автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.15, диссертация на тему:Исследование взаимодействия гидроколлоидов с жиро- и водорастовримыми витаминами в обогащенных пищевых продуктах

На правах рукописи

Горшунова Ксения Дмитриевна

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ГИДРОКОЛЛОИДОВ С ЖИРО- И ВОДОРАСТВОРИМЫМИ ВИТАМИНАМИ В ОБОГАЩЕННЫХ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТАХ

Специальность: 05.18.15. — Технология и товароведение пищевых продуктов и функционального и специализированного назначения и общественного питания

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание учёной степени „ ^гт

кандидата технических наук ^ 0 пил ¿и и

Москва —2013

005539722

Диссертационная работа выполнена на кафедре «Биотехнология и технология продуктов биоорганического синтеза» Федерального государственного бюджетного образовательного учреждения высшего профессионального образования «Московский государственный университет пищевых производств»

Научный руководитель:

Нечаев Алексей Петрович доктор технических наук, профессор

Официальные оппоненты:

Иунихина Вера Сергеевна

доктор технических наук, профессор, НОУ ДПО «Международная промышленная академия»,

заведующая кафедрой пищевых производств

Ведущая организация:

Шатнюк Людмила Николаевна

доктор технических наук, старший научный сотрудник, ЗАО "Валетек Продимпэкс", заместитель

генерального директора

Государственное научное

учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт

консервной и овощесушильной промышленности

Защита состоится « 17 » декабря 2013 г. в 12 часов на заседании Совета по защите докторских и кандидатских диссертаций Д 212.148.08 при ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств», 125080, г.Москва, Волоколамское шоссе, д. 11, ауд. 302., корп. «А».

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Московский государственный университет пищевых производств».

Автореферат размещен на официальном сайте Высшей аттестационной комиссии Министерства образования и науки РФ www.vak.ed.gov.ru и ФГБОУ ВПО «МГУ 1111» www.mgupp.ru. « 14 » ноября 2013 г.

Автореферат разослан « 14 » ноября 2013 г.

Ученый секретарь Совета Д212.148.08

к.х.н., доц. Штерман В.С.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Образ жизни и питание служат важнейшими факторами, обеспечивающими здоровье человека, его способность к труду, умение противостоять внешним неблагоприятным воздействиям. Поэтому при составлении полноценного пищевого рациона важно обращать внимание на наличие незаменимых факторов питания - биологически активных веществ, полиненасыщенных жирных кислот семейства ш-6/ш-З, витаминов и минералов, отсутствие которых сопровождается симптомами пищевой недостаточности.

Производство и потребление функциональных и обогащенных пищевых продуктов подкреплено правовой основой со стороны государства и приобретает все большую актуальность и востребованность, что обусловлено, изменениями условий жизни и труда населения, снижением энергозатрат и объемов потребляемой пищи, при неизменной потребности в физиологически активных веществах.

Конструирование качественно новых продуктов питания, удовлетворяющих физиологические потребности организма человека в пищевых веществах и энергии и восполняющих дефицит незаменимых микроингредиентов, возведено в ранг государственных задач, что отражено в «Основах государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации на период до 2020 года».

В основе создания таких продуктов лежит модификация традиционных продуктов путем введения в их состав физиологически функциональных ингредиентов (витамины, минеральные вещества, полиненасыщенные жирные кислоты, пробиотики), особое место среди которых занимают пищевые волокна (микрокристаллическая целлюлоза, крахмалы, пектин, хитозаны, инулин, фруктоолигосахариды и проч.) с обоснованием выбора пищевой системы и с учетом их физиологической эффективности.

Одним из принципов обогащения пищевых продуктов витаминами и минеральными веществами является прогнозирование возможного химического взаимодействия обогащающих ингредиентов между собой и с компонентами обогащаемого продукта. Следовательно, необходимо учитывать выбор таких сочетаний, форм, способов и стадий внесения микроингредиентов, которые обеспечивали бы их максимальную сохранность в процессе производства и потребления. Однако, внесение функциональных ингредиентов в соответствии с рецептурой, зачастую не способно обеспечить благоприятное физиологическое действие после употребления и может повлечь за собой снижение биодоступности и усвояемости биологически активных веществ.

Степень разработанности проблемы. Исследование и оценка степени взаимодействия компонентов пищевой системы является актуальной задачей, от решения которой зависит качество и безопасность обогащенных продуктов питания. Существует ряд научных работ российских и зарубежных ученых (Тутельян В.А., Гаппаров М.Г., Шатнюк JI.H., Кочеткова A.A., Бессонов В.В., Вржесинская O.A., Нечаев А.П., Попова Т.С., Цыганова Т.Б., Abhishek S.B., Loksuwan J.), в которых рассматриваются вопросы взаимодействия гидроколлоидов с макро- и микроингредиентами, характер и свойства образуемых комплексов.

Довольно часто в рецептурах сложных пищевых продуктов приходится сталкиваться с непредвиденными последствиями взаимодействия компонентов.

Учитывая, что в последние годы в пищевой промышленности возрос объем применения таких гидроколлоидов как пектины, инулины, хитозаны и др. для достижения технологической эффективности и придания функциональной направленности, при создании пищевых продуктов, нам представляется необходимым более глубокое изучение подходов и решений по обогащению продуктов витаминами с учетом их свойств, структуры и взаимодействия в пищевой системе.

В этой связи мы считаем важными и перспективными исследования взаимодействия ряда гидроколлоидов растительной природы (МКЦ, крахмалы, агар, пектин, инулин, ксантановая камедь) и животного происхождения (желатин, хитозан) с жиро- и водорастворимыми витаминами в различных группах обогащенных пищевых продуктов (пищевые концентраты сладких блюд — желе, кисели; кондитерские изделия — мармелад; жировые продукты).

Цель работы: исследование взаимодействия ряда гидроколлоидов растительного и животного происхождения с жиро- и водорастворимыми витаминами в пищевой системе.

В рамках поставленной цели решались следующие задачи:

• изучить физико-химические и технологические свойства гидроколлоидов различной природы;

• исследовать на модельных системах взаимодействие гидроколлоидов различной природы (МКЦ, ксантановая камедь, хитозан, желатин, крахмалы, агар, пектин, инулин) с водорастворимыми витаминами, внесенными в различных концентрациях;

• исследовать на модельных системах взаимодействие гидроколлоидов различной природы (МКЦ, ксантановая камедь, хитозан, желатин, крахмалы, агар, пектин, инулин) с жирорастворимым витамином Е, внесенным в различных концентрациях;

• оценить сохранность in vitro водорастворимых витаминов в обогащенных продуктах (пищевые концентраты сладких блюд - желе, кисели; мармеладные изделия), изготавливаемых с применением гидроколлоидов различной природы;

• оценить устойчивость к окислению эмульсионных жировых продуктов, содержащих в своем составе гидроколлоиды и витамин Е.

Научная новизна. Впервые в России проведены комплексные исследования по выявлению взаимодействия водо- и жирорастворимых витаминов с различными группами гидроколлоидов, широко используемых в пищевой промышленности.

Определена степень сорбции гидроколлоидов с различными водорастворимыми витаминами при их совместном нахождении в условиях одной модели, что позволило выявить конкурентную активность витаминов в модельной системе по отношению к типу гидроколлоида.

Подобрана методика, воспроизводящая условия (рН, ферменты и продолжительность инкубирования), приближённые к перевариванию пищи в ЖКТ человека для изучения способности гидроколлоидов растительного и животного происхождения сорбировать водорастворимые витамины, что дало возможность оценить их сохранность в готовых продуктах в условиях ЖКТ.

Доказана устойчивость к окислению низкожирной жировой эмульсии с учетом взаимодействия жирорастворимого витамина Е с гидроколлоидами.

Практическая значимость. Диссертационная работа выполнена в рамках Государственного задания Минобрнауки России на выполнение ПИР

«Конструирование продуктов функционального и специализированного назначения. Роль взаимодействия макро- и микронутриентов» (№2970 РК 01201256363) в течение 2012-2013 гг.. Показана целесообразность учета степени сорбции витаминов гидроколлоидами при обогащении пищевых продуктов. Полученные данные о взаимодействии гидроколлоидов с водо- и жирорастворимыми витаминами позволяют сформулировать рекомендации по обогащению витаминами продуктов, содержащих в своем составе гидроколлоиды различной природы.

Методология и методы исследования. Исследования выполнены с применением стандартных методик и современных химических, физико-химических и ферментно-химических методов исследования.

Положения, выносимые на защиту:

• результаты комплексных экспериментальных исследований на модельных системах по выявлению взаимодействие гидроколлоидов растительного и животного происхождения с жиро- и водорастворимыми витаминами;

• определена сорбционная емкость гидроколлоидов на основании изучения их свойств и анализа взаимодействия с водо- и жирорастворимыми витаминами;

• определены факторы сохранности водо- и жирорастворимых витаминов в присутствии гидроколлоидов:

- выявлена взаимосвязь между сорбционной емкостью и сохранностью витаминов в результате проведенных опытов in vitro на моделях обогащенных продуктов;

- результаты исследований позволяющие оценить сохранность жирорастворимого витамина Е в процессе окисления эмульсионных жировых продуктов.

Степень достоверности результатов. Все измерения проводились не менее чем в трех повторностях. Статистическая обработка экспериментальных данных и разработка опытных моделей осуществлялась в соответствии с методами анализа и обработки наблюдений с использованием программного обеспечения персонального компьютера IBM, расчеты выполнены в среде Excel for Windows, результаты ВЭЖХ проанализированы с помощью пакета прикладных программ Agilent ChemStation.

Апробация работы. Результаты доложены и обсуждены в рамках деловой программы выставки «Современное хлебопечение» на семинаре «Пищевые ингредиенты в современном хлебопечении» (Москва, 2011г.), Международных научно-практических конференциях «Технологии продуктов здорового питания. Функциональные пищевые продукты» (Москва, 2011), XIII - XIV Всероссийских Конгрессах диетологов и нутрициологов (Москва, 2011 - 2012г.), Международной конференции по крахмалу (International Starch Convention - ISC, Москва-Краков, 2012г.), а также на заседаниях кафедры «Биотехнология и технология продуктов биоорганического синтеза» ФГБОУ ВПО «МГУ 1111» и научно-исследовательской лаборатории «Химии пищевых продуктов» ФГБУ «НИИ питания» РАМН.

Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 14 печатных работ, из них 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, результатов исследований и их анализа, выводов, списка использованных литературных источников и 1 приложения. Основное

содержание работы изложено на 172 страницах основного текста, проиллюстрировано 52 рисунками, 74 таблицей и 1 диаграммами. Список литературы включает 139 источника отечественных и зарубежных авторов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Глава 1. Обзор литературы

В обзоре научно-технической литературы приведены данные по основным функциональным характеристикам гидроколлоидов и их применению в пищевой промышленности, рассмотрены пути повышения витаминной ценности и научные принципы обогащения различных групп пищевых продуктов, вопросы усвоения микронутриентов в ЖКТ и влияние гидроколлоидов на процессы пищеварения.

Глава 2. Экспериментальная часть

В экспериментальной части работы представлены: схема проведения исследований (рис.1), характеристика объектов исследования, методы анализа и методика проведения эксперимента.

Исследование взаимодействия гидроколлоидов с жиро- и водорастворимыми витаминами в обогащенных пищевых продуктах осуществлялось в несколько этапов:

> определение взаимодействия основных и наиболее часто используемых в пищевой промышленности гидроколлоидов с витаминами на модельных системах с построением рядов сорбционной ёмкости гидроколлоидов;

> лабораторная выработка промышленных прототипов обогащенных витаминами продуктов, содержащих в своем составе гидроколлоиды (концентраты сладких блюд - желе, кисели; мармеладные изделия; жировая эмульсия) с предварительным обоснованием рецептурного состава и исследованием физико-химических показателей сырья, используемого для их производства;

> определение сохранности:

о комплекса водорастворимых витаминов с гидроколлоидами в составе моделей обогащенных продуктов в условиях ЖКТ человека in vitro; о токоферола в обогащенном жировом эмульсионном продукте. Экспериментальные исследования проводили в лабораториях кафедр «Биотехнология и технология продуктов биоорганического синтеза», «Технологии переработки растительного сырья» ФГБОУ ВПО «Московский Государственный Университет пищевых производств», в лаборатории Химии пищевых продуктов ФГБУ «НИИ питания» РАМН и в отделе «Современных методов оценки качества» ГНУ НИИ кондитерской промышленности Россельхозакадемии.

2.1. Объекты и методы исследований

При проведении исследований использовались следующие виды сырья по спецификациям изготовителей, разрешенные для применения в пищевой промышленности органами Роспотребнадзора в соответствии СГР или ГОСТ, ТУ: • модельные опыты, направленные на выявление взаимодействия водо- и жирорастворимых витаминов с основными группами гидроколлоидов: смесь токоферолов GRINDOX™ TOCO 70 IP (Danisco, Дания), поливитаминная смесь (DSM, Швейцария); МКЦ «WALOCEL CRT 1000 PV» и «WALOCEL CRT 30000 PV» (DOW Construstion Chemicals, США); ксантановая камедь (CP Kelco, Китай); хитозан (Jiaherb

INC., Китай); нативные картофельный крахмал по ГОСТ 7699-78 и кукурузный крахмал по ГОСТ Р 51985-2002; прежелатинизированный нативный рисовый крахмал (BENEO-Orafti, Бельгия); высокоэтерифицированный пектин «КЛАССИК AM 201» (Herbstreith & Fox KG, Германия); агар KVAG80B (Kevico International Ltd, Китай); желатин инстант (АРОМАРОС-М, Россия); инулин OraftiHP (BENEO-Orafti, Бельгия);

Рисунок 1. Структурная схема исследований

• опыты с моделями обогащенных продуктов (концентраты сладких блюд - желе, кисели, мармеладные изделия, жировая эмульсия) включали следующее дополнительное сырье: фруктоза по ТУ 911-196-79036538-2011; изомальт GS (BENEO-Orafti, Бельгия); кислота лимонная пищевая по ГОСТ 908-2004; сухое молоко цельное по ГОСТ 52791-2007; патока крахмальная ГОСТ Р 52060-2003; растительные экстракты - малины, облепихи, черники (Naturex Ultimate Botanical Benefits); сахар-песок по ГОСТ 21-94; глюкоза кристаллическая гидратная по ГОСТ 975-88; лактат кальция (PURAC ВЮСНЕМ BV, Голландия); натуральный ароматизатор «Лесные ягоды» (DePAr Зеленые линии, Россия); подсолнечное масло по ГОСТ Р 52465-2005; сыворотка молочная сухая обезжиренная по ТУ 49-800-81; уксусная кислота пищевая 9% по ГОСТ 6968-76; соль поваренная пищевая по ГОСТ 51574 - 2000; вода питьевая по ГОСТ Р 51232-98.

Определение физико-химических показателей сырья, используемого для моделей обогащенных продуктов производили по общепринятым методикам: массовой доли влаги и активности ионов водорода, рН и студнеобразующей способности пектина по ГОСТ 29186-91; массовой доли влаги и активности ионов водорода, рН, прочности и температуры плавления геля агар-агара по ГОСТ 16280-2002; влажности и кислотности сухих растительных компонентов по ГОСТ 15113.4 и ГОСТ 15113.5; влажности и титруемой кислотности крахмалов по ГОСТ 7698-93, водопоглотительной способности крахмалов по коэффициенту набухаемости, водоудерживающей способности крахмалов методом центрифугирования, вязкости растворов крахмалов по методу Брабендера; массовой доли влаги и активности ионов водорода, рН, продолжительности растворения, вязкости и прочности геля желатина по ГОСТ 1129389; массовой доли сухих веществ и кислотности сухого молока цельного по ГОСТ 52791-2007; вязкости, показателя рН и перекисного числа жировой фазы эмульсионной системы по ГОСТ 53595-2009.

Определения, направленные на выявление взаимодействия водо- и жирорастворимых витаминов с основными группами гидроколлоидов, а также содержания водо- и жирорастворимых витаминов в моделях обогащенных продуктов осуществляли методом ВЭЖХ на жидкостном хроматографе Agilent 1100.

Определение устойчивости гидроколлоидов и водорастворимых витаминов в составе моделей обогащенных продуктов к гидролизу в ЖКТ человека осуществляли ферментно-химическим методом с применением ВЭЖХ на жидкостном хроматографе Agilent 1100. В качестве ферментных препаратов применялись: устойчивая к нагреванию а-амилаза Термам ил (NOVO Laboratory Inc., США), протеаза (Sigma Chemical Co., США), амилоглюкозидаза (Sigma Chemical Co., США).

Определение устойчивости к окислению обогащенного жирового эмульсионного продукта производили по методу ускоренного окисления по ГОСТ Р 51481-99 (ИСО 6886-96), на приборе Rancimat.

Глава 3. Определение взаимодействия гидроколлоидов с витаминами на

модельных системах

При определении взаимодействия гидроколлоидов с витаминами на модельных системах и в системах обогащенных продуктов применялась витаминная смесь DSM, содержащая в своем составе витамины группы В и витамин С. Диаграмма 1. Содержание витаминов в премиксе при различных способах внесения,

мг/г

ЕЭ Спецификация премикса, мг/г

способ внесения, мг/г

420

□ Холодный способ внесения, мг/г

423

Витамины гр.В 112

112

91,4

Данные о содержании витаминов в премиксе при различных способах приготовления стандарта (горячий и холодный способ разведения), которые были сопоставлены с заявленным содержанием витаминов по спецификации изготовителя, представлены на диаграмме 1, и отражают следующие результаты:

- витамин С, как более лабильный к температуре, в водных растворах горячего способа приготовления разрушается больше, нежели в холодном стандарте, его потери составляют 2,55% и 1,86% соответственно;

- витамины группы В (пантотеновая кислота, тиамин, ниацин, рибофлавин, пиридоксин), как более устойчивые к температурному воздействию и длительному пребыванию в водной среде, в горячем способе внесения определяется полностью (112 мг/г 112мг/г);

- носителем витаминов в премиксе служит мальтодекстрин, следовательно, в холодном способе внесения при анализе витаминов в растворе возможна погрешность, возникающая вследствие не полного высвобождения витаминов из носителя.

Полученные результаты были учтены при применении данного витаминного премикса на следующих этапах работы.

В жировых эмульсионных опытных моделях в качестве источника жирорастворимых витаминов использовали токоферол Danisco «Toco 70 IP» (табл. 1).

Таблица 1. Состав «Toco 70IP»

Состав, процентное соотношение TOCO 70 IP

Натуральный концентрат смеси токоферолов 1Р (Е306), % 70

Масло подсолнечника, % 30

Содержание изомеров токоферола в образце представлено в таблице 2 и рисунке 2. Следует отметить, что высокий показатель содержания гамма-токоферола в смеси важен для использования в рамках нашей работы, т.к. наибольшей антиоксидантной активностью обладают у (гамма) и б (дельта) токоферолы.

Таблица 2. Содержание изомеров

Образец Содержание токоферола, [мг/100 г]

S- токоферол 7" токоферол Р" токоферол Сумма токоферол ов

Toco 70 IP 16,4 42,5 10,3 69,2

Рисунок.2. Хроматограмма содержания изомеров токоферола в «Toco 70 IP»

100 so 60 40 20

14.767 у -Tocoferol

i

14.052 ■ -Tocotcroi

15.387 0 -Tocoferol

j\___

Результаты анализов и заявленных данных по спецификации к продукту в пересчете на токоферолацетат составил 99%.

Поскольку применяемые в работе гидроколлоиды имеют разную природу происхождения, химическое строение и реологические свойства, выбор оптимальной доли внесения каждого из них для достижения однородного геля в растворе различен и был основан на изучении физико-химических свойств.

Для исследований, выявляющих взаимодействие гидроколлоидов с водорастворимыми витаминами, готовили растворы гидроколлоидов: крахмалы 2% р-р; МКЦЮОО/МКЦЗОООО 0,5% р-р; пектин 2% р-р; инулин 5% р-р; агар 0,5% р-р; ксантановая камедь 0,3% р-р; хитозан 1% р-р; желатин 2% р-р; с последующим добавлением премикса водорастворимых витаминов в различной концентрации с шагом 0,5 г/л. В витаминном премиксе содержание витаминов имеет различный порядок значений, при совместном определении витаминов на ВЭЖХ в условиях одной модели необходимо подбирать такие концентрации, которые позволят избежать завышенных пиков и погрешности при анализе данных.

Для исследований, выявляющих взаимодействие гидроколлоидов с токоферолом, создавали жировую эмульсию (1:1 вода/масло), в водной фазе находился гидроколлоид (в концентрациях описанных выше), в жировой фазе - токоферол в различной концентрации с шагом 1мг/мл, с последующим смешиванием 2-х фаз с помощью магнитной мешалки. Далее проводились отборы проб для анализа на ВЭЖХ (методика анализа описана в п.2.1.2. настоящей диссертации).

Взаимодействие крахмалов с водорастворимыми витаминами

^ 50

в" 40

5 30 с. 3 20 А

I 10

Е

а о

о „ 0,5 1 1,5 ,2 Концентрация витаминов, г/л

—Степень сорбции витаминов на картофельном крахмале ГСВ, %

...... Степень сорбции витаминов на картофельном

крахмале ХСВ, % Рисунок. 3. Взаимодействие витаминов в модели картофельного крахмала ГСВ и ХСВ

0 0,5 1 1,5 2 2,5 Концентрация витаминов, г/л -Витамины группы В, мг......Витамин С, мг

Рисунок. 4. Взаимодействие групп витаминов в модели картофельного крахмала ХСВ

В эксперименте использовались две группы моделей 2% раствора крахмала: крахмал восстанавливали горячей водой (80 °С), затем часть образцов растворов охлаждали до комнатной температуры (ХСВ) с последующим внесением в холодный раствор витаминов, а в другую часть образцов витамины вносили в горячий раствор (ГСВ).

Различие в показателях взаимодействия (сорбции) в модели картофельного крахмала ГСВ и ХСВ (рис. 3) витаминов в концентрации 0,5-2,5 г/л, обусловлено не только сорбционной способностью крахмала, но и действием высоких температур, вследствие чего, часть витаминов подверглась разрушению (витамин С, тиамин В1 и

пантотеновая кислота В5). Отклонения показателей

взаимодействия при

концентрации витаминов менее 0,7 г/л составили 1-5 %, а при концентрации от 1-1,5 г/л степень сорбции витаминов ГСВ и ХСВ составила около 24%. На рисунке 4 представлены кривые взаимодействия витамина С и витаминов группы В в модели картофельного крахмала ХСВ. Установлен рост сорбции витаминов группы В в пределах 40% при концентрации 0,5-1 г/л с последующим снижением до 27%. При этом степень взаимодействия витамина С в модели растет. Результаты сорбции при ГСВ рассмотрены в п. 3.1. настоящей диссертации. При отдельном рассмотрении взаимодействия витаминов группы В ХСВ (рис 5.) наиболее высокий пик сорбции имеет витамин В2 - 62%. Процент сорбции витаминов Вь В6 и В3 при ХСВ лежит в пределах 40-43% при концентрации от 0,5-1 г/л, пик сорбции пантотеновой кислоты самый низкий - 30%.

Данные по взаимодействию 2% растворов рисового крахмала с витаминами в модельных системах представлены на рисунке 6-7.

В5 Пантотеновая кислота мг — — В1Тиамин мг

- ВЗ Ниацин мг • • • • В2 Рибофлавин мг

• В6 Пиридоксин мг

О 0,5 1 1,5 2 2,5

Концентрация витаминов, г/л

Рисунок. 5. Взаимодействие витаминов группы В в модели картофельного крахмала ХСВ

0,5 1 1,5 2 2,5 Концентрация витаминов, г/л

■Степень сорбции рисового крахмала ХСВ, %

Степень сорбции рисового крахмала ГСВ, %

Рисунок 6. Взаимодействие витаминов в модели рисового крахмала ГСВ и ХСВ

0 0,5 1 1,5 2 2,5 Концентрация витаминов, г/л

—■— В5 Пантотеновая кислота мг -— В1 Тиамин мг

— — — ВЗ Ниацин мг - В2 Рибофлавин мг

— - — Вб Пиридоксин мг

Рисунок 7. Взаимодействия витаминов группы В в модели рисового крахмала ХСВ

При концентрации витаминов 0,7 г/л степень сорбции витаминов ХСВ составила 7,8 %, а при ГСВ 28,4%. Можно предположить, что потери витаминов при концентрации 0,7 г/л составили 11,6 мг или 20,6%. Взаимодействие каждого витамина с рисовым крахмалом в модельной системе ХСВ представлено на рисунке 7. Наиболее выраженным взаимодействием с рисовым крахмалом при концентрации витаминов в пределах 0,7-1,2 г/л обладает витамин Вг, процент сорбции которого составляет 93,02%. Процент сорбции витаминов Вь В5 и В6 при ХСВ лежит в пределах 39%, 40%, 50%, процент сорбции ниацина с увеличением общей концентрации витаминов растет до 23%.

Данные по взаимодействию 2% растворов кукурузного крахмала с витаминами в модельных системах приведены на рисунках 8-9.

0 1 2 3 4 5

Концентрация витаминов, г/л

— Степень сорбции кукурузного крахмала ХСВ, %

.....Степень сорбции кукурузного крахмала ГСВ, %

Рисунок 8. Взаимодействия витаминов в модели кукурузного крахмала ГСВ и ХСВ

¿5 О 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4 Концентрация витаминов, г/л — — — В5 Пантотеновая кислота, мг -■ В1 Тиамин, мг

-ВЗ Ниацин, мг

• • • • В2 Рибофлавин, мг • - В6 Пиридоксин, мг Рисунок 9. Взаимодействие витаминов группы В в модели кукурузного крахмала ХСВ

При концентрации витаминов более 2,5 г/л степень взаимодействия витаминов с кукурузным крахмалом при ХСВ и ГСВ составляет 58%. При отдельном рассмотрении взаимодействия витаминов группы В ХСВ (рис. 9), как и в предыдущих опытах с другими видами крахмалов, наивысший пик сорбции у витамина В2. Далее по уменьшению следуют витамины В3, В5. Сорбция В1 и В6 - напротив снижается с 16% до 7% и с 14% до 2% соответственно.

Причина расхождения показателей сорбции заключается в отличии размеров и форм зерен крахмалов различного происхождения, что влияет на реологические характеристики крахмальных клейстеров. Характеристика свойств крахмалов описана в п. 4.1.5.1. настоящей диссертации.

Взаимодействие МКЦ 1000/30000, пектина, инулина, агар-агара, ксантановой камеди, хитозана, желатина с водорастворимыми витаминами

Полученные результаты позволяют сделать следующие выводы по взаимодействию модельных растворов гидроколлоидов с витаминами (рис.8.). Исследованы два типа МКЦ с различной степенью полимеризации: МКЦ 1000 и МКЦ 30000. При низких концентрациях витаминного премикса в модельном растворе наивысший пик сорбции у 0,5% раствора агар-агара, следом по величине сорбции идет 5% р-ра инулина, 2% р-ра пектина, 0,5% р-ра МКЦ 30000, 2% р-ра желатина, 2% р-ра пектина с добавлением метанола, 0,3% р-ра ксантановой камеди, 0,5% р-ра МКЦ 1000, 1% р-ра хитозана.

Рисунок. 10. Взаимодействие витаминов с гидроколлоидами

£ 70

= S 60

я 50

ю

с.

о АО

л 30

с

о с 20

0J

н 10

о

^........................./.......... ~...... Ч

/ .... 1 X

.........! \

=............ж.......^ л. ••••••••

t: rrrií

0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5

Концентрация витаминного премикса, г/л

-МКЦ 30000, 0,5 % р-р --МКЦ 1000, 0,5 % р-р

— — — Ксантановая камедь, 0,3 % р-р — • -Хитозан, 1 % р-р

—— • Пектин, 2% р-р ......Пектин с доб. метанола, 2% р-р

- - Агар, 0,5% р-р • • • • Инулин, 5% р-р

1 'Желатин, 2% р-р

Различия в показателях сорбции для одного и того же образца пектина обоснованы внесением в модельный раствор метанола, для осаждения пектина. Известно, что пектины не растворяются в спиртах, данный факт и повлиял на низкие показатели сорбции в модели 2% раствора пектина с добавлением метанола. Сорбция каждого витамина гидроколлоидами описана в п.3.2-п.3.4. настоящей диссертации.

Взаимодействие крахмалов (рисовый, картофельный, кукурузный) с

токоферолом

Наибольшей степенью сорбции при высоких концентрациях токоферола от 0,6 до 0,7 г/100мл в эмульсии обладает рисовый крахмал, при этом в данном отрезке концентрации у кукурузного и картофельного крахмала наблюдается спад сорбции, процент сорбции не превышает отметки в 10%.

60

В 50

Я

Я VO 40

с.

о и 30

л

в 20

V

с 10

о 0

X ч

> Ч

/ > ч ч ....

... / • / ......•/________ Ч ч ..........л

ÍV • * .....

0,00

0,20

0,80

0,90

0,30 0,40 0,50 0,60 0,70 Концентрация токоферола, г/100мл

- • Крахмал картофельный, 2% ......Крахмал кукурузный,2%

— — — Крахмал рисовый, 2%

Рисунок. 11. Взаимодействие крахмалов с токоферолом Для всех видов крахмалов в образцах эмульсии пик сорбционного насыщения при различной концентрации токоферола: картофельный крахмал достигает пика сорбции в 30% при концентрации 0,1 г/100мл, кукурузный 12% при концентрации токоферола 0,32 г/100мл и рисовый крахмал более 50% при концентрации токоферола 0,65 г/100мл в эмульсии.

Взаимодействие МКЦ 1000/30000, пектина, инулина, агар-агара, ксантановой

Инулин, 5% .....Хитозан, 1% — Ксантановая камедь, 1,5%

---Пектин, 1% - • Желатин, 2% .... МКЦ 30000, 1% р-р

= МКЦ 1000, 1% р-р

Рисунок. 12. Взаимодействие гидроколлоидов с токоферолом

Способность пектиновых веществ образовывать прочные гели, зависящая от их молекулярной массы и степени этирификации, значительно влияет на свойства пектина. Нами был использован пектин со степенью этерификации заявленной в спецификации не менее 70%. Сорбционная способность 1% раствора пектина не превышала 30% при низких концентрациях токоферола и с ростом концентрации достигла 45%.

С увеличением содержания токоферола в эмульсии, сорбционная способность МКЦ 1000/30000 увеличивалась и достигла максимума 50% при низких концентрациях токоферола 0,15 г/100мл, что, вероятно, обусловлено высокой пористостью МКЦ и превосходными свойствами поглощения и удерживания воды, масла и других веществ, а также наличие карбоксиметильных групп, с которыми токоферол способен связываться.

Сорбция 5% раствора инулина наибольшая, по сравнению со всеми ранее подготовленными растворами гидроколлойдов, при высоких концентрациях токоферола от 0,6 г/100мл до 0,8 г/ЮОмл и составляет 70%.

В результате исследования сорбционная способность 0,5% раствора ксантановой камеди в эмульсии, по сравнению с остальными гидроколлойдами, достигает максимума 55% при низких концентрациях токоферола от 0,1-0,2 г/100мл, образуя пик насыщения с последующим спадом сорбции не ниже 45% при средних и высоких концентрациях.

В модельной системе выявляющей взаимодействие токоферола с 2% раствором желатина в жировой эмульсии, сорбционная способность растет при низких концентрациях токоферола, и достигает предела сорбции равного 40% при концентрации внесенного токоферола 0,3 г/100мл.

Сорбционная способность 1% раствора хитозана уступает 0,5% раствору ксантановой камеди. Максиму сорбции 32% можно наблюдать при всей 1радации концентрации токоферола от 0,1 до 0,9 г/100мл. В отличие от растительной клетчатки и других гидроколлоидов, хитозан содержит аминогруппу, которая значительно эффективнее притягивает жировые клетки и липиды.

Из полученных результатов следует, что все исследованные модельные системы (гидроколлоид/водо- или жирорастворимые витамины) имели различную сорбционную емкость. Были построены сравнительные ряды сорбционной емкости гидроколлоидов (по возрастанию):

- при низких концентрациях (от 0,5-1,0 г/л) водорастворимых витаминов в растворе: «Хитозан» < «МКЦ 1000» < «Ксантановая камедь» < «Рисовый крахмал» «Картофельный крахмал» < «Пектин (с метанолом)» < «Желатин» < «МКЦ 30000» < «Пектин (без метанола)» < «Инулин» < «Агар»;

— при средней концентрации (от 0,1-2,0 г/л) водорастворимых витаминов в растворе: «МКЦ 1000» < «Ксантановая камедь» < «Пектин (с метанолом)» < «МКЦ 30000» < «Рисовый Крахмал» < «Картофельный крахмал» < «Хитозан» < «Желатин» < «Агар» < «Пектин (без метанола)» < «Инулин» < «Кукурузный крахмал»;

— при высокой концентрации (от 2,0-2,5 г/л) водорастворимых витаминов в растворе: «Ксантановая камедь» < «Хитозан» < «Пектин (с метанолом)» < «МКЦ 30000» < «Агар» < «Рисовый крахмал» < «МКЦ 1000» < «Желатин» < «Пектин (без метанола)» < «Картофельный крахмал» < «Инулин» < «Кукурузный крахмал»;

— при низких концентрациях (от 0,1-0,3 г/100мл) токоферола в растворе: «Кукурузный крахмал» < «Желатин» < «Рисовый Крахмал» < «Пектин» < «Картофельный крахмал» < «Инулин» < «Хитозан» < «МКЦ 1000» < «МКЦ 30000» < «Ксантановая камедь»;

— при средней концентрации (от 0,3-0,5 г/100мл) токоферола в растворе: «Кукурузный крахмал» < «Картофельный крахмал» < «Желатин» < «Хитозан» < «Пектин» < «Рисовый крахмал» < «МКЦ 1000» < «МКЦ 30000» < «Ксантановая камедь» < «Инулин»;

- при высокой концентрации (от 0,5-0,1) г/100мл) токоферола в растворе: «Рисовый крахмал» < «Картофельный крахмал» < «Кукурузный крахмал» < «Хитозан» < «Желатин» < «МКЦ 1000» < «Пектин» < «МКЦ 30000» < «Ксантановая камедь» < «Инулин»

Полученные данные показывают, что при определении содержания витаминов в модельных системах, одновременно содержащих значительные количества гидроколлоидов, может происходить сорбция витаминов, что, в свою очередь, способствует занижению получаемых аналитических данных. Различия в сорбционной способности обусловлены целым рядом факторов: различием в линейных размерах макромолекул, особенностями пространственной структуры, наличием на поверхности макромолекул различных функциональных групп.

Определена степень сорбции гидроколлоидов с различными группами водорастворимых витаминов при их совместном нахождении в условиях одной модели, что позволило выявить конкурентную активность витаминов группы В в модельной системе при средних концентрациях витаминного премикса (1,2 г/л) (по убыванию):

- В модельном растворе картофельного крахмала: «В2 Рибофлавин» > «В6 Пиридоксин» > «В1Тиамин» > «В5 Пантотеновая кислота» > «ВЗ Ниацин»;

— В модельном растворе рисового крахмала: «В2 Рибофлавин» > «В5 Пантотеновая кислота» > «ВЗ Ниацин» > «В6 Пиридоксин» > «В 1 Тиамин»;

- В модельном растворе кукурузного крахмала: «В2 Рибофлавин» > «В6 Пиридоксин» > «В1Тиамин» > «В5 Пантотеновая кислота» > «ВЗ Ниацин»;

- В модельном растворе пектина: «В2 Рибофлавин» > «В1Тиамин» > «ВЗ Ниацин»

> «В5 Пантотеновая кислота» > «В6 Пиридоксин»;

- В модельном растворе агара: «В2 Рибофлавин» > «ВЗ Ниацин» > «В6 Пиридоксин» > «В 1 Тиамин» > «В5 Пантотеновая кислота»;

- В модельном растворе инулина: «В2 Рибофлавин» > «В 5 Пантотеновая кислота»

> «В1Тиамин» > «В6 Пиридоксин» > «ВЗ Ниацин»;

В модельном растворе желатина: «В2 Рибофлавин» > «В¡Тиамин» > «В5 Пантотеновая кислота» > «В6 Пиридоксин» > «ВЗ Ниацин».

Глава 4. Обоснование выбора ассортимента обогащаемых продуктов, содержащих в своем составе гидроколлоиды

Учитывая специфику образа жизни современного человека, а также руководствуясь повышением фактора привлекательности и необходимостью расширения ассортимента, разработка и производство функциональных и обогащенных продуктов питания приобретает все большую актуальность и значимость. Особое внимание уделяется производству обогащенных пищевых концентратов, кондитерских изделий и масложировой продукции, отличительной особенностью которых является несбалансированность их состава, а именно, значительное содержание жиров и углеводов, низкое содержание белка и как следствие высокая энергетическая ценность (калорийность) и практически полное отсутствие целого ряда микронутриентов. Поэтому данные продукты являются идеальными объектами для обогащения и коррекции состава микроингредиентами.

На основании формализованных требований к обогащенным пищевым продуктам была осуществлена лабораторная выработка промышленных прототипов обогащенных витаминами продуктов, содержащих в своем составе гидроколлоиды с предварительным обоснованием рецептурного состава и исследованием физико-химических показателей сырья, используемого для их производства. Концентраты сладких блюд вырабатывались с применением желатина для десерта типа желе, нативных крахмалов (картофельного, рисового, кукурузного) для инстантных киселей; мармеладные изделия вырабатывались с применением пектина и агара-агара; жировая эмульсия вырабатывалась с применением крахмала и МКЦ. Рецептуры образцов обогащенных витаминами продуктов представлены в таблицах 3-6.

Таблица 3. Рецептуры обогащенных концентратов киселей

Таблица 4. Рецептура обогащенного

Компонентный состав 100 г 100 г 100 г

Глюкоза 63,44 63,34 63,34

Крахмал картофельный 28,56 - -

Крахмал рисовый - 28,56 -

Крахмал кукурузный - - 28,56

Лактат кальция 1,9 1,9 1,9

Лимонная кислота 0,95 0,95 0,95

Витаминный премикс 0,25 0,25 0,25

Растительные экстракты 4,9 5 5

Компонентный состав ЮОг

Ингредиенты 25%

Подсолнечное масло 25

Сыворотка сухая молочная 1,5

Крахмал кукурузный 1,5

МКЦ WALOCEL CRT 1000 PV 2

Фруктоза 1,3

Соль 1

Сода 0,05

GRINDOX™ TOCO 70 IP 0,025

Уксусная кислота 9 % 3

Вода остальное

Компонентный состав Желе ф руктовое Желе молочное

100г 40г порция 100г 32г порция

Желатин 12,5 5 9,68 3

Инулин 7,5 3 9,37 3

Фруктоза 61,25 24,5 40,62 13

Изомальт 10 4 9,37 3

Лимонная кислота 1,25 0,5 - -

Сухое молоко - - 29,87 9,66

Растительные экстракты 6,82 2,73 - -

Натуральные красители - - 0,21 0,07

Ароматизатор 0,05 0,02 0,06 0,02

Витаминный премикс 0,625 0,25 0,78 0,25

Таблица 6. Рецептуры обогащенных мармеладных изделий

Мармелад «Лесные ягоды» 100 г 15 г/пор. Мармелад «Диетический» 100 г 15 г/пор.

Изомальт 36,88 5,53 Фруктоза 27,13 4,07

Инулин 8 1,2 Инулин 8,0 1,2

Патока 23,5 3,52 Патока 27,5 4,12

Растительные экстракты 2 0,3 Растительные экстракты 2,2 0,33

Пектин 0,7 0,10 Агар-агар 0,75 0,11

Лимонная кислота 0,35 0,05 Лимонная кислота 0,65 0,09

Вода 28,3 4,24 Вода 33,5 5,02

Ароматизатор 0,02 0,003 Ароматизатор 0,02 0,003

Витаминный премикс 0,25 0,037 Витаминный премикс 0,25 0,037

Обогащение жиро- и водорастворимыми витаминами проводилось таким образом, чтобы средняя порция продукта обеспечивала не менее 20-30 % рекомендуемой суточной потребности.

Выработка данных образцов обогащенных продуктов позволила оценить сохранность витаминов в условиях ЖКТ с учетом установленных сорбционных способностей гидроколойдов и устойчивость к окислению жировой эмульсии.

Глава 5. Определение сохранности водо- и жирорастворимых витаминов

Полученные результаты исследования взаимодействия витаминов с гидроколлоидами свидетельствуют о необходимости учитывать их сорбционные возможности при составлении рецептур обогащенных продуктов, так как это может повлечь, как ухудшение биодоступности этих компонентов, так и пролонгацию их свойств в зависимости от свойств гидроколлоидов и их усвоения в ЖКТ.

ЕЯ а-тшшз 30 мин

Тонкий уищечиик ШИЗ I- протеам

30 МНИ

30 мин

Рисунок 13. Экспериментальные условия моделирования переваривания в ЖКТ человека in vitro

Для оценки высвобождения и сохранности витаминов была создана модель процесса переваривания образцов обогащенных продуктов в организме человека in vitro (рис. 13). Для этого лабораторные образцы продуктов последовательно подвергались воздействию основными ферментами ЖКТ с последующим определением витаминов ВЭЖХ.

Для определения сохранности жирорастворимого витамина Е в обогащенной жировой эмульсии была проведена серия исследований, которые заключались в приготовлении образцов эмульсионных жировых продуктов, с последующим определением устойчивости образцов, содержащих масла и жиры, к окислению ускоренным методом.

5.1. Определение сохранности комплекса водорастворимых витаминов с гидроколлоидами в составе моделей обогащенных продуктов в условиях желудочно-кишечного тракта

5.1.1. Оценка сохранности витаминов в концентратах желейных десертов

Проведенные исследования качественных показателей желатинового студня и определение оптимальных концентрации желирующего и других компонентов для приготовления десерта потребительского качества, позволило получить прототипы промышленных образцов моделей желе, обогащенных витаминами (табл. 5) для исследования их устойчивости к гидролизу ферментами ЖКТ с последующей оценкой сохранности витаминов (диагр. 2).

В каждом образце желе исходное содержание витаминов составляет 30,99 мг, из них 7,09 мг витамины группы В.

В готовом желе произвели замер связанных витаминов:

- для молочного желе количество связанных витаминов в растворе составило 14,48 мг, из них витаминов группы В - 3,47 мг.

- для фруктового желе 17,72 мг, из них витаминов группы В - 5,69 мг;

После обработки образов продукта а-амилазой количество связанных витаминов снижается:

- общее количество связанных витаминов с 14,48 мг до 7,95 мг в молочном желе, витаминов группы В с 3,47 мг до 1,57 мг;

- общее количество связанных витаминов с 17,72 мг до 13,23 мг в фруктовом желе, витаминов группы В с 5,69 мг до 1,66 мг.

Высвобождение витаминов обоснованно разрушением структуры инулина, который как было показано ранее на модельных опытах с растворами инулина различной концентрации ВП, является активным сорбирующим агентом по отношению к водорастворимым витаминам.

Последующая обработка протеазой и анализ проб показал, что высвобождение витаминов замедляется по общей сумме связанных витаминов и достигает:

- для молочного желе количество связанных витаминов в растворе составило 12,97 мг;

- для фруктового желе количество связанных витаминов в растворе составило 18,02 мг;

- наблюдается относительно не большой рост высвобождения витаминов группы В

- 1,59 мг связанных витаминов в образце молочного желе, и 1,70 мг для образца фруктового желе;

Диаграмма 2. Оценка устойчивости обогащенных концентратов желе к гидролизу ферментами ЖКТ по этапам

о 1— Молочное желе Фруктовое желе

ЕЗ Стандарт (Сумма внесенных витаминов), мг 30,99 30,99

Ш Стандарт (Сумма внесенных витамины группы В), мг 7,09 7,09

И Готовый продукт (Сумма связанных витаминов), мг 14,48 17,72

Ш Готовый продукт (Сумма связанных витаминов группы В), мг 3,47 5,69

У а-амилаза (Сумма связанных витаминов), мг 7,95 13,23

и а-амилаза (Сумма связанных витаминов группы В), мг 1,57 1,66

В Протеаза (Сумма связанных витаминов), мг 12,92 18,02

И Протеаза (Сумма связанных витаминов группы В), мг 1,58 1,70

□ Амилоглюкозидаза (Сумма связанных витаминов), мг 15,70 23,56

0 Амилоглюкозидаза (Сумма связанных витаминов группы В), 3,35 4,38

мг

Протеаза относится группе гидролаз, данный фермент разжижает желатин. При внесении протеазы, все образцы необходимо было довести до рН=7,5. Происходит неуклонное снижении концентрации витамина С, лабильного к нагреву и продолжительному удержанию данного витамина в щелочной среде при значениях рН 7,5 и выше происходит его самоокисление. Также слабая щелочная среда влияет на разрушение никотиновой кислоты, рибофлавина и тиамина.

Заключительным этапом стало внесение ферментного препарата -амилоглюкозидазы. В отличие от других амилаз у-амилаза наиболее активна в кислых условиях при рН4,0 - 4,6. В кислой среде легко гидролизуется пантотеновая кислота по месту пептидной связи, данный факт подтверждает рост суммы связанных витаминов, а именно уменьшение концентрации лабильных к кислой среде витаминов. Сумма свободных витаминов на конец эксперимента составила:

- для молочного желе 15,29 мг (49% от исходного содержания внесенных витаминов);

- для фруктового желе количество свободных витаминов в растворе составило 7,43 мг (31,5% от исходного содержания).

5.1.2. Оценка сохранности витаминов в мармеладных изделиях

Проведенные исследования качественных показателей пектина и агар-агара и определение оптимальных концентрации желирующих и других компонентов для приготовления мармеладных изделий потребительского качества, позволило получить

прототипы промышленных образцов мармеладных изделий, обогащенных витаминами и инулином (табл. 6), которые были исследованы по вышеописанной схеме процесса переваривания в организме человека in vitro (диагр.З).

В каждом образце исходное содержание витаминов равно 23,25 мг, из них 5,32 мг витамины группы В. (в 15 гр образца мармелада).

В готовом мармеладе произвели замер связанных витаминов:

- для мармелада «Лесные ягоды» (пектин) количество связанных витаминов в растворе составило 16,74 мг, из них витаминов группы В - 2,60 мг.

- для мармелада «Диетический» (агар) 11,86 мг, из них витаминов группы В - 2,97 мг;

После обработки а-амилазой количество связанных витаминов снижается. Высвобождение витаминов обоснованно разрушением структуры инулина. Однако в составе а-амилазы не менее 1 грамм-атома кальция на молекулу фермента, и каталитическая активность а-амилазы может быть существенно снижена благодаря наличию свободных карбоксильных групп у пектина, которыми он связывает ионы Са2+ и тем самым снижает активность фермента.

Диаграмма 3. Оценка устойчивости обогащенных мармеладных изделий к гидролизу

ферментами ЖКТ по этапам

Мармелад «Лесные ягоды» .. .. „ , А .

р ^ Мармелад «Диетический» (Агар)

Н Стандарт (Сумма внесенных

витаминов), мг

Ш Стандарт (Сумма внесенных витамины группы В), мг 5,32 5,32

□ Готовый продукт (Сумма связанных витаминов), мг 16,74 11,86

ш Готовый продукт (Сумма связанных витаминов группы В), мг 2,60 2,97

в а-амилаза (Сумма связанных витаминов), мг 14,15 8,17

■ а-амилаза (Сумма связанных витаминов группы В), мг 0,87 2,00

И Протеаза (Сумма связанных витаминов), мг 18,37 17,89

13 Протеаза (Сумма связанных витаминов группы В), мг 0,80 0,50

□ Амилоглюкозидаза (Сумма связанных витаминов), мг 18,44 18,37

ЕЭ Амилоглюкозидаза (Сумма связанных витаминов группы В), 0,61 0,58

мг

Сумма свободных витаминов на конец эксперимента составила:

- для мармелада «Лесные ягоды» 4,81 мг (20,6% от исходного содержания);

- для мармелада «Диетический» количество свободных витаминов в растворе составило 4,88 мг (20,9% от исходного содержания).

5.1.3. Оценка сохранности витаминов в концентратах киселей

Обобщая результаты экспериментов по физико-химическим характеристикам крахмалов и учитывая взаимодействия витаминов с крахмалами в модельных опытах, были подобраны 3 рецептуры обогащенных витаминами киселей на картофельном, кукурузном и рисовом крахмале (табл. 3). Существует незначительная часть крахмала, которая устойчива к перевариванию в желудочно-кишечном тракте, и обладающая сорбирующими свойствами. Усвояемая часть крахмала также может сорбировать активные вещества, однако эти свойства проявляются до тех пор, пока сохраняется j структура крахмала как гидроколоида.

В каждом образце исходное содержание витаминов равно 10,18 мг, из них 2,22 мг витамины группы В. В результате опытов in vitro, воспроизводящих условия ЖКТ, над I восстановленными концентратами киселей наибольшее высвобождение витаминов наблюдалось на первом этапе. Вследствие воздействия а-амилазы на а-1,4—гликозидные связи, расщепляя амилозу внутри её цепи, в результате чего с большой скоростью образуются низкомолекулярные продукты гидролиза. После обработки амилоглюкозидазой высвободилось 0,21 мг витаминов группы В в киселе, приготовленном на рисовом крахмале; 0,14 мг витаминов группы В - на кукурузном крахмале и 0,24 мг витаминов группы В - на картофельном крахмале. Сумма свободных витаминов на конец эксперимента составила: | — для киселей на рисовом крахмале 1,42 мг (13,9% от исходного содержания

внесенных витаминов); [ - для киселей на кукурузном крахмале количество свободных витаминов в растворе составило 2,23 мг (21,9% от исходного содержания).

— для киселей на картофельном крахмале 1,97 мг (19,35% от исходного содержания).

5.2. Оценка устойчивости к окислению эмульсионных жировых продуктов, содержащих в своем составе гидроколлоиды и токоферол

В результате проведенных исследований в МГУПП на кафедре «Органическая и пищевая химия» была разработана технология производства функционального соуса 25%-ной жирности (Морина Э.В., 2011). Вследствие модельных экспериментов выявляющих взаимодействие токоферола с гидроколлоидами в жировых эмульсиях, представляется необходимым оценить устойчивость к окислению майонезного соуса, в состав которого помимо пищевых волокон (МКЦ) и крахмала входит антиоксидант (Витамина Е). Устойчивость образцов жировой эмульсии к окислению производилось по Методу Активного Окисления (АОМ). Как известно, токоферолы оказывают сильный антиокислительный эффект, зависящий от их концентрации. И исключение данного антиоксиданта из рецептуры (табл. 4.), а так же показанное ранее на модельных опытах взаимодействие с гидроколоидами, не могло не повлиять на показатели времени индукции полученные по АОМ.

Результат АОМ представлен на рисунке 14. Все кривые имеют резкий подъем, что свидетельствует освобождение жирных кислот и других летучих продуктов в образцах. Наиболее длительное время индукции имеет образец №3, содержащий в своем составе как антиоксидант (токоферол), так и гидроколлоиды (МКЦ и крахмал).

Рисунок 14. АОМ обогащенного жирового продукта 25%-ой жирности при температуре подаваемого воздуха 70°С, скорость 20 л/ч

В научной литературе отмечаются тенденции снижения концентраций токоферолов в процессе ускоренного окисления растительных масел, содержащих в своем составе нативные токоферолы, а так же смесь токоферолов дополнительно внесенных. В процессе окисления жирных кислот в пищевых маслах происходит зарождение перекисных радикалов, которые по радикально-цепному механизму ведут к образованию высокомолекулярных продуктов окисления. Так как токоферол является активным жирорастворимым антиоксидантом, то его молекулы вступают в реакцию взаимодействия с пероксидными радикалами, что прерывает радикальное окисление, при этом токоферол расходуется, стремясь к нулевой концентрации. Данное исследование нашло отражение и в нашей работе. В начальном отрезке времени токоферол сдерживает окисление подсолнечного масла, и после достигнутого времени индукции начинается резкий рост продуктов окисления, который сопровождается сильным расходованием токоферола и, следовательно, продолжительным стремительным ростом кривой проводимости. В свою очередь гидроколлоиды значительно замедляют окисление эмульсионных жировых продуктов, в состав которых, помимо жирового компонента, традиционно входят полисахариды (что обеспечивает стабильность консистенции). Данный факт свидетельствует о стабилизации антиокислителя в присутствии гидроколлоидов.

Выводы

Выполненные комплексные исследования по выявлению взаимодействия ряда гидроколлоидов растительного и животного происхождения с жиро- и водорастворимыми витаминами модельных системах и обогащенных пищевых продуктах позволяют сделать следующие выводы:

1. Доказано, что наиболее распространенные в пищевой промышленности гидроколлоиды обладают эффектом сорбции по отношению к водо- и жирорастворимым витаминам. Получены ряды сорбционной емкости гидроколлоидов при различных концентрациях витаминов.

2. Определена степень сорбции гидроколлоидов с различными группами водорастворимых витаминов при их совместном нахождении в условиях одной модели, что позволило выявить конкурентную активность витаминов группы В при средних концентрациях витаминного премикса (1,2 г/л) (по убыванию) по отношению к типу гидроколлоида.

3. Предложена и обоснована методика, воспроизводящая условия (рН, ферменты и продолжительность инкубирования), приближённые к перевариванию пищи в ЖКТ человека для изучения способности гидроколлоидов растительного и животного происхождения сорбировать водорастворимые витамины в обогащенных продуктах. Проведена оценка сохранности in vitro водорастворимых витаминов в обогащенных продуктах (концентраты сладких блюд - желе, кисели; мармеладные изделия), изготавливаемых с применением гидроколлоидов различной природы.

4. Показано связывание, высвобождение и потеря витаминов под действием условий ЖКТ in vitro. В мармеладе изготовленном с применением пектина высвобождение витаминов группы В после воздействия основными ферментами ЖКТ составило 88,5% и на агар-агаре 89%. В киселях изготовленных на рисовом, кукурузном и картофельном крахмале на конец опытов in vitro доля свободных витаминов группы В в образцах составляла 79%, 64%, и 76% соответственно. Наиболее низкие показатели сохранности витаминов in vitro были у модельных образцов желе изготовленных с применение желатина, на конец опыта процент свободных витаминов в образце молочного желе 52,7% и фруктового желе 38,2%. Остальная доля витаминов осталась в связанном состоянии либо подверглась разрушению под действием условий среды ЖКТ.

5. На основе экспериментальных данных доказано, что гидроколлоиды растительного происхождения (МКЦ, крахмалы, агар-агар, пектин, инулин, ксантановая камедь) и животного происхождения (желатин, хитозан) взаимодействуют с жирорастворимыми витаминами. Проведенная оценка влияния данного взаимодействия показала пролонгацию действия витамина Е, обладающего антиоксидантными свойствами в эмульсионных жировых продуктах. Доказана устойчивость к окислению низкожирной жировой эмульсии на основании взаимодействия жирорастворимого витамина Е с гидроколлоидами.

6. Установлено, что при анализе готового продукта содержащего в своем составе гидроколлоиды и витамины, заявленное производителем количество витаминов имеет заниженные фактические показатели. Данный факт органами контроля и надзора может быть определен как фальсификация продукта. Таким образом, исследования, рассмотренные в работе, еще раз указывают на необходимость учитывать взаимодействие витаминов с гидроколлоидами и актуальность доработки экспрессных методик количественного определения водо- и жирорастворимых витаминов в обогащенных продуктах питания.

7. Доказана необходимость учета взаимного влияния компонентов обогащенных пищевых продуктов для целей сохранности и биодоступности при производстве и потреблении. Установлено, что при производстве обогащенных витаминами пищевых продуктов, содержащих в своем составе гидроколлоиды или при дополнительном внесении пищевых волокон необходимо учитывать их структурные и химические свойства на стадии разработки и конструирования пищевой системы.

Список работ, опубликованных по материалам диссертации:

Печатные работы в рецензируемых ВАК журналах:

1. Байгарин Е.К., Морина Э.В., Горшунова К.Д., Комиссаров М., Нечаев А.П. Разработка технологии майонезных соусов 25-, 15- и 10%-ной жирности, обогащенных токоферолом, про- и пребиотиками // Масложировая промышленность. -2011. - № 3. - С. 18-22.

2. Бессонов B.B., Байгарин Е.К., Горшунова К.Д., Семенова П.А., Нечаев А. П. Взаимодействие пищевых волокон с различными функциональными ингредиентами пищи//Вопросы питания. - 2012.-Том 81. - №3. - С. 41-44.

3. Горшунова К.Д., Семенова П.А., Нечаев А.П., Бессонов В.В. Взаимодействие гидроколлоидов и водорастворимых витаминов при конструировании обогащенных пищевых продуктов // Пищевая промышленность. — 2012. - № 11. - С. 46-49

4. Горшунова К.Д., Семенова П.А., Нечаев А.П., Бессонов В.В. Исследование взаимодействия гидроколлоидов и токоферолов в эмульсионных жировых системах //Масложировая промышленность. — 2013. - №1. - С. 20-24

Научные статьи в журналах и сборниках

5. Байгарин Е.К., Морина Э.В., Горшунова К.Д., Комиссаров М., Нечаев А.П. Разработка технологии функциональных майонезных соусов 25-, 15- и 10%-ной жирности с синбиотическим комплексом, обогащенных токоферолом и пребиотиками // Сборник материалов IV-ой международной конференции «Индустрия пищевых ингредиентов XXI века» / Международная промышленная академия, 23-25 мая 2011г. - M: Пшцепромиздат, 2011, с. 125-133

6. Байков ВТ., Горшунова К.Д., Комиссаров M.B. Оптимизация жирнокислотного состава жировой фазы майонезных соусов путем купажирования растительных масел // Материалы ХП1 Всероссийского Конгресса диетологов и нутрициологов с международным участием «Персонифицированная диетология: настоящее и будущее», Москва, 5-7 декабря 2011 - с. 14.

7. Байков В.Г., Комиссаров M.B., Горшунова К.Д, Повышение стабильности майонезов при хранении // Материалы XIII Всероссийского Конгресса диетологов и нутрициологов с международным участием «Персонифицированная диетология: настоящее и будущее» Москва, 5-7 декабря 2011-е. 15.

8. Байгарин Е.К., Семенова П.А., Горшунова К.Д. Применение гидроколлоидов при производстве кондитерских изделий обогащенных витаминами и антиоксидантами. Материалы восьмой Международной конференции «Торты. Вафли. Печенье. Пряники - 2012» / Международная промышленная академия, 27-29 февраля 2012г., - М.: Пшцепромиздат, 2012, с.141-143

9. Семенова П.А., Горшунова К.Д., Нечаев А.П., Бессонов В.В., Байгарин Е.К. Применение пищевых волокон в технологиях продуктов питания II Сборник научных трудов МПА, выпуск X; Под ред. В.А. Бутковского. — М: ИЦ Интермедия, 2012 - 91-102с. - 240с.

10. Байгарин Е.К., Семенова П.А., Горшунова К.Д. Применение антиокислителей в майонезных соусах с оптимизированным жирнокислотным составом, содержащих пищевые волокна II Материалы седьмой Международной

конференции «Масложировой комплекс России: новые аспекты развития» / Международная промышленная академия, 28-30 мая 2012 г. - М.: Пищепромиздат, 2012. с. 116-120

П.Горшунова К.Д., Семенова П.А., Бессонов В.В., Горбачева Е.В., Нечаев А.П. Использование метода высокоэффективной жидкостной хроматографии для определения степени взаимодействия витаминов с нативными крахмалами // Использование электрофизических методов исследования для производства и оценки качества пищевых продуктов: Сб. науч. тр./ФГБОУ ВПО «СПбГТЭУ»; под общ. ред. Н.В. Панковой. - СПб.: Изд-во «ЛЕМА», 2012, с. 51-56

12.Байгарин Е.К., Горшунова К.Д. Взаимодействие полисахаридов с витаминами при конструировании обогащенных пищевых продуктов // Материалы XIV Всероссийского Конгресса диетологов и нутрициологов с международным участием «Алиментпрно-зависимая патология: предиктивный подход», Москва 3-5 декабря 2012 г. - с.8

П.Горшунова К.Д., Семенова П.А., Бессонов В.В., Нечаев А.П. Оценка взаимодействия водорастворимых витаминов и нативных крахмалов в пищевых системах // Материалы 19 международной конференции по крахмалам, Москва-Краков, 18-20 сентября 2012г.:Сб.тезисов анг./рус. — М.: «Альт Консул», 2012, с.27-28

П.Горшунова К.Д., Семенова П.А., Бессонов В.В., Нечаев А.П., Кондратьев Н.Б., Савенкова Т.В. Исследование взаимодействия гидроколлоидов и водорастворимых витаминов при конструировании обогащенных желейно-мармеладных изделий К Материалы девятой международной конференции, «Кондитерские изделия XXI века» / Международная промышленная академия, 26-28 февраля 2013 г. - М.: Пищепромиздат, 2013, с. 127-130

Список сокращений:

АОМ - метод активного окисления

ВП — витаминный премикс

ВЭЖХ — высокоэффективная жидкостная хроматография

ГСВ - горячий способ внесения витаминов в модельный раствор

ЖКТ - желудочно-кишечный тракт

МКЦ - микрокристаллическая целлюлоза

ХСВ - холодный способ внесения витаминов в модельный раствор

Summary

The modification of traditional foodstuff by enrichment of missing useful nutrients and/or removing the unhealthy components from products with using the technological ways, a substantiation of a choice of food system and taking into account physiological efficiency, is underlying at the creation of functional products now. This modification is providing the raised contents the useful components in products to the level associated with physiological norms of their consumption.

But the addition of the functional components according only the compounds, without consideration of kinds and forms of interaction of these components in food systems is not capable to providing favorable action after their intake and even can become the reason of decrease in biological value and digestibility of biologically active substances.

The research and estimation of degree of interaction of the components in food systems is an actual problem from which decision quality and safety of the enriched products depends.

The research work deals with the interaction of microingredients and various hydrocolloids in food systems and assess their possible chemical interaction, considering which to choose combinations of forms, methods and steps to make the ingredients to ensure maximum safety during production and storage, which is one of the basic principles of food fortification. Presented in the paper results confirm the need to consider when developing recipes fortified foods optimal proportions between included in them starches, fiber and vitamins.

Автор выражает искреннюю благодарность научному руководителю д.т.н., профессору Нечаеву А.П. за всестороннее внимание, поддержку, руководство при написании работы. Отдельно выражаем признательность за оказанную помощь при выполнении работы руководителю лаборатории «Химии пищевых продуктов» ФГБУ «НИИ питания» РАМН д.б.н. Бессонову В.В., и всем сотрудникам данного подразделения, а так же специалистам ГНУ НИИ кондитерской промышленности Россельхозакадемии д.т.н., проф. Савенковой Т.В., д.т.н. Кондратьеву Н.Б. и доц. кафедры «Технологии переработки растительного сырья» МГУ 1111 к.т.н. Семеновой П.А.

Подписано в печать: 13.11.2013 Объем: 1,0 п. л. Тираж: 100 экз. Заказ № 217 Отпечатано в типографии «Реглет» 119526, г. Москва, пр-т Вернадского, д. 39 (495) 363-78-90; www.reglet.ru

ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ БЮДЖЕТНОЕ

ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ ВЫСШЕГО ПРОФЕССИОНАЛЬНОГО ОБРАЗОВАНИЯ «МОСКОВСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ ПИЩЕВЫХ ПРОИЗВОДСТВ»

04201365383

На правах рукописи

Горшунова Ксения Дмитриевна

Исследование взаимодействия гидроколлоидов с жиро- и водорастворимыми витаминами в обогащенных пищевых

продуктах

Специальность 05.18.15. — Технология и товароведение пищевых продуктов и функционального и специализированного назначения и

общественного питания

диссертация на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель: д.т.н., проф. Нечаев А.П.

Москва-2013

Обозначения и сокращения

АОМ — метод активного окисления ВП - витаминный премикс

ВЭЖХ - высокоэффективная жидкостная хроматография ГСВ - горячий способ внесения витаминов в модельный раствор ЖКТ — желудочно-кишечный тракт МКЦ — микрокристаллическая целлюлоза

ХСВ - холодный способ внесения витаминов в модельный раствор

ОГЛАВЛЕНИЕ

ОГЛАВЛЕНИЕ........................................................................................................3

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ..........................................................................12

1.1. Гидроколлоиды и их функциональные характеристики..........................12

1.1.1. Классификация гидроколлоидов.........................................................15

1.1.2. Применение гидроколоидов в пищевой промышленности..............22

1.2. Аспекты применения водо- и жирорастворимых витаминов в обогащенных пищевых продуктах......................................................................31

1.2.1. Основные принципы обогащения пищевых продуктов микронутриентами..........................................................................................33

1.2.2. Качественные критерии обогащенных пищевых продуктов............36

1.3. Усвоение витаминов в ЖКТ и влияние гидроколлоидов на процессы пищеварения...........................................................................................................44

Заключение к 1 главе.............................................................................................53

Глава 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ......................................................55

2.1. Объекты и методы исследований.................................................................56

2.1.1. Основное и дополнительное сырье, применявшееся в работе.........56

2.1.2. Специальные методы исследований...................................................58

2.1.2.1. Определение витамина Е методом ВЭЖХ....................................58

2.1.2.2. Определение водорастворимых витаминов методом ВЭЖХ.....59

2.1.2.3. Определение сохранности комплекса водорастворимых витаминов с гидроколлоидами в условиях ЖКТ человека ферментно-химическим методом....................................................................................61

2.1.2.4. Определение устойчивости к окислению жирового эмульсионного продукта (метод ускоренного окисления) по ГОСТ Р 51481-99 (ИСО 6886-96)..............................................................................63

2.1.2.5. Методы математической обработки результатов исследования 64

2.1.3. Техника приготовления лабораторных образцов моделей обогащенных продуктов.................................................................................64

Глава 3. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ВЗАИМОДЕЙСТВИЯ ГИДРОКОЛЛОИДОВ С ВИТАМИНАМИ НА МОДЕЛЬНЫХ СИСТЕМАХ..........................................66

3.1. Взаимодействие крахмалов с водорастворимыми витаминами..............69

3.2. Взаимодействие МКЦ, ксантановой камеди, хитозана и водорастворимых витаминов...............................................................................86

3.3. Взаимодействие пектина, агара и водорастворимых витаминов............87

3.4. Взаимодействие желатина, инулина и водорастворимых витаминов....97

3.5. Взаимодействие нативных крахмалов и токоферола..............................103

3.6. Взаимодействие МКЦ, ксантановой камеди, хитозана и токоферола. 105

3.7. Взаимодействие пектина и токоферола....................................................108

3.8. Взаимодействие желатина, инулина и токоферола.................................108

Заключение к главе 3...........................................................................................110

Глава 4. ОБОСНОВАНИЕ ВЫБОРА АССОРТИМЕНТА ОБОГАЩАЕМЫХ ПРОДУКТОВ, СОДЕРЖАЩИХ В СВОЕМ СОСТАВЕ

ГИДРОКОЛЛОИДЫ...........................................................................................112

4.1. Определение качественных показателей гидроколлоидов....................116

4.1.1. Желатин инстант.................................................................................116

4.1.1.1. Исследование показателей качества желатинового студня......116

4.1.2. Пектин...................................................................................................120

4.1.3. Агар.......................................................................................................121

4.1.4. Инулин..................................................................................................121

4.1.5. Нативные крахмалы............................................................................122

4.1.5.1. Исследование реологических характеристик нативных

крахмалов....................................................................................................125

4.1.6. МКЦ......................................................................................................128

4.2. Определение качественных показателей дополнительных компонентов..........................................................................................................130

4.2.1. Патока крахмальная............................................................................130

4.2.2. Изомальт...............................................................................................130

4.2.3. Молоко сухое цельное........................................................................131

4.2.4. Сыворотка сухая молочная.................................................................132

4.2.5. Растительные и ягодные экстракты...................................................133

4.2.5.1. Экстракт облепихи........................................................................133

4.2.5.2. Экстракт малины...........................................................................134

4.2.5.3. Экстракт черники..........................................................................134

4.3. Рецептуры и качественные показатели образцов моделей обогащенных продуктов..............................................................................................................135

Заключение к 4 главе...........................................................................................139

Глава 5. ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОХРАННОСТИ ЖИРО- И ВОДОРАСТВОРИМЫХ ВИТАМИНОВ..........................................................140

5.1. Определение сохранности комплекса водорастворимых витаминов с гидроколлоидами в составе моделей обогащенных продуктов в условиях ЖКТ человека.......................................................................................................141

5.1.1. Оценка сохранности витаминов в концентратах желейных десертов..........................................................................................................141

5.1.2. Оценка сохранности витаминов в мармеладных изделиях.............143

5.1.3. Оценка сохранности витаминов в концентратах киселей...............146

5.2. Оценка устойчивости к окислению эмульсионных жировых продуктов, содержащих в своем составе гидроколлоиды и токоферол..........................148

Заключение к главе 5...........................................................................................153

ВЫВОДЫ.............................................................................................................154

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...................................................................................156

Приложение 1......................................................................................................169

Введение

Образ жизни и питание служат важнейшими факторами, обеспечивающими здоровье человека, его способность к труду, умение противостоять внешним неблагоприятным воздействиям. Поэтому при составлении полноценного пищевого рациона важно обращать внимание на наличие незаменимых факторов питания - биологически активных веществ, полиненасыщенных жирных кислот семейства ю-6/ю-3, витаминов и минералов, отсутствие которых сопровождается симптомами пищевой недостаточности [135].

Производство и потребление функциональных и обогащенных пищевых продуктов подкреплено правовой основой со стороны государства и приобретает все большую актуальность и востребованность, что обусловлено, изменениями условий жизни и труда населения, снижением энергозатрат и объемов потребляемой пищи, при неизменной потребности в физиологически активных веществах.

Конструирование качественно новых продуктов питания, удовлетворяющих физиологические потребности организма человека в пищевых веществах и энергии и восполняющих дефицит незаменимых микроингредиентов, возведено в ранг государственных задач, что отражено в «Основах государственной политики в области здорового питания населения Российской Федерации на период до 2020 года».

В основе создания таких продуктов лежит модификация традиционных продуктов путем введения в их состав физиологически функциональных ингредиентов (витамины, минеральные вещества, полиненасыщенные жирные кислоты, пробиотики), особое место среди которых занимают пищевые волокна (микрокристаллическая целлюлоза, крахмалы, пектин, хитозаны, инулин, фруктоолигосахариды и проч.) с обоснованием выбора пищевой системы и с учетом их физиологической эффективности [81].

Одним из принципов обогащения пищевых продуктов витаминами и минеральными веществами является прогнозирование возможного химического взаимодействия обогащающих ингредиентов между собой и с компонентами

7

обогащаемого продукта. Следовательно, необходимо учитывать выбор таких сочетаний, форм, способов и стадий внесения микроингредиентов, которые обеспечивали бы их максимальную сохранность в процессе производства и потребления. Однако, внесение функциональных ингредиентов в соответствии с рецептурой, зачастую не способно обеспечить благоприятное физиологическое действие после употребления и может повлечь за собой снижение биодоступности и усвояемости биологически активных веществ [135, 81].

Степень разработанности проблемы. Исследование и оценка степени взаимодействия компонентов пищевой системы является актуальной задачей, от решения которой зависит качество и безопасность обогащенных продуктов питания. Существует ряд научных работ российских и зарубежных ученых (Тутельян В.А., Гаппаров М.Г., Шатнюк JI.H., Кочеткова A.A., Бессонов В.В., Вржесинская O.A., Нечаев А.П., Попова Т.С., Цыганова Т.Б., Abhishek S.B., Loksuwan J.), в которых рассматриваются вопросы взаимодействия гидроколлоидов с макро- и микроингредиентами, характер и свойства образуемых комплексов.

Довольно часто в рецептурах сложных пищевых продуктов приходится сталкиваться с непредвиденными последствиями взаимодействия компонентов. Учитывая, что в последние годы в пищевой промышленности возрос объем применения таких гидроколлоидов как пектины, инулины, хитозаны и др. для достижения технологической эффективности и придания функциональной направленности, при создании пищевых продуктов, нам представляется необходимым более глубокое изучение подходов и решений по обогащению продуктов витаминами с учетом их свойств, структуры и взаимодействия в пищевой системе.

В этой связи мы считаем важными и перспективными исследования взаимодействия ряда гидроколлоидов растительной природы (МКЦ, крахмалы, агар, пектин, инулин, ксантановая камедь) и животного происхождения (желатин, хитозан) с жиро- и водорастворимыми витаминами в различных группах обогащенных пищевых продуктов (пищевые концентраты сладких блюд - желе, кисели; кондитерские изделия - мармелад; жировые продукты).

Цель работы: исследование взаимодействия ряда гидроколлоидов растительного и животного происхождения с жиро- и водорастворимыми витаминами в пищевой системе.

В рамках поставленной цели решались следующие задачи:

• изучить физико-химические и технологические свойства гидроколлоидов различной природы;

• исследовать на модельных системах взаимодействие гидроколлоидов различной природы (МКЦ, ксантановая камедь, хитозан, желатин, крахмалы, агар, пектин, инулин) с водорастворимыми витаминами, внесенными в различных концентрациях;

• исследовать на модельных системах взаимодействие гидроколлоидов различной природы (МКЦ, ксантановая камедь, хитозан, желатин, крахмалы, агар, пектин, инулин) с жирорастворимым витамином Е, внесенным в различных концентрациях;

• оценить сохранность in vitro водорастворимых витаминов в обогащенных продуктах (пищевые концентраты сладких блюд - желе, кисели; мармеладные изделия), изготавливаемых с применением гидроколлоидов различной природы;

• оценить устойчивость к окислению эмульсионных жировых продуктов, содержащих в своем составе гидроколлоиды и витамин Е.

Научная новнзна. Впервые в России проведены комплексные исследования по выявлению взаимодействия водо- и жирорастворимых витаминов с различными группами гидроколлоидов, широко используемых в пищевой промышленности.

Определена степень сорбции гидроколлоидов с различными водорастворимыми витаминами при их совместном нахождении в условиях одной модели, что позволило выявить конкурентную активность витаминов в модельной системе по отношению к типу гидроколлоида.

Подобрана методика, воспроизводящая условия (рН, ферменты и продолжительность инкубирования), приближённые к перевариванию пищи в ЖКТ человека для изучения способности гидроколлоидов растительного и

животного происхождения сорбировать водорастворимые витамины, что дало возможность оценить их сохранность в готовых продуктах в условиях ЖКТ.

Доказана устойчивость к окислению низкожирной жировой эмульсии с учетом взаимодействия жирорастворимого витамина Е с гидроколлоидами.

Практическая значимость. Диссертационная работа выполнена в рамках Государственного задания Минобрнауки России на выполнение НИР «Конструирование продуктов функционального и специализированного назначения. Роль взаимодействия макро- и микронутриентов» (№2970 РК 01201256363) в течение 2012-2013 гг.. Показана целесообразность учета степени сорбции витаминов гидроколлоидами при обогащении пищевых продуктов. Полученные данные о взаимодействии гидроколлоидов с водо- и жирорастворимыми витаминами позволяют сформулировать рекомендации по обогащению витаминами продуктов, содержащих в своем составе гидроколлоиды различной природы.

Методология и методы исследования. Исследования выполнены с применением стандартных методик и современных химических, физико-химических и ферментно-химических методов исследования.

Положения, выносимые на защиту:

• результаты комплексных экспериментальных исследований на модельных системах по выявлению взаимодействие гидроколлоидов растительного и животного происхождения с жиро- и водорастворимыми витаминами;

• определена сорбционная емкость гидроколлоидов на основании изучения их свойств и анализа взаимодействия с водо- и жирорастворимыми витаминами;

• определены факторы сохранности водо- и жирорастворимых витаминов в присутствии гидроколлоидов:

- выявлена взаимосвязь между сорбционной емкостью и сохранностью витаминов в результате проведенных опытов in vitro на моделях обогащенных продуктов;

- результаты исследований позволяющие оценить сохранность жирорастворимого витамина Е в процессе окисления эмульсионных жировых продуктов.

Степень достоверности результатов. Все измерения проводились не менее чем в трех повторностях. Статистическая обработка экспериментальных данных и разработка опытных моделей осуществлялась в соответствии с методами анализа и обработки наблюдений с использованием программного обеспечения персонального компьютера IBM, расчеты выполнены в среде Excel for Windows, результаты ВЭЖХ проанализированы с помощью пакета прикладных программ Agilent ChemStation.

Апробация работы. Результаты доложены и обсуждены в рамках деловой программы выставки «Современное хлебопечение» на семинаре «Пищевые ингредиенты в современном хлебопечении» (Москва, 2011г.), Международных научно-практических конференциях «Технологии продуктов здорового питания. Функциональные пищевые продукты» (Москва, 2011), XIII -XTV Всероссийских Конгрессах диетологов и нутрициологов (Москва, 2011 -2012г.), Международной конференции по крахмалу (International Starch Convention - ISC, Москва-Краков, 2012г.), а также на заседаниях кафедры «Биотехнология и технология продуктов биоорганического синтеза» ФГБОУ ВПО «МГУПП» и научно-исследовательской лаборатории «Химии пищевых продуктов» ФГБУ «НИИ питания» РАМН.

Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 14 печатных работ, из них 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК.

Структура работы. Диссертационная работа состоит из введения, обзора литературы, экспериментальной части, результатов исследований и их анализа, выводов, списка использованных литературных источников и 1 приложения. Основное содержание работы изложено на 172 страницах основного текста, проиллюстрировано 52 рисунками, 74 таблицей и 7 диаграммами. Список литературы включает 139 источника отечественных и зарубежных авторов.

Глава 1. ОБЗОР ЛИТЕРАТУРЫ

В обзоре научно-технической литературы приведены данные по основным функциональным характеристикам гидроколлоидов и их применению в пищевой промышленности, рассмотрены пути повышения витаминной ценности и научные принципы обогащения различных групп пищевых продуктов, вопросы усвоения микронутриентов в ЖКТ и влияние гидроколлоидов на процессы пищеварения.

1.1. Гидроколлоиды и их функциональные характеристики

Гидроколлоиды - обширная группа пищевых ингредиентов, в которую входят вещества трех функциональных классов - загустители, гелеобразователи и стабилизаторы, в основном представленные пищевыми волокнами (полисахариды растворимые и нерастворимые) и веществами белковой природы, выделенные в 1978 г. в самостоятельную категорию на основании общности