автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.06, диссертация на тему:Разработка технологий получения и применения белково-липидного эмульгатора-стабилизатора

На правах рукописи

Я*-

ВОЙЧЕНКО Ольга Николаевна

Разработка технологий получения и применения белково-липидного эмульгатора-стабилизатора

Специальность: 05.18.06 — Технология жиров, эфирных масел и

парфюмерно-косметической продукции

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

< тк гт

Краснодар - 2013

005542307

005542307

Работа выполнена в ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет»

Научный руководитель:

Официальные оппоненты:

Ведущая организация:

доктор технических наук, профессор Бутина Елена Александровна

Касьянов Геннадий Иванович

доктор технических наук, профессор, зав. кафедрой технологии мясных и рыбных продуктов ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет»

Щербакова Елена Владимировна

доктор технических наук, доцент, профессор кафедры хранения и переработки растениеводческой продукции ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный аграрный университет»

ФГБОУ ВПО «Государственный университет-учебно-научно-производственный комплекс»

Защита состоится 24 декабря 2013 г. в 12— часов на заседании диссертационного совета Д 212.100.03 при ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет» по адресу: 350072, г. Краснодар, ул. Московская, 2, ауд. Г-248.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технологический университет»

Автореферат разослан 22 ноября 2013 г.

Ученый секретарь диссертационного совета, канд. техн. наук, доцент

М.В. Филенкова

1 ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

1.1 Актуальность темы. Большинство продуктов питания, формирующих ежедневный рацион, представляют собой многокомпонентные дисперсные системы, весомую долго которых занимают пищевые эмульсии.

Пищевые эмульсии являются перспективной основой для создания ассортимента продуктов питания, соответствующих физиологическим потребностям различных групп населения, а также разным потребительским предпочтениям вкуса, консистенции, энергетической ценности, ингредиентного состава и т.д. Неотъемлемым компонентом водно-жировых эмульсий являются вещества с эмульгирующими и стабилизирующими свойствами. В настоящее время ежегодное мировое производство пищевых эмульгаторов составляет более 500 ООО т, при этом весомую долю сектора составляют синтетические эмульгаторы, выполняющие только технологические функции и не обладающие самостоятельной пищевой ценностью. Между тем, стремление к здоровому образу жизни обусловливает смещение потребительских предпочтений в сторону натуральных продуктов питания, не содержащих в своем составе искусственных ингредиентов.

Одними из наиболее перспективных эмульгаторов-стабилизаторов, обладающих высокой физиологической ценностью, являются липопротеины растительного происхождения, представляющие собой комплексные соединения белков и фосфолипидов. Основным сырьем для получения растительных белков и фосфолипидов являются семена масличных культур.

Превалирующей масличной культурой РФ является подсолнечник. В настоящее время в соответствии с Концепцией рационального природопользования разработаны и активно внедряются в производство технологии комплексной переработки семян подсолнечника, обеспечивающие получение не только физиологически ценного масла и лецитина, но и пищевого белкового шрота.

Таким образом, изложенное определяет актуальность разработки технологий получения и применения белково-липидного эмульгатора-стабилизатора на основе пищевого подсолнечного шрота и лецитина, получаемых по новым перспективным технологиям.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом НИР «Разработка комплексных экологически безопасных ресурсосберегающих технологий переработки растительного и животного сырья с применением физико-химических и биотехнологических методов с целыо получения БАД, парфюмерно-косметических средств и продуктов питания функционального и

специализированного назначения» на 2011-2015 года (шифр работы 1.2.! 1-15, № госрсгистрации 01201 152075).

1.2 Цель работы. Разработка технологий получения и применения белково-липидного эмульгатора-стабилизатора на основе пищевого подсолнечного шрота и лецитина.

1.3 Основные задачи исследования. Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:

- анализ и систематизация научно-технической литературы и патентной информации но теме исследования;

- обоснование выбора сырьевого компонента, содержащего растительный белок;

- обоснование выбора сырьевого компонента, содержащего растится ы 1ые фосфол и пиды;

- исследование факторов, обуславливающих поведение белков и фосфолииидов подсолнечника в водных растворах цитрата натрия и хлорида натрия;

- исследование процесса взаимодействия белков и фосфолипидов и выявление способов его интенсификации;

- направленное формирование технологически-функциональных свойств получаемых линопротеиповых комплексов в составе эмульгатора-стабилизатора;

- разработка технологии получения комплексного белково-липидного эмульгатора-стабилизатора (БЛЭС);

- выработка опытной партии и оценка потребительских свойств белково-липидного эмульгатора-стабилизатора;

- разработка технологии применения белково-липидного эмульгатора-стабилизатора в производстве пищевых эмульсий прямого типа;

- разработка рецептур и технологии майопезных соусов специализированного назначения;

- выработка опытных партий и оценка потребительских свойств разработанных майонезных соусов;

- оценка экономической эффективности производства и применения белково-липидного эмульгатора-стабилизатора.

1.4 Научная новизна. Установлено, что измельчение пищевого подсолнечного шрота (ППШ), полученного из безлузгового ядра подсолнечника с использованием в качестве экстрагснта этанола, при выявленных условиях

приводит к возрастанию содержания водо- и солерастворимых белков и повышению степени набухания белка.

Установлено, что диспергирование ППШ в водном растворе цитрата натрия обусловливает частичную модификацию белковых молекул, сопровождающуюся выделением хлорогеиовой кислоты.

Выявлено, что в растворе цитрата натрия молекулы полярных и нейтральных липидов фосфолипидиого продукта «Холин» образуют высокодиспсрсные микроэмульсии с преобладанием мицелпярных сферических частиц размером от 70 до 150 им, в отличие от частиц неправильной формы, предположительно гексагональной структуры, образуемых ими в растворе хлорида натрия.

Методами дифференциальной сканирующей колориметрии (ДСК) и микроскопии установлено, что введение при определенных условиях фосфолипидиого продукта «Холип» в дисперсию ППШ в водном растворе цитрата натрия обусловливает образование липопротсиновых комплексов, обладающих высокой тсрмостабильностью и однородной упорядоченной структурой.

Показано, что варьирование соотношения ППШ и фосфолипидиого продукта «Холин» приводит к образованию липопротеиновых комплексов различной структуры, что обусловливает превалирование гидрофильных или гидрофобных свойств и выражается в изменении их технологически функциональных свойств, таких, как влагоудерживающая способность (ВУС), жироудерживаюшая способность (ЖУС) и жироэмульгиругощая способность (ЖЭС).

Установлено, что предварительное диспергирование БЛЭС в водной фазе при выявленных режимах обеспечивает получение эмульсий прямого типа характеризующихся требуемыми динамической вязкостью и стойкостью.

1.5 Практическая значимость. Разработана технология получения нового комплексного белково-липидного эмульгатора-стабилизатора (БЛЭС), обладающего собственной пищевой ценностью и высокими технологически функциональными свойствами. Разработана технология применения БЛЭС в производстве эмульсионных продуктов на примере майонезных соусов функционального и специализированного назначения. Разработаны рецептуры майонезных соусов с использованием БЛЭС в качестве технологически и физиологически функциональной добавки. На производство БЛЭС и соусов майонезных разработаны комплекты технической документации, включающие технические условия ТУ 9146 -364-02067862-2013 «Эмульгатор-стабилизатор «БЛЭС», ТУ 9143-359-02067862-2013 «Соус майонезный «Блэс», и ТУ 9143-360-

02067862-2013 «Соус майонезпый «Блэс-Витамшшый», а также технологические инструкции (ТИ 9146-080-02067862-2013, ГИ 9143-07802067862-2013, ТИ 9143-079-02067862-2013).

1.6 Реализация результатов исследования. Разработанные технология получения бслково-липидного эмульгатора-стабилизатора, а также технология его применения в производстве майонезных соусов функционального и специализированного назначения испытаны в условиях ЦКП «Исследовательский neirrp пищевых и химических технологий» ФГБОУ ВПО КубГТУ. Технология получения бслково-липидного эмульгатора-стабилизатора, а также рецептуры и технология майонезных соусов с его использованием приняты к внедрению на ООО «Региональный пищекомбинат» в III квартале 2014 года.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения составит более 47000 рублей на 1 т БЛЭС и более 23000 рублей на 1 т майонезных соусов.

1.7 Апробация работы. Основные положения диссертационной работы были представлены на: Международной научно-практической конференции «Комплексное использование биоресурсов: малоотходные технологии», КНИИХП РЛСХН, г.Краснодар, март 2010 г.; Международной научно-практической конференции «Инновационные пути в разработке ресурсосберегающих технологий производства и переработки сельскохозяйственной продукции», г. Волгоград, июнь 2010 г.; Всероссийской конференции с элементами научной школы для молодежи «Кадровое обеспечение развития инновационной деятельности в России», г. Ершово, октябрь 2010 г.; Международной научно-практической конференции «Инновационные пищевые технологии в области хранения и переработки сельскохозяйственного сырья: фундаментальные и прикладные аспекты», КНИИХП РЛСХН, г. Краснодар, май 2012 г.; VII Международной конференции «Масложировой комплекс России: новые аспекты развития», Москва, Международная промышленная академия, май 2012 г.; 1 Международной научно-практической конференции «Инновационные технологии в пищевой и перерабатывающей промышленности», КубГТУ, г. Краснодар, ноябрь 2012 г.; VI Международной конференции «Перспективы развития масложировой отрасли: технологии и рынок», Украина, г. Алушта, май 2013 г.; XIII Международной научно-практической конференции «Масложировая индусгрия-2013», Санкт-Петербург, октябрь 2013 г.

1.8 Публикации. По материалам выполненных исследований опубликовано 13 научных работ, в том числе 4 статьи в журналах, рекомендованных ВАК при Минобрнауки России, получен 1 патент РФ на изобретение.

1.9 Структура н объем диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора отечественной и зарубежной литературы, методической части, экспериментальной части, содержащей 7 разделов и 4 подраздела, выводов и рекомендаций, списка использованной литературы и приложений. Работа изложена на 146 страницах машинописного текста, содержит 31 таблицу, 25 рисунков. Список литературы состоит из 128 наименований, из них 12 на иностранных языках.

2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

2.1 Методы исследования. При проведении экспериментальных исследований использовали современные методы физико-химического анализа: ИК-, УФ- спектроскопию, фогоколориметрию, инверсионную вольтамперометрию, тонкослойную, газожидкостную и высокоэффективную жидкостную хроматографии. Поведение белков и фосфолипидов, а также их взаимодействие с образованием липопротеиновых комплексов в водных растворах солей изучали методами дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК) с использованием современного прибора NETZCH Maia 200, дисперсионного анализа с использованием лазерного анализатора частиц серии Zetasizer Nano S, в диапазоне от 0,6 им до 10 мкм, а также методом микроскопии.

Основные технологически-функциональные свойства определяли по стандартным методикам, рекомендованным в пищевой промышленности.

Оценку результатов экспериментов проводили с использованием современных методов расчета статической достоверности с использованием программ Statistica 6.0, Microsoft Office Excel 2007 и Mathcad.

Все исследования проводились на оборудовании ЦКП «Исследовательский центр пищевых и химических технологий» ФГБОУ ВПО «Кубанский государственный технолог ический университет».

Структурная схема исследования представлена на рисунке 1.

2.2 Обоснование выбора сырьевого компонента, содержащего растительный белок. Основным сырьем для получения растительного белка является шрот масличных культур, из которых в России превалирует подсолнечник. Инновационный подход к переработке ссмян подсолнечника включает получение безлузгового ядра и комплексную переработку последнего с получением физиологически ценного масла, лецитина и пищевого шрота. В настоящее время такой подход реализован применительно к кондитерским

Рисунок 1 - Структурная схема исследования

сортам подсолнечника, при этом переработка ядра осуществляется по традиционной схеме, включающей форпрессовапие и последующую экстракцию нефрасом или по инновационной технологии, предусматривающей кондиционирование ядра по влажности, лепесткование и прямую экстракцию полученного лепестка этиловым спиртом. Совместно со специалистами УкрИИИЖ в рамках договора о сотрудничестве инновационная технология прямой экстракции безлузгового ядра подсолнечника этиловым спиртом была адаптирована применительно к семенам подсолнечника отечественной селекции сортов «СПК» и «Лакомка». На пищевой подсолнечный шрот, получаемый из безлузгового ядра подсолнечника по этой технологии, был разработан комплект технической документации, включающий ТУ и ГИ.

В целях проведения сравнительной оценки показателей качества и безопасности белковых продуктов в условиях ЦКП «Исследовательский центр пищевых и химических технологий» были выработаны образцы шротов из безлузгового ядра, выделенного из производственной смеси семян подсолнечника сортов «СПК» и «Лакомка», по инновационной технологии прямой экстракции этанолом и технологии, включающей форпрессовапие и экстракцию нефрасом.

Установлено, что по показателям безопасности оба исследуемых шрота соответствуют требованиям ТР ТС 021/2011.

Результаты исследования аминокислотного состава белка пищевых подсолнечных шротов в сравнении с идеальным белком представлены на рисунке 2, а результаты исследования их показателей качества в таблице 1.

8

Рисунок 2 - Аминокислотный состав

белка :

- ♦ - - содержание аминокислот в «идеальном» белке,

г/100 г белка

—*- - содержание аминокислот в белке подсолнечных шротов, г/100 г белка

к

Таблица 1 - Показатели качества пищевого подсолнечного шрота

Наименование показателя Характеристика и значение показателя Требования ТУ 9146-23502067862-2012 «Шрот подсолнечный пищевой»

Шрот подсолнечный пищевой

Форпрессование, экстракция нефрасом Прямая экстракция этиловым спиртом

Цвет Белый с Белый с

Бежевый кремовым кремовым

оттенком оттенком

Запах и вкус Запах Обезличенный Обезличенный

свойственный с легким с легким

подсолнечному травянистым травянистым

шроту, вкус оттенком, оттенком,

свойственный свойственным свойственным

семенам семенам семенам

подсолнечника подсолнечника подсолнечника

Внешний вид Сыпучая масса Сыпучая масса

Массовая доля влаги

и летучих веществ, % 6,10 6,25 От 6,0 до 8,0

Массовая доля в

пересчете на

абсолютно сухое

вещество, %:

золы.

нерастворимой в

соляной кислоте 0,74 0,70 Не более 0,8

сырого протеина 48,80 52,3 Не менее 44,0

сырого жира 1,0 1,2 Не более 1,5

хлорогсповой

кислоты 5,3 1,4 Не более 2,0

сырой клетчатки 4,50 4,70 Не более 7,0

Массовая доля водо-

и солерастворимых

протеинов к общему

содержанию

протеина, % 79,2 82,5 Не нормируется

Остаточное

содержание

растворителя, % 0,04 0,08 Не более 0,1

Данные, представленные на рисунке 2, свидетельствуют о том, что белок исследуемых подсолнечных шротов, хотя и уступает по биологической

ценности идеальному белку, однако включает все незаменимые аминокислоты, что определяет возможность использования пищевых подсолнечных шротов в качестве альтернативного источника белка при производстве пищевых продуктов.

Как видно из данных, представленных в таблице 2, оба вида подсолнечного шрота удовлетворяют требованиям ТУ 9146-235-02067862-2012 к физико-химических показателям. Однако, шрот, полученный но технологии прямой экстракции этиловым спиртом, по сравнению со шротом, полученным по технологии форпрессования и экстракции нефрасом, характеризуется лучшими оргаполсптичсскими показателями, большим содержанием сырого протеина, а также его водо- и солсрастворимой фракций и меньшим содержанием хлорогеновой кислоты. Кроме того, использование в качестве экстрагента этилового спирта обусловливает отсутствие в конечном продукте остаточных количеств непищевого растворителя нефраса, что снимает ограничения по применению такого продукта в пищевых технологиях.

Учитывая изложенное, в качестве сырьевого компонента, содержащего растительный белок, для получения белково-липидного эмульгатора стабилизатора был выбран пищевой подсолнечный шрот (ППШ), полученный по технологии прямой экстракции этиловым спиртом.

2.3 Обоснование выбора сырьевого компонента, содержащего растительные фосфолипиды. На основании ряда научных данных, фосфолипнды по возрастанию активности взаимодействия с белками можно расположить в ряд: фосфатидные кислоты, фосфатидилинозитолы, фосфатидилсерииы, фосфатидилэтаноламины, фосфатидилхолины. Учитывая это, в качестве сырьевого компонента, содержащего фосфолипиды, при получении липопротеиновых комплексов целесообразно использовать фракционированный лецитин с преобладанием фосфатидилхолинов. Из ассортимента лецитинов, представленных на отечественном рынке, был выбран фосфолнгшдный продукт «Холин», представляющий собой спирторастворимую фракцию жидкого подсолнечного лецитина.

Показатели качества фосфолипидного продукта «Холин» представлены в таблице 2.

Таблица 2 - Показатели качества фосфолипидного продукта «Холии»

Наименование показателя Значение показателя

Фосфолипидиый Требования

продукт ГОСТ Р 53970-2010

«Холин»

Запах Невыраженный, Характерный для сырья из

свойственный которого получен.

фосфолипидам Не допускается затхлый, кислый или какой-либо другой запах, в том числе запах ацетона

Цвет Светло-коричневый От светло-желтого до темно-коричневого

Вкус Невыраженный, Характерный для сырья из

свойственный которого получен.

фосфолипидам Не допускается прогорклый, кислый или какой-либо другой посторонний привкус

Цветное число 10%-ного

раствора в толуоле, мг йода 50 Не нормируется

Массовая доля, %:

влага и летучих

веществ 0,8 Не более 1,0

веществ.

нерастворимых в ацетоне 71,1 Не менее 60,0

веществ,

нерастворимых в толуоле 0,10 Не более 0,30

Кислотное число,

мг КОН/г 10,6 Не более 36,0

Псрскиснос число, ммоль

активного кислорода/кг 2,3 Не более 10,0

Вязкость при (:~25"С, Па с 8,3 Не нормируется

Показано, что по показателям качества исследуемый образец фосфолипидного продукта «Холин» соответствуют требованиям ГОСТ Р 539702010.

В таблице 3 представлены результаты исследования группового состава фосфолипидного продукта «Холин» в сравнении с групповым составом яичного лецитина, который в комплексе с белком куриного яйца является одним из лучших натуральных эмульгаторов-стабилизаторов прямого типа.

Из данных таблицы 3 видно, что по содержанию основных групп фосфолипидов, наиболее активно взаимодействующих с белками, фосфолипидиый продукт «Холин» приближается к яичному лецитину. Это

Таблица 3 - Групповой состав фосфолипидпого продукта «Холин» и лецитина

яичного желтка

Наименование группы Содержание группы, % к сумме фосфолипидов

Лецитин яичного желтка Фосфолинидный продукт «Холин»

Фосфагидилхолины 69 50

Фосфатидилэтаноламииы 22 23

Фосфагидилинозитолы - 13

Фосфатидилсерииы 3 1

Фосфатидилглицерины 3 10

Фосфатидные и полифосфагидные кислоты 3 3

подтверждает правомерность выбора фосфолигшдпою продукта «Холин» в качестве сырьевого компонента для получения эмульгатора-стабилизатора на основе липопротеиповых космплсксов.

2.4 Исследование факторов, обусловливающих поведение белков ППШ в водных растворах хлорида натрия н цитрата натрня. Известно, что образование липопротеинов происходит в присутствии влаги и интенсифицируется с возрастанием температуры. При этом необходимым условием повышения реакционной способности белковых молекул является разворачивание в спираль плотноупакованпых белковых глобул. Учитывая это, разрабатывали способ подготовки ППШ к взаимодействию с фосфолигшдами. Руководствуясь работами В.Н. Красилышкова и Е.А.Литвиненко, ППШ измельчали на лабораторной мельнице до размера частиц 0,35 мм в течение 20 минут (проход через сито диаметром 0,355 мм не менее 95%)

Как показали наши исследования, такая обработка приводит к возрастанию содержания водо- и солерастворимых белков на 20% и повышению степени набухания белка на 35%. Это, вероятно, связано с разукрупнением белковых частиц в результате разрыва межмолекулярных связей, предположительно дисульфидных мостиков и водородных связей.

Согласно имеющимся литературным данным, образование липопротеинов при взаимодействии белков и фосфолипидов обусловлено гидрофобными и электростатическими взаимодействиями. При этом, эффективность их взаимодействия находится в симбатной зависимости от степени диссоциации белковых молекул на субъединицы и степени развертывания их глобулярной структуры.

Исходя из этого, изучали влияиие реагентов на диспергируемость белка ППШ в водных средах. Кроме того, принимая во внимание актуальность снижения содержания в ППШ хлорогеиовой кислоты, образующей комплексные соединения с белковыми молекулами, исследовали влияние реагентов на ее экстрагируемость из ППШ. В качестве реагентов использовали водные растворы хлорида натрия и цитрата натрия, соотношение «раствор соли : ППШ» составляло 10:1, температура 25"С, смешение проводили в лабораторном диснергаторс Ро1уЦ-оп при частоте вращения ротора 100 сЛ

Результаты исследований представлены на рисунках 3 и 4.

Рисунок 3 - Влияние массовой доли соли на коэффициент диспер-гируемости белка (КДБ) ППШ:

1- раствор цитрата натрия;

2- раствор хлорида натрия

Рисунок 4 - Влияние массовой доли соли на содержание хлорогеиовой кислоты в ППШ: 1- раствор цитрата натрия; 2 -рас твор хлорида натрия

Согласно данным рисунка 3, диспергируемость белка ППШ в водном растворе хлорида натрия несколько выше, чем в растворе цитрата натрия. Однако, цитрат натрия лучше экстрагирует хлорогеновую кислоту (рисунок 4), что, по-видимому, связано с большим модифицирующем влиянием цитрата натрия па молекулы белка, приводящим к разрушению межмолекулярных водородных связей, в том числе с хлорогеиовой кислотой.

Па основании полученных результатов в качестве водной среды для диспергирования ГІПШ предложено использовать в 4%-ный раствор цитрата натрия, при этом КДБ составит 34 %, а остаточное содержание хлорогеиовой кислоты не более 17% от его исходного содерхония в ППШ.

0-1 I г——І —г

0 2 4 б 8 10 Концентрация водного раствора соли, %

Концентрация водного раствора соли, %

2.5 Исследование влияния среды на поведение фосфолипидов.

Известно, что эффективность взаимодействия молекул белка и фосфолипидов в водных средах, во многом зависит от поверхностной активности фосфолинидных молекул, которая, в свою очередь, определяет вид образуемых ими мицелл и зависит от характеристик водной среды. Исследованиями ученых ФГ'БОУ ВПО КубГ'ГУ было показано, что в водных средах фракционированные жидкие лецитины с преобладанием фосфатидилхолипов образуют микроэмульсии, состоящие из мицелл разных порядков. В связи с этим изучали дисперсность микроэмульсий, образуемых фосфолипидным продуктом «Холин», в водных растворах цитрата натрия и хлорида натрия с массовой долей 4%. Концентрация фосфолипидного продукта «Холин» в водной среде составляла 1%. Диспергирование осуществляли в лабораторном диспергаторе Ро1уПтт, обеспечивающем частоту вращения ротора 100 с"1 при температуре 25°С.

Результаты исследований представлены на рисунках 5 и 6.

Рисунок 5 - Распределение по размерам частиц микроэмульсии, образуемой при диспергировании фосфолипидного продукта Холин с хлоридом натрия

Рисунок 6 - Распределение по размерам частиц микроэмульсии, образуемой при диспергировании фосфолипидного продукта Холин с цитратом натрия

1 (оказано, что в растворе цитрата натрия молекулы полярных и нейтральных липидов фосфолипидного продукта «Холин» образуют высокодисперсные микроэмульсии с преобладанием частиц размером от 70 до 150 им. При этом микроскопированием установлено преобладание в растворе цитрата натрия мицеллярных сферических частиц, образуемых молекулами фосфолипидов и нейтральных липидов, в отличие от неправильной, предположительно гексагональной, структуры частиц в растворе хлорида

I 10 100 1000 10000

Размер частиц, nm

натрия. Это свидетельствует о проявлении большей поверхностной активности молекул фосфолипидов в растворе цитрата натрия и предполагает образование везикул с водным ядром, экранированным бимолекулярным слоем фосфолипидных молекул, содержащим нейтральные липиды.

2.6 Исследование процесса взаимодействия белков ППШ и фосфолипидов. Процесс взаимодействия белков ППШ и фосфолипидов фосфолипидного продукта «Холин» осуществляли в лабораторном реакторе «Micro-Plant» на базе универсальной установки «ІК.А MagicLab» путем обработки их дисперсии в 4% водном растворе цитрата натрия (соотношение ПІШІ : раствор цитрата натрия - 1:10) в диспергаторе «6Р», позволяющем обеспечить особо тонкое диспергирование при скорости вращения ротора 170с"1. Соотношение фосфолипидный продукт «Холин» : ГІІІШ было выбрано, исходя из соотношения «фосфолиииды : белок» в составе яичного желтка, и составляло 1,0 : 1,3, температура составляла 25"С, время диспергирования 10 мин. После окончания диспергирования систему разделяли на центрифуге при факторе разделения 2500 в течение 10 мин, после чего декантировали жидкую фазу и анализировали осадок.

Наличие взаимодействия между молекулами белка ППШ и молекулами фосфолипидов «Холина» регистрировали, используя метод дифференциальной сканирующей калориметрии (ДСК).

Результаты исследования представлены на рисунке 7. В качестве контроля представлены кривые ДСК дисперсий ППШ без введения фосфолипидного продукта «Холин».

а б

Рисунок 7 - Кривые ДСК (скорость сканирования 5"С/мин.): а - система «раствор цитрата на трия - ППШ»; б - система «раствор цитрата натрия - ПГІІІІ -фосфолипидный продукт «Холин»

Показано (рисунок 7а), что в системе «раствор цитрата натрия - ГТПШ» процесс денатурации (разворачивания) белковых молекул происходит с выделением тенла в две стадии: обратимой в диапазоне температур 20-60°С и необратимой в диапазоне температур 90-1 10°С. Наличие экзотермического пика при 72"С, свидетельствует о протекании в диапазоне температур 60-90"С, наряду с процессами денатурации, агрегационных процессов и процессов химического взаимодействия, возможно, между молекулами белка и углеводов, приводящих к образованию сложных меланоидиновых соединений. Введение в систему фосфолипидов обусловливает увеличение термической стойкости белков (рисунок 76).

Отсутствие эндотермического пика обратимой денатурации на рисунке 76 можно рассматривать, как свидетельство образования липопротеиновых комплексов и отсутствия в системе глобулярных структур.

Комплексный характер эндотермического пика в диапазоне температур 106-123"С свидетельствует о протекании сложных химических превращений, сопровождающих необратимую денатурацию липопротеиновых комплексов.

Полученные данные также позволяют сделать вывод о том, что процесс взаимодействия белков и фосфолипидов подсолнечника, приводящий к образованию липопротеиновых комплексов, целесообразно осуществлять при температуре 45-50"С, когда молекулы белка находятся в развернутом состоянии.

Результаты микроскопирования исследуемых систем, показали, что в результате взаимодействия ППШ и фосфолипидного продукта «Холим» система приобретает структурную однородность, что характерно для липопротеиновых комплексов.

2.1 Направленное формирование функционально-технологических свойств получаемых лнпопротенновых комплексов в составе эмульгатора-стабилизатора. На данном этапе исследований обосновывали эффективные соотношения ППШ:фосфолипидиый продукт «Холин» и режимы процесса образования липопротеиновых комплексов. Для выбора эффективного соотношения ППШ:фосфолипидный продукт «Холин» стабилизировали параметры процесса: время диспергирования - 10 мин., температура в реакторе - 45 °С, отделение липопротеиновых комплексов на центрифуге, обеспечивающей фактор разделения 2500 в течение 10 минут с последующей распылительной сушкой отделенной суспензии.

Соотношение ПГ1Ш : фосфолипидный продукт «Холин» варьировали в пределах от 9:1 до 1:9. В качестве контроля использовали дисперсию ППШ без введения фосфолипидного продукта «Холин».

Полученные продукты подвергали комплексной оценке, анализируя основные технологические показатели, характерные для эмульгаторов и стабилизаторов: жироудерживагощую способность (ЖУС), водоудерживающую способность (ВУС) и жирозмулы ирующую способность (ЖЭС).

Результаты исследования представлены на рисунке 8.

о

о * 94

92

90

Рисунок 8 - Влияние соотношение ГШШ : Холин на основные технологически функциональные свойства:

1 - ВУС;

2 - ЖУС;

3 - ЖЭС

5 ппш, % *■

Холин, %

Показано, что зависимости ЖУС и ВУС от соотношения ППШ : фосфолипидный продукт «Холин» носят экстремальный характер. Это, вероятно, связано с образованием липопротеиновых комплексов различной структуры, обусловливающей превалирование гидрофильных или гидрофобных свойств. Величина ЖЭС экспотенциально возрастает с увеличением содержания фосфолипидного продукта «Холин» в системе. Учитывая, что эффективный эмульгатор-стабилизатор при высокой ЖЭС должен обладать сбалансированными ВУС и ЖУС, было выбрано соотношение ППШ : фосфолипидный продукт «Холин», составляющее 5:1.

Известно, что наиболее значимыми факторами, обусловливающими эффективность процесса образования липопротеиновых комплексов, являются температура и длительность взаимодействия белков и фосфолипидов. Учитывая это, определяли эффективные режимы процесса, обусловливающие достижение желаемых технологически функциональных свойств. Эксперимент осуществляли, как было описано ранее в лабораторном реакторе «Micro-Plant» с использованием диспергатора «6F». Температуру варьировали в интервале от 20

до 70°С, время процесса от 5 до 30 минут, при этом соотношение ППШ : фосфолипидный проект «Холин» было постоянным и составляло 5:1.

В качестве функции отклика использовали величину показателей технологически функциональных свойств: ВУС, ЖУС и ЖЭС.

В результате математической обработки экспериментальных данных получены регрессионные уравнения зависимости ВУС, ЖУС и ЖЭС от температуры и времени процесса

ВУС = 20,6139+10,8619 И-19,4933 т - 0,1118 Р-0,0043 I т-0,4097 т2 (') ЖУС = -81,7242+13,8588 1+19,6217 г-0,1431 Г-0,00461 т-0,3756 т2 (2) ЖЭС = 13,7382+1,7781 1+4,4207 т-0,0154 12-0,0195 I т-0,088 т2 (з) где I - температура процесса; х - время процесса.

В связи с тем, что определенные по уравнениям (1)-(3) максимальные значения показателей технологически функциональных свойств достигаются при различных технологических режимах, руководствуясь желательной величиной показателя был выбран следующий диапазон значений факторов: время - 20-23 мин., температура - 44-48"С. Рассчитанные при указанных режимах значения показателей технологически функциональных свойств составят: ЖЭС - 97-98%; ЖУС - 490-500%; ВУС - 504-511 %.

2.8 Разработка технологии получения комплексного белково-линидного эмульгатора-стабилизатора. На основании проведенных исследований была разработана технология получения белково-липидного эмульгатора-стабилизатора (БЛЭС). Структурная схема процесса приведена на рисунке 9, а технологические режимы приведены в таблице 4.

Таблица 4 - Технологические режимы получения БЛЭС

Наименование технологической операции Значение режима

1 Измельчение ППШ:

время процесса, мин 10

степень измельчения (проход через СИТО 0 0,1 мм), % 2 Диспергирование: 90

соотношение ППШ : цитрат натрия 1:10

соотношение ППШ: фосфолипидный продукт «Холин» температура процесса, °С 5:1

44-48

частота вращения ротора, с 170

продолжительность, мин 20-23

3 Центрифугирование: температура процесса, °С

48

фактор разделения 2500

время процесса, мин 4 Распылительная сушка: 10

температура, °С 80

ппш

«Холин»

Раствор цитрата

натрия

Водная фаза

На утилизацию или концентрированно

Измельчение

•'

Диспергирование

Центрифугирование

БЛЭС

Распылительная сушка

БЛЭС

Инспекция

БЛЭС

Фасовка

Измельченный ППШ

Дисперсия белково-липидного комплекса

БЛЭС

на реализацию

Рисунок 9 - Структурная схема получения бслково-липидного эмульгатора-стабилизатора (БЛЭС)

2.9 Выработка опытной партии и оценка потребительских свойств белково-лнпидного эмульгатора-стабилизатора. На пилотной установке в условиях 1ДК11 «Исследовательский центр пищевых и химических технологий» была выработана опытная партия белково-липидного эмульгатора-стабилизатора (БЛЭС). Оценку потребительских свойств БЛЭС проводили непосредственно после получения, а также в процессе хранения при температуре 20+2"С и относительной влажности воздуха не более 75 %.

Результаты исследования представлены в таблице 5.

Анализ данных таблицы 5 показывает, что БЛЭС, полученный по разработанной технологии, характеризуется высокими показателями качества и технологически функциональными свойствами. Установлено, что по показателям безопасности БЛЭС, как свежеполученный, так и после хранения в течение 12 месяцев соответствуют требованиям ТР ТС 021/2011.

На белково-липидный эмульгатор-стабилизатор БЛЭС, а также на технологию его получения разработан комплект технической документации, включающей технические условия и технологическую инструкцию.

2.10 Разработка технологии применения белково-липидного эмульгатора-стабилизатора в производстве пищевых эмульсий прямого гина. Актуальными технологическими проблемами применения эмульгаторов -стабилизаторов в пищевых эмульсиях является выбор способа их предварительного распределения в водной или масляной фазе; температурные

Таблица 5 - Показатели качества БЛЭС

Наименование показателя Характеристика и значение показателя

Цвет Светло-кремовый

Запах и вкус Обезличенные

Внешний вид Мелкодисперсный порошок

Массовая доля влаги и летучих веществ, % 4,5

Массовая доля, % на а.с.в.:

золы 0,69

сырого протеина 42,8

сырого жира 5,7

моно- и дисахаридов (рас творимых

углеводов) 1,08

хлорогеновой кислоты 0,10

фосфора 0,46

Перскисиое число, ммоль активного

кислорода/кг:

свежеполученный 1,5

после хранения в течение 12 месяцев 1,9

Влагоудерживающая способность (ВУС), % 508

Жироудерживатощая способность (ЖУС), % 492

Жироэмульгирующая способность (ЖЭС), % 98

режимы и минимальное количество эмульгатора-стабилизатора, обеспечивающее получение стабильной эмульсии. Учитывая это, разработку технологии применения БЛЭС при производстве пищевых эмульсий осуществляли путем исследования модельных эмульсий с соотношением водной и жировой фаз 50:50, введением БЛЭС в количестве 5% к массе эмульсии, варьируя способ предварительного диспергирования БЛЭС (в водной или масляной фазе) и температурные режимы. Установлено, что предварительное диспергирование БЛЭС в водной фазе в течение 5-10 минут при частоте вращения ротора 100 с'1 и температуре 40-45°С обеспечивает получение эмульсий, характеризующихся требуемой динамической вязкостью и стойкостью эмульсии 100%.

Установлено, что последующая пастеризация дисперсии БЛЭС в водной фазе при температуре 85 "С в течение 30 минут не оказывает существенного влияния на характеристики получаемых модельных эмульсий, что подтверждает достаточно высокую термостабильность БЛЭС.

Результаты определения оптимального количества БЛЭС в зависимости от соотношения водной и жировой фаз представлены на рисунке 10.

где Ъ - стойкость эмульсии, %; X - массовая доля масла, %;

У - массовая доля БЛЭС, % к массе масла.

Показано, что для обеспечения стойкости эмульсии не менее 99% количество БЛЭС должно составлять не менее 18 % к массе масляной фазы.

2.11 Разработка рецептур и технологии майонезных соусов функционального и специализированного назначения. На основании проведенных исследований с учетом требований, предъявляемых к продуктам диетического профилактического питания, были разработаны рецептуры майонезных соусов «Блэс» и «Блэс-Витаминный» специализированного назначения (таблица 6).

Оценка показателей качества разработанных майонезных соусов показала, что они характеризуются приятными мягкими вкусом и запахом, а также характерными для майонезной продукции консистенцией и внешним видом. Показатели качества майонезных соусов соответствуют требованиям ГОСТ 31761-2012, а показатели безопасности - требованиям ТР ТС 021/2011.

Рисунок 10 - Зависимость стойкости модельных

эмульсий от массовых долей масла и БЛЭС

модельных

2 = 49,9268+0,973 7х+1,515у-0,0048х2-0,0156ху-0,00853у2

(4)

Таблица 6 - Рецептуры майонезных соусов

Наименование ингредиента Содержание ингредиента, %

«Блэс» «Блэс -Витаминный»

Масло рафинированное дезодорированное

в том числе: 67,0 67,0

- подсолнечное 30,1 20,1

- рапсовое 36,9 46,9

БЛЭС 8,5 8,5

Ароматизатор горчицы (Горчица 1135) 0,05 0,05

Ароматизатор молока (Сливки 1126) 0,05 0,05

Соль морская 1,3 1,3

Сахар-песок 1,5 1,5

Уксусная кислота 80%-ная отсутствие 0,3

Лимонный сок 0,9 0,5

Р-каротин (Е160а (и)) - 0,005

и-токоферол (Е307) - 0,015

Вода 20,7 20,78

Установлено, что показатели качества и безопасности остаются стабильными при хранении майонезных соусов, расфасованных в стаканчики из полипропилена объемом 250мл, при температуре 5°С и относительной влажности воздуха не более 75% в течение 2 месяцев.

На основании проведенных исследований разработан комплект технической документации на новые виды майонезных соусов, включающий технические условия, рецептуры и технологические инструкции.

Ожидаемый экономический эффект от внедрения разработанных рецептур содержащих в своем составе натуральный комплексный белково-линидный эмульгатор-стабилизатор, составит 23 тысячи рублей на каждые 1000 кг готового продукта.

ВЫВОДЫ

На основании проведенных исследований разработаны технологии получения и применения белково-липидного эмульгатора-стабилизатора па основе пищевого подсолнечного шрота и фосфолипидного продукта «Холин» (подсолнечный лецитин), а также рецептуры майонезных соусов специализированного назначения.

1. Анализ научно-технической литературы и патентной информации по теме исследования показал, что одними из наиболее перспективных эмульгаторов-стабилизаторов, обладающих высокой физиологической

ценностью, являются липопротенны растительного происхождения, представляющие собой комплексные соединения белков и фосфолипидов.

2. На основании результатов сравнительного исследования показателей качества, безопасности и биологической ценности пищевых подсолнечных шротов в качестве сырьевого компонента, содержащего растительный белок, для получения белково-липидного эмульгатора стабилизатора был выбран пищевой подсолнечный шрот (ППШ), полученный по технологии прямой экстракции этиловым спиртом.

3. Из ассортимента лецитинов, представленных на отечественном рынке, в качестве сырьевого компонента, содержащего фосфолигшды, для получении липопротеиновых комплексов, был выбран фосфолигшдный продукт «Холин», представляющий собой спирторастворимую фракцию жидкого подсолнечного лецитина, в котором содержание основных групп фосфолипидов, наиболее активно взаимодействующих с белками, приближено к яичному лецитину.

4. В результате исследования факторов, обуславливающих поведение белков и фосфолипидов подсолнечника в водных растворах цитрата натрия и хлорида натрия, показано, что использование 4%-ного водного раствор цитрата натрия для диспергирования предварительно измельченного до размеров частиц 0,35 мм ППШ и фосфолипидного продукта «Холин» позволяет наиболее эффект ивно подготовить их к дальнейшему взаимодействию.

5. В результате исследования процесса взаимодействия белков и фосфолипидов с использованием методов ДСК и микроскопии установлено, что в растворах цитрата натрия они образуют липопротсиновые комплексы, при этом температура должна составлять 45-50°С, что обеспечивает наиболее благоприятную для взаимодействия с фосфолипидами конформацию молекул белка.

6. Выявлены условия, обеспечивающие формирование высоких технологически функциональных свойств получаемого белково-линидного эмульгатора-стабилизатора: соотношение ППШфосфолипидный продукт «Холин» - 5:1; время взаимодействия -20-23 мин., температура взаимодействия - 44-48"С. Рассчитанные по полученным уравнениям регрессии значения показателей технологически функциональных свойств при указанных режимах составят: ЖЭС - 97-98%; ЖУС - 490-500%; ВУС - 504-511%.

7. Разработана технология получения комплексного белково-линидного эмульгатора-стабилизатора (БЛЭС).

8. Па пилотной установке в условиях ЦКП «Исследовательский центр пищевых и химических технологий» по разработанной технологии выработана

опытная партия бслково-липидпого эмульгатора-стабилизатора (БЛЭС). Установлено, что БЛЭС, как свежеполучепный, так и после хранения в течение 12 месяцев при температуре 20+2"С и относительной влажности воздуха не более 75 % по показателя безопасности соответствуют требованиям TP ГС 021/2011, характеризуется высокими показателями качества и технологически функциональными свойствами. На БЛЭС разработан комплект технической документации, включающей технические условия и технологическую инструкцию.

9. Разработана технология применения БЛЭС в производстве пищевых эмульсий прямого типа, включающая предварительное диспергирование БЛЭС, взятого в количестве не менее 18% к массе масляной фазы, в водной фазе в течение 5-10 минут, при частоте вращения ротора 100 с"'и температуре 40-45°С.

10. Разработаны рецептуры и технологии майонезных соусов специализированного назначения «Блэс» и «Блэс-Витаминный».

1 1. На пилотной установке в условиях ЦКП «Исследовательский центр пищевых и химических технологий» выработаны опытные партии майонезных соусов «Блэс» и «Блэс-Витаминный». Установлено, что майонезные соусы, как свежеполучепные, так и после храпения в течение 2 месяцев при температуре 5+2"С и относительной влажности воздуха не более 75 % соответствуют требованиям ГОС Т 31761-2012 и TP ТС 021/2011, характеризуются приятными мягкими вкусом и запахом, а также типичными для майоиезной продукции консистенцией и внешним видом. На майонезные соусы «Блэс» и «Блэс-Впгамннпый» разработаны комплекты технической документации, включающей технические условия и технологические инструкции.

12. Ожидаемый экономический эффект от внедрения составит более 47000 рублей па 1 т БЛЭС и более 23000 рублей на 1 т майонезных соусов.

Основные положения диссертации опубликованы в следующих работах:

1. Войченко О.Н. Биологически активные добавки комплексною назначения в составе функциональных пищевых продуктов / О.Н. Войченко, Е.А. Бутииа, В.Г Попов, Ад. Л. Шаззо // Журнал Новые технологии, 20Ю.-№1, с. 16-22.

2. Войченко О.Н. Исследование технологически функциональных свойств подсолнечных фракционированных лецитинов / O.II. Войченко, Е.А.. Бутина, Е.О. Герасименко, Д.Ю. Кашкара, Е.П. Корнена// Журнал Новые технологии, 2010.-№3, с. 22-25.

3. Войченко О.Н. Функциональное и специализированное питание. Научные проблемы и инновационные решения / О.Н. Войченко, Е.П. Корнена, Е.Л. Бутииа, Е.О. Герасименко, В.В. Кузнецова // Журнал Новые технологии, 2011. - №2, с. 26-30.

4. Войченко О.П. Опенка продуктов переработки семян подсолнечника как альтернативных источников пищевого белка / О.Н. Войчепко, А.Л. Стрыженок, О.С. Воронцова, Е.Л. Бутина//Известия вузов. Пищевая технология, 2013.-№4, с. 88-90.

5. Патент 2436404 Российская Федерация, МПК A23D9/00 (2006.01). Способ получения масложирового фосфолипидного продукта [Текст] // Корнена E.II., Герасименко Е.О., Бутина Е.А., Войченко О.Н. и др.; заявитель и патентообладатель ООО НПП «Авсрс» № 20101 15851/13 заявл. 22.04.2010, опубл. 20.12.2011.

6. Войчепко О.Н., Бутина Е.А., Гаижура А Н. Применение фракционированных лецитинов в технологиях пищевых эмульсий // Международная научно- практическая конференция «Инновационные пути в разработке ресурсосберегающих технологий производства и переработки сельскохозяйственной продукции», г. Волгоград, 17-18 июня 2010 г.

7. Войченко О.Н. Технология введения фосфолипидного продукта «Холин» в эмульсии прямого типа' О.Н. Войченко, Е.А. Бутина, Е.П. Корнена, С.А. Ильинова // Международная научно-практическая конференция «Комплексное использование биоресурсов: малоотходные технологии», г. Краснодар, КНИИХП РАСХН, 11-12 марта 2010 г.

8. Войченко О.Н., Пащенко В.Н., Шабанова И.А. Организация производства конкурентоспособного отечественного жидкого лецитина // Всероссийская конференция с элементами научной школы для молодежи «Кадровое обеспечение развития инновационной деятельности в России», г. Ершово, 26-29 октября 2010 г.

9. Войченко О.Н. Создание и стабилизация пищевых дисперсных систем/ О.Н. Войченко, Э.И. Шуйская, И.А. Дубровская, Е.А. Бутина // Международная научно-практическая конференция «Инновационные пищевые технологии в области хранения и переработки сельскохозяйственного сырья: фундаментальные и прикладные аспекты», г. Краснодар, КНИИХП РАСХН, 24-25 мая 2012 г.

10. Войченко О.Н. Создание жировых продуктов повышенной физиологической ценности/ О.Н. Войченко, Е.А. Бутина, О.С. Воронцова, И.А. Дубровская, Е.П. Спильник // VII Международная конференция «Масложировой комплекс России: новые аспекты развития», г. Москва, Международная промышленная академия, 28 - 30 мая 2012 г.

11. Войчепко О.Н., Воронцова О.С., Бутина Е.А. Теоретические аспекты применения композиционных белково- фосфолииидиых БАД при производстве продуктов эмульсионной природы // I Международная научно-практическая конференция «Инновационные технологии в пищевой и перерабатывающей промышленности», КубГТУ, г. Краснодар, 20-22 ноября 2012 г.

12. Войченко О.Н., Воронцова О.С., Бутина Е.А. Выявление способов направленного формирования функционально-технологических свойств комплексного белково-липидного эмульгатора-стабилизатора // VI Международная конференция «Перспективы развития масложировой отрасли: технологии и рынок», Украина, г. Алушта, 29 - 30 мая 2013 г.

13. Войченко О.Н., Бугина Э.А., Воронцова О.С. // Факторы формирования функционально технологических свойств белково-липидного эмульгатора-стабилизатора/ XIII Международная научно-практическая конференция «Масложировая индустрия-2013», г. Санкт-Петербург, 23-24 октября 2013 г.

Подписано в печать 21.11.2013. Печать трафаретная. Формат 60x84 '/if,. Усл. печ. л. 1,35. Тираж 100 экз. Заказ № 1017. ООО «Издательский Дом-Юг» 350072, г. Краснодар, ул. Московская 2, корп. «В», оф. В-120 тел. 8-918-41-50-571 e-mail: olfomcnko@yandex.ru Сайг: http://id-yng.com

ФГБОУ ВПО «КУБАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ

ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ»

0420145 5630 На пР™™РУ™писи

ВОЙЧЕНКО Ольга Николаевна ..... ^

Разработка технологий получения и применения белково-липидного эмульгатора-стабилизатора

Специальность: 05.18.06 - Технология жиров, эфирных масел и

парфюмерно-косметической продукции

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук

Научный руководитель: д-р техн. наук, профессор Бутина Е.А.

Краснодар-2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ......................................................................................................................4

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР.....................................................................................10

1.1 Анализ структуры питания населения..............................................................10

1.2 Масложировые продукты - важный сегмент на рынке продуктов...................15

здорового питания...............................................................................................15

1.3 Продукты переработки масличных семян - источник функциональных

пищевых ингредиентов.......................................................................................21

1.4 Рынок современных эмульгаторов и их роль при создании продуктов

специализированного и функционального назначения...................................30

1.5 Стабилизаторы - важный ингредиент для создания эмульсий........................34

прямого типа................................................................................................................34

2.1 Методы исследования безлузгового шрота........................................................41

2.2 Методы исследования эмульгатора.....................................................................42

2.3 Методы исследования технологически функциональных свойств.................43

эмульгатора-стабилизатора........................................................................................43

3 ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ..........................................................................49

3.1 Характеристика объектов исследования.............................................................49

3.1.1 Обоснование выбора сырьевого компонента, содержащего......................49

растительный белок......................................................................................49

3.1.2 Обоснование выбора сырьевого компонента, содержащего.....................59

растительные фосфолипиды.........................................................................59

3.2 Исследование факторов, обусловливающих поведение....................................64

белков и фосфолипидов в водных средах...........................................................64

3.2.1 Исследование факторов, обусловливающих поведение белков пищевого подсолнечного шрота в водных растворах хлорида натрия и цитрата натрия................................................................................................................

3.2.2 Исследование влияния среды на поведение фосфолипидов.....................68

3.3 Исследование процесса взаимодействия белков пищевого подсолнечного

шрота и фосфолипидов.......................................................................................71

3.4 Направленное формирование технологически функциональных свойств получаемых липопротеиновых комплексов в составе эмульгатора-стабилизатора.......................................................................................................76

3.5 Разработка технологии получения комплексного белково-липидного

эмульгатора-стабилизатора................................................................................83

3.6 Выработка опытной партии и оценка потребительских свойств белково-липидного эмульгатора-стабилизатора.............................................................85

3.7 Разработка технологии применения белково-липидного эмульгатора-

стабилизатора в производстве пищевых эмульсий прямого типа..................89

4 РАЗРАБОТКА РЕЦЕПТУР И ТЕХНОЛОГИИ МАЙОНЕЗНЫХ СОУСОВ

СПЕЦИАЛИЗИРОВАННОГО НАЗНАЧЕНИЯ...................................................103

5. ОЦЕНКА ЭКОНОМИЧЕСКОЙ ЭФФЕКТИВНОСТИ ПРОИЗВОДСТВА И

ПРИМЕНЕНИЯ БЕЖОВаЛИПИДНОГО ЭМУЛЬГАТОРА-СТАБИЛИЗАТОРА......111

ВЫВОДЫ......................................................................................................................121

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ...........................................................................................124

ПРИЛОЖЕНИЯ...........................................................................................................138

ВВЕДЕНИЕ

Большинство продуктов питания, формирующих ежедневный рацион, представляют собой многокомпонентные дисперсные системы, весомую долю которых занимают пищевые эмульсии.

Пищевые эмульсии являются перспективной основой для создания ассортимента продуктов питания, соответствующих физиологическим потребностям различных групп населения, а также разным потребительским предпочтениям вкуса, консистенции, энергетической ценности, ингредиентного состава и т.д. Неотъемлемым компонентом водно-жировых эмульсий являются вещества с эмульгирующими и стабилизирующими свойствами. В настоящее время ежегодное мировое производство пищевых эмульгаторов составляет более 500 ООО т, при этом весомую долю сектора составляют синтетические эмульгаторы, выполняющие только технологические функции и не обладающие самостоятельной пищевой ценностью. Между тем, стремление к здоровому образу жизни обусловливает смещение потребительских предпочтений в сторону натуральных продуктов питания, не содержащих в своем составе искусственных ингредиентов.

Одними из наиболее перспективных эмульгаторов-стабилизаторов, обладающих высокой физиологической ценностью, являются липопротеины растительного происхождения, представляющие собой комплексные соединения белков и фосфолипидов. Основным сырьем для получения растительных белков и фосфолипидов являются семена масличных культур.

Превалирующей масличной культурой РФ является подсолнечник. В настоящее время в соответствии с Концепцией рационального природопользования разработаны и активно внедряются в производство технологии комплексной переработки семян подсолнечника, обеспечивающие

получение не только физиологически ценного масла и лецитина, но и пищевого белкового шрота.

Таким образом, изложенное определяет актуальность разработки технологий получения и применения белково-липидного эмульгатора-стабилизатора на основе пищевого подсолнечного шрота и лецитина, получаемых по новым перспективным технологиям.

Диссертационная работа выполнена в соответствии с планом НИР «Разработка комплексных экологически безопасных ресурсосберегающих технологий переработки растительного и животного сырья с применением физико-химических и биотехнологических методов с целью получения БАД, парфюмерно-косметических средств и продуктов питания функционального и специализированного назначения» на 2011-2015 года (шифр работы 1.2.11-15, № госрегистрации 01201152075).

Целью работы является разработка технологий получения и применения натурального эффективного белково-липидного эмульгатора-стабилизатора для создания продуктов специализированного назначения в рамках решения проблемы комплексной глубокой переработки семян подсолнечника.

Для достижения поставленных целей в рамках работы решались следующие задачи:

- анализ и систематизация научно-технической литературы и патентной информации по теме исследования;

- обоснование выбора сырьевого компонента, содержащего растительный

белок;

- обоснование выбора сырьевого компонента, содержащего растительные фосфолипиды;

- исследование факторов, обусловливающих поведение белков и фосфолипидов подсолнечника в водных растворах цитрата натрия и хлорида натрия;

- исследование процесса взаимодействия белков и фосфолипидов и выявление способов его интенсификации;

- направленное формирование технологически функциональных свойств получаемых липопротеиновых комплексов в составе эмульгатора-стабилизатора;

- разработка технологии получения комплексного белково-липидного эмульгатора-стабилизатора (БЛЭС);

- выработка опытной партии и оценка потребительских свойств белково-липидного эмульгатора-стабилизатора;

- разработка технологии применения белково-липидного эмульгатора-стабилизатора в производстве пищевых эмульсий прямого типа;

- разработка рецептур и технологии майонезных соусов специализированного назначения;

- выработка опытных партий и оценка потребительских свойств разработанных майонезных соусов;

- оценка экономической эффективности производства и применения белково-липидного эмульгатора-стабилизатора.

Научная новизна. Установлено, что измельчение пищевого подсолнечного шрота (ППШ), полученного из безлузгового ядра подсолнечника с использованием в качестве экстрагента этанола, при выявленных условиях приводит к возрастанию содержания водо- и солерастворимых белков и повышению степени набухания белка.

Установлено, что диспергирование ППШ в водном растворе цитрата натрия обусловливает частичную модификацию белковых молекул, сопровождающуюся выделением хлорогеновой кислоты.

Выявлено, что в растворе цитрата натрия молекулы полярных и нейтральных липидов фосфолипидного продукта «Холин» образуют высокодисперсные микроэмульсии с преобладанием мицеллярных сферических частиц размером от 70 до 150 нм, в отличие от частиц неправильной формы,

предположительно гексагональной структуры, образуемых ими в растворе хлорида натрия.

Методами дифференциальной сканирующей колориметрии (ДСК) и микроскопии установлено, что введение при определенных условиях фосфолипидного продукта «Холин» в дисперсию ППШ в водном растворе цитрата натрия обусловливает образование липопротеиновых комплексов, обладающих высокой термостабильностью и однородной упорядоченной структурой.

Показано, что варьирование соотношения ППШ и фосфолипидного продукта «Холин» приводит к образованию липопротеиновых комплексов различной структуры, что обусловливает превалирование гидрофильных или гидрофобных свойств и выражается в изменении их технологически функциональных свойств таких, как влагоудерживающая способность (ВУС), жироудерживающая способность (ЖУС) и жироэмульгирующая способность (ЖЭС).

Установлено, что предварительное диспергирование БЛЭС в водной фазе при выявленных режимах обеспечивает получение эмульсий прямого типа, характеризующихся требуемыми динамической вязкостью и стойкостью.

Практическая значимость. Разработана технология получения нового комплексного белково-липидного эмульгатора-стабилизатора (БЛЭС), обладающего собственной пищевой ценностью и высокими технологически функциональными свойствами. Разработана технология применения БЛЭС в производстве эмульсионных продуктов на примере майонезных соусов специализированного назначения. Разработаны рецептуры майонезных соусов с использованием БЛЭС в качестве технологически и физиологически функциональной добавки. На производство БЛЭС и соусов майонезных разработаны комплекты технической документации, включающие технические условия ТУ 9146 -364-02067862-2013 «Эмульгатор-стабилизатор «БЛЭС», ТУ

9143-359-02067862-2013 «Соус майонезный «Блэс», и ТУ 9143-360-02067862-2013 «Соус майонезный «Блэс-Внтаминный», а также технологические инструкции (ТИ 9146-080-02067862-2013, ТИ 9143-078-02067862-2013, ТИ 9143-07902067862-2013).

На защиту выносятся следующие основные положения диссертации:

- анализ и систематизация научно-технической литературы и патентной информации по теме исследования;

- результаты сравнительного анализа показателей качества, безопасности и группового состава лецитинов;

- результаты сравнительного анализа показателей качества и безопасности пищевых подсолнечных шротов;

- результаты изучения факторов, обусловливающих поведение белков и фосфолипидов подсолнечника в водных растворах цитрата натрия и хлорида натрия;

- результаты исследований процесса взаимодействия белков и фосфолипидов подсолнечника и выявление способов его интенсификации;

- результаты исследований, позволяющие обеспечивать направленное формирование технологически функциональных свойств получаемых липопротеиновых комплексов в составе эмульгатора-стабилизатора;

- технология получения комплексного белково-липидного эмульгатора-стабилизатора с заданными технологически функциональными свойствами;

- результаты оценки потребительских свойств выработанной партии белково-липидного эмульгатора-стабилизатора (БЛЭС);

технология применения белково-липидного эмульгатора-стабилизатора в производстве пищевых эмульсий прямого типа;

рецептуры майонезных соусов специализированного назначения;

- результаты оценки потребительских свойств разработанных майонезных соусов;

- результаты оценки экономической эффективности производства и применения белково-липидного эмульгатора-стабилизатора.

1 АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1 Анализ структуры питания населения

Питание - один из важнейших факторов, определяющих здоровье нации. Правильное питание обеспечивает нормальный рост и развитие детей, способствует продлению жизни, повышению работоспособности, профилактике заболеваний, создает условия для адекватной адаптации человека к окружающей среде [1].

Современная теория питания выделяет четыре его основных функции. Первая заключается в обеспечении организма энергией, вторая - снабжает пластическими веществами, к которым относятся белки, жиры и углеводы, третья функция отвечает за обеспечение организма биологически активными веществами, в частности ферментами и гормонами, четвертая функция контролирует иммунитет, который зависит от содержания в пище полноценных белков и витаминов [2].

Питательные вещества, поступающие с пищей, обеспечивают организм человека энергией, определяют его здоровье, физическую и творческую активность, продолжительность жизни, способность к воспроизводству [3].

На протяжении всего времени существования человеческой цивилизации пища рассматривалась лишь как средство, предназначенное для удовлетворения чувства голова, аппетита и вкусовых потребностей [4].

На современном этапе своего развития человечество стало более избирательно по отношению к тем продуктам, которые предлагает производитель. Знаменитый американский диетолог Поль Брэгг, в своей книге о здоровой пище сказал: «то, что человек съел сегодня, определяет его здоровье завтра» [5].

несмотря на выдающиеся достижения в области науки, техники и технологий, современный человек сталкивается с резким рением экологической ситуации, постоянным дефицитом времени, возрастанием нервно-эмоциональных и снижением физических нагрузок, что определяет необходимость изменения образа жизни и питания [6].

Анализ состояния здоровья населения свидетельствует о неуклонном росте

числа лиц, страдающих различными заболеваниями. В течение последних 15 лет

структура питания населения России не соответствует рекомендуемым нормам и

изменяется преимущественно в сторону увеличения потребления жиров, из

которых преобладают продукты с высоким содержанием насыщенных жирных

кислот, поваренной соли, а также продуктов, подвергшихся глубокой технологической обработке [7].

Серьезным фактором, влияющим на риск возникновения и развития

многих не инфекционных заболеваний, является нарушение пищевого статуса. В

первую очередь, это касается сердечнососудистых заболеваний, являющихся

основной причинной смерти во всем мире. В 2008 году зарегистрировано 17,3

млн. смертей от сердечнососудистых заболеваний, из этого числа 7,3 миллиона

человек умерло от ишемической болезни сердца и 6,2 миллиона человек в

результате инсульта. К 2030 году прогнозируется возрастание этого числа до 23,6

млн. человек. Основной причиной возникновения сердечнососудистых

заболеваний является высокий уровень холестерина [7-10], но, как показали

исследования, полный отказ от продуктов, содержащих холестерин, может

привести также к негативным процессам и вызвать гормональные нарушения всего организма [11].

По словам директора НИИ питания РАМН академика В.А. Тутельяна для российского общества проблема в здоровье номер один - избыточное питание. Больше половины населения нашей страны старше 35 лет имеют избыточную массу тела или ожирение, что приводит к высоким показателям таких болезней,

-1-2-

как инфаркт миокарда, гипертония, атеросклероз, ишемическая болезнь сердца и сахарный диабет [12].

Ожирение, часто называют болезнью сытого мира, оно поражает все органы человека. По расчетам ученных, если не изменить кардинально систему питания населения, то 2033 год будет объявлен «годом толстых людей» [9].

Одной из главных причин, вызвавших негативные тенденции в состоянии здоровья населения, является изменение белковой ценности рациона, связанной с

количественным дефицитом белка, а также снижением его биологической ценности.

По данным экспертов Всемирной организации здравоохранения в состоянии хронического дефицита белка находится от 2,5 до 4 % населения России, что составляет 5-6 млн. человек, при условии, что оптимальным считается поступление белка из расчета не менее 1 г на 1 кг массы тела [13,14].

В России в последнее время дефицит потребления населением белка превысил 40 % от рекомендуемой нормы и составляет суммарно более 1, 0 млн. тонн [13]. Такая ситуация с нехваткой белка вызвана тем, что в настоящее время человечество, располагая значительными ресурсами, в среднем 180 г в сутки на человека, до 90 % белка использует на кормовые �