автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.07, диссертация на тему:Научное обоснование и разработка технологий получения и холодильного консервирования фитопрепаратов и пищевых продуктов с биологически активными веществами дикорастущего сырья

005534638

На правах рукописи

БАЗАРНОВА Юлия Генриховна

НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ ПОЛУЧЕНИЯ И ХОЛОДИЛЬНОГО КОНСЕРВИРОВАНИЯ ФИТОПРЕПАРАТОВ И ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ С БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ ДИКОРАСТУЩЕГО СЫРЬЯ

05.18.07-Биотехнология пищевых продуктов и биологических активных веществ 05.18.04 - Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и холодильных производств

АВТОРЕФЕРАТ Диссертации на соискание ученой степени доктора технических наук

1 О ОКГ 2013

Санкт-Петербург 2013

005534638

Работа выполнена в Санкт-Петербургском национальном исследовательском университете информационных технологий, механики и оптики»

Официальные оппоненты:

Никифорова Татьяна Алексеевна

доктор технических наук, профессор

ГНУ ВНИИ пищевых ароматизаторов, кислот и красителей

Россельхозакадемии, директор

Перкель Роман Львович

доктор технических наук, старший научный сотрудник

ФГБОУ ВПО «Санкт-Петербургский государственный торгово-экономический университет», профессор кафедры технологии и организации питания

Глотова Ирина Анатольевна

доктор технических наук, доцент

ФГБОУ ВПО «Воронежский государственный аграрный

университет имени императора Петра 1», зав. кафедры

технологии переработки животноводческой продукции

Ведущая организация:

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский государственный аграрный университет»

Защита состоится «¿^ »О/имЖі 2013 г. в ч на заседании диссертационного совета Д 212.227.09 при Санкт-Петербургском национальном исследовательском университете информационных технологий, механики и оптики по адресу:

191002, г. Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, д.9, тел/факс 315-30-15

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО СПб НИУ ИТМО Автореферат разослан «

// »^¿/¿^2013 г. Ученый секретарь диссертационного совета ґ(

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность проблемы. В настоящее время в связи со сложной экологической ситуацией в стране и в мире большое значение уделяется проблеме здорового питания населения. Одним из путей решения этой проблемы является расширение ассортимента продуктов из нетрадиционных видов пищевого сырья с высоким содержанием биологически активных веществ (БАВ).

Концепция экологической безопасности пищевых продуктов подразумевает безвредность сырьевых ресурсов. Биотехнологический потенциал дикорастущих плодов и трав, произрастающих в Северо-Западном регионе России, уникален. Некульти-вируемое сырьё растет и созревает без применения агрохимии, отличается доступно-1 стью и низкой себестоимостью и является альтернативным источником ценных пищевых и биологически активных веществ.

В номенклатуру заготавливаемых дикорастущих растений входит около 160 видов, из них 30 (травы зверобоя и череды, плоды шиповника, боярышника и рябины, лист березы и брусники, а такжб эфирномасличное растительное сырье) составляют максимальную часть заготовок.

Особый научный и практический интерес представляют продукты вторичного метаболизма высших растений, а именно фенольные соединения, относящиеся к минорным компонентам пищи и обладающие широким спектром физиологического действия на организм, в том числе Р-витаминной и антиоксидантной активностью.

Антиоксидантные свойства фенольных соединений высших растений являлись предметом исследований многих отечественных и зарубежных ученых — В. И. Палла-дина, А. И. Опарина, А. Сент-Дьёрдьи, А. Л. Кирсанова, П. А. Колесникова, М. Н. За-промётова, Е. Ф. Шамрай, 1 НагЪоте, Р. БНаМсИ. В фундаментальных трудах Н. М. Эмануэля обоснована способность пространственно экранированных фенолов или соединений, содержащих хиноидную группу, прерывать цепные реакции окисления за счет образования более устойчивых феноксильных радикалов. Работы Н. А. Тю-кавкиной, М. В. Гернет, Г. И. Касьянова, В. Г. Макарова и др. посвящены теоретическим и практическим аспектам экстракции фенольных соединений из растительного сырья.

Согласно международной классификации ФАО/ВОЗ, натуральные фитопрепараты в форме экстрактов и концентратов с высоким содержанием БАВ, а также традиционные продукты питания, обогащенные фитодобавками, включены в перечень функциональных продуктов.

Вместе с тем среди многочисленных литературных данных, касающихся физиологической активности природных веществ, выделенных из дикорастущих растений экстракцией, до сих пор отсутствует единый подход к их исследованию и систематизации. Требуют усовершенствования методы идентификации и количественного анализа компонентного состава фитоэкстрактов.

Практическое применение биологически активных фитокомпонентов затруднено лабильностью природных веществ к воздействию многих факторов, что препятствует использованию их нативных форм в рецептурах пищевых продуктов, подвергаемых технологической обработке и холодильному хранению.

В этой связи актуальна разработка новых технологических решений с целью получения жидких и инкапсулированных форм фитопрепаратов из дикорастущего сырья, которые отвечают всем требованиям безопасности и качества, предъявляемым к пищевым добавкам, и обладают широким спектром биологической активности.

Особое значение приобретает совершенствование технологий холодильного консервирования дикорастущих ягод. Разработка технологии продуктов из дикорастущих ягод в изотонических заливочных сиропах позволит расширить ассортимент кондитерских изделий повышенной биологической ценности.

Для оценки эффективности разработанных технологических решений целесообразно проведение экспериментальных исследований кинетики процессов, лимитирующих продолжительность холодильного хранения дикорастущих ягод.

В связи с вышесказанным, разработка научно обоснованных технологических решений для создания фитопрепаратов и пищевых продуктов, обогащенных БАВ дикорастущего сырья, является актуальной и позволяет внести значительный вклад в развитие здорового питания населения России.

Исследования проводились в рамках аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы в 2009-2011 гг.» и научно-исследовательской тематики «Молекулярные механизмы ингибирования биохимических и физико-химических процессов, протекающих в продуктах животного происхождения при холодильном консервировании с применением барьерных факторов».

Цель и задачи исследования. Цель работы — научно обосновать и разработать технологии получения и холодильного консервирования фитопрепаратов и пищевых продуктов, обогащенных биологически активными веществами дикорастущего травянистого и плодового сырья.

Для выполнения поставленной цели решались следующие задачи:

• провести анализ научной и технической информации о способах стабилизации БАВ дикорастущего сырья и перспективах их целевого применения в пищевых технологиях;

• обосновать принципы составления фитокомпозиций из дикорастущих плодов и трав и технологические режимы извлечения природных БАВ экстракцией водно-спиртовыми смесями;

• провести анализ состава и свойств биологически активных веществ в фитопрепаратах, полученных из дикорастущего сырья с помощью экстракции водно-спиртовыми смесями и сжиженным диоксидом углерода;

• исследовать показатели безопасности, медико-биологические, антиоксидантные и антимикробные свойства фитопрепаратов;

• изучить кинетические закономерности ингибирования окисления липидов в присутствии фитоантиоксидантов (ФАО);

• разработать состав инкапсулированных фитокомпозиций (ИФК) для пищевых эмульсий и технологические режимы их получения;

• исследовать влияние ИФК на показатели качества эмульсионных пищевых продуктов при холодильном хранении;

• разработать технологию консервирования дикорастущих ягод в изотонических заливочных сиропах;

• изучить кинетические закономерности биохимических и массообменных процессов, лимитирующих продолжительность холодильного хранения консервированных дикорастущих ягод;

• разработать технологии полуфабрикатов и начинок для мучньрс кондитерских изделий и десертов повышенной биологической ценности на основе консервированных дикорастущих ягод;

• разработать технологию холодильного хранения мучных кондитерских изделий с полуфабрикатами и начинками из дикорастущих ягод;

• разработать техническую документацию на фитопрепараты и пищевые продукты из дикорастущего сырья, провести их апробацию и внедрить в производство.

Научная новизна. Научно обоснованы методологические принципы исследования биотехнологического потенциала дикорастущих многолетних растений семейств Ьатгасеае, Анегасеае (СотроэИае), Нурегкасеае, Яозасеае, УассШасеае, Сарп/оНасеае, широко распространенных в Северо-Западном регионе РФ, и технологические решения для получения продуктов их переработки с применением процессов экстракции, инкапсуляции и холодильного консервирования.

Обоснованы принципы составления фитокомпозиций из дикорастущих трав и плодов с учетом их вкусоароматических свойств, аддитивного действия и сбалансированного сочетания доминирующих и сопутствующих фитокомпонентов.

Экспериментально обоснован состав одно- и многокомпонентных водно-спиртовых извлечений (ВСИ) дикорастущего сырья, оптимизированы технологические режимы их получения, установлены особенности кинетки извлечения флавоноидов в зависимости от вида сырья и состава экстрагента.

Модифицированы спектральные и хроматографические методы идентификации и количественного анализа биологически активных веществ в фитопрепаратах, полученных экстракцией дикорастущего сырья водно-спиртовыми смесями и сжиженным диоксидом углерода. Проведена систематизация БАВ в ВСИ и С02-экстрактах. Выявлено, что технология экстракции водно-спиртовыми смесями эффективна для извлечения природных форм фенольных соединений, а технология экстракции сжиженным диоксидом углерода — для извлечения терпеноидных веществ.

В исследуемых ВСИ методом высокоэффективной жидкостной хроматографии (ВЭЖХ) идентифицированы рутин, апиин, кемпферол, кверцетин и апигенин, а также галлотаннины, производные коричной кислоты, салициловая и галловая кислоты, гли-цирризиновая и абиетиновая кислоты. Установлено, что содержание кверцетина в ВСИ варьирует от 11,4 (зверобой) до 23,7 мг/100 г (шиповник).

Определено содержание Р-витаминоактивных веществ в ВСИ дикорастущих трав и плодов, которое варьируется от 21,2 (календула) до 40,9 мг/100 г (брусника). Установлено, что высоким содержанием Р-витаминоактивных веществ отличаются ВСИ «Лесная поляна» (516 мг/100 г), «Дары природы» (498 мг/100 г) и «Пряные травы» (483 мг/100 г).

Научно обоснован электронный механизм ингибирования кислородсодержащих свободных радикалов природными полифенольными антиоксидантами. Установлены значения антиоксидантной активности (АОА) фитопрепаратов. Выявлено, что высокой антиоксидантной активностью обладают ВСИ плодов шиповника и боярышника. Изучен механизм взаимодействия ФАО в составе ВСИ и С02-экстрактов пряных трав с модельными фермент-субстратными комплексами в реакциях гидролиза и окисления ли-пидов, установлены их кинетические характеристики.

Установлено, что по параметрам острой токсичности ВСИ дикорастущих трав и плодов могут быть отнесены к классу относительно безвредных веществ. Выявлено ги-похолестеринемическое действие ВСИ и их стимулирующее влияние на центральную

нервную систему крыс.

Показано, что наиболее выраженным бактериостатическим эффектом обладают ВСИ чабреца, шалфея, календулы и рябины, а также С02-экстракты гвоздики, шалфея и розмарина.

Разработан состав инкапсулированных фитокомпозиций на основе ВСИ и си2-экстрактов для пищевых эмульсий и технологические режимы их получения. Научно

обоснованы технологические режимы консервирования дикорастущих ягод в изотонических заливочных сиропах. Разработаны кинетические модели биохимических и мас-сообменных процессов, лимитирующих продолжительность холодильного хранения консервированных дикорастущих ягод.

Экспериментально обоснованы режимы холодильного хранения мучных кондитерских изделий (МКИ) с использованием консервированных дикорастущих ягод при субкриоскопических температурах.

Практическая значимость. Разработаны технологии одно- и многокомпонентных ВСИ из дикорастущих многолетних растений семейств Ьатгасеае, Азгегасеае (СотрояНае), Нурепсасеае, Яовасеае, УассЫасеае, Сарп/оНасеае. Экспериментально обоснованы состав и соотношение экстрагирующих смесей и растительного сырья, изучены технологические свойства сырья — насыпная масса, фракционный состав и коэффициент поглощения экстрагента растительной массой. Оптимизированы технологические режимы экстракции флавоноидов для получения многокомпонентных ВСИ с использованием разработанных фитокомпозиций.

Технология многокомпонентных водно-спиртовых извлечений дикорастущих трав и плодов апробирована и внедрена на ЗАО «ФП Мелиген» (г. Санкт-Петербург). Разработана и утверждена техническая документация на ВСИ «Пряные травы» (СТП 64-23059311-005-2012); «Лесная поляна» (СТП 64-23059311-004-2012); «Душистый» (СТП 64-23059311-006-2012); «Дары природы» (СТП 64-23059311-008-2012); «Лесной аромат» (СТП 64-23059311-007-2012).

Разработан и утвержден пакет технической документации на производство смесей инкапсулированных экстрактов для пищевой промышленности (изменение №1 от 2006 г. к ТУ 9169-001-46945450-2000) и смесей инкапсулированных пищевых ингредиентов «ПроМикс» (ТУ 9223-010-72475482-2006). Технология инкапсулированных фитопрепаратов апробирована и внедрена на ЗАО «АМФИТ-Технология» (г. Санкт-Петербург).

Разработаны и внедрены в производство:

• рецептуры среднекалорийных майонезов и фаршевых продуктов с ИФК;

• рецептуры кремовых начинок для мучных кондитерских изделий с ИФК «Лесная поляна», «Пряная» и «Лесной аромат»;

• рецептуры эмульсионных соусов с ИФК «Калина пряная», «Лесные травы», «Беловежский», «Пряные травы» (ЗАО «Грин Крест», г. Санкт-Петербург).

• технологии отделочных полуфабрикатов и желейных начинок для МКИ и десертов на основе консервированных дикорастущих ягод и заливочных сиропов, а также технологическая инструкция по холодильному хранению МКИ при субкриоскопических температурах (ОАО «Смольнинский хлебозавод», г. Санкт-Петербург).

Разработан метод стандартизации ИФК и методика их определения в эмульсионных пищевых продуктах.

Разработанные автором методические рекомендации и практические решения нашли применение в учебном процессе при организации научно-исследовательских работ и диссертаций магистрантов, обучающихся по направлениям 260100 «Продукты питания из растительного сырья» и 240700 «Биотехнология», ФГБОУ ВПО «НИУ ИТМО» (г. Санкт-Петербург) и включены в учебное пособие с грифом УМО. Результаты теоретических и экспериментальных исследований отражены в авторской монографии. Новизна предлагаемых технологических решений подтверждена 5 патентами РФ.

Основные положения, выносимые на защиту:

- обоснование технологий экстракции БАВ из дикорастущих трав и плодов водно-спиртовыми смесями и принципы составления фитокомпозиций;

- результаты идентификации, систематизации и количественного анализа природного комплекса БАВ в водно-спиртовых извлечениях из дикорастущего сырья, результаты исследований их показателей безопасности, медико-биологических, антимикробных и антиоксидантных свойств;

- технология инкапсулированных фитокомпозиций для пищевых эмульсий и результаты исследований их влияния на показатели качества эмульсионных пищевых продуктов при холодильном хранении;

- технология продуктов из дикорастущих ягод в изотонических заливочных сиропах и результаты исследований динамики БАВ при холодильном хранении консервированных ягод брусники и клюквы;

- моделирование кинетики биохимических и массообменных процессов, лимитирующих продолжительность холодильного хранения дикорастущих ягод;

- рецептуры и технологии отделочных полуфабрикатов и начинок для МКИ и десертов с использованием дикорастущих ягод, способ холодильного хранения МКИ при субкриоскопических температурах.

Апробация работы. Основные положения и результаты диссертационной работы прошли апробацию на Международной конференции «Ресурсосберегающие технологии пищевых производств» (Санкт-Петербург, 1998); Международной научно-технической конференции «Техническое переоснащение пищевой и перерабатывающей промышленности Северо-западного региона РФ» (Санкт-Петербург, 1999); Международной конференции «Перспективы производства продуктов питания нового поколения» (Омск, 2003); VIII Всероссийском конгрессе «Оптимальное питание — здоровье нации» (Москва, 2005); Международной конференции «Научное обеспечение и тенденции развития производства пищевых добавок в России» (Санкт-Петербург, 2005); Международной конференции-выставке «Высокоэффективные технологии, методы и средства для их реализации» (Москва, 2006); Международных научно-технических конференциях «Техника и технология пищевых производств» (Могилев, 2005, 2008, 2009); Международных научных конференциях «Пищевые технологии» (Одесса, 2006, 2007); Международной научно-технической конференции «Прогрессивная техника и технологии пищевых производств, ресторанного хозяйства и торговли» (Харьков, 2007); Международных научных конференциях «Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке» (Санкт-Петербург, 2003, 2007, 2011); Международных конференциях «Пищевая и морская биотехнология: проблемы и перспективы» (Калининград, 2006, Светлогорск, 2008); научных конференциях профессорско-преподавательского состава СПбГУНиПТ (Санкт-Петербург, 2008-2011) и СПбГАУ (Санкт-Петербург, 2011).

Публикации. По теме диссертации опубликована 71 работа, в том числе 25 статей в журналах, рекомендованных ВАК РФ, получено 5 патентов РФ, издана авторская монография.

Объем и структура диссертации. Диссертационная работа состоит из введения, 8 глав, выводов, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 261 страницах основного текста, содержит 85 таблиц и 74 рисунка и 18 приложений. Список литературы включает 375 источников, в том числе 90 зарубежных.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы диссертации и сущность решаемой проблемы, обозначены цель и задачи исследований, сформулированы научная концепция, новизна работы и ее, практическая значимость, описаны апробация и реализация полученных результатов, изложены основные положения, выносимые на защиту.

Аналитический обзор научной и технической литературы посвящен рассмотрению перспектив применения некультивируемого растительного сырья в пищевых технологиях и включает в себя описание природы и физиологической активности действующих веществ дикорастущих растений Северо-Западного региона РФ: флавонои-дов, оксибензойных кислот, дубильных веществ, алкалоидов, гликозидов, витаминов и эфирных масел. Систематизирована информация о региональных дикорастущих растениях, представляющих интерес в качестве альтернативных источников биологически активных минорных компонентов пищи, с учетом распространенности, доступности, биологической безопасности, комплексного воздействия на организм человека и перспектив для получения фитопрепаратов, предназначенных для введения в рецептурный состав продуктов или для непосредственного употребления в пищу.

Приведена классификация некультивируемого дикорастущего травянистого и сочного сырья, обоснованы эффективные способы стабилизации фитокомпонентов. Дано описание и сравнительная оценка основных способов экстракции БАВ из растительного сырья, рассмотрены современные технологии и аппаратурное оформление экстракции, приведены теоретические основы сверхкритической флюидной экстракции эфирных масел сжиженным диоксидом углерода. Рассмотрены современные технологии инкапсуляции пищевых материалов, представляющие практический интерес с точки зрения получения свободносыпучих форм фитоэкстрактов.

Обсуждена проблема антиоксидантной защиты биологических систем и пути ее решения. Показана эффективность применения фитоэкстрактов, обладающих антиоксидантной и противомикробной активностью, для сохранения качества пищевых продуктов при холодильном хранении.

Проанализированы современные представления о природе химических, биохимических и массообменных процессов, лимитирующих качество пищевых продуктов при холодильном хранении, и основные принципы их математического моделирования. Рассмотрены теоретические основы АБЬТ-тестирования сроков годности пищевых продуктов.

Методология и организация экспериментальных исследований

В основу научной концепции работы положено теоретическое и экспериментальное обоснование методологии исследования биотехнологического потенциала дикорастущего сырья и его практическая реализация в пищевых технологиях.

Разработанная методология заключается в построении единой системы принципов характеристического описания, логической организации и временной последовательности теоретических и экспериментальных исследований состава, технологических и функциональных свойств биологически активных веществ дикорастущего сырья и разработке технологий получения фитопрепаратов и пищевых продуктов с их высоким содержанием.

Объекты исследования. На основании анализа научной информации о физиологической активности природных веществ высших растений, а также современных технологий переработки, позволяющих максимально использовать биотехнологический

потенциал дикорастущего травянистого и плодового сырья, в качестве объектов исследования выбраны:

• водно-спиртовые извлечения, полученные из надземной части фенолнакапливаю-щих дикорастущих растений семейств Lamiaceae, Asteraceae (Compositae), Hyperica■> ceae, Rosaceae, Vacciniaceae, Caprifoliaceae, широко распространенных в СевероЗападном регионе РФ, разрешенных к применению в пищевой промышленности и характеризующихся комплексным воздействием на организм человека;

• дикорастущие ягоды брусники и клюквы (семейство Vacciniaceae)-,

• СОг-экстракты эфирномасличных растений семейств Apiaceae (тмин и кориандр), Myristicaceae (мускатный орех), Zingiberaceae (имбирь), Myrtaceae (гвоздика) и Lamiaceae (шалфей и розмарин), полученные по технологии сверхкритической УЗ-экстракции (22 кГц), ТУ 9169-048-10140736-03, ООО «Компания Караван»;

• эмульсии пищевые (майонезные, кремовые, фаршевые и соусы), выработанные с применением добавок инкапсулированных фитокомпозиций;

• отделочные полуфабрикаты и начинки для мучных кондитерских изделий и десерты, выработанные с применением консервированных дикорастущих ягод.

При разработке рецептур пищевых продуктов использовали вспомогательное сырье и ингредиенты, соответствующие требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01.

При разработке ВСИ использовали сухое сырье, заготовленное на базе ЗАО ФП «Мелиген», г. Санкт-Петербург. Сбор ягод брусники и клюквы проводили в Ленинградской области в 2002-2007 гг.

Методы исследований. Структурно-методологическая схема исследований приведена на рис. 1.

Хромато-масс-спектральный анализ летучей фракции ВСИ и С02-экстрактов осуществляли на установке фирмы «Hewlett-Packard» на базе аналитической лаборатории ФГУП РНЦ «Прикладная химия», г. Санкт-Петербург. Подобраны режимы, длина колонки, параметры ввода проб и температурная программа. Идентификацию БАВ в фитопрепаратах проводили путем сравнения масс-спектров разделенных компонентов смеси с масс-спектрами, содержащимися в компьютерной базе масс-спектральной информации NIST98.L и расчетным путем.

Хроматографический анализ нелетучей фракции ВСИ осуществляли методом высокоэффективной жидкостной хроматографии с использованием прибора фирмы SHIMADZU с УФ-детектированием на базе ГБОУ ВПО СПбГТИ (ТУ), г. Санкт-Петербург.

Спектры поглощения ВСИ регистрировали на спектрофотометре СФ-26 в интервале длин волн от 250 до 350 нм (длина оптического пути — 10 мм). Количественный анализ флавонолов в ВСИ осуществляли на приборе ААС-30.

Безопасность фитопрепаратов оценивали по содержанию токсичных элементов (методом атомной адсорбции) и пестицидов (методом газовой хроматографии) на базе испытательного лабораторного центра госэпиднадзора на транспорте в СевероЗападном регионе, г. Санкт-Петербург.

Медико-биологические исследования токсичности, аллергизирующих и местно-раздражающих свойств ВСИ проводили на белых крысах (линия Vistar, самки и самцы, масса тела 200-220 г), 60 мышах линии СВА с массой тела 18-21 г (самки и самцы) и 10 морских свинках светлой масти.

Исследования проводили на базе токсикологической лаборатории федерального бюджетного учреждения здравоохранения «Центр гигиены и эпидемиологии в городе Санкт-Петербург».

Обоснование выбора дикорастущего сырья и технологий стабилизации природных БАВ

Технологии фитопрепаратов -из ликопястуших тоав и плодов Технологии продуктов из дикорастущих ягод

»

Разработка фитокомпозиций из дикорастущего сырья * Разработка продуктов из дикорастущих ягод в заливочных сиропах *

Разработка технологий одно- и многокомпонентных ВСИ дикорастущих трав и плодов

Анализ состава и свойств фитопрепаратов

I

Спектральная и хроматографическая идентификация БАВ в исследуемых фитопрепаратах

Исследование показателей безопасности фитопрепаратов

Медико-биологические исследования _фитопрепаратов_

Исследование антимикробных свойств фитопрепаратов

Исследование антиоксидантных свойств фитопрепаратов

Моделирование кинетики ингибирования процессов окисления липидов фитоантиоксидактами

Разработка технологии консервирования дикорастущих ягод в изотонических заливочных сиропах

Разработка режимов пастеризации ягод в заливочных сиропах

Разработка технологии размораживания дикорастущих ягод в сиропах

Исследование и разработка сиропов заданного состава для размораживания ягод

1

Исследование изменений БАВ при холодильном хранении консервированных дикорастущих ягод

Моделирование кинетики биохимических и массообменных процессов, лимитирующих продолжительность холодильного хранения консервированных дикорастущих ягод

Разработка технологий пищевых продуктов с использовапием дикорастущего сырья |

Разработка инкапсулированных фитокомпозиций (ИФК) для пищевых эмульсий Разработка рецептур и технологий кондитерских изделий с использованием дикорастущих ягод

Кремовые эмульсии с ИФК * Отделочные полуфабрикаты

для мучных кондитерских изделий

Майонезные эмульсии с ИФК

Желейные начинки для мучных кондитерских изделий

Фаршевые эмульсии с ИФК Плодово-ягодные десерты

Эмульсионные соусы с ИФК -

» Технология холодильного хранения мучных кондитерских изделий при субкриоскопических температурах

Исследование влияния ИФК на сохраняемость качества продуктов при холодильном хранении -

[

Разработка техни'гескои документации

Внедрение результатов работы

Рисунок 1 — Структурно-методологическая схема исследований

АОА ВСИ оценивали методом FRAP (Bemie, Strain, 1996), путем определения индукционного периода (ISO 6886) и проведения ТБК-теста.

Механизм ингибирования реакций ферментативного гидролиза и окисления липидов в присутствии ФАО исследовали на моделях субстрат-ферментных комплексов (Владимиров, Арчаков, 1972; Шапиро, 1972).

При исследовании антимикробных свойств фитопрепаратов в качестве тест-культур использовали Pseudomonasßuorescens, Escherichia coli, Bacillus subtilis, Bacillus mesentericus 78 А из коллекции института сельскохозяйственной микробиологии (г. Пушкин), санитарно-показательные (МАФАнМ) микроорганизмы.

Для определения органолептических, физико-химических, биохимических и санитарно-значимых микробиологических показателей фитопрепаратов и пищевых продуктов использовали стандартные методы анализа пищевого сырья и готовых продуктов.

Для математической обработки экспериментальных данных использовали регрессионный анализ. Графические зависимости представлены после статистической обработки по методу наименьших квадратов, реализованной в Microsoft Excel и с помощью программы Curve Expert. Для оптимизации режимов экстракции БАВ при получении ВСЙ использовали метод многофакторного регрессионного анализа по Боксу-Уилсону.

Разработка и получение фитопрепаратов из дикорастущих трав и плодов

Научно обосновано, что экстракция природного комплекса БАВ из растительного сырья водно-спиртовыми смесями и сжиженным диоксидом углерода является одним из наиболее технологичных способов получения их стабилизированных форм, главным достоинством которых является сохранение естественных пропорций природных веществ.

Получение однокомпонентных водно-спиртовых извлечений. Для изучения

полноты извлечения биофлавоноидов из дикорастущего сырья в качестве экстра-гентов использовали подготовленную воду и водно-спиртовые смеси.

Определены насыпная масса (0,320,35 г/см3), фракционный состав (0,25,0 мм) и коэффициент поглощения экст-рагента растительной массой (2,4-2,6 — для травянистого и 1,8-2,0 — для плодового сырья).

Соотношение растительного сырья и экстрагирующей смеси составляло 1 : 5 (плоды) и 1 : 7 (травы), содержание спирта в экстрагирующих смесях варьировало от 50 % (плодовое сырье) до 70 % (травянистое сырье).

Динамика извлечения флавонолов из дикорастущего сухого травянистого и

, плодового сырья мацерацией 50%-ным

1—календула; 2—душица; 3—боярышник;

4 — шиповник; 5 — зверобой

20 18 16 14 12 10 8 6 4 2 0

! . ! + ........ ...../\ 7 J * 1

4

.....—к А

—■—---*

i/A/i г 1 2

Ш *____*

ух

1

0 25 50 75 100 125 150

Продолжительность мацераций, ч

Рисунок 2 — Динамика извлечения флавонолов из сухого измельченного сырья 50%-ным этиловым спиртом:

этиловым спиртом при температуре (20±2) °С приведена на рис. 2.

Выявлено, что экстрагирование методом однократной мацерации при температуре является малоэффективным для извлечения экстрактивных веществ и флавоноидов, поскольку процесс экстрагирования протекает только до установления динамического равновесия в системе «сырье-экстрагент».

Установлено, что концентрационное равновесие флавонолов при их экстракции водно-спиртовыми смесями из травянистого сырья наступает быстрее, чем в случае экстракции флавонолов из плодового сырья.

Продолжительность экстракции флавонолов из дикорастущих трав составила от 50 ч (душица) до 120 ч (зверобой); из дикорастущих плодов — до 145 ч (шиповник, боярышник). Выход флавонолов составил от 60 до 70 % от исходного содержания в сырье.

Получение многокомпонентных водно-спиртовых извлечений. Для получения многокомпонентных водно-спиртовых извлечений использовали фитокомпозиции из плодового и травянистого сырья.

Разработку фитокомпозиций осуществляли с учетом сочетаемости вкусоарома-тических свойств сырьевых компонентов, сбалансированности и аддитивности действия доминирующих БАБ, а также возможности проявления синергетических свойств сопутствующих БАВ.

В табл. 1 приведены характеристики фитокомпозиций для получения многокомпонентных ВСИ.

Таблица 1 — Характеристики фитокомпозиций дикорастущих трав и плодов

Наименование Сырьевой состав Доминирующие БАВ Сопутствующие БАВ

«Лесная поляна» Зверобой (трава), брусника (ягоды, лист) календула (цветки) Флавоноиды: гиперозид, рутин, кверцетин, кемпферол Оксибензойные кислоты, урсоловая кислота Дубильные вещества, токоферолы, азулен, у-ситостерол, а-пинен, мирцен, р-каротин

«Душистая» Шалфей (лист), душица (трава), мята перечная (лист) Флавоноиды: кверцетин, апиге-нин, виценин, гесперидин Хлорогеновая кислота, а- и Р-пинен Токоферолы, витамин С, у- и р-ситостерол, ПНЖК, урсоловая и олеаноловая кислоты

«Пряные травы» Чабрец (трава), тысячелистник (трава), шалфей (лист) Флавоноиды: рутин, апигенин, лютеолин Хлорогеновая, розмариновая и салициловая кислоты, дубильные вещества, тимол, карвакрол Токоферолы, витамин С, у- и р-ситостерол, ПНЖК, урсоловая кислота

«Лесной аромат» Зверобой (трава), душица (трава), мята перечная (лист) Флавоноиды.гиперозид, гесперидин, кверцетин, кемпферол, лютеолин, апигенин, виценин. а- и р-пинен Дубильные вещества, токоферолы, азулен, у-ситостерол, р-каротин,линолевая и линолено-вая кислоты, урсоловая и олеаноловая кислоты

«Дары природы» Рябина (плоды), шиповник (плоды), боярышник (плоды) Флавонолы: рутин, кверцетин, кемпферол, изокверцетрин, гиперозид, витексин Органические и фенолкислоты, /.-аскорбиновая кислота Каротиноиды, антоцианы, линолевая и линоленовая кислоты

Комплекс БАВ фитокомпозиций включает флавоноиды, дубильные вещества, терпеноиды, витамины. Перечисленные природные соединения обладают взаимной совместимостью и хорошей растворимостью в водно-спиртовых смесях. При составлении

фитокомпозиций сухое измельченное сырье смешивали в соотношении 1 : 1 :1 по массе.

Получение многокомпонентных ВСИ осуществляли методом перколяции с последующим сгущением. С целью оптимизации условий экстрагирования использовали метод математико-статистического планирования эксперимента. Проведены исследования влияния различных факторов (концентрации этилового спирта в экстрагенте; продолжительности предварительного настаивания и экстракции сырья; температуры экстрагирования) на выход экстрактивных веществ.

Обоснованы следующие технологические режимы экстракции: соотношение сы-рье-экстрагент — 1:7; концентрация спирта в экстрагенте — 50-55 %; время экстрагирования — 70-80 ч; температура системы твердое тело-жидкость — 30-35 °С. Выход суммы флавоноидов составил 80-85%, выход сухих веществ — 80%.

Полученные экстракты отстаивали при комнатной температуре в течение 3 сут при температуре (20±2) °С и отфильтровывали через мембранный фильтр.

Готовые ВСИ представляют собой прозрачные или слегка мутноватые, интенсивно окрашенные жидкости со смолистым, пряным, хвойным или душистым ароматом.

По комплексу органолептических и физико-химических показателей установлено, что ВСИ, упакованные в стеклянную светонепроницаемую тару, сохраняют требуемый уровень качества при температуре (18±2) "С в течение 12 мес.

Анализ состава и свойств биологически активных веществ фитопрепаратов

Анализ состава и свойств природных БАВ в фитопрепаратах, полученных экстракцией дикорастущего сырья, необходим для обоснования эффективности разработанных технологических решений и перспектив их дальнейшего применения.

Спектральный анализ водно-спиртовых извлечений дикорастущих трав и плодов. В концентрированных водно-спиртовых смесях хорошо растворимы агликоны, моно- и дигликозиды флавоноидов растительного сырья.

Для идентификации биофлавоноидов в ВСИ дикорастущих трав и плодов использовали спектры поглощения в ультрафиолетовой (УФ) области (250...350 нм).

В однокомпонентных ВСИ идентифицированы флавонолы, имеющие характерный коротковолновый максимум поглощения в области около 250 нм. Батохромный сдвиг коротковолнового максимума поглощения ВСИ трав и плодов (270-290 нм) указывает на присутствие гидроксилированных форм флавонолов.

В однокомпонентных ВСИ трав и плодов идентифицированы также оксибензой-ные кислоты, имеющие дополнительный максимум поглощения в области 300-350 нм.

Среди многообразия БАВ в составе водно-спиртовых извлечений дикорастущих плодов и трав особый интерес представляют вещества, обладающие Р-витаминной активностью — сумма извлеченных экстракцией мономерных и олигомерных форм фенольных соединений: оксибензойных кислот, флавоноидов и дубильных веществ.

Установлено, что содержание оксибензойных кислот в однокомпонентных ВСИ трав и плодов составляет примерно 25...30 %, а флавонолов — около 50 % от общего содержания веществ, обладающих Р-витаминными свойствами.

Содержание оксибензойных кислот в ВСИ трав варьирует от 6,5 (душица) до 9,5 мг/100 г (тысячелистник). В ВСИ плодов — от 8,6 (боярышник) до 19,0 мг/100 г (брусника). Содержание флавонолов в ВСИ трав составляет от 6,5 (календула) до 16,6 мг/100 (чабрец). В ВСИ плодов — от 17,0 (калина) до 23,7 мг/100 (рябина).

Разработана методика количественного определения кверцетина в фитопрепаратах с помощью атомно-абсорбционной спектрометрии (ААС). Установлено, что содержание кверцетина в ВСИ дикорастущих трав и плодов варьирует от 11,4 до 23,7 мг/100 г.

Высокое содержание моно- и дисахаридов выявлено в ВСИ калины (19,8 %), клюквы (19,0 %), мяты (21,0 %), душицы и тысячелистника (20,0 %).

Массовая доля органических кислот в ВСИ трав варьирует от 0,35 % (зверобой) до 0,52 % (мята); в ВСИ плодов — от 0,64 % (шиповник) до 1,97 % (рябина).

В табл. 2 приведены результаты исследований состава БАВ и физико-химические показатели многокомпонентных ВСИ: 1 — «Лесная поляна»; 2 — «Душистый»; 3 — «Пряные травы»; 4 — «Лесной аромат»; 5 — «Дары природы».

Таблица 2 — Состав БАВ многокомпонентных ВСИ и их физико-химические показатели

Показатель Вид фитоэкстрактов

1 1 2 1 3 | 4 | 5

Содержание БАВ

Флавонолы, мг/100г 272±16 225±13 222±13 229±14 217±13

Оксибензойные кислоты, мг/100 г 147±9 128±8 133±8 12б±7 207±12

Дубильные вещества, мг/100 г 97±6 80±5 106±6 128±8 74±4

Сумма Р-витаминоактивных веществ, мг/100 г 516±16 433±13 461±13 483±13 498±13

Растворимые углеводы, % 25,0±1,5 23,5±0,4 25,5±0,5 27,0±0,5 20,5±0,5

Органические кислоты, % 0,62±0,04 0,80±0,05 0,77±0,05 0,65±0,04 2,55±0,15-

Ь-Аскорбиновая кислота, мг/100 г 26,0±2,1 26,5±2,2 24,0±2,0 28,5±2,5 129,5±7,2

Физико-химические показатели

Сухой остаток, % 4,9±0,2 3,6±0,1 4,4*0,2 3,9±0,1 5,7±0,2

pH 6,6±0,1 6,7±0,1 6,7±0,1 6,7±0,1 6,5±0,1

Плотность, кг/м3 997 998 995 998 995

Выявлено, что самой высокой Р-витаминной активностью характеризуются ВСИ «Лесная поляна» (516 мг/100 г), «Дары природы» (498 мг/100 г) и «Пряные травы» (483 мг/100 г). В период роста и цветения растений процесс накопления фенольных веществ, органических кислот и Сахаров еще не закончен, поэтому содержание экстрактивных веществ в многокомпонентных ВСИ из травянистого сырья ниже, чем из плодового. Наиболее высокой массовой долей сухого остатка отличается ВСИ «Дары природы» (5,7 %).

Хроматографическая идентификация нелетучей фракции многокомпонентных водно-спиртовых извлечений дикорастущих трав и плодов. Хроматографиро-вание многокомпонентных ВСИ осуществляли в условиях градиентного элюирования при линейном изменении концентрации метанола в 0,1 %-ном водном растворе триф-торуксусной кислоты от 15 до 100% в течение 45 мин на колонке «Hypersil ODS С18» размером 4,6x100 мм с предколонкой длиной 20 мм, заполненной тем же сорбентом. Детектирование проводили при длине волны 360 нм. Скорость потока элюента составляла 1,0 мл/мин. Шкала чувствительности детектора 0,05 отн. ед.

В многокомпонентных ВСИ идентифицированы флавонолы и флавонол-глюкозиды, в том числе рутин, апиин, кемпферол, кверцетин и апигенин, а также гал-лотаннины, производные коричной кислоты, салициловая, галловая, глицирризиновая и абиетиновая кислоты.

Хроматографическая идентификация летучей фракции водно-спиртовых извлечений и СОг-экстрактов. Для хромато-масс-спектральной идентификации летучих компонентов в ВСИ и С02-экстрактах подобраны следующие режимы: объем пробы 0,1 мм3; коэффициент деления потока 1 : 50. Хроматографическое разделение проводили на капиллярной колонке НР—5 длиной 30 м с температурной программой 40 °С (3 мин) — 7 °С/мин — 300 °С (20 мин). Температура инжектора составляла 280 °С, температура детектора — 280 °С. Хроматограммы образцов регистрировали по полному ионному току в диапазоне масс от 35 до 650 углеродных единиц.

В результате анализа и систематизации идентифицированных веществ по строению и химическим свойствам в исследуемых фитопрепаратах обнаружено широкое разнообразие терпеноидных соединений, кислот жирного ряда и их производных.

Терпены и терпеноидные вещества фитопрепаратов представлены монотерпенами (СюН1б) — а- и Р-пинен, камфен, фелландрен, карен, лимонен, камфен и др. В числе высших терпеновых спиртов обнаружены борнеол (розмарин), гераниол (кориандр), эвкалиптол (имбирь), терпинеол (мускатный орех), линалоол (кориандр), лупеол и фи-тол (календула, мята, чабрец) и др. В числе моноциклических монотерпенов — пулегон (мята).

Дициклические монотерпены фитопрепаратов представлены камфорой (розмарин). Ароматические монотерпены — эвгенолом (гвоздика) и тимолом (чабрец, душица). В числе тритерпеновых соединений (С3&Н48) обнаружены сквален (розмарин) и амирин (тысячелистник, календула). Среди сесквитерпенов (С15Н24) идентифицированы копаен, кариофиллен, гермакрен, фарнезен, кадинол и спатуленол.

В ВСИ зверобоя, чабреца, мяты и тысячелистника идентифицированы линолевая и линоленовая кислоты и их эфиры; в настойках душицы и календулы — олеиновая и арахиновая кислоты. В ВСИ дикорастущих трав обнаружены фитостерины - кампесте-рол, стигмастерол, у-ситостерол, лупеол, а- и р-амирин и др., причем ситостерол найден в ВСИ всех исследуемых дикорастущих трав. В ВСИ зверобоя идентифицирован витамин Е (а-токоферол), а в ВСИ календулы и имбиря — азулен.

Отмечено разнообразие групп идентифицированных соединений в фитопрепаратах шалфея. Сравнительная оценка ХМС-профилей ВСИ и СОг-экстактов шалфея выявила различия экстрагируемости природных фенольных и терпеноидных соединений. Плохо растворимые в полярных растворителях монотерпеноиды лучше извлекаются сжиженным диоксидом углерода. Напротив, кислоты жирного ряда и их эфиры, а также высшие спирты (ледол, кадинол, борнеол) — водно-спиртовыми смесями.

Показатели безопасности фитопрепаратов. Безопасность фитопрепаратов гарантируется установлением и соблюдением регламентируемого уровня содержания чужеродных веществ. Исследования безопасности фитопрепаратов связаны не только с загрязнением окружающей среды и возможностью накопления в растениях потенциально опасных веществ, но и с вероятностью образования вредных для здоровья человека компонентов в ходе предварительной обработки и экстракции сырья.

На основании анализа полученных результатов установлено, что моно- и многокомпонентные ВСИ дикорастущих трав и плодов соответствуют требованиям СанПиН 2.3.2.1078-01, являются безопасными, экологически чистыми и могут быть использованы в пищевых технологиях.

Медико-биологические исследования фитопрепаратов. Установлено, что по параметрам острой токсичности при внутрижелудочном введении крысам в различной концентрации разработанные ВСИ дикорастущих трав и плодов могут быть отнесены к классу относительно безвредных веществ. Выявлено стимулирующее влияние ВСИ на

центральную нервную систему крыс. Результаты исследований биохимических тестов крови свидетельствуют о снижении содержания общего холестерина у подопытных животных.

Антиоксидантные свойства фитопрепаратов. В основу научной концепции ан-тиоксидантной защиты биологических, в том числе и пищевых систем, положены принципы ингибирования реакций окисления липидов, протекающих по свободно-радикальному механизму или активируемых ферментными системами.

В работе приведено теоретическое обоснование электронного механизма ингибирования свободных радикалов природными фенольными антиоксидантами ряда С6-С3-С6 с позиций современных представлений о процессах перекисного окисления липидов (ПОЛ). Предложены электронные схемы взаимодействия флавоноидных соединений с перекисными радикалами, а также электронные схемы образования и стабилизации фе-ноксильных радикалов.

На рис. 3 представлены результаты исследований антиоксидантной активности ВСИ дикорастущих трав и плодов, значения которой составили от 120 до 230 мкг/мл.

Выявлено, что высокой антиоксидантной активностью обладают ВСИ плодов шиповника и боярышника.

Антиоксидантные свойства исследуемых С02-экстрактов изучали путем определения периода индукции, свидетельствующего о полной дезактивации активных радикалов в окисляющемся субстрате. Антиоксидантный эффект (АОЭ) определяется скоростью связывания свободных радикалов и зависит от количества гидроксильных групп, их пространственного расположения, легкостью переноса водорода от антиокси-данта к свободному радикалу и разницей стандартных одноэлектронных восстановительных потенциалов.

В результате математической обработки эмпирических зависимостей, отражающих кинетику окисления подсолнечного масла с добавками С02-экстрактов, получены значения антиоксидантной активности (АОА) и АОЭ этих экстрактов.

Установлено, что антиоксидантное действие С02-экстрактов сводится к замедлению процесса ПОЛ и значительно увеличивается в сочетании с синергистами.

Установлена эффективная концентрация С02-экстрактов для проявления ими АОЭ, которая составила 0,05 % от массы окисляющегося субстрата.

В работе приведены результаты исследований кинетики окисления сливочного масла с добавками ВСИ зверобоя и боярышника. Получены эмпирические значения энергии активации процесса автоокисления молочного жира — Ет = (103,6±5,1) кДж/моль (ПОЛ без ингибиторов) и Ет = (28,2±1,4) кДж/моль (ПОЛ в присутствии фитоантиоксидантов). Снижение значения Ет означает, что обрыв це-

Рисунок 3 — Результаты исследований антиоксидантной активности (АОА) водно-спиртовых извлечений дикорастущих плодов и трав методом FRAP (в пересчете на аскорбиновую кислоту) 1 — рябина; 2 — брусника; 3 — боярышник; 4 — шиповник; 5 — калина; 6 — клюква; 7 — календула; 8 — душица; 9 — чабрец; 10 — зверобой; 11 — тысячелистник; 12 — шалфей; 13 — мята

чем продолжение цепей. Получено эмпирическое уравнение для расчета продолжительности эффективного действия ФАО. Интервал эффективных концентраций ВСИ для проявления ими антиоксидантного эффекта составил от 0,025 до 0,05 % от массы молочного жира.

Исследование кинетики ферментативных реакций гидролиза и окисления липидов в присутствии ФАО ВСИ и С02-экстрактов выполнено согласно основным теоретическим положениям кинетики ферментативных реакций с помощью модельных субстрат-ферментных комплексов.

При исследовании липотропной активности фитопрепаратов в качестве субстрата использовали тристеарин, в качестве фермента — свежеприготовленный ферментный препарат липазы из семян льна. При исследовании механизма ингибирования пероксидазы — свежеприготовленный мышечный гомогенат из охлажденной говядины. Концентрация добавок фитопрепаратов составляла 0,05% от массы субстрата.

Для расчета эмпирических значений констант Михаэлиса и максимальной скорости исследуемых ферментативных реакций в присутствии ФАО использовали линейную функцию Лайнуивера-Берка.

Выявлено, что наиболее эффективными ингибиторами процесса ферментативного окисления липидов являются ФАО СОг-экстрактов гвоздики и шалфея, тысячелистника и мяты, а взаимодействие исследуемых ингибиторов с фермент-субстратным комплексом соответствует бесконкурентному типу.

Установлена липотропная активность ФАО СОг-экстрактов и ВСИ трав, среди которых наиболее эффективны ФАО мяты и тысячелистника.

Бактериостатические свойства фитопрепаратов. Получены результаты, свидетельствующие о бактериостатическом эффекте ВСИ чабреца, шалфея, календулы и

рябины по отношению к Escherichia coli.

Установлено, что по отношению к Pseudomonas fluorescens, Bacillus subtilis, Bacillus mesentericus 78 А наиболее выраженным бактериостатиче-ским эффектом обладают С02-экстракты гвоздики, шалфея и розмарина: количество микробных клеток в питательной среде снижается до 0,5; 1,2 и 2,0 % соответственно относительно контроля.

Выраженные бактериостатические свойства СОг-экстрактов гвоздики, тмина и шалфея в отношении МАФАнМ в мясном фарше объясняются присутствием камфоры, борнео-ла, эвгенола, кадинола (рис. 4). Менее выраженный бактериостатический эффект проявляют экстракты кориандра и имбиря.

На основании анализа полученных результатов можно сделать вывод, что перспективы применения исследуемых фитопрепаратов в пищевых технологиях определяются, в первую очередь, составом БАВ,

□ до хранения Я после хранения

S3 о

Ьй

< о

Рисунок 4 — Бактериостатическая активность С02-экстрактов пряных трав по отношению к МАФАнМ в мясном фарше; I = (4+2) °С, т = 48 ч

А — контроль (без добавок); В — экстракт гвоздики; С — экстракт тмина, В — экстракт шалфея, Е — экстракт имбиря, Р — экстракт кориандра

их антиоксидантными свойствами и противомикробным действием.

Различия в составе БАВ, обусловленные видовой принадлежностью растительного сырья и технологией экстракции, свидетельствуют о целесообразности получения смешанных форм фитопрепаратов. Однако водно-спиртовые извлечения и С02-экстракты представляют собой дисперсные системы, отличающиеся ограниченной взаимной смешиваемостью.

Решением этой проблемы является инкапсуляция фитопрепаратов, позволяющая получать порошкообразные субстанции и составлять композитные смеси многоцелевого назначения.

Разработка и получение инкапсулированных фитокомпозиций для пищевых эмульсий

В работе приведено обоснование технологических режимов и операций по производству инкапсулированных фитопрепаратов.

Технология получения инкапсулированных фитопрепаратов включает плавление материала оболочки (инкапсулянта) при температуре 55-65 °С, внесение жидких фитопрепаратов (инкапсулятов), приготовление суспензии, распыление, улавливание порошкообразного продукта и его просеивание. Размер частиц регулируется скоростью вращения турбины и варьирует от 50 до 1000 мкм. С одного обогреваемого смесителя емкостью 1,5 м3 и загрузкой 1000 кг сырья можно распылять с помощью двух форсунок до 140 кг гранул в час.

Инкапсуляция фитопрепаратов позволяет сохранять физиологическую активность природных веществ за счет предотвращения химических взаимодействий лабильных БАВ с компонентами пищевых продуктов и кислородом воздуха и способствует их гомогенному распределению в пищевых массах.

В табл. 3 приведен состав разработанных инкапсулированных фитокомпозиций (ИФК) для пищевых эмульсий с различной массовой долей жира (Патент РФ №2345545 от 11.12.2006).

Таблица 3 — Состав ИФК для пищевых эмульсий

Наименование Состав ИФК Применение / массовая доля жира

«Лесная поляна» Инкапсулят: ВСИ «Лесная поляна» Инкапсулянты — Е 905с, Е 471 Кремовые эмульсии / более 50%

«Дары природы» Инкапсулят: ВСИ «Дары природы» Инкапсулянты — Е 570, Е 471

«Пряные травы» Инкапсулят: ВСИ «Пряные травы» Инкапсулянты — Е 471, Е 1521 Кремовые эмульсии / более 30%

«Ароматная» Инкапсулят: С02-экстракт гвоздики Инкапсулянты — Е 471, Е 1521 Майонезные эмульсии / до 50%

«Пикантная» Инкапсулят: С02-экстракты мускатного ореха и кориандра Инкапсулянт — Е 471 Майонезные эмульсии / более 50%

«Деревенская» Инкапсулят: С02-экстракты мускатного ореха, ВСИ шалфея Инкапсулянт — Е 471 Фаршевые эмульсии / до 20%

«Тминная» Инкапсулят: СОг-экстракты тмина и кориандра Инкапсулянты — Е 471, Е 570 Фаршевые эмульсии / до 30%

«Лесные травы» Инкапсулят: ВСИ тысячелистника, С02-экстракт тмина Инкапсулянты — Е 570, Е 471 Эмульсионные соусы / до 20%

«Беловежская» Инкапсулят: ВСИ чабреца, С02-экстракгы тмина и кориандра Инкапсулянты — Е 570, Е 471 Эмульсионные соусы / до 20%

В качестве инкапсулятов использовали ВСИ дикорастущего сырья и исследуемые СОг-экстракты. В качестве оболочек (инкапсулянтов) — пищевые воски и жиры: моноглицерид (Е 471), диглицерид (Е 471), полиэтиленгликоль (Е 1521), стеариновую кислоту (Е 570), микрокристаллический воск (Е 905с). Используя комбинированный состав оболочки капсул, можно регулировать скорость высвобождения инкапсулированных фитокомпонентов в зависимости от режимов гомогенизации или тепловой обработки пищевых эмульсий.

На рис. 5 приведены результаты исследования динамики разгрузки капсул с оболочками комбинированного состава на основе полиэтиленг-ликоля (ПЭГ-6000) и стеариновой кислоты (СК). Разгрузка капсул означает постепенное растворение их оболочки и высвобождение инкапсу-лята.

Разработаны рецептуры сли-вочно-кремовых начинок с массовой долей жира 30 и 55 % с добавками ИФК «Лесная поляна», «Пряные травы» и «Дары природы» (табл. 3). ИФК вносили в подогретое сгущенное молоко или растительные сливки из расчета 0,1 кг на 10 кг готовой начинки, смешивали с остальными ингредиентами и затем взбивали до получения пышной однородной массы крема.

Оценка показателей качества замороженных тортов со сливочно-кремовыми начинками «Лесная поляна», «Пряные травы» и «Дары природы» при хранении свидетельствовала о снижении содержания первичных продуктов окисления липидов от полутора до трех раз относительно контрольных образцов.

Получены результаты исследований майонезов с массовой долей жира 50 и 67 % с добавками ИФК «Ароматная» и «Пикантная».

Показано, что в майонезах с ИФК содержание вторичных продуктов окисления липидов при хранении снижается в 2-3 раза относительно контрольных образцов.

Разработаны рецептуры фаршевых эмульсий с содержанием жира от 20 до 30 % с добавками ИФК на основе С02-экстрактов шалфея, розмарина, тмина, мускатного ореха, имбиря, кориандра и гвоздики. Нормы закладки ИФК в фаршевые эмульсии составляли от 0,060 до 0,160 кг на 100 кг. Рекомендуемые нормы замены смесей сухих специй - от 1:4 до 1:6.

Для оценки влияния ИФК срок холодильного хранения быстрозамороженных фаршевых изделий использовали метод ASLT (Institute of Food Science and Technology, UK, 1993), базирующийся на принципе моделирования температуры с помощью уравнения Аррениуса и расчете кинетических характеристик реакций, лимитирующих срок хранения исследуемых продуктов.

Рисунок 5 — Динамика разгрузки капсул і = 30 °С; состав инкапсулянтов — ПЭГ / СК; содержание инкапсулята— 10% 1 — ПЭГ; 2 — ПЭГ / СК (9 : 1); 3 — ПЭГ / СК (8 : 2); 4 — ПЭГ / СК (7 : 3); 5 — ПЭГ / СК (5 : 5); 6—ПЭГ/СК(3 : 7);7—ПЭГ/СК(2:8); 8 —СК

Установлены эмпирические значения энергии активации (ЕА) процесса окисления липидов фаршевых изделий, хранящихся в замороженном состоянии, которые варьируют от 208 до 277 кДж/моль. Полученные эмпирические значения Ел позволяют производить расчет срока холодильного хранения исследуемых продуктов. Метод ускоренного тестирования срока холодильного хранения быстрозамороженных мясных полуфабрикатов прошел промышленную апробацию и внедрен на ООО Пищевой комбинат «Колпин» (г. Санкт-Петербург).

Разработаны рецептуры эмульсионных соусов с добавками ИФК «Пряные травы», «Лесные травы», «Калина пряная», «Беловежская» (табл. 3).

Предложен расчетный метод оценки комплексного показателя конкурентоспособности (КПКС) эмульсионных продуктов с фитокомпозициями, базирующийся на оценке интегральных показателей пищевой ценности, себестоимости, патентозащи-щенности и социальной значимости продукта. Показано, что пищевые продукты с ИФК характеризуются КПКС > 1, что свидетельствует об их конкурентоспособности на рынке аналогичных товаров. С учетом рекомендуемых норм замены сухих специй в рецептурах эмульсионных продуктов экономический эффект от применения ИФК составляет до 30 руб на 100 кг готовой продукции.

Разработан спектральный метод, используемый для стандартизации и определения ИФК в эмульсионных пищевых продуктах.

Технология и рецептуры ИФК для пищевых эмульсий защищены патентами (Патент РФ № 2318408 от 12.01.2006 и № 2345605 от 13.03.2007) и внедрены на ЗАО «АМФИТ-Технология», ООО «Абсолют», ЗАО «Грин Крест» (г. Санкт-Петербург).

Разработка и получение продуктов из дикорастущих ягод

Разработка продуктов из дикорастущих ягод в изотонических заливочных сиропах, не нарушающих естественного протекания метаболических процессов, включала разработку сиропов, состав которых соответствует составу осмотически деятельных веществ клеточного сока ягод:

Сахароза 13 20% Установлено, что потери органических

Декстроза 8 ' 13 % ° кислот ягод клюквы и брусники при холо-

Сорбитол 2 "'4%° дильном хранении в изотонических сиропах

тт „'„'. „„-и/ в течение 6 мес. варьировали от 6 (клюква)

Лимонная кислота 0,04...0,05 % „, \ ^ «, і

іг пал пм п/ Д° 13 % (брусника); потери АК — от 16

Цитрат натрия 0,04...0,05 % 7„ . F .

г, (орусника) до 30 % (клюква). Потери

Вода остальное 4 .. v

антоцианов составили около 20 %; потери

оксибензойных кислот — около 10 % (табл. 4).

Таблица 4 — Изменение содержания БАВ в ягодах брусники и клюквы при холодильном хранении в изотонических сиропах. тхр = 6 мес.; t = (4±2) °С

Содержание БАВ Клюква Брусника

Свежая После хранения Свежая После хранения

Органические кислоты, % 3,1 2,9 2,2 1,9

Аскорбиновая кислота, мг/100г 22,5 15,4 22,2 18,5

Флавонолы, мг/100г 262,0 243,6 169,9 135,4

Оксибензойные кислоты, мг/100г 404,5 355,5 453,5 408,0

Антоцианы, мг/100г 460,0 366,0 310,9 228,4

рН заливки 3,1 3,4 3,1 3,4

После указанного периода хранения ягоды сохранили упругую консистенцию, натуральный «живой» цвет, имели улучшенный вкус. Заливочные сиропы были слегка окрашены, имели кисло-сладкий вкус, содержали растворимые вещества ягод — сахара, органические кислоты, флавоноиды — и использовались далее в качестве основ для изготовления отделочных полуфабрикатов и начинок для МКИ.

Проведены исследования динамики растворимых веществ ягод клюквы в изотонических сиропах (1 : 1 по массе) при пастеризации в температурном диапазоне от 60 до 70 °С. Установлено, что длительная пастеризация ягод (более 40 мин) приводит к необратимым изменениям цвета, размягчению и растрескиванию, что связано с повышением проницаемости клеточных стенок растительной ткани.

Выбор температурно-временного режима пастеризации ягод осуществляли путем нахождения коэффициента диффузии растворимых веществ ягод, характеризующего скорость изменения их концентрации в ягодах и сиропе (рис 6).

Эмпирические значения коэффициента диффузии растворимых веществ ягод варьировали в пределах (1,1. ..8,0)- 10~8 м2/с.

Установлено, что при пастеризации ягод клюквы в изотонических сиропах при температуре (66±1)°С скорость диффузии растворимых веществ в 2 раза меньше, чем в 35 %-ном сахарном сиропе, а концентрационное равновесие достигается примерно через 25 мин.

Способ консервирования дикорастущих ягод в изотонических заливочных сиропах защищен патентом (Патент РФ № 2286674 от 14.12.2004 г).

Разработка продуктов из размороженных в сиропах дикорастущих ягод. Быстрозамороженные ягоды брусники и клюквы хорошо сохраняются в течение длительного

3000

Рисунок 6 молекулярной веществ ягод

Зависимость коэффициента диффузии Б растворимых клюквы от температуры и продолжительности пастеризации: 1 — 60 °С; 2 — 63 °С; 3 — 65 °С; 4 — 67 "С; 5 — 68 °С; 6 — 70 °С времени, однако их качество резко снижается при размораживании, что обусловлено потерей тургора и потемнением ягод.

Снижение массообменных потерь БАВ ягод при размораживании в сиропах достигается за счет увеличения вязкости сиропов и связано с формированием изолирующего слоя льда на поверхности ягод, толщина которого зависит от криоско-пической температуры сиропов.

Для изучения влияния криоскопической температуры и вязкости сиропов на цвет и тургор размороженных ягод исследовали сиропы с концентрацией сахарозы от 20 до 35 % и карбоксиметилцеллюлозы (КМЦ, Е 469) от 0,5 до 1,5 %. Для определения криоскопических температур сиропов использовали модифицированный способ расчета этого показателя, учитывающий сахарозный эквивалент и содержание электролитов в сиропе.

Установлено, что размораживание ягод при температуре (4±2) °С в сиропах, содержащих 25 % сахарозы и 1,25 % КМЦ, снижает диффузионные потери антоцианов

брусники в 2 раза и практически полностью исключает диффузионные потери антоцианов клюквы. Продолжительность холодильного хранения размороженных ягод брусники и клюквы в сиропах заданного состава составила 7 сут.

Размороженные ягоды и сиропы использовали далее при разработке рецептур отделочных полуфабрикатов, начинок для МКИ и желейных десертов.

Технология продуктов из дикорастущих ягод в заливочных сиропах, внедрена на ОАО «Смольнинский хлебозавод».

Исследование изменений биологически активных веществ при холодильном хранении дикорастущих ягод. Проведены исследования динамики БАВ ягод брусники и клюквы, консервированных в изотонических сиропах и в сиропах с содержанием сахарозы от 25 до 40 %, а также быстрозамороженных ягод брусники и клюквы при холодильном хранении. Потери БАВ ягод при холодильном хранении оценивали с помощью показателей их остаточного содержания относительно начального уровня.

Изменения флавонолов (рис. 7) и антоцианов (рис. 8) в ягодах, консервированных в сиропах, и быстрозамороженных ягодах при холодильном хранении связаны с протеканием ферментативных процессов (рис. 9).

Выявлено, что холодильное хранение как быстрозамороженных, так и консервированных в изотонических сиропах ягод брусники и клюквы в течение 9 мес. приводит к потерям до 20 % антоциановых пигментов (рис. 8) и более 50 % АК (рис. 10).

т, мес. Т, мес.

а). б).

Рисунок 7 (а, б) — Динамика флавонолов при холодильном хранении консервированных ягод: а) брусника в сиропе, t= (4±2) °С: 1 — изотонический сироп; 2 — 25 %; 3—40 %; б) быстрозамороженные ягоды t = (-18±1) °С: 1 — клюква; 2 — брусника

Моделирование кинетики биохимических процессов при холодильном хранении дикорастущих ягод. Анализ кинетических зависимостей, полученных в результате аппроксимации экспериментальных данных, показал, что механизм протекания реакций, приводящих к потерям АК, органических кислот, антоцианов и сухих веществ в ягодах соответствует кинетике первого порядка. Механизм реакций, приводящих к потерям фенольных веществ и флавонолов в быстрозамороженных и консервированных в изотонических сиропах ягодах (рис. 7, а и б), с хорошей точностью описывается кинетикой второго порядка.

0,95 0,9 0,85 0,8 -j — 0,75 -I ■

а). б).

Рисунок 8 (а, б) — Динамика антоцианов при холодильном хранении консервированных ягод брусники и клюквы:

а) брусника в сиропе, t= (4±2) °С: 1 — изотонический сироп; 2 — 25 %; 3 - 40 %

б) быстрозамороженные ягоды, t = (-18±1) °С: 1 — клюква; 2 — брусника

0,04

° 0,035

о

^ — •-< L -• -- -

у N

/ • N

oN

!

а). Полифенолоксидаза

б). Пероксидаза

Рисунок 9 (а и б) — Изменение активности оксидаз при холодильном хранении консервированных ягод брусники и клюквы: 1 (точка) — свежие ягоды; 2 — консервированные в сиропе ягоды, г = (4±2) °С; 3 — быстрозамороженные ягоды, ? = (-18± 1) °С

а). б).

Рисунок 10 (а, б) — Динамика аскорбиновой кислоты при холодильном хранении консервированных ягод брусники и клюквы:

а) брусника в сиропе, <= (4±2) °С: 1 — изотонический сироп; 2 — 25 %; 3 — 40 %

б) быстрозамороженные ягоды, ? = (-18±1) °С: 1 — клюква; 2 — брусника

Получены эмпирические значения констант скорости потерь исследуемых БАВ в ягодах, консервированных в сиропах и замораживанием. Одинаковый порядок констант скорости потерь флавонолов, оксибензойных кислот, антоцианов, органических кислот и АК свидетельствует, что способы консервирования ягод в изотонических сиропах и замораживанием являются равноэффективными с позиций сохранения БАВ. Увеличение значений констант скорости свидетельствует о снижении эффективности сохранения БАВ ягод в «крепких» (более 35 %) сахаро-заливочных сиропах.

Полученные значения констант скорости потерь аскорбиновой кислоты (7,35 ■ 10"2 мес~' — брусника; 8,95 • 10~2 мес"1 — клюква) и антоцианов (2,90 ■ 10~2 мес"1 — брусника; 1,69 • 10~2мес~' — клюква) использовали для расчета остаточного содержания АК и антоцианов (50% и 80% соответственно от содержания в свежих ягодах), лимитирующих срок холодильного хранения ягод, консервированных в изотонических сиропах,

Отмечено, что по комплексу исследуемых показателей ягоды клюквы, консервированные в сиропах и замораживанием, сохраняются лучше, чем ягоды брусники.

Моделирование кинетики массообменных процессов при холодильном хранении дикорастущих ягод. В работе приведен вывод физико-математических моделей кинетики диффузионных и осмотических потерь антоцианов и влаги ягод брусники и клюквы, консервированных в заливочных сиропах.

Кинетическое уравнение диффузионных потерь антоцианов в ягодах, консервированных в заливочных сиропах, имеет вид:

М(т) = М0-ехр{-^-Ро1 (3)

где Мо и М — начальная и текущая масса антоцианов в ягодах; т — время, с; Я — радиус ягоды; (1 — толщина поверхностного слоя ягоды, м2;

Ві = РВЛЗ — диффузионный критерий Био; = О-т/И2 — диффузионный критерий Фурье; Б — коэффициент молекулярной диффузии, м2/с.

Кинетическое уравнение осмотического переноса влаги из ягод в сироп:

, Г 1-а 1 1-лу ,

Ы-^ + --= кт (4)

[\v-aj а

С V

где а = — и =--безразмерные константы;

С* Уо

С8 — концентрация сахара в сиропе, моль/м3;

Со ■— концентрация растворимых углеводов в ягоде, причем Со < С5, моль/м ; Уо и V — начальный и текущий объем влаги в ягоде, м .

При консервировании дикорастущих ягод в изотонических сиропах осмотическая концентрация клеточного сока ягод максимально приближена к концентрации раство-

С

римых сухих веществ сиропов, поэтому а = —^ 1, а уравнение (4) упрощается и при-

ї

нимает вид (5):

= 1 - кт (5)

Проведена проверка адекватности полученных расчетных соотношений. Установлены эмпирические значения коэффициентов массоотдачи антоцианов ягод, консервированных в изотонических сиропах, р, м/с, которые варьировали от 2,3-10" (брусника) до 5,2-10ч2м/с (клюква).

Полученные эмпирические значения констант скорости осмотического переноса влаги к, сут" при консервировании ягод клюквы и брусники в сиропах с содержанием сахарозы от 30 до 50 % составили: клюква — (2,5-2,9) • 1(Г2 сут"1; брусника — (1,0-1,4) ■ 10"2 сут"'. Выявлено, что потеря влаги более чем на 30 % приводит к ухудшению тургора ягод, что делает их дальнейшее хранение нецелесообразным.

Рецептуры и технологии полуфабрикатов и начинок для мучных кондитерских изделий и десертов с использованием дикорастущих ягод

Рациональное использование дикорастущих ягод в пищевых технологиях связано с необходимостью усовершенствования рецептур и термических режимов обработки пищевых продуктов. Повторная термообработка и замораживание приводит к потере БАВ и снижению потребительских свойств дикорастущих ягод.

Рецептуры отделочных полуфабрикатов и начинок для мучных кондитерских изделий и десертов. Разработаны и внедрены в производство рецептуры отделочных полуфабрикатов для пирожных и тортов «Наплаж» с использованием сахаро-заливочных сиропов, пищевых криопротекторов (декстрозы, сорбитола, мальтодекст-ринов, кукурузного сиропа) и гидроколлоидных стабилизаторов (желатина, пектина Amid CF 020 Е440, КМЦ), обеспечивающих увеличение доли связанной влаги, предотвращение ее кристаллизации и усушки, синерезиса поверхности изделий при хранении в условиях отрицательных температур.

Разработаны и внедрены в производство рецептуры термо- и криостабильных желейных начинок на основе дикорастущих ягод брусники, клюквы и сухих фруктов с комбинированным составом загущающих компонентов (пектин Classic АВ-902 0,71,2%; КМЦ 2,8-3,3 %), содержанием сухих веществ 60-65 % и рН 3,5-3,8. Начинки предназначены для прослойки МКИ, подвергающихся выпечке, и/или для отделки поверхности изделий, направляемых на холодильное хранение.

Разработаны рецептуры и технология желейных десертов на основе ягод брусники и клюквы, консервированных в изотонических сиропах, и быстрозамороженных ягод черной смородины и крыжовника.

Для снижения криоскопических температур десертов производили замену сахарозы на моносахариды и сорбит, а в рецептурах желейных основ использовали натуральные гидроколлоидные стабилизаторы (желатин, пектин Amid CF 020 и альгинат натрия Е401), что способствовало также обогащению десертов пищевыми волокнами.

Установлена высокая пищевая ценность десертов «Брусничный мусс», «Смородиновый» и «Спелый крыжовник» (рис. И). Калорийность десертов составила около 500 кДж.

Выявлено, что употребление 100 г десертов «Брусничный мусс» и «Смородиновый» позволит полностью удовлетворить рекомендуемую суточную норму потребления (РНП) органических кислот и антоцианов; от 10 до 85 % РНП витамина С; от 20 до 25 % РНП моносахаридов и около 40 % РНП пищевых волокон (MP 2.3.1.1915-04, MP 2.3.1.2432-08).

Исследованы показатели качества и микробиологическая безопасность десертов при холодильном хранении в охлажденном (при t = (4±2) °С) и замороженном (при t = (-18±1) °С) состоянии. Установленный срок годности охлажденных желейных десертов составил 5 сут, замороженных — 20 сут.

Технология холодильного хранения мучных кондитерских изделий с использованием дикорастущих ягод. В работе приведены результаты исследований криоскопических температур отделочных полуфабрикатов для МКИ.

Установлено, что криоскопическая температура кремовых и желейных полуфабрикатов находится ниже -6 °С, а для помадных масс составляет около -4 °С. Для МКИ с различными видами начинок и отделочных полуфабрикатов экспериментально установлена субкриоскопи-ческая температурная зона (-6±2)°С и разработан двухступенчатый температурный режим холодильного хранения при температурах (-6±2) °С и Рисунок 11 — Содержание минорных БАВ в 100 г десер- (4±2) °С. Продолжитель-тов относительно РНП, % ность холодильного хра-

нения МКИ в указанных условиях составила 9 сут, что на 6 сут больше, чем в условиях их хранении в охлажденном состоянии.

Способ холодильного хранения МКИ при субкриоскопических температурах защищен патентом (Патент РФ № 2285416 от 22.12.2003 г.) и внедрен на ОАО «Смоль-нинский хлебозавод».

ВЫВОДЫ

На основании проведенных теоретических и экспериментальных исследований решена актуальная проблема, имеющая важное социальное и хозяйственное значение, и заключающейся в разработке экологически безопасных фитопрепаратов и пищевых продуктов, обогащенных биологически активными веществами дикорастущих многолетних растений семейств Lamiaceae, Asteraceae (Compositae), Hypericaceae, Rosaceae, Vacciniaceae, Caprifoliaceat, широко распространенных в Северо-Западном регионе РФ.

Научно обоснованы методологические принципы исследования биотехнологического потенциала дикорастущего сырья и технологические решения для получения фитопрепаратов и их реализации в технологиях пищевых продуктов здорового питания.

1. Разработан сырьевой состав и технологические режимы получения одно- и многокомпонентных водно-спиртовых извлечений (ВСИ) из надземной части дикорастущих многолетних растений семейств Lamiaceae, Asteraceae (Compositae), Hypericaceae, Rosaceae, Vacciniaceae, Caprifoliaceae, широко распространенных в СевероЗападном регионе РФ, с применением методов ступенчатой мацерации и перколяции с последующим сгущением.

Определены насыпная масса (0,32-0,35 г/см3), фракционный состав (0,2-5,0 мм) и коэффициент поглощения экстрагента растительной массой (2,4-2,6 — для травянистого и 1,8-2,0 — доя плодового сырья). Получены эмпирические зависимости динамики извлечения флавонолов из сухого травянистого и плодового сырья.

Разработаны фитокомпозиции «Пряные травы», «Лесная поляна», «Душистая», «Дары природы» и «Лесной аромат». Оптимизированы технологические режимы экс-

тракции для получения многокомпонентных ВСИ: соотношение сырье-экстрагент — 1 : 7; концентрация спирта — 50-55 %; время экстрагирования — 70-80 ч; температура экстракции — 30-35 °С. Выход суммы флавоноидов в многокомпонентных ВСИ составил 80-85%.

2. Модифицированы спектральные и хроматографические аналитические методы исследования природного комплекса БАВ в фитопрепаратах.

Проведена идентификация и систематизация БАВ в летучей и нелетучей фракциях ВСИ и С02-экстрактов. Показано, что для извлечения природных форм фенольных соединений эффективна экстракция водно-спиртовыми смесями, для извлечения терпе-ноидных веществ — экстракция сжиженным диоксидом углерода.

Определены органолептические, физико-химические показатели и содержание Р-витаминоактивных веществ в полученных ВСИ.

Содержание оксибензойных кислот в ВСИ дикорастущих плодов и трав состави-от 6,5 (душица) до 9,5 мг/100 г (тысячелистник), а содержание флавонолов — от 6,5 (календула) до 16,6 мг/100 г (чабрец). В ВСИ из плодового сырья содержание оксибензойных кислот варьировало от 8,6 (боярышник) до 19,0 мг/100 г (брусника), а содержание флавонолов — от 17,0 (калина) до 23,7 мг/100 г (рябина).

В многокомпонентных водно-спиртовых извлечениях идентифицированы рутин, апиин, кемпферол, кверцетин и апигенин, а также галлотаннины, производные коричной кислоты, салициловая, галловая, глицирргоиновая и абиетиновая кислоты. Выявлено, что наиболее высоким содержанием Р-витаминоактивных веществ отличаются многокомпонентные ВСИ «Лесная поляна» (516 мг/100 г), «Дары природы» (498 мг/100 г) и «Пряные травы» (483 мг/100 г). Содержание кверцетина в полученных ВСИ составило от 11,4 (зверобой) до 23,7 мг/100 г (шиповник).

3. Показано, что по содержанию токсичных элементов (мышьяк, ртуть, кадмий, свинец), пестицидов (ДДТ, ГХЦГ) и радионуклидов (Cs137 и Sr90) полученные ВСИ соответствуют требованиям документов РФ, являются экологически безопасными и могут быть использованы в пищевых продуктах.

По результатам медико-биологических исследований установлено, что ВСИ дикорастущих трав и плодов относятся к классу относительно безвредных веществ, оказывают стимулирующее влияние на центральную нервную систему крыс и снижают содержание общего холестерина в крови подопытных животных.

4. Изучены бактерио- и фунгистатические свойства фитопрепаратов. Установлено, что наиболее выраженным бактериостатическим эффектом обладают ВСИ чабреца, шалфея, календулы и рябины и С02-экстракты гвоздики, шалфея и розмарина. Определены интервалы эффективных концентраций фитопрепаратов для проявления ими бак-териостатического эффекта, которые составили для ВСИ дикорастущих трав и плодов — от 1 до 2 %; для исследуемых С02-экстрактов — 0,01 %.

5. Обоснован электронный механизм ингибирования кислородсодержащих свободных радикалов природными фенольными соединениями ряда Сб-С3-С6 и электронные схемы образования и стабилизации феноксильных радикалов.

Значения антиоксидантной активности полученных ВСИ дикорастущих трав и плодов составили от 120 до 230 мкг/мл (в пересчете на аскорбиновую кислоту). Выявлено, что исследуемые С02-экстракты являются замедлителями процесса перекисного окисления липидов (ПОЛ).

Определены интервалы эффективных концентраций исследуемых фитопрепаратов для проявления ими антиоксидантных свойств, которые составили для ВСИ — 0,025-0,05 %; для С02-экстрактов — 0,05 % от массы окисляющегося субстрата.

6. С помощью модельных субстрат-ферментных комплексов определены эмпирические значения констант Михаэлиса и максимальной скорости ферментативных реакций гидролиза и окисления липидов в присутствии ВСИ дикорастущих трав и исследуемых СОг-экстрактов. Установлен тип взаимодействия фитоантиоксидантов с фермент-субстратным комплексом.

Установлено эмпирическое значение энергии активации перекисного окисления молочного жира с добавками ВСИ боярышника и зверобоя. Предложено уравнение для расчета продолжительности эффективного действия фитоантиоксидантов.

7. Разработан состав инкапсулированных фитокомпозиций (ИФК) на основе ВСИ и СОг-экстрактов для пищевых эмульсий и технология их получения.

Установлено, что внесение ИФК «Лесная поляна», «Пряные травы» и «Лесной аромат» в кремовые эмульсии с массовой долей жира 30 и 55 % замедляет гидролитические и окислительные изменения липидов, что позволяет увеличить продолжительность их холодильного хранения примерно в 1,5 раза. Выявлено, что в майонезах с массовой долей жира 50 % и 67 % с добавками ИФК «Ароматная» и «Пикантная» содержание вторичных продуктов окисления липидов при холодильном хранении снижается в 2-3 раза.

8. В производственных условиях реализован метод ускоренного тестирования срока годности пищевых продуктов (АБЬТ), который использовали для оценки влияния ИФК на сохранение качества быстрозамороженных фаршевых изделий при холодильном хранении. Установлены эмпирические значения энергии активации процесса перекисного окисления липидов, лимитирующего срок холодильного хранения замороженных фаршевых изделий, и уравнение для его прогнозной оценки.

Разработан спектральный метод для стандартизации и определения ИФК в эмульсионных пищевых продуктах. Предложен расчетный метод оценки комплексного показателя конкурентоспособности эмульсионных пищевых продуктов с добавками ИФК. Показано, что пищевые продукты с ИФК характеризуются КПКС > 1, что свидетельствует об их конкурентоспособности на рынке аналогичных товаров.

9. Разработана технология консервирования дикорастущих ягод в изотонических

заливочных сиропах.

Изучена динамика массообмена растворимых веществ при пастеризации ягод в заливочных сиропах. Установлена зависимость коэффициента молекулярной диффузии растворимых веществ ягод клюквы от температуры и продолжительности пастеризации. Эмпирические значения коэффициента диффузии варьировали от 1 1 • 10"8 до 8,0 ■ 10~8 м2/с. Температурный режим пастеризации ягод составил (66±1) "С, продолжительность процесса — 25 мин.

Разработан состав сиропов для размораживания дикорастущих ягод: содержание сахарозы в которых составило 25 %; карбоксиметилцеллюлозы — 1,25 %.

10. Изучена динамика БАВ при холодильном хранении ягод брусники и клюквы, консервированных в заливочных сиропах с различным содержанием сахарозы и в быстрозамороженных ягодах.

Разработаны кинетические модели биохимических и массообменных процессов, лимитирующих продолжительность холодильного хранения дикорастущих ягод, консервированных в сиропах и замораживанием. Эмпирические значения коэффициентов массоотдачи антоцианов ягод, консервированных в изотонических сиропах, варьировали от 2,3 • 10"12 (брусника) до 5,2- 10"12 м/с (клюква). Значения констант скорости осмотического переноса влаги к, сут"1 при консервировании ягод клюквы и

брусники в сиропах с содержанием сахарозы от 30 до 50 % составили: клюква — (2,5— 2,9)- 10"2сут~'; брусника-—(1,0-1,4) ■ 10"2сут"'.

Установлено, что продолжительность холодильного хранения дикорастущих ягод, консервированных в заливочных сиропах и замораживанием, лимитируют биохимические изменения антоцианов и аскорбиновой кислоты, потери которых за 9 мес. холодильного хранения достигают 20 и 50 % соответственно, что определяет нецелесообразность дальнейшего холодильного хранения ягод.

11. Разработаны и внедрены в производство на ОАО «Смольнинский хлебозавод» рецептуры отделочных полуфабрикатов и начинок для мучных кондитерских изделий и десертов с использованием дикорастущих ягод, обогащенных Р-витаминоактивными веществами, органическими кислотами, моно- и дисахаридами, пищевыми волоконами.

Показано, что при употреблении 100 г десертов суточная потребность в перечисленных БАВ удовлетворяется в пределах от 10 до 85 %, что позволяет отнести разработанные изделия к функциональным пищевым продуктам.

Разработана и внедрена в производство на ОАО «Смольнинский хлебозавод» технология двухступенчатого холодильного хранения мучных кондитерских изделий при температурах (-6±2) °С и (4±2) °С, Продолжительность холодильного хранения МКИ в указанных условиях составила 9 сут, что на 6 сут больше, чем при хранении в охлажденном состоянии.

12. Разработана и утверждена техническая документация на многокомпонентные ВСИ «Пряные травы», «Лесная поляна», «Душистый», «Дары природы» и «Лесной аромат». Технология многокомпонентных водно-спиртовых извлечений дикорастущих трав и плодов апробирована и внедрена на ЗАО «ФП Мелиген» (г. Санкт-Петербург).

Разработан и утвержден пакет технической документации на производство смесей капсулированных экстрактов для пищевой промышленности и смесей инкапсулированных пищевых ингредиентов «ПроМикс». Технология инкапсулированных фитопрепаратов апробирована и внедрена на ЗАО «АМФИТ-Технология» (г. Санкт-Петербург).

Список используемых в автореферате сокращений:

АК-аскорбиновая кислота; АОА — антиоксидантная активность; АОЭ — антиоксидантный

эффект; БАВ — биологически активные вещества; ВСИ — водно-спиртовые извлечения; ИФК — инкапсулированные фитокомпозиции; КПКС — комплексный показатель конкурентоспособности; МКИ — мучные кондитерские изделия; ПОЛ — перекисное окисление липидов; ПЭГ — полиэти-ленгликоль; ПФО — полифенолоксидаза; ПЧ — перекисное число; РНП — рекомендуемая суточная норма потребления биологически активных компонентов питания. СК — стеариновая кислота; ТБЧ — тиобарбитуровое число; ФАО — фитоантиоксиданты; ASLT (Accelerated Shelf-Life Testing) — метод ускоренного тестирования сроков хранения; FRAP (Ferric Reducing/Antioxidant Power) — метод определения антиоксидантной активности;

Список основных работ, опубликованных по теме диссертации:

Монография:

1. Базарнова Ю. Г. Биологически активные вещества дикорастущего сырья: стабилизация и применение в пищевых технологиях / Ю. Г. Базарнова ; СПбГУНиПТ. — Санкт-Петербург, 2012. — 215 с, — Деп. в ВИНИТИ 25.05.2012, № 242-В2012.

Публикации в изданиях, рекомендуемых ВАК РФ:

2. Базарнова Ю. Г. Определение антиокислительных фитодобавок в жирсодержащих продуктах / Ю. Г. Базарнова, В. С. Колодязная // Пищ. пром-сть. — 2000. — № 6. — С. 20-21.

3. Базарнова Ю. Г. Исследование антиоксидантной активности фитодобавок флавоноидной природы в молочном жире пищевых продуктов / Ю. Г. Базарнова, В. С. Колодязная // Хранение и перераб. сельхозсырья. — 2003. —№ 8. — С. 66-71.

4. Базарнова Ю. Г. Гидроколлоидные смеси с заданными свойствами / Ю. Г. Базарнова, Т. В. Шкотова, В. М. Зюканов // Кондитер, пр-во. — 2003. — № 3. — С. 38-41.

5. Базарнова Ю. Г. Кинетические закономерности ингибированного окисления липидов пищевых продуктов / Ю. Г. Базарнова // Масложировая пром-сть. — 2004. — № 4. — С. 27-28.

6. Базарнова Ю. Г. Возможности применения принципов химической кинетики для оценки качества пищевых продуктов / Ю. Г. Базарнова, Т. Е. Бурова, А. JI. Ишевский, В. М. Зюканов // Хранение и перераб. сельхозсырья. — 2004. — №11. — С. 33-36.

7. Базарнова Ю. Г. Натуральные пищевые красители для мучных кондитерских изделий при холодильном хранении / Ю. Г. Базарнова, А. С. Белодедова, Е. А. Попова // Конд. пр-во. — 2004. — №2, —С. 31-34.

8. Базарнова Ю. Г. Ингибирование радикального окисления пищевых жиров флавоноидны-ми антиоксидантами / Ю. Г. Базарнова, Б. Я. Веретнов // Вопр. питания. — 2004. — № 3. —

С. 35-42.

9. Куцакова В. Е. Разработка технологии хранения кондитерских изделий при субкриоско-пической температуре / В. Е. Куцакова, Ю. Г. Базарнова, JI. Н. Крупененкова // Конд. пр-во. — 2004,—№4, —С. 16-18.

10. Базарнова Ю. Г. Влияние диффузионно-осмотических процессов на сохранение качества дикорастущих ягод при пастеризации / Ю. Г. Базарнова, Е. А. Попова, Т. В. Шкотова // Хранение и перераб. сельхозсырья. — 2005. — № 3. —С. 42-44.

11. Базарнова Ю. Г. Применение кинетического моделирования для прогнозирования сроков хранения коровьего масла / Ю. Г. Базарнова // Хранение и перераб. сельхозсырья. — 2005. — № 8. — С. 19-23.

12. Базарнова Ю. Г. Стабилизирующие смеси с криопротекторными свойствами. Часть 1 / Ю. Г. Базарнова/7 Конд. пр-во. —2005. — № 5. — С. 48-51.

13. Базарнова Ю. Г. Стабилизирующие смеси с криопротекторными свойствами. Часть 2 / Ю. Г. Базарнова // Конд. пр-во. — 2005. — № 6. — С. 52-56.

14. Базарнова Ю. Г. Исследование флавоноидного состава фитоэкстрактов спектральными методами / Ю. Г. Базарнова // Вопр. питания. — 2006. — № 1. — С. 41-45.

15. Диффузионные процессы при хранении плодово-ягодного сырья в изотонических сиропах / В. Е. Куцакова, С. В. Фролов, Ю. Г. Базарнова, Т. Е. Шкотова // Хранение и перераб. сельхозсырья. — 2006. — № 11. — С. 19-21.

16. Куцакова В. Е. Кинетические закономерности осмоса при хранении плодово-ягодного сырья в сиропах / В. Е. Куцакова, С. В. Фролов, Ю. Г. Базарнова // Хранение и перераб. сельхозсырья. — 2006. — № 12. — С. 61-63.

17. Базарнова Ю. Г. Исследование содержания некоторых биологически активных веществ, обладающих антиоксидантной активностью, в дикорастущих плодах и травах / Ю. Г. Базарнова // Вопр. питания. —2007. — № 1. — С. 22-25.

18. Базарнова Ю. Г. Кинетическое моделирование биохимических процессов порчи для оценки сроков хранения пищевых продуктов / Ю. Г. Базарнова // Хранение и перераб. сельхозсырья. — 2007. — № 11. — С. 23-27.

19. Базарнова Ю. Г. Ускоренное тестирование срока хранения замороженных мясных продуктов / Ю. Г. Базарнова, К. Ю. Поляков // Хранение и перераб. сельхозсырья. — 2008. — № 2. — С. 14-19.

20. Базарнова Ю. Г. Исследование антиоксидантной активности природных веществ / Ю. Г. Базарнова, К. Ю. Поляков//Хранение и переработка сельхозсырья. — 2009. —№ 1. — С. 31-36.

21. Базарнова Ю. Г. Инкапсулированные натуральные колоранты при холодильном хранении кремовых изделий / Ю. Г. Базарнова // Кондитер, пр-во. — 2010. — № 2. — С. 20-23.

22. Базарнова Ю. Г. Фитоэкстракты — природные ингибиторы порчи пищевых продуктов [Электронный ресурс] / Ю. Г. Базарнова // Научный журнал СПбГУНИПТ. Серия: Процессы и аппараты пищевых производств. — 2010. — №2. — URL : http://www.open-mechanics.com/journals (дата обращения 25.09.2011).

23. Базарнова Ю. Г. Инкапсулирование композитов натуральных пищевых ингредиентов / Ю. Г. Базарнова, Е. В. Москалев // Мясная индустрия. — 2010. — № 5. — С. 52-56.

24. Базарнова Ю. Г. Биологическая активность сухого экстракта бересты и его применение в масложировых продуктах [Электронный ресурс] / Ю. Г. Базарнова // Науч. журн. СПбГУНИПТ. Сер. Процессы и аппараты пищевых производств. — 2011. — № 2. — URL : www.open-mechanics.com/joumals (дата обращения 17.09.2012).

25. Базарнова, Ю. Г. Декоративные маринады для натуральных мясных полуфабрикатов / Ю.Г. Базарнова, A.A. Дубровский, М.С. Сеськин // Мясная индустрия. — 2012. — № 8. — С. 42^4.

26. Базарнова, Ю. Г. Разработка соусов-приправ с фитоэкстрактами для порционных мясных блюд / Ю.Г. Базарнова, A.A. Белова // Мясная индустрия. — 2012. — № 10. — С. 32-34.

Статьи и материалы конференций:

27. Базарнова Ю. Г. Антиоксидантная эффективность и биологическая активность фитодо-бавок флавоноидной природы в бисквитно-кремовых кондитерских изделиях при холодильном хранении / Ю. Г. Базарнова, И. В. Дмитриева // Перспективы производства продуктов питания нового поколения : сб. материалов междунар. науч.-практ. конф. 09-11 апр. 2003 г. / ОмГАУ. — Омск, 2003. — С. 154-155.

28. Базарнова 10. Г. Возможности применения изотонических заливок с фитодобавками для консервирования дикорастущих ягод. Перспективы производства продуктов питания нового поколения / Ю. Г. Базарнова, Т. В. Шкотова // Материалы междунар. науч.-практ. конф., посвященной 85-летию Омского гос. аграрного ун-та : сб. материалов / ОмГАУ. — Омск, 2003. — С. 156-157.

29. Базарнова Ю. Г. Способ консервирования дикорастущих ягод в изотонических сиропах / Ю. Г. Базарнова, Т. В. Шкотова // Техника и технология пищевых производств : материалы Пятой междунар. научно-практ. конф. 21-22 мая 2005 г. / УО МГУП — Могилев, 2005. — С. 41.

30. Базарнова Ю. Г. Фруктово-ягодные начинки с комбинированным составом : [материалы] / Ю. Г. Базарнова, Т. В. Шкотова // // Оптимальное питание — здоровье нации : материалы Восьмого всерос. конгр. 26-28 окт. 2005 г. / НИИ питания РАМН. — Москва, 2005. — С. 13.

31. Базарнова, Ю. Г. Ингибирование окисления липидов мяса пряно-ароматическими экстрактами / Ю. Г. Базарнова, А. А. Гребенюк // Пищевые технологии-2006 : материалы Второй междунар. науч.-практ. конф. 17-19 окт. 2006 г. / ОНАПТ. — Одесса, 2006. — С. 127.

32. Базарнова Ю. Г. Моделирование диффузии антоцианов при хранении плодово-ягодного сырья в изотонических сиропах / Ю. Г. Базарнова, В. Е. Куцакова, С. В. Фролов // Пищевые техно-логии-2006 : материалы Второй междунар. науч.-практ. конф. 17-19 окт. 2006 г. / ОНАПТ. — Одесса, 2006. — С. 13.

33. Базарнова Ю. Г. Моделирование осмотических процессов при хранении ягод в сиропе / Ю. Г. Базарнова, В. Е. Куцакова, С. В. Фролов // Пищевые технологии-2006 : материалы Второй междунар. науч.-практ. конф. 17-19 окт. 2006 г. / ОНАПТ. — Одесса, 2006. — С. 14.

34. Базарнова 10. Г. Способ консервирования плодово-ягодного сырья в колорированных сиропах / Ю. Г. Базарнова, Е. А. Попова // Пищевые технологии-2006 : материалы Второй междунар. научно-практ. конф. 17-19 окт. 2006 г. / ОНАПТ. — Одесса, 2006. — С. 15.

35. Базарнова Ю. Г. Применение микрокапсулированных фенольных антиоксидантов для повышения хранимоспособности продуктов переработки мяса / Ю. Г. Базарнова, Ю. В. Ли // Материалы междунар. конференции-выставки «Высокоэффективные технологии, методы и средства для их реализации». — Москва : Издательство, 2006. — С. 196-199.

36. Базарнова Ю. Г. Способ размораживания плодово-ягодного сырья в сиропах заданного состава / Ю. Г. Базарнова, В. Е. Куцакова, С. В. Фролов, Р. С. Нечай // Низкотемпературные и пищевые технологии в 21 веке : материалы Третьей междунар. научно-практ. конф. 25-27 нояб. 2007 г. — Санкт-Петербург : СПбГУНиПТ, 2007. — С. 200-205.

37. Базарнова Ю. Г. Исследование натуральных С02-экстрактов пряностей / Ю. Г. Базарнова, А. А. Стуканов // Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке : материалы Третьей междунар. научн.-практ. конф. 25-27 нояб. 2007 г. / СПбГУНиПТ. — Санкт-Петербург, 2007. — С. 469-474.

38. Базарнова Ю. Г. Моделирование процесса размораживания плодов и ягод в жидких средах / Ю. Г. Базарнова, В. Е. Куцакова, С. В. Фролов //Науков1 пращ : сб. научных тр. / М-во ocBira i науки Украгаи, ОНАПТ. — Одесса, 2007. — Вып. 31. — Т. 2. — С. 47-52.

39. Базарнова Ю. Г. Технологические аспекты хранения мучных кондитерских изделий в зоне субкриоскопических температур / Ю. Г. Базарнова // Техника и технология пищевых производств : материалы Шестой междунар. научно-технич. конф. 24-25 апр. 2008 г. / УО МГУП. — Могилев, 2008. — С. 212-213.

40. Базарнова Ю. Г. Биологическая ценность экстрактов и настоек дикорастущих плодов и трав / Ю. Г. Базарнова // Пищевая и морская биотехнология: проблемы и перспективы : материалы науч.-практ. конф. 02-03 июля 2008 г. — Светлогорск : Макс Пресс, 2008. — С. 19.

41. Базарнова Ю. Г. Разработка и применение композитов микрокапсулированных пищевых ингредиентов в жирсодержащих продуктах / Ю. Г. Базарнова // Техника и технология пищевых производств : материалы Седьмой междунар. научно-практ. конф. 21-22 мая 2009 г. / УО МГУП. — Могилев, 2009. — С. 40.

42. Базарнова Ю. Г. Исследование кинетики ферментативных реакций гидролиза и окисления липидов в присутствии фитоантиоксидантов / Ю. Г. Базарнова // Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке : материалы Пятой междунар. научно-практ. конф. 24-26 нояб. 2011 г. — Санкт-Петербург : ГОУ ВПО СПбГУНиПТ, 2011. — С. 311-313.

43. Базарнова Ю.Г. Применение фитокомпозиций дикорастущих плодов и трав в технологии блюд-приправ / Ю.Г. Базарнова, A.A. Белова // Перспективные технологии подготовки инженерных кадров: кооперация бизнеса и образования : материалы междунар. науч.-практ. конф. 26-28 июня 2012 г.: сб. материалов / Кем ТИПП. — Кемерово, 2012. — С. 3-7.

Патенты:

44. Пат. № 2285416 Российская Федерация, МПК A21D 13/18. Способ хранения мучных кондитерских изделий / Базарнова Ю. Г., Куцакова В. Е., Дидиков А. Е. ; заявитель и патентообладатель В.Е. Куцакова, Ю.Г. Базарнова, А.Е. Дидиков. — №2003137051/13 ; заявл. 22.12.03 ; опубл. 20.10.06, Бгол. № 29. — 5 с.

45. Пат. № 2286674 Российская Федерация, МПК А23В 7/08. Способ консервирования дикорастущих ягод / Базарнова Ю. Г., Шкотова Т. В. ; заявитель и патентообладатель СПб ГУНиПТ. — № 2004136398 ; заявл. 14.12.04 ; опубл. 10.11.06, Бюл. № 31. —23 с.

46. Пат. № 2318408 Российская Федерация, МПК A23L 1/314. Способ получения фарша / Базарнова Ю. Г., Беляев Г. Н., Ли Ю. В. ; заявитель и патентообладатель Ю.Г. Базарнова, Г.Н. Беляев. —№ 2006101124/13 ; заявл. 12.01.06 ; опубл. 10.03.08, Бюл. №7.-8 с.

47. Пат. № 2345545 Российская Федерация, МПК A23D 9/00. Композиция микрокапсулированных пищевых ингредиентов / Базарнова Ю. Г., Москалев Е. В., Андреева Н. Ю., Базарнова А. В. ; заявитель и патентообладатель Ю.Г. Базарнова, Е.В. Москалев, Н.Ю. Андреева, A.B. Базарнова. — №2006144055/13 ; заявл. 11.12.2006 ; опубл. 10.02.09, Бюл.№4, —7

48. Пат. № 2345605 Российская Федерация, МПК А 23 L 1/317. Способ производства мясных фаршей / Базарнова Ю. Г., Эсаулов С. В., Зиненко Н. С. ; заявитель и патентообладатель СПбГУНиПТ, — №2007109250/13 ; заявл. 13.03.07, опубл. 10.12.09, Бюл. №4, —12 с.

Подписано в печать 24.06.1? формат 60x84 1/16 Усл. печ. л. (.96 Печ.л. г. О Тираж 100 экз. Заказ № 13>7.

НИУ ИТМО. 197101, Санкт-Петербург, Кронверкский пр., 49 ИИКИХиБТ. 191002, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова, 9

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего профессионального образования «Санкт-Петербургский национальный исследовательский университет информационных технологий, механики и оптики»

Базарнова Юлия Генриховна

НАУЧНОЕ ОБОСНОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ ПОЛУЧЕНИЯ И ХОЛОДИЛЬНОГО КОНСЕРВИРОВАНИЯ ФИТОПРЕПАРАТОВ И ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ С БИОЛОГИЧЕСКИ АКТИВНЫМИ ВЕЩЕСТВАМИ ДИКОРАСТУЩЕГО СЫРЬЯ

05201351561

На правах рукописи УДК 664.8.037

05.18.07 - Биотехнология пищевых продуктов и биологических

активных веществ 05.18.04 - Технология мясных, молочных и рыбных продуктов и

холодильных производств

ДИССЕРТАЦИЯ на соискание ученой степени доктора технических наук

Санкт-Петербург 2013

ОГЛАВЛЕНИЕ

Стр.

Список используемых сокращений............................................. 6

Введение..................................................................................... 7

Глава 1 Перспективы применения некультивируемого

растительного сырья в пищевых технологиях................................ 16

1.1 Действующие вещества дикорастущих растений и их физиологическая активность...................................................... 19

1.2 Минорные биологически активные компоненты пищи................. 28

1.3 Классификация ^способы переработки некультивируемого растительного сырья................................................................ 31

1.4 Технологические аспекты экстракции биологически активных веществ из растительного сырья................................................. 35

1.5 Проблема антиоксидантной защиты биологических систем

и пути ее решения................................................................... 56

1.6 Современные представлёния о процессах, лимирирующих продолжительность хранения пищевых продуктов, и принципы

их моделирования............................................................. 64

1.7 Применение фитопрепаратов для ингибирования порчи

пищевых продуктов при холодильном хранении............................. 83

1.8 Современные технологии инкапсулирования фитопрепаратов....... 91

Глава 2 Методологические принципы исследования

биотехнологического потенциала дикорастущего сырья.................. 97

2.1 Разработка методологии исследования биологически активных веществ дикорастущего сырья и их применение

в пищевых технологиях............................................................ 98

2.2 Обоснование выбора сырьевых источников.............................. 100

2.3 Принципы составления фитокомпозиций из дикорастущего сырья. 105 Глава 3 Методология и организация экспериментальных исследований............................................................................ 110

3.1 Объекты исследований......................................................... 110

3.2 Постановка эксперимента..................................................... 116

3.3 Методы исследования......................................................... 121

Глава 4 Технология водно-спиртовых извлечений из дикорастущих трав и плодов........................................................................... 136

4.1 Технология однокомпонентных водно-спиртовых извлечений из дикорастущих трав и плодов................................................... 136

4.2 Технология многокомпонентных водно-спиртовых извлечений

из дикорастущих трав и плодов................................................... 145

Глава 5 Анализ состава и свойств биологически активных веществ фитопрепаратов........................................................................ 152

5.1 Спектральная идентификация биофлавоноидов водно-спиртовых извлечений дикорастущих трав и плодов....................................... 152

5.2 Хроматографическая идентификация нелетучей фракции водно-спиртовых извлечений дикорастущих трав и плодов............... 159

5.3 Хроматографическая идентификация летучей фракции водно-спиртовых извлечений и СОг^экстрактов....... г..... .... г...... 164

5.4 Определение содержания основных групп биологически активных веществ в водно-спиртовых извлечениях

дикорастущих трав и плодов...................................................... 176

5.5 Результаты исследований показателей безопасности водно-спиртовых извлечений дикорастущих трав и плодов............... 188

5.6 Результаты исследований медико-биологических свойств водно-спиртовых извлечений дикорастущих трав и плодов............... 193

5.7 Исследование антиоксидантных свойств фитопрепаратов............ 197

5.8 Кинетические закономерности ингибирования процессов окисления липидов фитоантиоксидантами.................................... 216

5.9 Исследование антимикробных свойств фитопрепаратов............... 231

Глава 6 Технология инкапсулированных фитокомпозиций

для пищевых эмульсий............................................................... 234

6.1 Разработка технологии получения инкапсулированных фитопрепаратов...................................................................... 234

6.2 Изучение кинетики разгрузки капсул....................................... 240

6.3 Исследование влияния инкапсулированных фитокомпозиций на показатели качества эмульсионных пищевых продуктов

при холодильном хранении....................................................... 242

6.4 Разработка технологии эмульсионных соусов

с инкапсулированными фитокомпозициями................................... 251

6.5 Обоснование конкурентоспособности пищевых продуктов с инкапсулированными фитокомпозициями на рынке

аналогичных товаров................................................................................. 258

6.6 Результаты исследований срока годности эмульсионных пищевых продуктов с инкапсулированными фитокомпозициями..................... 264

Глава 7 Технология продуктов из дикорастущих ягод в заливочных

сиропах.................................................................................... 270

7.1 Разработка продуктов из дикорастущих ягод в изотонических заливочных сиропах................................................................ 271

7.2 Исследование динамики массообмена при пастеризации дикорастущих ягод в изотонических заливочных сиропах................. 274

7.3 Разработка продуктов из размороженных в сиропах дикорастущих ягод.................................................................. 279

7.4 Исследование изменений биологически активных веществ

при холодильном хранении дикорастущих ягод.............................. 285

7.5 Моделирование кинетики биохимических процессов-при холодильном хранении дикорастущих ягод.................................... 295

7.6 Моделирование кинетики диффузионного переноса антоцианов при холодильном хранении дикорастущих ягод

в заливочных сиропах............................................................... 301

7.7 Моделирование кинетики осмотического переноса влаги при холодильном хранении дикорастущих ягод в заливочных сиропах...... 307

Глава 8 Разработка полуфабрикатов и начинок для мучных кондитерских изделий и десертов с использованием

дикорастущих ягод.................................................................... 312

8.1 Разработка рецептур желейных отделочных покрытий для

мучных кондитерских изделий с использованием плодов и ягод......... 312

8.2 Разработка криостабильных желейных начинок на основе дикорастущих ягод.................................................................. 318

8.3 Разработка технологии охлажденных и замороженных плодово-ягодных десертов......................................................... 321

8.4 Разработка технологии холодильного хранения мучных кондитерских изделий с использованием дикорастущих ягод............ 331

Выводы.................................................................................... 337

Список использованной литературы............................................. 343

Приложение 1 Калибровочный график для определения содержания

флавонолов.............................................................................. 374

Приложение 2 Калибровочный график для определения содержания

оксибензойных кислот................................................................. 375

Приложение 3 Калибровочный график для определения содержания

дубильных веществ..................................................................... 376

Приложение 4 Калибровочный график для определения антиоксидантной активности методом FRAP..................................... 377

Приложение 5 Акты внедрения и техническая документация на получение водно-спиртовых фитопрепаратов............................................. 378

Приложение 6 Хромато-масс-спектральные профили водно-спиртовых

извлечений исследуемых дикорастущих трав..................................... 391

Приложение 7 Протоколы исследований показателей безопасности

водно-спиртовых фитопрепаратов................................................... 405

Приложение 8 Эмпирические уравнения кинетических зависимостей

окисления образцов подсолнечного масла в присутствии ингибиторов..... 421

Приложение 9 Графики Аррениуса процесса окисления молочного жира.. 422

Приложение 10 Расчет периода индукции ингибированного окисления ----- -

молочного жира масла с фитоантиоксидантами.................................. 424

Приложение 11 Акты промышленного внедрения и техническая документация пищевых продуктов с инкапсулированными

фитокомпозициями..................................................................... 425

Приложение 12 Расчет себестоимости соусов......................................... 441

Приложение 13 Графики Аррениуса процессов окисления липидов и

гидролиза белковых веществ......................................................... 442

Приложение 14 Примеры расчета коэффициента диффузии растворимых

веществ в системе «ягоды-сироп» при температуре 65 °С..................... 444

Приложение 15 Динамика биологически активных веществ консервированных дикорастущих ягод при холодильном хранении........................ 447

Приложение 16 Эмпирические уравнения динамики биологически

активных веществ при холодильном хранении дикорастущих ягод......... 450

Приложение 17 Эмпирические уравнения кинетики диффузионного

перераспределения антоцианов дикорастущих ягод............................. 452

Приложение 18 Акты промышленного внедрения и техническая документация отделочных полуфабрикатов и начинок для мучных кондитерских изделий и десертов с использованием дикорастущих ягод.............. 453

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ СОКРАЩЕНИЙ

БАВ - биологически активные вещества; ВСИ - водно-спиртовые извлечения; ФАО - фитоантиоксиданты; ИФК - инкапсулированные фитокомпозиции; АОА - антиоксидантная активность; АОЭ - антиоксидантный эффект;

Red/Ox система - окислительно-восстановительная система;

ASLT^(Accelerated SHelf Life Testing) - "метод ускоренного тестирования сроков

хранения;

FRAP (Ferric Reducing/Antioxidant Power) - метод определения антиоксидант-ной активности;

ХМС - хромато-масс-спектрометрия;

ААС - атомно-абсорбционная спектрометрия;

ИП - индукционный период;

ТБЧ - тиобарбитуровое число;

МДА - малоновый диальдегид;

ПЧ - перекисное число;

КЧ - кислотное число;

МПА - мясопептонный агар;

МКИ - мучные кондитерские изделия;

АК - аскорбиновая кислота;

ПОЛ - перекисное окисление липидов;

СЖК - свободные жирные кислоты;

НЖК - насыщенные жирные кислоты;

ПНЖК - полиненасыщенные жирные кислоты;

ЛНП - липопротеины низкой плотности;

ПЭГ - полиэтиленгликоль;

СК - стеариновая кислота;

КПКС - комплексный показатель конкурентоспособности. ПФО - полифенолоксидаза.

РНП - рекомендуемая суточная норма потребления биологически активных компонентов пищи;

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность проблемы

В настоящее время в связи со сложной экологической ситуацией в стране и в мире большое значение придается проблеме здорового питания населения, одним из путей решения которой является расширение ассортимента продуктов из нетрадиционных видов пищевого сырья с высоким содержанием биологически активных веществ (БАВ).

Концепция экологической безопасности^ пищевых продуктов подразумевает безвредность сырьевых ресурсов. Биотехнологический потенциал дикорастущего плодово-ягодного и травянистого сырья, произрастающего в СевероЗападном регионе России, уникален. Некультивируемое сырьё растет и созревает без применения агрохимии, отличается доступностью и низкой себестоимостью и является альтернативным источником ценных пищевых и биологически активных веществ.

В номенклатуру заготавливаемых дикорастущих растений входит около 160 видов, из них 30 (травы зверобоя и череды, плоды шиповника, боярышника и рябины, лист березы и брусники, а также эфирномасличное растительное сырье) составляет максимальную часть заготовок.

Особый научный и практический интерес представляют продукты вторичного метаболизма высших растений, а именно фенольные соединения, относящиеся к минорным компонентам пищи и обладающие широким спектром физиологического действия на организм, в том числе Р-витаминной и антиок-сидантной активностью.

Антиоксидантные свойства фенольных соединений высших растений являлись предметом исследований многих отечественных и зарубежных ученых -В. И. Палладина, А. И. Опарина, А. Сент-Дьёрдьи, А. Л. Кирсанова, П. А. Колесникова, М. Н. Запромётова, Е. Ф. Шамрай, I. НагЬогпе, Б. БЬаЫсН. В фундаментальных трудах Н. М. Эммануэля обоснована способность пространственно экранированных фенолов или соединений, содержащих хиноидную группу,

прерывать цепные реакции окисления за счет образования более устойчивых феноксильных радикалов. Работы Н. А. Тюкавкиной, М. В. Гернет, Г.И. Касьянова, В.Г. Макарова и др. посвящены теоретическим и практическим аспектам экстракции фенольных соединений из растительного сырья.

Согласно международной классификации ФАО/ВОЗ натуральные фитопрепараты в форме экстрактов и концентратов с высоким содержанием БАВ, а также традиционные продукты питания, обогащенные фитодобавками, включены в перечень функциональных продуктов.

Вместе с тем, среди многочисленных литературных данных, касающихся физиологической активности природных веществ, выделенных из дикорастущих растений экстракцией, до сих пор отсутствует единый подход к их исследованию и стабилизации. Требуют усовершенствования методы идентификации и количественного анализа компонентного состава фитоэкстрактов.

Практическое применение биологически активных фитокомпонентов затруднено лабильностью природных веществ к воздействию многих факторов, что препятствует использованию их нативных форм в рецептурах пищевых продуктов, подвергаемых технологической обработке и холодильному хранению.

В этой связи актуальна разработка новых технологических решений с целью получения жидких и инкапсулированных форм фитопрепаратов из дикорастущего сырья, отвечающих всем требованиям безопасности и качества, предъявляемым к пищевым добавкам, и обладающих широким спектром биологической активности.

Особое значение приобретает совершенствование технологий холодильного консервирования дикорастущих ягод. Разработка технологии продуктов из дикорастущих ягод в изотонических заливочных сиропах позволит расширить ассортимент кондитерских изделий повышенной биологической ценности.

Для оценки эффективности разрабатываемых технологических решений целесообразно проведение экспериментальных исследований кинетики процессов, лимитирующих продолжительность холодильного хранения дикорастущих

ягод.

В связи с вышесказанным, разработка научно обоснованных технологических решений для создания фитопрепаратов и пищевых продуктов, обогащенных БАВ дикорастущего сырья, является актуальной и позволяет внести значительный вклад в развитие здорового питания населения России.

Исследования проводились в рамках аналитической ведомственной целевой программы «Развитие научного потенциала высшей школы в 20092011гг.» и научно-исследовательской тематики «Молекулярные механизмы ингибирования биохимических и физико-химических процессов, протекающих в продуктах животного происхождения при холодильном консервировании с применением барьерных факторов».

Цель и задачи исследования. Цель работы — научно обосновать и разработать технологии получения и холодильного консервирования фитопрепаратов и пищевых продуктов, обогащенных биологически активными веществами дикорастущего травянистого и плодового сырья.

Для выполнения поставленной цели решались следующие задачи:

• провести анализ научной и технической информации о способах стабилизации БАВ дикорастущего сырья и перспективах их целевого применения в пищевых технологиях;

• обосновать принципы составления фитокомпозиций из дикорастущих плодов и трав и технологические режимы извлечения природных БАВ экстракцией водно-спиртовыми смесями;

• провести анализ состава и свойств биологически активных веществ в фитопрепаратах, полученных из дикорастущего сырья с помощью экстракции водно-спиртовыми смесями и сжиженным диоксидом углерода;

• исследовать показатели безопасности, медико-биологические, антиокси-дантные и антимикробные свойства фитопрепаратов;

• изучить кинетические закономерности ингибирования окисления липидов в присутствии фитоантиоксидантов (ФАО);

• разработать состав инкапсулированных фитокомпозиций (ИФК) для пище-

вых эмульсий и технологические режимы их получения;

• исследовать влияние ИФК на показатели качества и срок годности эмульсионных пищевых продуктов при холодильном хранении;

• разработать технологию холодильного консервирования дикорастущих ягод в изотонических заливочных сиропах;

• разработать кинетические модели биохимических и массообменных процессов, лимитирующих продолжительность холодильного хранения консервированных дикорастущих ягод;- - __

• разработать технологии полуфабрикатов и начинок для мучных кондитерских изделий и десертов повышенной биологической ценности на основе консервированных дикорастущих ягод;

• разработать технологию холодильного хранения мучных кондитерских издели�