«ИННОВАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ В ОБЛАСТИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ И ПРОДУКЦИИ ОБЩЕСТВЕННОГО ПИТАНИЯ ФУНКЦИОНАЛЬНОГО И СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО НАЗНАЧЕНИЯ Коллективная монография САНТК-ПЕТЕРБУРГ 2012 УДК 664(06) ББК 39.81 И 66 ...»

1) Безусловно, употребление разнообразной пищи с большим содержанием растительных пищевых продуктов считается оптимальным способом получения необходимых для организма физиологически активных нутриентов. Комбинации многочисленных физиологически активных веществ, присутствующие в плодах, овощах и вегетативной массе растений, их вероятный, еще плохо изученный синергизм, обеспечивают адекватный уровень наших потребностей в этих нутриентах. Именно поэтому натуральные продукты, содержащие природные комплексы эссенциальных нутриентов, являются сырьевой основой для производства продуктов питания группы «Здоровье».

Необходимо отметить, что для отечественных разработок характерно создание продуктов функционального и специализированного назначения на основе и с использованием разнообразных сырьевых форм культурной и дикорастущей флоры.

Но в настоящее время мы используем не более 30% суммарного генофонда растительных ресурсов. Для более полного использования биологического и экономического потенциала растений требуется систематическое и детальное исследование всего разнообразия форм культурных растений, включая сорта народной селекции и староместные сорта, а также дикорастущие виды культивируемых растений.

Во многих странах отмечена активность в области исследования вторичных метаболитов растений и их оздоровительных свойств в продуктах функционального питания. Достаточно упомянуть о базе данных университета штата Иллинойс (Чикаго), в которой собрано около 50 000 публикаций об оздоровительном действии вторичных метаболитов растений.

С нашей точки зрения, актуально проведение подобной работы по обобщению результатов исследований биохимического состава отечественной флоры. Растительный мир, наряду с другими природными ресурсами, такими как газ и нефть, является одним из главных достояний России. В настоящее время закончилась индустриальная эпоха. Мы вступили в эпоху биотехнологическую. В эту эпоху проблема агробиоразнообразия приобрела глобальный характер.

Ценность и значение генетических ресурсов растений возросла благодаря развитию генной инженерии и биотехнологии. Необходимо заявить, что в ближайшей перспективе приобретет актуальность и такая проблема как функциональное питание и трансгенные растения.

Очевидные успехи и перспективы получения новых трансгенных форм с заданными биохимическими свойствам диктует и такую постановку проблемы как создание определенных форм трансгенных растений для производства продуктов питания функционального и специализированного назначения с заданным набором медико-биологических и технологических свойств.

2) Для производства обогащенных (усиленных) продуктов питания существуют признанные научно-обоснованные концепции. Разработаны «Общие принципы по добавлению незаменимых нутриентов в пищевые продукты», которые были представлены Комитетом по питанию и пищевым продуктам специального диетического назначения (CCNFSDU) и приняты Комиссией Кодекс Алиментариус с поправками в 1987-1991 гг. Во многих странах программы по обогащению пищевых продуктов имеют статус государственных и используются в целях ликвидации или снижения дефицита микронутриентов и улучшение здоровья населения.

Дальнейшие инновационные разработки в этой области будут определяться появлением новых нутрицевтиков, перспективных для использования в качестве ингредиентов функциональных продуктов питания. К их числу принадлежат пептиды и белки-дефензины. В практике это направление является основным способом формирования свойств, обеспечивающих заявленную пользу для здоровья.

3) Продукты питания типа «free from», исключающие присутствие определенных ингредиентов, относятся к той группе продуктов специализированного назначения, производство которых развивается весьма динамично. По данным Euromonitor International за период с 2005 г. по 2006 г. наибольший рост продаж специализированных продуктов типа «free from» наблюдался в Северной Америке (прирост 22 % в год). Затем следовала Латинская Америка – 21 %, Азиатско-Тихоокеанский регион – 19 %, Западная Европа – 11 %. Восточная Европа показала более медленный рост – 9 %. Динамика технологических разработок в этой области также положительна. Особо хотелось бы отметить отечественные технологические разработки в области безглютеновых продуктов питания как одного из продуктов типа «free from».

4) Говоря об искусственных продуктов питания, необходимо отметить фундаментальные научные и прикладные разработки отечественных ученых, принадлежащих к школам Покровского А.А. и Несмеянова А.Н. Во второй половине 20-ого века специалистами этих школ были разработаны теоретические основы взаимодействия белок-белок и белок-полисахариды, благодаря которым формируется текстура пищевых продуктов (Толстогузов В.Б.); разработаны химические основы формирования таких органолептических свойств продуктов как вкус и запах (Головня Р.В.);

предложены химические и энзиматические процессы синтеза пищевых аминокислот и пептидов (Беликов В.М.), разработаны биохимические обоснования концепции сбалансированного питания, биохимические принципы лечебного питания и биохимические принципы рассмотрения пищи как сложного фармакологического комплекса (Покровский А.А., Самсонов М.А., Тутельян В.А., Высоцкий В.Г.). Научную концепцию функционального питания невозможно представить без фундаментальных работ Уголева А.М. в области физиологии пищеварения, без предложенной им новой междисциплинарной науки трофологии.

«Учение о трофологии и трофологический подход позволяют рассматривать процесс ассимиляции пищи из желудочно-кишечного тракта не только как источник питательных веществ и энергии, но и как источник различных гормонов и биологически активных веществ, поступающих и образующихся в желудочно-кишечном тракте. А также балластных веществ, необходимых для жизнедеятельности микрофлоры и образования вторичных нутриентов, в том числе регуляторных» (Ткаченко Е.И., 2002 г.) 5) Создание нанотехнологических продуктов питания и продуктов питания, сконструированных на основе генетических предпосылок, являются новейшими исследовательскими направлениями.

В случае нанобиотехнологии предметом исследований являются биотехнологические системы с функциональными компонентами нанометровых масштабов (Hartmann, 2003). Для этих случаев, как правило, характерно сочетание таких подходов, как нанотехнологическая задача, биотехнологическая методика, исследование молекулярной самоорганизации. Различают два типа таких подходов: от нано к био и от био к нано.

На основе подхода от нано к био создаются микроэмульсии. В отличие от макроэмульсий микроэмульсии прозрачны и термодинамически стабильны. Размер частиц варьирует в диапазоне от 20 нм до нескольких м. Подход от био к нано демонстрируется на примере липосом. Биологические структуры в процессе эволюции приобретают уникальные свойства к самоорганизации. В частности, такими структурами являются фосфолипиды, которые самоформируются в липосомы. Липосомы являются закрытыми везикулами (капсулами), образованными бислоями полярных липидов. Внутри которых могут быть заключены гидрофильные, гидрофобные или амфифильные вещества. Липосомальные технологии имеют большой потенциал для применения в таких областях как фармакология, диагностика, косметика, продукты питания специального назначения, лечебное питание. Липосомы можно рассматривать как одну из форм доставки нутрицевтиков.

6) Несколько слов о так называемом генетическом питании. Современные достижения в генетике и молекулярной биологии указывают, что восприимчивость к хроническим заболеваниям таким как сердечно-сосудистые, диабеты, ожирение, остеопороз, алкоголизм, рак и некоторые другие в значительной степени предопределены генетически. Поэтому знание нашей генетической индивидуальности с учетом, естественно, факторов окружающей среды, будет корректировать питание, фармакотерапию и стиль жизни. Но разработка таких рекомендаций возможна при одновременном развитии таких направлений в нутрициологии как нутригеномика и нутригенетика. Индивидуальные диетические рекомендации будут принимать во внимание генетическую предрасположенность и надлежащую энергетическую потребность.

Характерные особенности этой области научных исследований и производства:

1) Отчетливый социальный аспект, направленный на а) решение проблемы адекватной обеспеченности населения микроэлементами и устранение дисбаланса в обеспеченности пищевыми веществами, связанного, как правило, с региональными особенностями структуры питания; в) профилактику и лечение наиболее распространенных алиментарно-зависимых болезней цивилизации (сердечно-сосудистые заболевания, ожирение, диабет и др.); с) решение проблемы генетической предсказуемости диет как для отдельных людей, их семей, отдельных групп в популяции, в частности социальной адаптации лиц с наследственными энзимопатиями;

2) Производство функциональных продуктов питания является наукоемкой отраслью пищевой промышленности. Она ориентирована на системные исследования, их междисциплинарный характер, на решение задач производства на базе комплексных теоретических исследований и привлечение методов, средств смежных отраслей техники и промышленности, химии, медицины, биологии, общественных наук. В настоящее время организация технологических исследований предусматривает знание нутрициологии, психологии питания, социологии питания, пищевой экологии, педагогики питания (современные проблемы школьного питания);

3) Производство функциональных и специализированных продуктов питания следует рассматривать как явление макроэкономического порядка, одним из направлений развития мирового хозяйства и областей международных экономических отношений. В последние 15-20 лет для всех стран мира одним из важных факторов, формирующим направления научно-технического прогресса стали требования к охране окружающей среды, безопасности и здоровья человека.

Становление нового сектора продуктов питания сопряжено с изучением биологического разнообразия планеты как источника биологически активных компонентов для продуктов группы «Здоровье» с заданным химическим составом. Ценность и значение генетических ресурсов возросли благодаря развитию генной инженерии и биотехнологии. В мире возникла и устойчиво развивается тенденция защиты окружающей среды и природного биоразнообразия через регулирование экономических отношений, складывающихся в процессе производства, распределения и потребления возобновляемых ресурсов растительного происхождения.

4) Наконец, необходимо принимать во внимание такие структурные изменения мирового хозяйства как сформировавшийся рынок товаров и услуг, мировой рынок НИОКР и информации. Динамика технологических разработок в области продуктов функционального и специализированного назначения возрастает, о чем свидетельствует увеличение в 2,5-3 раза прироста патентования в 10 странах мира за период с 2004 по 2007 гг. Постепенно возрастают объемы производства и продаж продуктов функционального и специализированного назначения. Например, по данным Euromonitor International в Англии за период с 2007 по 2012 гг. ожидаемый рост продуктов только одного сегмента (специализированные продукты типа free from) составили 354 млн. фунтов. Технологии и продукты функционального питания могут стать одним из ресурсных потенциалов России.

В международной хозяйственной практике сложились основные принципы формирования и регулирования инновационных процессов. Общий принцип состоит в том, что «инновационный потенциал отдельной страны нельзя измерять конкретными изделиями, его следует понимать как постоянную, пронизывающую всю экономику, способность создавать и применять пионерные технологические новшества» (National Research Council report on international competition in advanced technology, US Senate, 98-th Congr, Wash, 1983, p.13).

Наиболее существенным фактором, формирующим инновационную активность, является экономическая деятельность государства, в частности специальная инновационная политика.

Особенности государственной целенаправленной инновационной политики на примере США и Японии состоят в следующем:

Формирование государственной научной политики, создание резерва фундаментальных научных идей, подготовки соответствующих специалистов для создания основы, на которой можно было бы осуществлять разработку новых технологий.

Государственное участие в финансировании НИОКР, особенно в сфере фундаментальных исследований. Во многих развитых странах государственные ассигнования на НИОКР составляют 45-50% от их стоимости. Одна из основных форм передачи государственных средств на научные исследования – заключение контрактов. Для системы государственной поддержки инновационного процесса характерно распределение целевого финансирования, когда финансовые ресурсы сосредотачиваются на приоритетных направлениях, наиболее значимых для экономического развития страны в целом.

Установление эффективных долгосрочных связей между фундаментальной наукой и промышленностью путем организации центров инженерных исследований для решения проблематики, интересной для промышленности; путем организации специальных курсов обучения специалистов частных фирм в университетах и федеральных лабораториях.

Меры специального характера, прямо направленные на стимулирование инновационной активности бизнеса:

- различные программы поддержки нововведений в малых фирмах;

- предоставление им рискового капитала из государственных средств;

- разрешение патентования результатов исследований и разработок, проведенных в частных фирмах, за счет государства;

- передача университетам и малым фирмам прав на изобретения, сделанные на средства государства;

- гарантия фирмам-новаторам в приоритетных областях льгот в области налогового и амортизационного законодательства, предоставление льготных целевых кредитов, государственные закупки;

Скрытые формы финансовой поддержки зачастую действуют более эффективно, в качестве стимуляторов инновации, чем прямое государственное финансирование. В конце 20-го столетия в теории менеджмента и в мировой хозяйственной практике накоплен определенный опыт по управлению инновационным процессом.

В рамках данного сообщения мы обратим ваше внимание на преимущества малого бизнеса при реализации инновационных процессов. Этот акцент не случаен, так как в зарубежной литературе приводятся многочисленные примеры того, как мелкие фирмы становятся пионерами в создании и освоении многих научно-технических достижений. По оценке Организации экономического сотрудничества и развития на долю мелких и средних фирм в развитых капиталистических странах приходятся 10всех новшеств, хотя их доля в расходах на инновацию составляет всего 4-5 %.

Успех малых фирм в области инновации объясняется несколькими причинами:

мелкие и средние фирмы эффективны в отраслях, в которых стоимость вхождения на рынок относительно невелика;

мелкие и средние предприятия успешно действуют на рынке потребительских товаров, связанных с индивидуальными потребностями, скоропортящимся характером продукции и т.д.;

мелкие и средние предприятия выпускают товары на узкий сегментный рынок, связанный с новейшими оригинальными товарами;

для них характерна узкая специализация их научных поисков или разработка небольшого круга технических идей;

другими преимуществами являются быстрая адаптация к рынкам, гибкость управления, гибкость внутренних коммуникаций.

Однако главная роль в успехе малых инновационных фирм отводится системе рискового (венчурного) финансирования.

В нашей стране приняты «Основы государственной политики Российской Федерации в области здорового питания населения на период до 2020 года», которые утверждены распоряжением Правительства РФ от 25 октября 2010 г. № 1873-р. Признано, что одной из задач государственной политики в области здорового питания является развитие производства пищевых продуктов, обогащенных незаменимыми компонентами, специализированных продуктов детского питания, продуктов функционального назначения, диетических (лечебных и профилактических) пищевых продуктов и биологически активных добавок к пище, в том числе для питания в организованных коллективах.

Безусловно, данное постановление исключительно актуально, поскольку негативные тенденции в состоянии популяционного здоровья и продолжительности жизни населения России связываются с рядом объективных причин, одной из которых является неправильная структура питания, обусловленная дефицитом потребления основных групп пищевых продуктов: белков, витаминов, макро- и микро элементов, а также других биологически активных веществ. В постановлении совершенно правильно обращается внимание. Что основные задачи политики здорового питания должны решаться на региональном уровне с учетом специфики конкретного региона. Тем не менее, механизмы его реализации, касающиеся, прежде всего, финансовой поддержки инноваций в этой области, практически не обозначены.

С нашей точки зрения, учитывая мировой опыт хозяйственной практики, значительную роль в развитии производства продуктов питания функционального и специализированного назначения должен играть малый бизнес при адекватной поддержке со стороны государственных и региональных организаций. Это, прежде всего, связано с тем, что производство продуктов прежде всего специализированного назначения является малотоннажным и узко сегментированным. Данный тезис подтверждается условными расчетами, приведенными в таблице 2. Расчеты выполнены на основании данных, представленных Санкт-Петербургским медико-генетическим центром за 1995 г.

Одной из форм участия малого бизнеса в реализации задач государственной политики в области здорового питания является создание малых инновационных предприятий при ВУЗах, имеющих специализированные кафедры.

Наш университет – инициатор развития такой формы малого предпринимательства. В 2012 г. наш университет совместно с ООО «ПРОТЕИН» зарегистрировали МИП «Биоресурс», которое будет заниматься опытным производством новых продуктов функционального и специализированного назначения, разрабатываемых на кафедре технологии и организации питания и кафедре товароведения.

В таблице 3 представлен ассортимент продуктов питания функционального назначения, разработанный сотрудниками и аспирантами кафедры технологии и организации питания за последние 10 лет.

Другими задачами МИП является выполнение НИОКР в области технологии продуктов питания группы «Здоровье» по договорам со сторонними организациями, практическая подготовка специалистов в данной области и проведение обучающих семинаров.

Хочу пожелать успехов университету в этом новом и своевременном начинании. Необходимо, чтобы инновационный потенциал России приумножался, в том числе за счет технологий продуктов функционального и специализированного назначения, и был главным преимуществом нашей страны перед конкурентами.

1) Технологии пищевых продуктов функционального и специализированного назначения являются приоритетной областью исследований, наиболее значимой для Ориентировочная потребность в специализированных продуктах при некоторых видах заболеваний детей Пищевая ал- Сухая смесь на основе Лактазная Сухая смесь на молочной недостаточ- основе с низким содер- 12 % детей (от 1 до Ассортимент продуктов функционального назначения № Типы кулинарной продукции и ас- Функциональное на- Авторы 1 Мучные кондитерские и хлебобу- Диетотерапия лиц с -безглютеновые пряничные, хлебо- патией. Барсукова Н.В.

использованием муки и изолята Диета для больных -безглютеновые вафельные изделия дисбактериозы. Попов В.С.

на овсяной муке и сахарозамените- Обогащение макро и -бисквитные и хлебобулочные из- пищевыми волокна- Липатов И.Б.

делия с альгинатами и ламинарией; ми, биологическиржаные кексы из дрожжевого теста активными вещести теста на химических разрыхлите- вами. Быченкова В.В.

холодные соусы и заправки на ос- та ПНЖК, оптиминове физиологически функциональ- зация жирнокислотных купажей растительных масел ного состава посо сбалансированным жирнокис- требляемых масел лотным составом -каши, запеканки, крупеники на ос- выми волокнами, 4 Блюда из рубленного мяса: Обогащение белка- Панкина И.А.

-паштеты, котлеты мясные, кури- ми, пищевыми воные с добавлением люпиновой дис- локнами, диетотераперсии пия лиц с глютеновой энтеропатией экономического развития страны в целом и усиливающей ее конкурентные позиции на мировом рынке продуктов питания;

2) Существенная роль в коммерциализации технологических разработок в этой области принадлежит малым формам предпринимательства, которым необходима государственная поддержка, как важнейшая составляющая инновационного процесса.

3) Развитие и реализация современных направлений в пищевой технологии определяются формированием корпуса специалистов с высокой творческой мотивацией;

4) Необходима реализация арсенала законченных технологических исследований в рамках инвестиционных региональных программ, целью которых является совершенствование системы здорового образа жизни, улучшение социальной адаптации лиц, страдающих алиментарнозависимыми заболеваниями, путем оптимизации питания, использования специализированных пищевых продуктов.

1. Приоритеты развития науки и научного обеспечения в пищевых и перерабатывающих отраслях АПК: механизм формирования и реализации (часть II), под общей редакцией А.Н. Богатырева, В.И.Тужилкина, М., Издательский комплекс МГАПП, 1995, 226 с.

2. В.Н. Красильников, О.И. Кузнецова «Регламент ЕС о продуктах оздоровительного действия. Проблемы и перспективы внедрения в молочной промышленности», Молочная промышленность, № 7, 10-12, 2009.

3. В.Н. Красильников «Возобновляемые растительные ресурсы России как стратегический фактор в международных экономических отношениях и в обеспечении национальной и глобальной продовольственной безопасности» в монографии «Стратегический направления развития внешнеторговых отношений макрорегионов России по улучшению инвестиционного климата при сохранении экономической безопасности в условиях вступления в ВТО», монография под редакцией Н.В. Панковой, Л.Н. Борисоглебской, СПб., 2011, С. 329-339.

4. Н.В. Панкова, Л.Н. Борисоглебская, Дибраева Э.Ш. «Инновационное развитие экономики России в контексте вступления в ВТО: создание инновационной инфраструктуры поддержки малого бизнеса», в монографии «Стратегический направления развития внешнеторговых отношений макрорегионов России по улучшению инвестиционного климата при сохранении экономической безопасности в условиях вступления в ВТО», монография под редакцией Н.В. Панковой, Л.Н. Борисоглебской, Санкт-Петербург, 2011, С. 257-279.

5. В.Н. Красильников, И.П. Гаврилюк «Пищевые технологии: ожидания первой четверти XXI века», Пищевые ингредиенты, сырье и добавки, № 2, 2009, С. 30И.Ю. Потороко,

ВОЗМОЖНОСТИ ПРИМЕНЕНИЯ МЕТОДА ЛАЗЕРНОЙ ДИФРАКЦИИ ДЛЯ

ИССЛЕДОВАНИЯ СВОЙСТВ СЫРЬЯ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ,

ПРОИЗВЕДЕННЫХ НА ОСНОВЕ ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ

Современные технологии производства пищевых продуктов выстроены таким образом, чтобы в процессе преобразования основных сырьевых компонентов, можно было получить продукт, обладающий приемлемыми потребительскими свойствами, при этом максимально сохранить, либо усилить нативные свойства сырья, что в дальнейшем обеспечит конкурентное преимущество продукции на товарном рынке. К сожалению, выбор тех или иных параметров переработки исходного сырья без дополнительного исследования его технологических свойств не может в полном объеме обеспечить достижение указанной цели.

Производство молочных продуктов в настоящее время интенсивно развивается и является высокотехнологичным, только в том случае, если оно основано на глубоком знании микробиологии и ферментологии. Для развития отрасли необходимо повышение эффективности производства, однако производитель, чаще всего, находится в условиях информационной неопределенности в отношении характеристик исходного сырья, когда стандартные методы в установлении его качества не обеспечивают достаточного количества информации, либо ее достоверности – это, в свою очередь, обусловливает снижение качества готовых изделий. В связи, с чем требуется исследование применимости современного аналитического оборудования с целью получения достоверной информации о состоянии системы объекта и возможности интенсификации технологических процессов.

В работе было проведено изучение возможности применения метода лазерной дифракции для исследования свойств молочного сырья разных способов обработки, используемого для производства кисломолочных продуктов. В качестве объектов исследований использовали молоко-сырье (контроль) и молоко-сырье, обработанное методами электрофизического воздействия. Оценка объектов проводилась по расширенной номенклатуре показателей, включая дисперсионный анализ среды (микроструктуру). Для оценки микроструктуры использовали Nanotrac Ultra, принцип действия, которого основан на том, что лазерный луч, проходя через жидкость, отражается от движущихся частиц и возвращается в камеру прибора. В зависимости от спектрального расширения отраженного луча рассчитывается размер частиц. Метод построения распределения частиц по размерам основан на спектральном анализе доплеровских сдвигов. Образец в ячейке облучается лазером, и под углом 180° регистрируется рассеянный свет, вызванный броуновским движением частиц. Нижний уровень обнаружения размеров частиц (до 0,8 нм), повышенная точность и воспроизводимость результатов измерений.

Структурные характеристики исследуемого объекта, по сути, обусловливают его качественные и технологические свойства, а также поведение в процессах деформирования, однако важно учитывать их физическую и химическую сущность.

Зачастую эти структуры обладают способностью к самопроизвольному восстановлению после разрушения. Нарастание прочности после разрушения, обычно до первоначальной, происходит постепенно в результате броуновского движения высокодисперсных частица, а толщина прослоек зависит в определенной мере от содержания дисперсионной среды. Все это следует учитывать при прогнозировании технологических процессов, поэтому возникает необходимость в информации о структурном состоянии системы [1, 2, 5].

Для описания процессов деформирования используют кривые течения (реограммы), которые связывают между собой напряжение и скорость деформации или деформацию. Характер реограмм дает возможность отнести данный реальный продукт к тому или иному виду реологических тел. Благодаря внедрению современных методических разработок исследователь получает возможность вывода результатов анализа, а значит наблюдать изменения в динамике.

Современные модели анализаторов способны решать практически любые задачи в ходе анализа размеров частиц и характеризуются высокой точностью полученных результатов, широким спектром измерений, а также простотой в эксплуатации. В настоящее время лазерная дифракция становится приоритетным стандартным методом определения дисперсности частиц во многих отраслях промышленности, однако ее применимость в пищевой индустрии в настоящее время весьма ограничена. При этом для множества пищевых коллоидов с помощью данного метода, возможно, предопределить ряд параметров и режимов последующей технологической обработки [4, 6].

Сущность метода лазерной дифракции с использованием прибора серии Microtrac состоит в том, что при определении размеров частиц регистрируются не сами частицы, а рассеянный свет от этих частиц (дифракционная картина) и угол рассеяния универсально пропорционален размеру частиц. Рассеянное частицами излучение регистрируется под разными углами с помощью высокочувствительного многоэлементного кремниевого детектора – фотодиодной матрицы. Излучение полупроводниковых лазеров с помощью линзы фокусируется в плоскость детектора, проходя при этом через измерительную кювету, в которой осуществляется проток анализируемой суспензии, эмульсии или сухого порошкообразного материала.

При наличии в кювете частиц наблюдается рассеяние света (дифракция). Угловая зависимость интенсивности рассеянного излучения (индикатриса рассеяния) определяется размером частиц и длиной волны лазера. Изменение индикатрисы и последующая программная обработка результатов позволяет определить характер распределения частиц по размерам данной системы. Приборы серии Microtrac обеспечивают высокую точность измерений, в том числе для частиц с неправильной формой, минимизируют уровень погрешности и обеспечивают стабильные легко воспроизводимые результаты. Полученные данные объемного распределения могут быть проконвертированы в значения количественного распределения или данные распределения частиц по максимальной длине (рис. 1).

Рис. 1. Совокупная кривая и данные распределения частиц по максимальной Прибор позволяет исследовать распределение частиц по размерам в нано- и микрометровом диапазоне. Используемый фирмой Microtrac метод лазерной дифракции позволяет получать данные объемного распределения частиц по размерам по данным измеряемой индикатрисы светорассеяния.

На первом этапе исследований проводилась оценка дисперсной системы молока с различной массовой долей жира (рис. 2, 3, 4).

Рис. 2. Совокупная кривая распределения частиц молока-сырья с массовой долей Рис. 3. Совокупная кривая распределения частиц молока-сырья с массовой долей Сведения о параметрах коллоидных систем, в частности размерах частиц и равномерности распределения дисперсной фазы в дисперсионной среде, позволяют отслеживать состояние систем в различных условиях. Так, процесс формирования качественных характеристик молочных продуктов предусматривает непрерывное наблюдение за их устойчивостью, так как данные системы чрезвычайно чувствительны к внешним факторам воздействия.

Рис. 4. Совокупная кривая распределения частиц молока-сырья с массовой долей Молочный сахар растворен в дисперсионной среде молока, величина его молекул 1…1,5 нм. Соли молока находятся в ионно-молекулярном состоянии в виде частиц размером менее 1,0 нм, либо в виде коллоидных частиц размером 10…20 нм.

Белковые вещества образуют коллоидные растворы, размер частиц казеина 40…200 нм, альбумина – 15…20, глобулина – 25…50 нм. Жир молока находится в виде эмульсии, при охлаждении молока – в виде суспензии, размер частиц 0,5... мкм. Анализируя данные дисперсного состава по совокупным кривым, можно говорить о возможности их использования для оценки белково-жировой фракции молока [3, 6, 10, 11].

На втором этапе исследовалась применимость метода в оценке свойств молочного сырья после воздействия ультразвуковой (УЗ) кавитации. По мнению учных, использование высокочастотных звуковых волн дает возможность как понизить себестоимость переработки, так и создать новые продукты. Проведение УЗ через жидкость провоцирует серию химических и физических реакций, начиная с микропузырьков, в результате циркуляции которых возникают нагревающиеся зоны. УЗ также провоцирует реакцию среди атомов и молекул жидкости, процесс обладает значительным потенциалом в том, что касается изменения структуры молекул и химических реакций, возникающих в жидкостях, есть мнение о возможности влияния этой технологии на молочный белок [2, 3, 6, 8].

Именно это определило интерес исследования ультразвуковой кавитации на дисперсную систему молока. В данной серии опытов проводили анализ размеров частиц молока до и после ультразвукового воздействия (рис. 5). Режим ультразвуковой кавитационной обработки 2 кВт с частотой 22±1,65 кГц; экспозиция в минутах – 1, 3 и 5 при 30 % мощности воздействующего фактора.

После воздействия на молоко ультразвуковой кавитации фракционный состав дисперсной среды изменился и можно отметить некоторое выравнивание частиц по размерам.

В дисперсных средах определяются три фракции следующих размерных рядов: первая – 2076…2760nm; вторая – 293…472nm; третья – 119…154nm. Так, например, после воздействия в течение 60 сек в образцах молока жирностью 4,52 % присутствуют частицы двух размеров: 48,9 % размером 4 230 nm и 51,1 % размером 152 nm; в образцах молока жирностью 2,66 % присутствуют частицы трех размеров: 5,9 % размером 5510 nm, 3,7 % размером 1 095 nm и 90,4 % размером 172 nm; в образцах молока жирностью 3,67 % также присутствуют частицы трех размеров в следующем соотношении: 59,1 % размером 2 580 nm, 27 % размером 358 nm, 13,9 % размером 130,7 nm.

Рис. 5. Совокупные кривые распределения частиц молока контрольного образца (а) После воздействия на молоко ультразвуковой кавитации в течение 180 сек.

фракционный состав дисперсной среды продолжает меняться и можно отметить некоторое выравнивание частиц по размерам. В дисперсных средах определяются три фракции следующих размерных рядов: первая – 2 076…2 760 nm; вторая – 293…472 nm; третья – 119…154 nm.

Увеличение длительности ультразвукового воздействия фактически выравнивает размеры частиц до значений от 75 nm до 369 nm, доводя их до истинных систем. Процентное значение количественного распределения позволяет судить о доле частиц различного размера в составе исследуемой коллоидной системы. В свою очередь массовое распределение показывает массовую долю сгруппированных по размерам частиц. В процессе изменения длительности ультразвуковой кавитационной обработки фракционный состав дисперсной среды меняется, наблюдается дробление частиц. В результате исследований было установлено, что высокочастотные волны могут влиять на размер и форму молекул молока.

Исследование фракционного состава молока с помощью метода лазерной дифракции позволяет не только оценить состав дисперсной системы, идентифицировать исследуемый объект, но и спрогнозировать режим обработки молока с учетом исходных данных состава на этапе выбора метода. Для дисперсной системы молока с помощью данного метода, возможно, предопределить ряд параметров и режимов последующей технологической обработки, на основании чего можно утверждать о перспективности использования метода лазерной дифракции для целей прогнозирования потребительских свойств молочных продуктов, произведенных из молочного сырья по инновационным технологиям.

1. Арет, В.А. Физико-механические свойства сырья и готовой продукции / В.А. Арет, Б.Л. Николаев, Л.В. Николаев. – СПб.: ГИОРД, 2009. – 448 с.

2. Горбатов А.В. Реология мясных и молочных продуктов. – М.: Пищевая промышленность, 1979. - 383 с.

3. Горбатова, К.К. Биохимия молока и молочных продуктов / К.К. Горбатова.

– М.: Колос, 1997. – 228 с.

4. Крусь, Г.Н. Методы исследования молока и молочных продуктов / Г.Н.

Крусь, А.И. Шалыгина, З.В. Волокитина. – М.: Колос, 2000. – 368 с.

5. Состав и свойства молока как сырья для молочной промышленности:

Справочник / НЛО. Алексеева, В.П. Аристова и др. / под ред. канд. техн. наук Я.И.

Костина. – М: Агропромиздат, 1986. – 239 с.

6. Тпел Я.С. Химия и физика молока / Я.С. Тпел. – М.: Пищевая промышленность, 1979. – 623 с.

7. Тихомирова, Н.А. Технология и организация производства молока и молочных продуктов / Н.А. Тихомирова. – М.: Дели принт, 2007. – 560 с.

8. Хмелев, В.Н. Применение ультразвука высокой интенсивности промышленности / В.Н. Хмелев, А.Н. Сливин, Р.В. Барсуков, С.Н. Цыганок, А.В.

Шалунов; Алт. гос. техн. ун-т, БТИ. – Бийск: Изд-во Алт. гос. техн. ун-та, 2010. – 203 c.

9. Walstra P. Effect of homogenization on milk plasma // Neth. Milk Dairy J. – 1980. – V. 34. – N 3. – P. 181-190.

10. Tessier H., Rose D. Influence of k-casein and b-lactoglobulin on the heat stability of skim milk. HI. Dairy Sci. – 1964. – V. 47. – N 10. – P. 1047-1051.

11. Sweetsur A. W., Murr D. D. Effect of homogenization on the heat stability of milk // J. Dairy Res. – 1983. – V. 50. – N 3. – P. 291-308.

12. Rose D. A proposed model of micelles structure in bovine milk. // Dairy Sci. Abstr.

– 1969. – V. 31. – N4. – P. 171-175.

к.т.н., заведующая кафедрой технологии и организации питания

ЖИРЫ НОВОГО ПОКОЛЕНИЯ ДЛЯ КУЛИНАРНОЙ ПРОДУКЦИИ:

МОЛЕКУЛЯРНЫЙ СОСТАВ И ТЕХНОЛОГИЯ ПОЛУЧЕНИЯ

В производстве продукции общественного питания, в домашней кулинарии специальные жировые продукты играют важную роль в обеспечении вкуса, аромата, формировании характерной структуры, окислительной стабильности при хранении и других характеристик кулинарной продукции и оказывают заметное влияние на качество готовых изделий [1].

Целью настоящей работы является формулирование требований к жировым продуктам нового поколения для кулинарной продукции.

Кулинарные и кондитерские жиры по своим характеристикам и назначению можно разделить на две большие группы. Во фритюрных маслах и кулинарных жирах, используемых для жарки, определяющим показателем является термическая стабильность и, в некоторых случаях, температура плавления. Структурные характеристики таких продуктов, например, кривая твердой фазы, имеют второстепенное значение.

В жировых основах маргарина и специальных жиров для выпечки, начинок, шоколадной глазури определяющим показателем является содержание твердой фазы при температурах 10…35 °С, от которого зависит температура плавления и кристаллическая структура готового продукта. В табл. 1 приведены характеристики плавления важнейших видов структурированных кулинарных и кондитерских жиров, полученные в результате исследования продукции передовых отечественных и зарубежных фирм. Основным компонентом жировых основ этой продукции, обеспечивающим требуемую структуру, характер кристаллизации и кривые плавления в зависимости от температуры, являются среднеплавкие триацилглицерины (триглицериды). Этим термином обозначают триглицериды с температурой плавления 35… 45 оС, содержащие транс-изомеры олеиновой кислоты (из селективно гидрогенизированных растительных масел), триглицериды лауриновой и миристиновой кислот (из кокосового и пальмоядрового масел) и динасыщенные триглицериды пальмитиновой и стеариновой кислот.

Для обеспечения биологической полноценности специальные жиры нового поколения должны по возможности соответствовать действующим рекомендациям Роспотребнадзора МР 2.3.1.2432-08 по жирно-кислотному составу пищевых жиров для питания здорового организма (табл. 2).

Содержание твердой фазы в структурированных кулинарных и кондитерских жирах Массовая доля твердой фазы ТТГ, %, при температуре, оС:

В целях повышения окислительной стабильности кулинарных и кондитерских жиров целесообразно выбирать вариант с минимальным содержанием полиненасыщенных жирных кислот (20…25 %) и насыщенных жирных кислот (не более 38 %).

В частности, в специальных жирах содержание линоленовой кислоты (3) должно быть не более 1 %. Содержание лауриновой кислоты в этих жирах должно быть также не более 1 % во избежание появления мыльного привкуса в результате гидролиза жира при хранении.

В соответствии с последними рекомендациями ВОЗ, допустимое содержание транс-изомеров ненасыщенных кислот в пищевых жирах должно составлять не более 1 % от суточной калорийности рациона, что соответствует примерно 2 % по отношению к жировой фазе продукта. На основе рекомендаций ВОЗ, в странах ЕС с 19.07.2010 г. установлены жесткие нормы по содержанию транс-изомеров ненасыщенных жирных кислот в жировых продуктах (табл. 3).

Состав жировых продуктов для питания здорового человека [2] Степень ненасыщенности жирных кислот Нормирование содержания транс-изомеров за рубежом Рекомендации 1 % по калорийности от суточного потребления энергии (приВОЗ мерно 2 % от суммы жирных кислот) парламент Великобритания 2 % по калорийности от суточного потребления энергии Канада В маргарине и растительных маслах 2 %, в остальных продуктах США Единая норма содержания транс-изомеров не установлена. С 01.01.2006 г. на этикетке продукции транс-изомеры указываются отдельной строкой от насыщенных жирных кислот. При содержании транс-изомеров не более 3,6 % продукт считается не содержащим транс-изомеров.

Нормирование транс-изомеров олеиновой кислоты требует кардинального пересмотра технологии получения твердого компонента пищевых жиров. Особенно остро стоит вопрос для тех стран, где основным сырьем для производства маргариновой продукции являются жидкие растительные масла (США, Россия и др.). В США, где гидрогенизация соевого и хлопкового масел является обязательной стадией в производстве маргаринов и специальных жиров уже около 100 лет, детально разработана система получения жировых наборов необходимого состава путем сочетания 5 базовых основ различной глубины гидрогенизации [1]. Отказ от использования гидрогенизированных жиров приводит к тому, что соответственно изменяются показатели состава, характер кристаллизации, кривая твердой фазы специальных жировых продуктов.

На Всемирной конференции специалистов масложировой промышленности в Стамбуле в 2006 г. специалисты США сообщили, что проводят пересмотр рецептур маргариновой продукции с целью снизить содержание в этой продукции трансизомеризованных кислот [3].

Американская соевая ассоциация обратилась к фермерам с предложением принять участие в 5-летней исследовательской программе производства продукции без транс-изомеров, включающей посевы специальных сортов генномодифицированной сои, применение инновационных методов модификации масел и жиров, специальных эмульгаторов и др.

Реальные сложности полного перехода на инновационные методы модификации жирового сырья (переэтерификация, фракционирование) объясняют практическое сопротивление отечественных производителей введению жестких нормативов по содержанию транс-изомеров в маргариновой продукции.

Технический регламент Таможенного Союза ТР ТС 024/2011 на масложировую продукцию утвержден решением Комиссии Таможенного Союза от 9 декабря 2011 г. № 883 и вводится в действие с 01.07.2013 г. Установленные этим документом нормы содержания транс-изомеров в масложировой продукции приведены в табл. 4.

Таким образом, рекомендованные ВОЗ уровни содержания транс-изомеров в масложировой продукции будут обеспечены отечественной промышленностью только в 2018 г. В то же время вступление России в ВТО и необходимость повышения безопасности кулинарной продукции для потребителей требуют безотлагательного снижения содержания транс-изомеров в специальных жирах и маргаринах до соответствия общеевропейским нормам.

Следовательно, необходимо разработать новые научные принципы построения жировых наборов для получения специальных жиров с заданными характеристиками.

Мы полагаем, что проблема исключения транс-изомеров из структуры пищевых жиров может быть решена на молекулярном уровне в зависимости от вида продукции. Наиболее просто эта проблема решается путем использования лауриновых масел (кокосового, пальмоядрового). Однако широкое применение лауриновых масел в отечественной продукции имеет ряд недостатков, в числе которых достаточно высокая стоимость, пониженная стабильность при хранении, высокие отходы при обработке, возникновение мыльного привкуса при гидролизе. Поэтому производство всего ассортимента маргариновой продукции без селективно гидрированных жиров и без лауриновых масел представляет серьезную научную и практическую задачу.

Нормирование транс-изомеров в масложировой продукции стран, входящих заменители масла какао POPтипа кие и жидкие маргарины (кулинарные, кондитерские, хлебопекарные) Сохранение структурных характеристик таких смесей достигается заменой среднеплавких триглицеридов, содержащих транс-изомеры олеиновой кислоты, триглицеридами иного жирнокислотного состава с аналогичной температурой плавления, стабильной мелкокристаллической -структурой и достаточно высокой скоростью кристаллизации. Этим требованиям соответствуют жиры с высоким содержанием динасыщенных глицеридов пальмитиновой и стеариновой кислот, причем определяющую роль играет отношение тринасыщенных глицеридов к динасыщенным (S3/S2U), соотношение симметричных и несимметричных динасыщенных триглицеридов (SUS/SSU) и соотношение пальмитиновой и стеариновой кислот (С/П). В частности, для создания стабильной при хранении микрокристаллической структуры концентрация в жире пальмитиновой кислоты должна быть не менее 11…13 %.

Решение указанных структурных проблем невозможно без использования процесса переэтерификации высокоплавких натуральных и полностью гидрогенизированных растительных масел (саломаса) с жидкими растительными маслами.

Переэтерификацией называют реакцию обмена жирнокислотных остатков между сложноэфирными группами внутри молекул и между молекулами жировых смесей. Установлено, что в присутствии специальных щелочных катализаторов обмен жирнокислотных остатков не зависит от структуры жирной кислоты и ее положения в молекулах триацилглицеринов. В итоге обмен жирных кислот достигает состояния равновесия, при котором остатки жирных кислот распределяются в молекулах в соответствии с их концентрацией, а содержание отдельных групп триацилглицеринов определяется по формулам математической статистики.

Установлено, что распределение жирных кислот между крайними и средней позициями глицеридов изменяется градуально в процессе переэтерификации и завершается достижением одинакового для всех позиций жирнокислотного состава, равного жирнокислотному составу исходной смеси жиров, Соотношение симметричных и несимметричных моноглицеридов в процессе переэтерификации непрерывно изменяется и в статистически переэтерифицированном жире достигает величины 1:2.

В итоге, при переэтерификации смесей одинакового жирнокислотного состава достигается одинаковый молекулярный состав переэтерифицированного жира, соответствующий статистическому распределению жирных кислот.

Триглицеридный состав статистически переэтерифицированного жира рассчитывается по известным формулам математической статистики. Если рассматривать 2 группы жирных кислот (например, насыщенные «s» и ненасыщенные «u»), то концентрация соответствующих триглицеридов может быть выражена следующим образом:

S3 = s3.10-4%; S2U = s2u.10-4%; SU2 = su2.10-4%; U3 = u3. 10-4%, где: s, u – молярные концентрации кислот «s» и «u» в смеси жиров, %;

S3, S2U, SU2, S3 – молярные концентрации соответствующих монокислотных и двухкислотных триглицеридов в переэтерифицированном жире, %.

Подбирая смеси одинакового группового жирнокислотного состава, можно получать из различных жиров и масел статистически переэтерифицированные жиры, близкие по физико-химическим показателям, что объясняется близкими свойствами смешанно-кислотных триглицеридов пальмитиновой и стеариновой, а также олеиновой и линолевой кислот.

В настоящее время передовыми отечественными предприятиями освоен процесс переэтерификации жиров как на щелочных, так и на биологических катализаторах-энзимах, которые позволяют проводить управляемый процесс переэтерификации, затрагивающий остатки жирных кислот только в крайних (1-й и 3-й) позициях триглицеридов.

Нами получены систематизированные данные, характеризующие связь физико-химических показателей переэтерифицированных жиров с их групповым жирнокислотным и триглицеридным составом. С повышением содержания высокомолекулярных насыщенных жирных кислот (пальмитиновой и, особенно, стеариновой) с до 50 % температура плавления переэтерифицированного жира возрастает с 28 до 41 оС. Одновременно повышается массовая доля твердой фазы при 15оС (ТТГ15) c до 38 %.

Известно, что жир в первом приближении представляет собой гетерогенную двухфазную систему, жидкая фаза которой образована расплавленными триглицеридами. Твердая фаза этой системы образована триглицеридами, которые при данной температуре нерастворимы или частично растворимы в жидкой фазе (ТТГ).

При каждой температуре состав ТТГ иной, зависящий от температуры их плавления и растворимости в жидкой фазе системы. Например, при температуре 35 оС в состав ТТГ входят наиболее высокоплавкие тринасыщенные глицериды пальмитиновой и стеариновой кислот (S3). При температурах 15…25 оС в состав ТТГ входят, кроме тринасыщенных, также несимметричные динасыщенные глицериды (SSU). При температурах 10…15 оС в состав ТТГ входят также симметричные динасыщенные глицериды (SUS).

Считая фракцию твердых триглицеридов растворенным веществом, а жидкую фазу – растворителем, можно (хотя и приближенно) рассматривать фазовые равновесия в узких интервалах температур как равновесия в двухкомпонентной системе и применять к ним соотношения, справедливые для идеальных растворов, в частности, закон Рауля. Уравнение идеальной растворимости твердого вещества имеет общий вид где х – растворимость твердого вещества, % мол.;

Т – абсолютная температура, К.

Применительно к пластичным жирам это уравнение принимает вид:

где Ст – мольная доля ТТГ в переэтерифицированном жире при данной температуре, %;

При температуре полного расплавления твердой фазы ТТГ = S3, а = 100%, откуда получаем уравнение растворимости наиболее тугоплавкого компонента:

В узких интервалах температур приближенно Уравнение идеальной растворимости твердой фазы для пластичного жира может быть записано и в другой форме:

где ТТГт – массовая доля твердой фазы в пластичном жире при температуре «т», %;

кт – коэффициент пересчета массовых долей в мольные доли.

Таким образом, при каждой определенной температуре должна существовать линейная зависимость между мольной долей ТТГ при этой температуре и массовой долей твердой фазы в жире.

Обработка экспериментальных данных показала, что триглицеридный состав переэтерифицированного жира и кривая ТТГ, получаемая методом ЯМР, связаны приближенными линейными зависимостями указанного вида. Параметры приближенных линейных зависимостей определили для переэтерифицированных жиров, содержащих смешанные триглицериды пальмитиновой и стеариновой кислот:

Величина (3…5) % характеризует растворимость твердой фазы в жидкой фазе жировой смеси при относительно низком содержании твердой фазы. С увеличением содержания твердой фазы и соответствующим уменьшением жидкой фазы эта величина снижается.

Для примера в табл. 5 приведены экспериментально определенные температура плавления и кривая ТТГ переэтерифицированного жира, содержащего по расчету 11,9 % тринасыщенных и 36,9 % динасыщенных глицеридов.

Показатели переэтерифицированного жира, содержащего суммарно 49,2 % ТТГ, %, при температурах Полученные зависимости являются, безусловно, сугубо приближенными вследствие различных температур плавления отдельных ТТГ и их неодинакового вклада в общие физико-химические показатели переэтерифицированных жиров.

Тем не менее, они весьма полезны для практических целей, так как позволяют рассчитать ориентировочно технологические характеристики переэтерифицированного жира известного кислотного состава и, наоборот, по требуемой кривой ТТГ жира рассчитать необходимый кислотный состав жировой смеси, подвергаемой переэтерификации. Дальнейшие исследования показали, что приведенные зависимости с определенными ограничениями применимы также для расчета смесей, содержащих натуральные и переэтерифицированные масла и жиры.

Сопоставляя полученные зависимости с характеристикой специальных жиров, приведенной в табл. 1, можно сделать вывод, что кулинарные жиры должны содержать не более 6 % тринасыщенных и 25…30 % динасыщенных триглицеридов. Более твердые жиры для кондитерских изделий должны содержать 50…80 % динасыщенных глицеридов пальмитиновой и стеариновой кислот.

Жиры требуемого жирно-кислотного и триглицеридного состава могут быть получены смешением натуральных и переэтерифицированных жиров и масел.

Структурные характеристики переэтерифицированных жиров могут быть дополнительно улучшены путем фракционирования.

1. Кулинарные жиры нового поколения должны по жирно-кислотному составу соответствовать действующим рекомендациям Роспотребнадзора, при этом кондитерские жиры отличаются более высоким содержанием насыщенных жирных кислот. Содержание транс-изомеризованных кислот в этих жирах должно составлять не более 2 %.

2. Пищевые жиры оптимального молекулярного (триглицеридного) состава можно получить смешением натуральных, переэтерифицированных и фракционированных масел и жиров. Жировые смеси должны содержать не более 6 % тринасыщенных и от 25 до 80 % динасыщенных триацилглицеринов пальмитиновой и стеариновой кислот.

1. ОБрайен Р. Жиры и масла. Производство, состав и свойства, применение.

Пер. с англ. 2-го изд. СПб.: Профессия, 2007. – 752 с.

2. Методические рекомендации МР 2.3.1.2432-08 «Нормы физиологических потребностей в энергии и пищевых веществах для различных групп населения Российской Федерации», раздел 3.2.1. «Рациональное питание».

3. G.R.List. Reformulation of Food Products for trans Fatty acid Reduction: A U.S. Perspective. Abstracts of World Conference and Exhibition on Oilseed and Vegetable Oil Utilization. 14-16 August 2006, Istanbul, Turkey.

4. «Технический регламент Таможенного Союза ТР ТС 024/2011 на масложировую продукцию», утвержден решением Комиссии Таможенного Союза от декабря 2011 г. № 883.

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ВЫСОКОТЕХНОЛОГИЧНЫХ ПРОИЗВОДСТВ ДЛЯ

РЕАЛИЗАЦИИ ИННОВАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ В ОБЛАСТИ ПИЩЕВЫХ

ПРОДУКТОВ

Использование инновационных технологий дает возможность создавать конкурентно способную продукцию превосходного качества при низкой себестоимости в условиях постоянного повышения уровня автоматизации и внедрения систем программного обеспечения процесса производства и применять высокоэффективные энергосберегающие технологии с использованием высокотехнологичных производств пищевых продуктов.

Данные технологии должны быть обеспеченны системами качества, соответствующих стандартам ISO и HAССP (Hazard analysis and critical control points - анализ рисков и критические контрольные точки) и оборудованием, подчиненным концепции модульности, что позволяет с помощью частичной модернизации оборудования (не требующей высоких затрат) долгое время соответствовать самым взыскательным требованиям современного производства.

В производстве продуктов питания в перерабатывающих отраслях агропромышленного комплекса в последнее время усилия государства, производителей и специалистов сконцентрированы на определение и реализацию конкретных направлений научно-технического прогресса в отрасли, нацеленного на создание и производство пищевых продуктов нового поколения – продуктов функционального и специализированного питания; разработку продуктов питания в соответствии с государственной политикой Российской Федерации в области здорового питания населения на основе проведенных научных исследований.

9 апреля 2010 года Правительство Российской Федерации утвердило постановление N 218 "О мерах государственной поддержки развития кооперации российских высших учебных заведений и организаций, реализующих комплексные проекты по созданию высокотехнологичного производства".

Целью государственной поддержки является развитие кооперации российских высших учебных заведений и производственных предприятий, развитие научной и образовательной деятельности в российских вузах, стимулирование использования производственными предприятиями потенциала российских высших учебных заведений для развития наукоемкого производства и стимулирования инновационной деятельности в российской экономике.

Одним из наиболее перспективных направлений в развитии производства продуктов питания нового поколения с функциональными свойствами разной направленности является использование нанотехнологий и мембранных технологий.

Первое определение нанотехнологий ввел в 1974 г. японский профессор Норио Танигухи. Нанотехнологии -это как «технологии, контролирующей поведение и/или структуру на уровне молекул и атомов».

Нанотехнология - это приемы и методы, позволяющие работать с материальными объектами в нанодиапазоне. Нанодиапазон включает в себя объекты размером от единиц до сотен нанометров - в переводе с греческого «нанос» означает «карлик». Нанометр - это действительно карликовая единица, одна миллиардная часть метра. Чтобы наглядно представить себе такой размер, достаточно знать, что 1 нанометр (нм) - это примерно длина 10 положенных рядом атомов водорода. Сегодня под нанотехнологией понимают технологию получения объектов с характерными структурами размером менее 100 нм (1 нм соответствует 10-9 м).

Благодаря нескольким открытиям, сделанным в конце XX в., выяснилось, что между макро- и микромиром лежит малоисследованная область, в которой существуют молекулы и их конгломераты, чье поведение, с одной стороны, нельзя описать методами макромеханики, но с другой - оно не подчиняется и квантовым законам, определяющим поведение атомов и небольших молекул [1, 2, 3, 4, 5].

Одним из таких открытий явилось обнаружение особых молекул, так называемых фуллеренов и нанотрубок. Эти молекулы представляют собой замкнутые структуры, имеющие форму правильных многогранников (в случае фуллеренов) или цилиндрических, обычно замкнутых на концах, трубок (нанотрубок). Самая простая нанотрубка состоит из одного слоя атомов углерода, ее диаметр составляет несколько десятков ангстрем, т. е. приблизительно 1 нм. В зависимости от схемы сворачивания плоскости в трубку, нанотрубки могут быть и проводниками, и полуметаллами, и диэлектриками. В некоторых видах нанотрубок наблюдается даже сверхпроводимость. Благодаря особенностям структуры, нанотрубки чрезвычайно прочны как на растяжение, так и на изгиб. Показатель прочности нанотрубок, так называемый модуль Юнга, в 10 раз выше, чем у стали, так как при критических нагрузках нанотрубки не рвутся и не ломаются, а перестраивают свою структуру.

Вторым основополагающим открытием, определившим прорыв в нанотехнологиях, явилось создание туннельной, или зондовой, микроскопии. Принцип такой микроскопии заключается в сканировании поверхности ультратонким зондом, толщина иглы которого может достигать одной молекулы. С помощью этого инструмента можно исследовать ранее недоступные объекты с нанометровым разрешением.

Нанобиотехнология - раздел нанотехнологии, занимающийся созданием нанопродуктов для воздействия на живые системы или с использованием живых систем для целей создания нанотехнологических продуктов.

Объекты нанобиотехнологии - живые организмы и их компоненты, находящиеся в нанометровом диапазоне. Размер клеток животных и растений обычно находится в диапазоне 10-50 мкм, а основные компоненты клеток находятся в нанометровом диапазоне. Клеточные мембраны, например, имеют толщину около 10 нм, многие органеллы также имеют размеры в десятки и сотни нанометров. Как известно, белки состоят из аминокислот. Аминокислоты имеют размер около 0,3 нм.

Нанотехнология в настоящее время динамично развивающаяся научная дисциплина. Со стороны национальных правительств, регулирующих органов и деловых кругов существует стойкий интерес к ней. Группа Helmut Kaiser Consultancy Group предсказывает, что к 2015 г. нанотехнологии будут применяться уже в 40 % пищевой индустрии. Из всех нанопродуктов наиболее широко при производстве продуктов питания и напитков используются ферменты, так как фермент – это наноразмерная молекула белка, которая выступает катализатором в химической реакции. Определенные ферменты можно выделить из организма, произведшего их, или изготовить искусственным путем, а затем применять в различных производственных процессах, включая производство пищевых продуктов.

Приблизительно 80 % всех промышленных ферментов являются гидролазами и используются для деполимеризации природных веществ. Из данных ферментов 30 % составляет карбогидролаза, которая используется в хлебопечении, пивоварении, производстве алкогольных напитков и крахмала.

Тремя основными источниками натуральных ферментов являются растения, животные и микроорганизмы. Микроорганизмы используются более широко, чем растения и животные, поскольку их производство, как правило, дешевле, а их ферментный состав обычно легче прогнозировать и контролировать. Кроме того, легче организовать поставку сырья. Ферменты, производимые грибами (амилазы, диактазы и т.д.), изготавливаются путем стимуляции ферментации субстрата (например, отрубей или пырея) микроорганизмами.

В настоящее время ферменты широко применяются в производстве пищевых продуктов для улучшения текстуры, внешнего вида, питательной ценности и аромата продуктов питания. Ферменты также служат в качестве биодатчиков на токсичность и используются для оценки качества при производстве продуктов питания.

Ферменты имеют несколько преимуществ: биоразлагаемость и большая специфичность, благодаря которой уменьшается количество побочных реакций и побочных продуктов, и, следовательно, повышается качество продукции и снижается вероятность загрязнения.

В производстве продуктов питания и напитков могут использоваться нанохимические датчики и нанобиодатчики. Нанохимические датчики, в основном, связанны с ароматизацией и ароматизаторами продуктов питания и напитков. Наиболее часто эта технология разработана на основе использования наночастиц. Чувствительность к различным молекулам достигается за счет количественного и качественного варьирования состава проводящих и/или непроводящих участков на матрице датчика. В качестве проводящих участков при этом используются проводящие наночастицы.

Нанобиодатчик - это устройство, которое включает: живой организм или продукт, получаемый от живых систем (например, фермент или антитело); преобразователь для осуществления индикации, подачи сигнала или другой формы подтверждения присутствия определенного вещества в окружающей среде.

Для применения нанотехнологий в пищевой промышленности особый интерес представляет молочная сыворотка, которая имеет достаточно сложный дисперсный состав. Размеры диссперсных компонентов позволяют сделать вывод, что молочная сыворотка является идеальным сырьем для нанотехнологических операций (табл. 1).

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 (молекулы и атомы) состоянии; сывороточные белки (от 10 нм) полностью соответствуют структуре нанокластеров.

С экономической точки зрения целесообразно развивать мембранные методы обработки, особенно метод нанофильтрации для выделения ценных компонентов молочной сыворотки. Эти методы относительно малоэнергоемки и позволяют в ряде случаев проводить технологический процесс при пониженных температурах (8-10 °С), что дает возможность сохранить полезные (нативные) свойства обрабатываемого сырья, получаемых продуктов и полуфабрикатов (например, остается не денатурированный белок, сохраняются витамины, ферменты и др.).

В молочной промышленности процесс нанофильтрации в основном используется для выпаривания и частичной деминерализации жидкой сыворотки. Помимо этого, белки и лактозу часто отделяют для использования в производстве других пищевых продуктов или в качестве пищевых добавок.

Как правило, процесс отделения белков от сыворотки происходит путем ультрафильтрации, тогда как нанофильтрация используется в следующем этапе процесса для удаления минеральных солей и оставления лактозы и витаминов. Данный процесс называется деминерализацией сыворотки: концентрат содержит обессоленные углеводы сыворотки, жир и витамины, а раствор, получаемый в результате нанофильтрации, состоит из соленых сточных вод. Нанофильтрация, как правило, делает возможным уровень деминерализации на уровне 35 % за один этап и до 45 % за два этапа (после разбавления концентрата он снова проходит этап нанофильтрации).

Уже разработан и используется метод нанобиотехнологического гидролиза молочной сыворотки до моноз, который позволяет исключить так называемую непереносимость молока. В России впервые по программе «Здоровый город» освоено производство низколактозного молока. Кроме того, уже существуют методы формирования нанотрубок с использованием нанотехнологий из альбуминового молока [6].

В настоящее время продолжается научно-исследовательская работа по совершенствованию методов получения белковых продуктов (творога, творожных паст) с использованием ультрафильтрации сыворотки и более полного использования сывороточных белков. Предложен метод производства творога с использованием ультрафильтрационного концентрата сывороточных белков (КСБ-УФ). Безотходность производства может быть обеспечена при использовании УФ-фильтрата для производства напитков [7, 8, 9].

Производство творога осуществляется следующим образом:

1. Сыворотку от предыдущей партии сепарируют и подвергают ультрафильтрации для получения КСБ-УФ с содержанием сухих веществ 18-20 %.

2. КСБ-УФ пастеризуют при температуре 72-74 °С с выдержкой 20 с.

3. КСБ-УФ в количестве 10 % вносят в нормализованное и пастеризованное молоко, нагретое до температуры 90-94 °С.

4. Смесь выдерживают 45 минут при температуре коагуляции дляболее полной коагуляции и уплотнения сгустка.

5. Смесь сливают в ванну для самопрессования и выдерживают 35-40 минут.

6. Полученный творог фасуют по 250 г в полистироловые стаканчики с прокладкой из фольги.

Творог, выработанный по приведенной технологии имел вкус пресный или слегка кислый, чистый кисломолочный, с привкусом пастеризации; консистенцию однородную, мажущуюся или слегка рассыпчатую, нежную, с легкой крупинчатостью. Содержание белка в твороге должно быть 19,0 % (не менее), жира 10,0 % (не менее), влаги 66,0 % (не более). Углеводы творога представлены не только лактозой, но и моносахаридами глюкозой и галактозой, которые составляют 31,8 % от общего количества углеводов.

Для оценки биологической ценности творога был изучен его аминокислотный состав. В качестве контроля был выбран творог 9% жирности, выработанный по традиционной технологии. Результаты исследований приведены в табл. 2.

Анализ данных, приведенных в табл. 2 показал, что КСБ-УФ значительно обогащает творог незаменимыми аминокислотами и повышает его биологическую ценность.

К другим применениям ультрафильтрации и нанофильтрации в молочной промышленности можно отнести предварительное сгущение молока при изготовлении сыра, а также частичную деминерализацию молока и мембранную стерилизацию [9].

При мембранной стерилизации исходное молоко разделяется на две фракции:

фильтрат (пермеат) - стерилизованное обезжиренное молоко и концентрат (ретентат) - часть молока, содержащая бактерии. Пермеат проходит через мембрану и, таким образом, является обеззараженным продуктом. На одноступенчатой установке количество пермеата составляет приблизительно 95 % входящего потока. На многоступенчатых установках количество пермеата можно довести до 99,5 % от объема входящего обезжиренного молока. Ретентат или добавляется в сливки, идущие на нормализаию, с последующей термообработкой перед смешиванием со стерилизованным обезжиренным молоком, или перерабатывается отдельно.

За рубежом в торговых сетях уже в течение нескольких лет можно видеть питьевое ESL-молоко (Extended Shelf Life), заменяющее пастеризованное. По сравнению с ним оно имеет ряд преимуществ, как для производителя, так и потребителя.

Существенно снижаются потери молока, резко сокращается количество рекламаций, что повышает его конкурентоспособность.

Молоко длительного хранения – ESL, широкое распространение получило в США, Канаде, Германии. Производство такого молока увеличивается и в других развитых странах. В Швейцарии, Германии и Австрии работают 10 установок, производящих ESL-молоко по этому принципу.

В России с использованием импортной мембранной установки производство ESL-молока и других молочных продуктов освоено на Кингисеппском молочном комбинате (Ленинградская область), который вывел на рынок новый брэнд молочных продуктов «LATEO». Под маркой «LATEO» выпускаются не только питьевое молоко трех видов жирности, полученное с применением мембранной стерилизации, но также кефир и йогурт, планируется производить пробиотические продукты.

Срок хранения молока «LATEO» при преимущественном сохранении его исходных свойств составляет 20 дней при соблюдении температурных режимов хранения, и это не предел.

Нанофильтрация также используется в сахарной промышленности для получения сахара в концентрированной форме. Нанофильтрационная мембрана позволяет воде проходить, удерживая сахар с образованием раствора концентрата.

К другим применениям нанофильтрации в индустрии питания и напитков относятся выделение этанола для получения безалкогольного пива [11].

При удалении этилового спирта с помощью обратного осмоса пиво под давлением перекачивается через полупроницаемую мембрану, в состав которой входят тонковолокнистые материалы. В результате вода и спирт проходят через мембрану, а экстрактивные вещества остаются в пиве. При этом их концентрация вследствие удаления воды резко повышается, в связи с чем, в пиво необходимо постоянно подавать деминерализованную и деаэрированную воду. В процессе фильтрования и добавления воды в пиве практически не остается диоксида углерода, поэтому по достижении требуемой концентрации этанола его карбонизируют.

При использовании диализа алкоголь проходит через мембраны не под влиянием давления, а благодаря разнице концентраций спирта между пивом на одной стороне мембраны и диализатом - на другой. Суть диализа заключается в том, что по обеим сторонам мембраны находятся разные растворы (например, с одной стороны пиво, с другой - вода); в результате начинается процесс диффузии, который заканчивается при достижении равновесной концентрации спирта с обеих сторон мембраны. После вымывания спирта несущая жидкость (диализат) поступает в систему упрощенного упаривания, освобождается от спирта и через рекуперативный теплообменник снова поступает в мембрану.

При удалении алкоголя данным методом с одной стороны мембраны подается пиво, охлажденное до 10 С, при нормальной скорости потока и нормальном давлении. С другой стороны мембраны идет поток несущей жидкости, диализата, вымывающего алкоголь из пива через мембрану и направляющего его на дальнейшую переработку. На процесс удаления алкоголя не влияют ни давление, ни температура.

Значение имеет только разность концентраций по обе стороны мембраны. Переход алкоголя в диализат осуществляется за счет разности концентраций. Диализат протекает через модули с большей скоростью и меньшим давлением, чем пиво. Количественное соотношение пива и диализата 1:5. Согласно технологии, пиво, подлежащее деалкоголизации, перед входом в модули заранее фильтруется и, переходя через модули, частично или полностью освобождается от спирта. После выхода из модуля пиво охлаждается, карбонизируется и направляется в форфас.

К сожалению, большинство пищевых нанопродуктов, на данный момент, оценивается как потенциально опасные [12, 13, 14] В Российской Федерации хорошо понимают эту проблему. Вопросы пищевой нанобезопасности в были разработаны в рамках Федеральной целевой программы «Развитие инфраструктуры наноиндустрии в Российской Федерации на 2008-2011 годы», Государственный контракт № 01.648.12.3023 «Разработка нормативно-методического обеспечения и средств контроля содержания и безопасности наночастиц в продукции сельского хозяйства, пищевых продуктах и упаковочных материалах», основными исполнителями которого являлись Московский государственный университет пищевых производств (МГУПП) – головной исполнитель, научно-исследовательский институт питания РАМН, Всероссийский научно-исследовательский институт метрологической службы, Институт биохимии РАН им. А.Н.Баха и Федеральный центр гигиены и эпидемиологии Федеральной службы по надзору в сфере защиты прав потребителей и благополучия человека.

Цель проекта - создание комплекса методов, средств и руководств по их применению для контроля содержания и безопасности наночастиц и наноматериалов, содержащихся в сельскохозяйственной продукции, пищевых продуктах и упаковочных материалах. В рамках проекта разработаны несколько методик анализа нанодисперсий тяжелых металлов и их оксидов в пищевых матриксах методами просвечивающей электронной микроскопии, атомно-силовой микроскопии, динамического светорассеивания.

В настоящее время вопросы оценки безопасности искусственно создаваемых и вводимых или мигрирующих в пищу инженерных наночастиц серебра, селена, двуокиси титана чрезвычайно актуальны и, к сожалению, нигде в мировой практике практически не решены до настоящего времени.

1. Балабанов В.И. Нанотехнологии. Наука будущего. – М.: Эксмо, 2009. – 256 с.

2. Витязь П. А., Свидунович Н. А. Основы нанотехнологий и наноматериалов:

Учеб. Пос. - Минск: Вышэйшая школа, 2010. - 302 с.

3. Морзунова И. Б., Губина Н. В., Тихонова Е. В. Проблемы современной нанотехнологии.- Москва: Дрофа, 2010. - 288 с.

4. Рынок нано: от нанотехнологий – к нанопродуктам / Под ред. Азоева Г. Л.

Москва: БИНОМ. Лаборатория знаний, 2011.- 319 с.

5. Нанотехнологии. Азбука для всех. / Под редакцией Ю.Д. Третьякова. - М.:

ФИЗМАТЛИТ, 2009. - 368 с.

6. Храмцов А. Г. Адаптация доктрины нанобиомембранных технологий на основе кластеров молочной сыворотки/А. Г. Храмцов // Молочная промышленность, 2010 - № 1.- С. 34-37.

7.Пилипенко Т.В., Пилипенко Н.И. Формирование качества и потребительских свойств молочных продуктов.- СПб.: СПбТЭИ, 2007.-100 с.

8.Флоринская Е.Э, Пилипенко Т.В., Нилова Л.П. Использование методов мембранной технологии для расширения ассортимента молочных продуктов// Расширение ассортимента и контроль качества продовольственных товаров: Сб.науч.трудов – СПб.: СПбТЭИ, 1994.

9. Флоринская Е.Э, Пилипенко Т.В., Нилова Л.П. Биологическая ценность творога Невский // Проблемы и пути повышения качества пищевых продуктов консервированием холодом: Межвузовский сб. науч. тр. - СПб: СПбГАХП, 1995.

10. Лялин, В. А. Производство молока длительного хранения методом мембранной стерилизации / В. А. Лялин // Молочная промышленность. - 2010. - № 3. С. 64-66.

11.Оганнисян В.Г. Безалкогольное пиво и технологии его получения / В.Г.

Оганнисян // Пиво и напитки. - 2007 - № 6. - С. 19-23.

12. Gelderman M.P., Simakova О., Clogston J.D., PatriAX., Siddiqui S.F., VostalA.C, SimakJ. Adverse effects of fullerenes on endothelial cells: fullerenol C60(OH)24 induced tissue fac¬tor and ICAM-I membrane expression and apoptosis in vitro // International Journal of Nanomedicine. 2008. Vol. 3.

13. Huang C.C., Aronstam R.S., Chen D.R., Huang Y.W. Oxidative stress, calcium homeo-stasis, and altered gene expression in human lung epithelial cells exposed to ZnO nano-particles// Toxicol In Vitro. 2009. (September, Available online).

14. Parfenov A.S., Salnikov V., Lederer WJ., Lukyanenko V. Aqueous Diffusion Pathways as a Part of the Ventricular Cell infrastructure// Biophysical Journal. 2006. Vol.

90.

ПРИРОДНЫЕ АНТИОКСИДАНТЫ КАК ИНГРЕДИЕНТЫ ФУНКЦИОНАЛЬНЫХ

ХЛЕБОБУЛОЧНЫХ ИЗДЕЛИЙ

Одним из перспективных направлений разработок в области функционального питания является создание пищевых продуктов с антиоксидантными свойствами.

Потребность в антиоксидантах (АО) в настоящее время возросла из-за увеличивающегося негативного влияния внешних факторов – стрессов, ионизирующих излучений, техногенных загрязнений окружающей среды, интоксикации, вирусных и бактериальных инфекций и др. В организме человека эндогенный синтез АО в организме напрямую зависит от их поступления с пищей. Не смотря на существование традиционных пищевых продуктов, содержащих АО, (фрукты и овощи, свежевыжатые соки, чай, кофе, натуральный шоколад, красное вино и др.), в пищевом рационе среднестатистического россиянина преобладают рафинированные и технологически переработанные продукты питания с низким содержанием АО или полным их отсутствием. В результате с пищей поступает недостаточное количество АО, и у большинства населения нашей страны сформировался их хронический дефицит, что может привести к сбою антиоксидатной системы защиты организма человека (оксидативный стресс) и возникновению ряда заболеваний. Многочисленными исследованиями установлено, что оксидативный стресс лежит в основе большинства известных заболеваний, включая сердечно-сосудистые, онкологические, инфекционные, нейродегенеративные, эндокринной системы и многие другие [1, 2, 3, 4].

Неконтролируемая «утечка» свободных радикалов (оксидативный стресс) запускает последующие свободно радикальные реакции (СРР) с участием различных субстратов, в том числе перекисное окисление липидов (ПОЛ) клеточных мембран и липопротеидов плазмы крови. В результате могут произойти необратимые повреждения молекул липидов, белков и нуклеиновых кислот, мембран клеток [5].

Пополнение запасов АО извне с помощью продуктов питания антиоксидантного действия может свести оксидативный стресс к минимуму, значительно снизить степень его проявления или даже предотвратить «поломки» в организме, которые происходят в результате отрицательного действия свободных радикалов (СР) [1, 4, 5]. Для решения этой проблемы необходима разработка функциональных продуктов антиоксидатного действия, которые должны использоваться ежедневно в питании человека. К продуктам питания употребляемым россиянами ежедневно относят хлебобулочные изделия.

Антиоксидантами называют вещества, способные при химическом взаимодействии тормозить развитие процессов свободно радикального окисления (СРО).

В антиоксидатной системе защиты организма человека выделяют три основных линии защиты. Первая линия защиты предусматривает возможность детоксикации потенциально опасных супероксид аниона и пероксида водорода с участием супероксид дисмутазы (СОД) и каталазы. Фермент СОД представлен в клетках двумя изоформами: Cu, Zn-содержащая СОД растворимой фракции клеток и Mnсодержащая СОД, локализованная в митохондриях. СОД осуществляет восстановление супероксидного радикала до перекиси водорода. Затем фермент каталаза разлагает образующуюся перекись до воды и молекулярного кислорода. [5] Вторая линия защиты – взаимодействие природных антиоксидантов (витамин Е, -каротин, -оризанол, феруловая кислота и др.) с липидными радикалами, которые смогли образоваться при окислении полиеновых липидов под действием гидроксил радикала.

Третья линия защиты препятствует накоплению вторичных радикалов, образующихся вследствие разложения липопероксидов. Она представлена глютатионзависимыми ферментами – глютатионпероксидазами, глютатион-S-трансферазами и системами биорегенерации окисленного глютатиона. Роль глютатиона заключается в восстановлении сульфгидрильных (SH) групп ферментов при их окислении, в сохранении нативности и целостности клеточных мембран, а также в осуществлении различных мембранных процессов. Выявлено 4 вида ферментов в семействе Seсодержащих GSH-пероксидаз. Они катализируют реакцию восстановления глютатионом нестойких органических гидропероксидов в стабильные оксикислоты, защищают липопротеиды низкой плотности (ЛПНП) от окислительной модификации [1].

Таким образом, в антиоксидантную систему защиты организма человека входят энзимные и неэнзимные АО. (таблица 1) Эту многокомпонентную систему представляют семейство ферментов супероксиддисмутазы, каталаза, редокс-система глутатиона, система тиоредоксина; неферментные соединения: цистеин, аскорбиновая кислота, -токоферол, -каротин, полифенолы, ферритин, трансферрин, церулоплазмин и др.

Ферментативные АО характеризуются высокой специфичностью действия, клеточной и органной локализацией, использованием в качестве катализаторов некоторых металлов (Cu, Zn, Mn, Fe). Уровень внутриклеточных ферментативных АО находится под генетическим контролем [1, 2]. Неферментативные АО могут синтезироваться в организме человека или должны поступать с пищей. Согласно ГОСТ Р 54059-2010 к функциональным ингредиентам, обладающих антиоксидантным эффектом, относят витамины С, Е, каротиноиды, флавоноиды и микроэлементы, например, селен [6]. Таким образом, пищевые продукты с антиоксидантными свойствами должны содержать эти ингредиенты.

Структурные элементы антиоксидатной защиты организма человека Супероксиддисмутаза, каталаза, Белки (таурин, Витамины Е, С, каротиглютатионпероксидаза, глютати- глютатион, транс- ноиды, в т.ч. -каротин, онредуктаза, тиоредоксин, фосфо- ферритин, церу- полифенолы, минералы липидная гидропероксидаза, глю- плазмин, мелато- (цинк, селен, марганец, По механизму действия АО делятся на две группы – прямого (истинные) и непрямого действия.

Истинными антиоксидантами, т. е. соединениями взаимодействующими с уже имеющимися свободными радикалами и предотвращающими образование новых активных окислительных соединений относят только витамин Е, -каротин и флавоноиды [4]. Мнения о витамине С, как об истинном антиоксиданте разделились [1, 6, 7 ]. Куда бы его не относили, но витамин С – довольно сильный антиоксидант гидрофильной природы, который реализует свое защитное действие в биологических жидкостях и соединительнотканных структурах. Витамин С является универсальным восстановителем окисленной формы витамина Е, А и -каротина, поддерживая тем самым их антиоксидантную активность. Посредством этого механизма витамин С участвует в предотвращении окисления липидных структур – фосфолипидов клеточных мембран и ЛПНП. При нехватке витамина С возрастает интенсивность окислительной трансформации холестерина ЛПНП, даже не смотря на адекватное количество витамина Е и -каротина, которые в этом случае быстро теряют свою антиоксидантную активность. Таким образом, -каротин, витамины Е и С представляют собой «защитную витаминную тройку» [1].

Антиоксиданты непрямого действия – вещества, участвующие в синтезе в живом организме прямых биоантиоксидантов или антиоксидантных ферментов. Например, глутаминовая кислота и селен необходим для образования селенсодержащей глутатионпероксидазы [4].

АО подразделяют на жирорастворимые и водорастворимые. Жирорастворимые АО локализуются там, где расположены субстраты-мишени атаки СР и пероксидов – наиболее уязвимые для процессов перекисного окисления биологические структуры. К числу таких структур прежде всего относятся биологические мембраны и липопротеины крови, которые содержат ненасыщенные жирные кислоты. Среди жирорастворимых АО наиболее известен -токоферол, каротиноиды.

Группа водорастворимых АО проявляет свои свойства в цитозоле клеток, межклеточной жидкости, плазме крови и лимфе. Среди водорастворимых АО важное значение имеет глутатион, играющий ключевую роль в защите клеток от токсических интермедиаторов кислорода. Также к водорастворимым АО относят аскорбиновую, лимонную, никотиновую, бензойную кислоты; серосодержащие соединения – цистеин, гомоцистеин, церулоплазмин; трансферрин, лактоферрин, альбумин;

флавоноиды; мочевую кислоту [5].

Таким образом, для функционирования антиоксидантной системы организма человека с пищей должны поступать АО как прямого, так и непрямого действия, необходимые для синтеза энзимных и неэнзимных АО.

К АО, поступающим с пищевыми продуктами, прежде всего относят витамины:

-токоферол, аскорбиновую кислоту; каротиноиды, флавоноиды, которые обладают антирадикальным действием. Их совместное присутствие в пищевых источниках приводит к усилению антиоксидантных свойств [8-11].

Антиоксидантные свойства -токоферола связаны с тем, что он перехватывая неспаренный электрон у липидных радикалов функционирует как «ловушка радикалов». При этом образуются малоактивные радикалы -токоферола, накопление которых небезопасно, так как в определенных условиях они сами могут инициировать свободнорадикальное окисление (СРО), в частности СРО ненасыщенных ЛПНП, вызывая окислительную модификацию последних. Однако в организме предусмотрены и функционируют системы биорегенерации окисленного -токоферола: он вступает в реакцию с витамином С (аскорбиновой кислотой), которая присутствует в клетках в достаточно высоких концентрациях. В результате образуется радикал витамина С – полувосстановленная или семидегидроаскорбиновая кислота, при взаимодействии которой с новой молекулой феноксильного радикала -токоферола образуется дегидроаскорбиновая кислота. Последующую регенерацию аскорбиновой кислоты в организме осуществляют ферментные системы клетки – митохондриальные и цитозольные ферменты NADH-цитохром редуктаза, NADHсемидегидроаскорбат оксиредуктаза и GSH-дегидроаскорбат редуктаза. Другим путем поддержания антиоксидатного статуса клетки является участие убихинона Q10 в регенерации окисленного -токоферола. Его восстановленная форма – убихинол является активным антиоксидантом [1, 5, 7].

Наиболее адекватным синергистом и практически повсеместным спутником аскорбиновой кислоты является система физиологически активных фенольных соединений. Число известных фенольных соединений превышает 20000. В значительных количествах они встречаются во всех живых растительных организмах, составляя 1-2 % биомассы и более и выполняя разнообразные биологические функции [12]. Наибольшим разнообразием химических свойств и биологической активности отличаются фенольные соединения с двумя и более гидроксильными группами в бензольном ядре. Наиболее изучены биофлавоноиды, обладающие высокой биологической активностью в связи с наличием в молекуле активных фенольных гидроксильных и карбоксильных групп. К производным флавана принадлежат катехины, лейкоантоцианидины и антоцианидины; к производным флавона – флаваноны, флавононолы, флавоны и флавонолы. Так, в клинических условиях доказано, что антиоксидантные свойства агликонов (кверцитин, кемпферол) предотвращают риск развития онкологических заболеваний [13].

Эти классы фенольных соединений в физиологических условиях образуют буферную окислительно-восстановительгную систему. Антиоксидантные свойства флавоноидов связаны с наличием в их структуре слабых фенольных гидроксильных групп, которые легко отдают свой атом водорода при взаимодействии со СР. В этом случае фенолы выступают в роли «ловушек» СР, сами при этом превращаются в малоактивные феноксильные радикалы.

Проявление антиоксидантных свойств у каротиноидов отличаются тем, что при взаимодействии с активными липидными радикалами образуются малоактивные радикалы в изопреноидной цепи. Благодаря наличию в структуре каротиноидов 9 и более сопряженных связей, они обладают уникальных свойством - способностью к улавливанию одного из наиболее токсичных активных форм кислорода (АФК) – синглетного кислорода 1О2, основным источником которого являются фотохимические реакции. Именно поэтому каротиноиды являются наиболее активными среди антиоксидантов ловушками 1О2. Так -каротин в 25 раз, ликопин в 100 раз, астаксантин в 500 раз активнее, чем витамин Е [14].

К АО прямого действия относят -оризанол, который обнаружен в масле из рисовых отрубей [10, 16]. -оризанол состоит из смеси эфирных соединений, полученных реакцией транс-феруловых кислот с фитостиролами и тритерпеновыми спиртами. 80 % -оризанола представлены тремя основными компонентами Cycloartenyl ferulate, 24-methylenecycloartanyl ferulate и campesteryl ferulate (рис. 1).

Благодаря наличию в структуре молекулы феруловой кислоты, входящей в состав основных компонентов -оризанола, углеродной цепи, содержащей двойную связь (остаток пропеновой кислоты) и гидроксильной группы в фенильном ядре, она легко вступает в свободно-радикальные реакции с образованием стабильного, слабо реакционно-способного феноксильного радикала, т. е. способствует терминации цепных свободно-радикальных реакций, является высокоэффективной «ловушкой»

свободных радикалов [17].

Рис. 1. Структурные формулы основных компонентов -оризанола Антиоксидантное действие феруловой кислоты обусловлено торможением процессов перекисного окисления липидов в биомембранах, а также влиянием на активность мембраносвязанных ферментов, ингибированием свободнорадикальных стадий синтеза простагландинов и лейкотриенов, катализируемых циклооксигеназой и липооксигеназой, а также посредством блокирования специфических рецепторов медиаторов воспаления. Подавляя процессы ПОЛ, феруловая кислота выступает в качестве мембранопротектора, предупреждает нарушения активности Na +, K+АТФазы и Ca2+-АТФфазы [18].

Кроме АО прямого действия, с пищей должны поступать антиоксиданты непрямого действия, необходимые для построения энзимных и неэнзимных АО в организме человека. Классификация АО, содержащихся в пищевых продуктах, по принципу действия и по растворимости представлены в табл. 2.

Источники природных антиоксидантов для хлебобулочных изделий При разработке хлебобулочных изделий с антиоксидантными свойствами можно использовать нетрадиционное растительное сырье, содержащее АО, которое можно рассматривать как натуральные обогащающие добавки. При этом необходимо помнить о потребительском факторе. Маркетинговые исследования в отношении предпочтений потребителей при выборе обогащенных хлебобулочных изделий показали, что главным фактором являются органолептические свойства изделия, а затем уже свойства функциональных ингредиентов. Причем источниками функциональных ингредиентов предпочтительно должны быть известные и узнаваемые добавки из природного сырья [19].

Классификация антиоксидантов пищевых продуктов По растворимости жирорастворимые витамин Е, -каротин, По принципу дейст- прямого действия витамин Е, -каротин, -оризанол, повия (истинные) лифенолы, серусодержащие аминокислоты В качестве источников АО используют порошки из растительного сырья, которые обладают хорошей сохраняемостью содержащихся в них биологически активных веществ. Так, уже были разработаны рецептуры хлебобулочных изделий с добавками из продуктов переработки винограда, яблок, цитрусовых, черной смородины, калины, дикорастущих ягод, например, шиповника, ежевики, боярышника и др. [20-23].

Источником как жиро-, так и водорастворимых АО могут служить порошки из продуктов переработки облепихи. Облепиха широко распространенное растение в России, и ее функциональные свойства хорошо известны потребителям. По количественному и качественному содержанию биологически активных веществ (БАВ) и их воздействию на организм человека облепиха превосходит подавляющее большинство других плодовых и ягодных культур. В ее состав входят почти все витамины группы В, витамины С, А, Е, РР и каротиноиды. [24, 25] В общем количестве каротиноидов -каротина может содержаться всего 15 %, ликопина - 8, -каротина – 4 %, а 55 % составляют этерифицированные каротиноиды. Именно за счет каротиноидов облепиха имеет характерный оранжевый цвет. Общее их содержание может составлять от 1,5 до 18,5 мг/100г в зависимости от сорта и времени сбора урожая.

Ценное облепиховое масло отличается жирнокислотным составом в зависимости из какой части плода оно получено. В масле плодовой мякоти преобладает пальмитиновая и пальмитолеиновая кислоты, а в масле семян – линолевая и линолевая. Состав антиоксидантов включает витамин Е, в том числе -, -,, и -токоферолы, витамин С, каротиноиды и флавоноиды. Причем по данным [25] витамина Е больше в семенах, а токоферолов и токотриенолов – в мякоти и кожице.

Различия в составе функциональных ингредиентов в мякоти, кожице и семенах облепихи предполагают раздельное использование ее составных частей как источника АО для хлебобулочных изделий. Изучение химического состава порошков из выжимок (кожица) и из семян облепихи позволило составить их антиоксидантный потенциал (табл. 3) [26].

Порошки из продуктов переработки облепихи содержат АО преимущественно прямого действия, как жиро- так и водорастворимые, причем их больше в порошке из выжимок облепихи. Жирорастворимые АО представлены витамином Е и каротиноидами. В составе токоферолов порошка из выжимок облепихи установлено содержание различных его фракций, мг/100 г: –токоферола – 172,8; +-токоферолов – 134,4 и -токоферола – 12,8. В порошке из семян преобладает сумма +токоферолов (118,3 мг/100г); –токоферола содержится 91,2 мг/100г, а -токоферол отсутствует. Общее количество каротиноидов в порошке из выжимок облепихи достигает 1,34 %, но на долю -каротин приходится чуть более 20 %. Из водорастворимых АО в порошках содержатся витамин С и биофлавоноиды.

Порошок из семян облепихи (ТУ 9164-032-70627901-2011) реализует на потребительском рынке ООО «Престиж» г. Санкт-Петербург. Он представляет собой порошок светло-коричневого цвета с характерным облепиховым запахом. Но в отличие от выжимок облепихи в нем содержится меньше антиоксидантов, особенно витамина С.

В Мичуринске были выведены новые селекционные сорта красноплодной рябины без терпкости и горечи, со сладковатым вкусом, которые используются для производства соков и нектаров. Нами было предложено использовать оставшиеся выжимки в виде порошка в качестве источника природных антиоксидантов в хлебобулочных изделиях [29]. Порошок из красноплодной рябины содержит витамин Е и С, -каротин, флавоноиды – катехин, антоцианы, флавонолы. Из минеральных элементов – антиоксидантов непрямого действия только количество марганца может соответствовать рекомендуемым нормам потребления [28]. Однако белков, содержащихся в порошке недостаточно для обеспечения построения энзимных АО в организме человека.