTU Cyclodekstrine 0mg in D2O, 1H spectrum with presaturation AV500 19.02.2012 LAN SW(1H)=19.99ppm; O1(1H)=4.70ppm; Obs.Freq.:500.13MHz; D1=5.0s; T=294.7K; Probe:BBO; Exp.Time: 2 min 31 sec; Time&Date: 14:18:13, 19 Feb 2012.

Sp-555 MGUTU BAD+CD+inulin 100mg in D2O, 1H spectrum with presaturation AV500 02.03.2012 SSH SW(1H)=19.99ppm; O1(1H)=4.70ppm; Obs.Freq.:500.13MHz; D1=3.0s; T=294.5K; Probe:BBO; Exp.Time: 1 min 42 sec; Time&Date: 15:55:05, 02 Mar 2012.

Рисунок 11. Спектры ЯМР 1H инулина, циклодекстрина и субстанции «циклодекстрин+инулин+KI» (сверху-вниз) SW(13C)=236.63ppm; O1(13C)=110.00ppm; Obs.Freq.:125.76MHz; D1=0.9s; T=295.0K; Probe:BBO; Exp.Time:58 min 30 sec; Time&Date: 13:27:18, 25 Feb 2012.

Sp-333 MGUTU Cyclodekstrine 0mg in D2O, 13C{1H} com AV500 20.02.2012 LAN SW(13C)=236.63ppm; O1(13C)=110.00ppm; Obs.Freq.:125.76MHz; D1=0.9s; T=295.6K; Probe:BBO; Exp.Time:18 h 57 min 35 sec; Time&Date: 08:12:19, 20 Feb 2012.

Sp-555 MGUTU BAD+CD+inulin 100mg in D2O, 13C{1H} com AV500 02.03.2012 SSH SW(13C)=236.63ppm; O1(13C)=116.00ppm; Obs.Freq.:125.76MHz; D1=2.5s; T=295.0K; Probe:BBO; Exp.Time:18 h 20 min 59 sec; Time&Date: 15:56:42, 02 Mar 2012.

103. 103. 103. 103. 101. Рисунок 12. Спектры ЯМР 13C инулина, циклодекстрина и субстанции «циклодекстрин+инулин+KI» (сверху-вниз).

SW(1H)=19.99ppm; O1(1H)=7.00ppm; Obs.Freq.:500.13MHz; D1=5.0s; T=294.2K; Probe:BBO; Exp.Time: 2 min 31 sec; Time&Date: 13:21:30, 25 Feb 2012.

SW(1H)=19.99ppm; O1(1H)=7.00ppm; Obs.Freq.:500.13MHz; D1=2.0s; T=291.3K; Probe:BBO; Exp.Time: 2 sec; Time&Date:12:04:33 09 Jun 2012.

Рисунок 13. Спектры ЯМР 1H инулина (D2O) и cубстанции «инулин+KI+I2»

Sp-415 MGUTU Inulin-1 100mg in D2O, 13C{1H} com AV500 25.02.2012 LAN SW(13C)=236.63ppm; O1(13C)=110.00ppm; Obs.Freq.:125.76MHz; D1=0.9s; T=295.0K; Probe:BBO; Exp.Time:58 min 30 sec; Time&Date: 13:27:18, 25 Feb 2012.

Sp-817 Ivanov inylin-KI-I2 104mg in DMSO, 13C{1H} com AV500 09.06.2012 BIP SW(13C)=236.63ppm; O1(13C)=110.00ppm; Obs.Freq.:125.76MHz; D1=0.9s; T=292.1K; Probe:BBO; Exp.Time: 2 sec; Time&Date:12:10:26 09 Jun 2012.

Рисунок 14. Спектры ЯМР 13C инулина (D2O) и cубстанции «инулин+KI+I2»

зарегистрировало существенных изменений спектральных характеристик между исходным инулином и полученной субстанцией, что может свидетельствовать об отсутствии в системе ковалентно связанного йода (рис. 13, 14). Однако, уширение сигналов как в углеродных, так и в протонных спектрах могут быть вызваны слабыми нековалентными взаимодействиями между йодом (в молекулярной или ионной формах) и молекулой органического соединения.

Для исследования взаимодействий такого рода была изучена более подробно система инулин-KI. В ИК-спектре инулина в области 3400-3200 см- наблюдается широкая полоса поглощения с максимумом при 3346 см -1, по положению которой её можно отнести к валентным колебаниям гидрокси-групп, связанным меж- и внутримолекулярными водородными связями (рис. 15). В спектре соединения инулина с KI эта полоса несколько смещается в длинноволновую область до положения максимума 3370 см -1, что может свидетельствовать об изменении характера водородных связей при образовании комплекса (рис. 16). Полосы 1460 и 1380 см-1 в обоих спектрах относятся к поглощению метиленовых и метильных групп, в том числе вспомогательного вещества – вазелинового масла.

Образование в системе нового соединения подтверждают изменения положения плоскостных деформационных колебаний гидрокси-групп ОН (область 1274-1185 см-1), групп С5’-О-С1’-О-С2 (11311136 см-1), валентных колебаний связей С-О эфирных групп и С-О (Н) вторичных (1060 1070 см-1) и первичных (10381033 гидрокси-групп, а также деформационных внеплоскостных колебаний ОН, связанных водородными связями (980989, 934936, 869874, 825818 см-1) (рис. 15, 16; таблица 4). Стехиометрию процесса комплексообразования инулина с йодидом калия изучали спектрофотометрическим методом изомолярных серий. Этот метод основан на регистрации изменения оптической плотности серии растворов с постоянной соотношением. В данном случае были зарегистрированы УФ-спектры поглощения серии растворов смесей инулина и калия йодида, мольные соотношения в которых изменялись от 0:10 до 10:0.

Рисунок 15. ИК-спектр инулина в области 1800-600 см- Рисунок 16. ИК-спектр йод-инулина в области 1800-600 см- Если между компонентами нет взаимодействия, оптическая плотность растворов смеси должна представлять собой сумму оптических плотностей компонентов, взятых по отдельности при данных концентрациях. При наличии взаимодействия наблюдается отклонение от аддитивности. В данной работе была снята серия растворов смесей инулин-KI, спектры которых представлены на рисунке 17.

Таблица 4 – Данные ИК-спектров инулина и его соединения с йодистым калием (вазелиновое масло, см-1, IR Prestige-21-Shimadzu) Рисунок 17. Кривые поглощения изомолярной серии растворов для системы экстинкции KI (растворы инулина в используемой концентрации в данной области спектра не поглощают), была построена зависимость их величин от соотношения реагентов в растворе. Как следует из экспериментальных данных (рис. 18), в рассматриваемом случае наблюдается отклонение от аддитивности, максимальное отклонение отмечено при соотношении реагентов 1:1, можно предполагать образование в системе соединений такого состава.

Рисунок 18. Зависимость изменения оптической плотности растворов Чтобы определить место локализации новых связей, за счет которых происходит взаимодействие между молекулами инулина и йодида калия, были сняты спектры ЯМР инулина и его соединения с йодидом калия в d6-DMSO и в D2O. Вероятно, диметилсульфоксид, как сильный координирующий растворитель, способен разрушить комплекс инулин-KI, поскольку не было обнаружено значимых отличий в спектрах исходного и синтезированного соединений.

В то же время в D2O удалось зафиксировать изменение химических сдвигов для ряда сигналов молекулы инулина при образовании комплекса с йодидом калия. Как видно из представленных в таблице 5 данных, взаимодействие с KI происходит в основном при участии первичной и вторичной гидрокси-групп у С и С6 фруктозного фрагмента. Отмечен также существенный сдвиг сигнала С1, связанного с атомом кислорода в эфирной цепочке. Определенный вклад в образование соединения вносит, вероятно, и взаимодействие через первичную гидрокси-группу шестичленного цикла (химические сдвиги у атомов С4’, С5’ и С6’ (рис. 19).

Таблица 5 – Отнесение сигналов в спектрах ЯМР 13C инулина и йодинулина, D2O, м.д., 125,76 МГц, Bruker AV Йодинулин Следующим этапом работы было проведение оценки размеров частиц изучаемых соединений при их распределении в водной среде. На рисунке приведены результаты исследования размеров частиц низкомолекулярного казеина, БАД «Йодказеин» (а) и БАД «Йод-инулин» (б).

Рисунок 20. Размеры частиц казеина и БАД «Йодказеин» (а); частиц «Йодинулин» (б) Результаты измерений размеров частиц биополимеров представлены в виде распределения частиц по размерам, которые показывают долю частиц с данным диаметром. При смешении образцов с водой образуются надмолекулярные агрегаты (мицеллы). Поэтому приведенные результаты правильнее будет относить именно к таким образованиям, а не к суспензиям.

Установлено, что модификация казеина йодом (йодказеин) приводит к уменьшению размеров частиц с 4,5 мкм до 3,5 мкм, образуя в водных растворах микрогетерогенные дисперсные системы. Можно предположить, что бимодальность некоторых распределений обусловлено нестационарностью процесса образования надмолекулярных агрегатов и связано с появлением частиц разной природы. Йод-инулин формирует в водных растворах частицы, размер которых колеблется в диапазоне значений от 1х10-2 до 3х10-2 мкм.

ГЛАВА 5. ИЗУЧЕНИЕ АНТИОКСИДАНТНЫХ СВОЙСТВ

ИНУЛИНА В МОДЕЛЬНЫХ ТЕСТ-СИСТЕМАХ

В ходе проведенных исследований были изучены антиоксидантные свойства инулина. Антиокислительная активность полисахарида оценивалась параллельно в 2-х модельных тест-системах. В I-й системе генерировались процессы образования АФК, а во II-й – реакции свободнорадикального перекисного окисления липидов. Как видно из таблицы 6, где представлены результаты изучения антиоксидантной активности в I-й модельной тест-системе, водный раствор инулина в объеме 0,01 мл (концентрация инулина в 10 раз меньшей физиологической) вызывает достоверное уменьшение светосуммы в 1, раза – с 5,03 ± 0,25 у.е. в контроле до 4,32 ± 0,21 у.е. (р 0,05) в опыте. Более высокие концентрации исследуемого полисахарида также понижают показатели светосуммы. Так, значение ХЛ водного раствора инулина, где его содержание соответствует регламентированной дозе, составило 3,08 ± 0,10 у.е. (р 0,001). При введении в среду инкубации 1,0 мл раствора инулина с концентрацией в 10 раз большей физиологической светосумма свечения составила 3,00 ± 0,08 у.е. (р 0,001).

Таблица 6 – Показатели хемилюминесценции растворов инулина ХЛ, у.е.

светимость светимость Примечание:* - различие с контролем статистически достоверно (р 0,05) липопротеидов при добавлении инулина в регламентируемой дозировке (0,1 мл), в 10 раз меньшей (0,01 мл) и в 10 раз большей (1 мл).

Таблица 7 – Показатели ХЛ желточных липопротеидов при Показатели ХЛ, у.е.

Светосумма 24,44 ± 0,57 22,33 ± 0,47* 21,42 ± 0,40*** 18,64 ± 0,54*** светимость светимость Примечание: * - различие с контролем статистически достоверно (р 0,05) ** - различие с контролем статистически достоверно (р 0,01) ***- различие с контролем статистически достоверно (р 0,001) Во II-й модельной тест-системе все исследованные дозировки проявляли антиокислительные свойства, при этом доза в 10 раз меньшей физиологической снижает светосумму ХЛ желточных липопротеидов на 8,6 %: с 24,44 ± 0,57 у.е. в контроле до 22,33 ± 0,47 у.е. в опыте (р 0,05); полисахарид инулин в регламентированной дозе снижает интенсивность ХЛ на 12,4 % – до 21,42 ± 0, у.е. (р 0,001); концентрация, в 10 раз превышающая суточную дозу, снижает светосумму ХЛ в наибольшей степени – на 23,7 % по сравнению с контролем – до 18,64 ± 0,54 у.е. (р 0,001). Таким образом, результаты исследований показали, что инулин проявляет свои биоантиоксидантные свойства в модельных тестсистемах, ингибируя как процессы образования активных форм кислорода, так и реакции цепного перекисного свободнорадикального окисления липопротеидов.

Следовательно, инулин можно рекомендовать как средство для коррекции патофизиологических сдвигов в системе окислительного гомеостаза.

ГЛАВА 6. ОПРЕДЕЛЕНИЕ АНТИ- И ПРООКСИДАНТНЫХ

СВОЙСТВ ЙОДБИОПОЛИМЕРОВ МЕТОДОМ

ХЕМИЛЮМИНЕСЦЕНТНОГО АНАЛИЗА

Известно, что неорганические формы йода в модельных тест-системах проявляют прооксидантную активность, индуцируя реакции СРО. В данном разделе исследований изучена антиокислительная активность комплекса йодинулин (приложение № 1) в 2-х модельных тест-системах: в I-й генерировались процессы образования АФК, а во II-й – реакции ПОЛ. В качестве инициатора реакций ПОЛ использовали раствор 50 мМ сернокислого железа (FeSO4·7H2O).

На рисунке 21 приведена запись хемилюминесценции в I-й модельной тестсистеме, где генерировали образование АФК – супероксиданионрадикал кислорода (О2•), гидроксильный (ОН•) и гидропероксильный (О2Н•) радикалы.

Рисунок 21. Хемилюминесценция в I-й модельной тест-системе, где генерировались процессы образования АФК: (1) контроль; при добавлении БАД йод-инулин: (2) 0,01мл; (3) 0,1 мл; (4) 1,0 мл Добавление солей железа сопровождалось быстрой вспышкой, за которой следовало развитие медленной вспышки. Как видно из таблицы 8, исследуемый йодполисахаридный комплекс в объеме 0,01 мл не оказывал существенного влияния на интенсивность образования АФК: показатель светосуммы хемилюминесценции составил 19,33 ± 1,13 у.е., спонтанного свечения – 2,48 ± 0,19 у.е., амплитуды вспышки – 9,09 ± 1,29 у.е., максимальной светимости – 10, ± 1,04 у.е. против 20,55 ± 1,78 у.е., 2,99 ± 0,37 у.е., 11,01 ± 1,45 у.е. и 9,21 ± 0, у.е. соответственно в контроле. В более высокой концентрации (0,1 мл) БАД проявляла антиоксидантные свойства. При этом среднеарифметическое значение показателя светосуммы ХЛ в опыте (0,1 мл) составило 15,34 ± 0,92 у.е. (р 0,05), тогда как в контроле – 20,55 ± 1,78 у.е. – снижение светосуммы на 25,3 %.

Таблица 8 – Показатели хемилюминесценции в I-й модельной тест-системе Условия Объём опыта добавки светосумма Примечание:* - различие с контролем статистически значимо (р 0,05) **- различие с контролем статистически значимо (р 0,01) *** - различие с контролем статистически значимо (р 0,001) На рисунке 22 представлена запись ХЛ липидов, выделенных из куриного желтка.