автореферат диссертации по технологии продовольственных продуктов, 05.18.07, диссертация на тему:Разработка технологий цитрата аммония-железа, лактата магния и комплексных пищевых добавок и их применение в пищевых продуктах

На правах рукописи

005060951

Кукин Михаил Юрьевич

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ЦИТРАТА АММОНИЯ-ЖЕЛЕЗА, ЛАКТАТА МАГНИЯ И КОМПЛЕКСНЫХ ПИЩЕВЫХ ДОБАВОК И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТАХ

Специальность: 05.18.07 - Биотехнология пищевых продуктов и биологических активных веществ

АВТОРЕФЕРАТ диссертации на соискание учёной степени кандидата технических наук

6 ИЮН ¿013

Санкт-Петербург 2013

005060951

Работа выполнена в ГНУ ВНИИ Пищевых ароматизаторов, кислот и красителей Россельхозакадемии

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор

Татьяна Алексеевна Никифорова

Официальные оппоненты - доктор технических наук, профессор

Лина Ивановна Кузнецова

кандидат технических наук Маргарита Николаевна Куткина

Ведущая организация - ГНУ ВНИИЖ Россельхозакадемии

Защита состоится «/У» ЫЛОЧА' 2013 г. в 14.00 часов на заседании диссертационного совета (шифр Д 212.227.09) при Санкт-Петербургском национальном исследовательском университете информационных технологий, механики и оптики (НИУ ИТМО): 191002, Санкт-Петербург, ул. Ломоносова 9, тел./факс (812)3153015

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке университета Автреферат разослан « /5"» ЛС{Л 2013 г

Учёный секретарь диссертационного совета, доктор технических наук, профессор

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Доктрина продовольственной безопасности страны в качестве одной из приоритетных задач определила формирование в РФ индустрии здорового питания и увеличение производства обогащённых, диетических и функциональных пищевых продуктов. Разработка рецептур таких видов продукции сопряжена с использованием различных микронутриентов, дефицит которых в питании россиян подтверждён результатами исследований состояния здоровья населения авторитетными организациями. Наиболее целесообразно обогащение пищевых продуктов осуществлять железом и магнием - нутриентами, дефицит которых встречается у значительной части населения России (Спиричев, -2005).

В России для обогащения пищевых продуктов железом в основном используется сульфат двухвалентного железа и восстановленное железо. Ионы железа являются катализаторами процессов свободнорадикального окисления, поэтому хорошо растворимый сульфат железа вызывает нежелательные изменения в обогащаемом продукте (прогоркание липидов, разрушение витаминов и др.), а для нерастворимого в воде восстановленного железа, лишённого этого недостатка, характерно крайне неравномерное распределение по всему объёму продукта и низкая биодоступность.

Применяемые в настоящее время для обогащения хорошо растворимые соли магния (хлориды, сульфаты) имеют неприятный горький вкус, что влияет на органолептические показатели готового продукта, а карбонат и цитрат магния плохо растворимы в воде, что затрудняет их использование.

Поэтому для обогащения пищевых продуктов железом и магнием наиболее целесообразно использовать соединения, обладающие хорошей растворимостью в воде, более высокой по сравнению с другими солями биодоступностью и не оказывающие негативного воздействия на вкусовые характеристики продукта. Таким требованиям в полной мере отвечают соли лимонной и молочной кислот, а именно цитрат аммония-железа (ЦАЖ) и лактат магния. Кроме того, эти соединения, что не менее важно, могут выполнять в пищевой системе и технологические функции.

В России пищевая добавка Е381 (цитрат аммония-железа) и пищевая добавка Е329 (лактат магния) ранее не производились и в настоящее время не производятся. В связи с этим возникла необходимость разработки отечественных технологий их получения.

Необходимо принять во внимание, что соединения железа и магния входят / могут входить и в комплексные пищевые добавки. В этом случае цитрат аммония-железа и лактат магния являются сырьём для их получения.

Поскольку потребительский спрос на продукты оздоровительного действия постоянно возрастает, то создание продуктов питания соответствующих заданным критериям медико-биологической ценности, остаётся актуальной темой для технологов.

Таким образом, разработка технологий цитрата аммония-железа и лактата магния и их освоение промышленностью даёт возможность решить вопросы обеспечения пищевой промышленности России отечественными

ингредиентами, необходимыми для выпуска функциональных продуктов, и импортзамещения, что является актуальным на текущий момент и перспективу.

Цель и задачи исследований. Целью являлась разработка конкурентоспособных технологий получения цитрата аммония-железа, Ь-лактата магния, а также комплексных пищевых добавок на их основе для применения в различных функциональных пищевых продуктах. В соответствии с поставленной целью были определены следующие задачи:

— исследовать различные источники сырья и возможные способы получения цитрата аммония-железа (Е381) и лактата магния (Е329);

— изучить физико-химические свойства цитрата аммония-железа и лактата магния;

— изучить основные закономерности процессов их получения, выбрать оптимальные режимы и разработать технологии цитрата аммония-железа и лактата магния;

— разработать рецептуры и технологии комплексных пищевых добавок на основе цитрата аммония-железа и лактата магния;

— изучить влияние индивидуальных и комплексных пищевых добавок на основе солей лимонной и молочной кислот на физико-химические и органолептические характеристики обогащаемых ими пищевых продуктов;

— разработать техническую документацию на производство индивидуальных и комплексных пищевых добавок на основе солей лимонной и молочной кислот и рекомендации по их применению для обогащения хлебобулочных изделий, напитков и молочных продуктов.

Научная новизна работы.

— на основе установленных закономерностей синтеза разработаны технологии пищевых добавок цитрата аммония-железа и лактата магния, которые позволяют получать соединения полностью соответствующие международным требованиям, предъявляемым по качеству и безопасности к добавкам Е381 и Е329;

— разработаны рецептуры и технологии комплексных пищевых добавок на основе цитрата аммония-железа и лактата магния;

— обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность обогащения хлеба из пшеничной муки, сокосодержащих напитков и молочных продуктов железом, магнием и кальцием в форме цитрата аммония-железа, лактата магния и лактата кальция;

— выявлено, что указанные выше пищевые добавки при внесении их в количествах, соответствующих физиологическим потребностям организма, не оказывают негативного воздействия на технологические и органолептические характеристики обогащаемых ими пищевых продуктов.

Новизна технологических решений подтверждена патентами на изобретения: № 1Ш2355191 "Способ получения железосодержащей пищевой добавки", № 1Ш2402241 "Способ получения пищевой добавки - лактата магния".

Практическая значимость. Разработана техническая документация на производство индивидуальных и комплексных пищевых добавок на основе

солей лимонной и молочной кислот (ТИ 109-00334557-2007, ТУ 9199-07700334557-2007; ТИ 110-00334557-2007, ТУ 9199-078-00334557-2007; ТИ 11800334557-2009, ТУ 9199-084-00334557-2009, ТИ 103-00334557-2006; ТИ 11300334557-2008, ТУ 9199-082-00334557-2008). Разработаны рецептуры и рекомендации по их применению для обогащения хлебобулочных изделий, напитков и молочных продуктов (РЦ 236-00334557-2008; РЦ 244-003345572008; РД 090-00334557-2008, РД 091-00334557-2008; РД 111-00334557-2012).

Апробация работы. Основные положения, изложенные в диссертационной работе, были доложены на III международной научно-практической конференции "Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке" (С-Пб, 13-15 ноября 2007); на IV научно-технической конференции "Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке" (С-Пб, 25-27 ноября 2009); на конференции профессорско-преподавательского состава СПбГУН и ПТ (С-Пб, 9 февраля 2010); на учёных советах ГНУ ВНИИПАКК 2006-2012 г.

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 32 работы, в том числе 4 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ, получено 2 патента на изобретения. В автореферате приведён список 10 важнейших публикаций.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследований, изложения полученных результатов и их обсуждения, выводов, списка литературы и приложений. Основное содержание работы изложено на 110 страницах машинописного текста, содержит 45 таблиц и 22 рисунка. Библиография включает 222 наименования работ, из них 30 зарубежных авторов.

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении обоснована актуальность темы исследования, определены основные направления работы, сформулированы её научная новизна и практическая значимость.

В аналитическом обзоре рассмотрена классификация и направления применения различных пищевых добавок, изучены вопросы обеспеченности населения незаменимыми микронутриентами и принципы обогащения пищевой продукции минеральными веществами. Проанализированы сведения об обогащении пищевых продуктов цитратом аммония-железа и лактатом магния и рассмотрены существующие технологии их получения. На основании обзора сделан вывод о перспективности разработки отечественных технологий цитрата аммония-железа и лактата магния и комплексных пищевых добавок на их основе для применения в рецептурах функциональных пищевых продуктов. Сформулированы цель и задачи исследования.

Объекты и методы исследований. В ходе получения пищевых добавок цитрата аммония-железа (Е381) и лактата магния (Е329) объектами исследований являлись: кислота лимонная моногидрат; кислота молочная; магний окись; цитрат железа; аммиак водный.

При изучении влияния полученных добавок на показатели качества обогащаемых продуктов объектами исследований являлись: закваски (йогуртовая, термофильный стрептококк); аскорбиновая кислота; натуральные концентраты соков; восстановленное обезжиренное молоко; цитрат аммония-

железа коричневый (ЦАЖК) и Ь-лактат магния полученные в лабораторных условиях; товарный Ь-лактат кальция; хлебобулочные изделия с добавлением железа и магния; безалкогольные напитки и соки с добавлением железа; кисломолочные продукты с добавлением железа, магния и кальция.

Методы исследований. Определение массовой доли железа проводили иодидометрическим методом по ТУ 6-09-01-719-87, а также колориметрическим методом с индикатором ортофенантролином по ГОСТ 26928-86. Массовую долю магния определяли комплексонометрическим методом с индикатором эриохромом чёрным Т по ГОСТ 10398-76. Массовую долю кальция определяли по ГОСТ 10398-76. Массовую долю влаги определяли термогравиметрическим методом при атмосферном давлении. Определение нерастворимых в воде веществ проводили гравиметрическим методом. Структурная схема проведения исследований показана на рис. 1.

В образцах обогащённых железом продуктов определяли массовую долю железа, магния, кальция после предварительного озоления навески анализируемой пробы. Оптическую плотность напитков определяли

колориметрическим методом; внешний вид, вкус и запах -органолептически, по ГОСТ 27558, ГОСТ 27559 и ГОСТ 28283-89; титруемую кислотность по ГОСТ 27493 и ГОСТ 3624-92; активную кислотность потенциометрическим методом по ГОСТ Р 53359-2009; структурно-механические свойства кисломолочных

продуктов с помощью центрифугирования и истечением из вискозиметра ВЗ-4. Физико-химические показатели хлебобулочных полуфабрикатов определяли по общепринятым методикам: массовую долю и качество клейковины - по ГОСТ 27839; структурно-механические свойства сырой клейковины определяли на приборе ИДК-ЗМ; массовую долю влаги в тесте определяли ускоренным способом на приборе ПИВИ высушиванием навески теста при температуре 160 °С в течение 5 мин; удельный объём хлеба определяли в специальных объёмомерниках по принципу вытеснения мелкого семени; структурно-механические характеристики мякиша оценивали с помощью пенетрометра АП 4/1. Достоверность экспериментальных данных

Рисунок 1 - Структурная схема исследований

оценивали методами математической статистики, с привлечением современных программных средств. Построение графиков осуществляли в Microsoft Word. Статистическая обработка данных осуществлялась в Excel.

Разработка технологии цитрата аммония-железа

Из двух существующих форм цитрата аммония-железа, ввиду ряда преимуществ, наибольший интерес представляет цитрат аммония-железа коричневый (ЦАЖК), применительно к которому и разрабатывалась технология. В результате изучения литературных источников и экспериментов с различными видами сырья был предложен простой и легко реализуемый в условиях производства способ получения пищевой добавки Е381 путём введения иона аммония в молекулу цитрата железа.

При взаимодействии ,в водной среде цитрата железа с гидроксидом аммония образуются хорошо растворимые (300 г/100 г воды) комплексные соединения цитратов аммония-железа, окрашенные в коричневый цвет (ЦАЖК), поэтому полученный раствор направляют не на кристаллизацию, а на сушку.

Количество молей аммония (X), вступающего в реакцию с 1 кг цитрата железа рассчитывается по формуле : Х= 15,64-0,16Y-0,51Z, где X - количество молей аммония, вступающего в реакцию с 1 кг цитрата железа (III), моль/кг; Y - массовая доля воды в цитрате железа (III), %; Z — массовая доля железа в цитрате железа (III), %.

Изучено влияние химического состава сырья, соотношения компонентов, температуры, рН и длительности ведения процесса на выход и показатели качества ЦАЖК.

При использовании аммиака в количествах, соответствующих

вышеприведённой формуле и проведении реакции до полного растворения цитрата железа расчётный выход целевого продукта всегда составляет 100 %. Избыток аммиака ускоряет реакцию, но при сушке ЦАЖК весь несвязанный аммиак будет улетучиваться, что является нецелесообразным.

Установлено, что оптимальными параметрами получения ЦАЖК является температура в пределах от 55 °С до 65 °С и рН в интервале от 6,8 до 7,2. Продолжительность синтеза при этом составляет от 1,5 ч до 2,0 ч.

Полученный в лаборатории ЦАЖК имеет показатели качества, отвечающие требованиям ФАО/ВОЗ к пищевой добавке Е381 и является безопасным источником жизненно важного нутриента - железа.

Цитрат железа Вода питьевая Аммиак водный

Рисунок 2 - Принципиальная технологическая схема получения ЦАЖК

На основе результатов проведённых исследований выполнен расчёт материальных потоков и разработаны принципиальная (рис. 2) и аппаратурно-технологическая схема производства ЦАЖК мощностью 40 т/год.

Для реализации технологии разработаны ТИ 109-00334557-2007 и ТУ 9199-077-00334557-2007.

Разработка технологии лактата магния Пищевая добавка Е329 - лактат магния, может существовать в двух формах: Ь и БЬ. Изучение растворимости лактата магния при различных температурах показало, что Ш,-лактат магния более чем в 2 раза уступает Ь-лактату магния по растворимости в воде - показателю крайне важному в пищевых технологиях (табл. 1), поэтому в дальнейшей работе рассматривается технология только Ь-формы.

г воды

Из табл. 1 следует, что растворимость Ь-лактата магния при увеличении температуры изменяется незначительно, поэтому для выделения готового

продукта следует использовать изотермическую кристаллизацию (создание пересыщения за счёт удаления части растворителя путём выпаривания).

В качестве сырья выбраны оксид магния и Ь-молочная кислота (массовая доля основного вещества 80%). Лактат магния образуется в результате следующей реакции:

2СэН«Оз + МбО + Н20-► М§(СзН50з)2 • 2Н20

Установлено, что на скорость реакции влияют:

• соотношение реагентов (чем больше массовая доля воды, тем быстрее идёт реакция, но потребуется больше времени и энергии на упаривание раствора; избыток молочной кислоты ускоряет реакцию, но непрореагировавшая с оксидом магния молочная кислота будет теряться при промывке кристаллов лактата магния);

• последовательность и скорость введения компонентов;

• температура и рН (увеличение температуры с 40 °С до 90 °С и снижение рН с 9 до 5 ускоряют реакцию, но увеличивают расход энергии и молочной кислоты).

Для готового продукта (двуводного Ь-лактата магния) при температуре 20 °С принимаем значение рН раствора с массовой долей 5 % в диапазоне от 7,2 до 7,5. В интервале температур от 60 °С до 90 °С оптимальным соотношением между Ь-молочной кислотой, оксидом магния и водой является 1,0 : 0,18 : 1,5.

При взаимодействии молочной кислоты с оксидом магния лимитирующим фактором является скорость разрыва эфирных связей в ангидриде молочной кислоты, содержащемся в исходной молочной кислоте. Чем выше концентрация молочной кислоты, тем больше в ней массовая доля

Таблица 1 - Растворимость безводного лактата магния, г/100

Наименование лактата магния Температура, °С

20 40 50 60 80

Ь-лактат магния фирмы БЫка 6,8 ±0,1 7,4 ±0,1 — 8,6 ±0,1 10,4 ±0,2

Полученный в лаборатории Ь-лактат магния 6,8 ±0,1 7,4 ±0,1 — 8,6 ±0,1 10,5 ±0,2

Полученный в лаборатории ОЬ-лактат магния 3,1 ±0,1 — 4,4 ±0,1 6,0 ±0,2

ангидридов. Для 80 %-ной кислоты она может достигать 15 %.

О ходе гидролиза можно судить по изменению рН. При введении оксида магния в течение 40 мин и температуре от 60 °С до 90 °С реакция протекала относительно быстро. При температуре 50 °С

происходило резкое

увеличение вязкости

реакционной массы и в ней оставался

непрореагировавший оксид магния, что вызывало увеличение рН раствора чистого лактата магния (рис. 3).

Теоретический суммарный выход от двух кристаллизаций без учёта потерь составляет: 85+85»(100-85)/100=97,8%.

На практике по первой кристаллизации выход

составил не более 82 %, а суммарный - не более 96 %, что вызвано механическими потерями вещества и потерями, возникающими в результате фильтрования и промывки осадка лактата магния.

На основе результатов проведённых исследований и выполненного расчёта

материальных потоков

разработаны технические условия, технологическая инструкция, принципиальная (рис. 4) и аппаратурно-

0 12 3 4 5 6 7 Продолжительность, ч

1 2 3 4 5 6

Продолжительность, ч

0 1 2 3 4 5 6 Продолжительность, <■

-о-рН лактата магния;

1 2 3 4 5 Продолжительность, ч

-рН реакционной массы

Рисунок 3 -Изменение рН чистого лактата магния и реакционной массы (5 %-ные растворы; 20 °С)

Оксид магния

Молочная кислота

Дозирование питьевой воды

Просеявшие -ОКСЧД1 магния

Дозирование

ОКОздамаГННЯ

Дозирование молочной кислоты

Сар Ковденсат

Вода Взаимодействие компонентов н кристаллизация лактата магния Вода

ОХГ1&2ВД 8ЮЩ&Я

Отделение н тфомывка осадка лактата ыаганя

I маточшй раствор

Промывные

воды

Пар

охлаждающая

Изотершяеская кристаллизация маточного распора

П маточный

Вода Отделение и промывка раствор

питьевая осадка лактата магния Промывные

воды

Сушка кристаллов лактата напоет I , * ,

Измельчение и расфасовывание готового гродукга

Рисунок 4 - Принципиальная технологическая схема получения лактата магния 2-водного

технологическая схема получения лактата магния.

Полученный в лаборатории Ь-лактат магния имеет показатели качества, отвечающие требованиям ФАО/ВОЗ к пищевой добавке Е329.

Изучение влияния индивидуальных и комплексных пищевых добавок, содержащих железо и магний, на технологические и органолептические показатели хлеба из пшеничной муки высшего сорта

Опыты по обогащению железом и магнием проводили на модельных образцах хлеба, приготовленного по рецептурам, представленным в табл. 2.

Тесто готовили безопарным способом и анализировали сразу после замеса, в конце брожения и после расстойки. Количество вносимых добавок рассчитывалось исходя из рекомендуемых норм потребления (Ре -15 мг/сут, - 400 мг/сут) на 200 г хлеба.

Часть выпечек была проведена по рецептуре № 1 в ГНУ ГОСНИИХП, а основной объём работ был выполнен в НИУ ИТМО по рецептуре № 2.

С целью выбора оптимального источника железа по рецептурам 1 и 2 были проведены выпечки с внесением ЦАЖК и традиционно применяемого в России сульфата железа (II) в количествах, соответствующих 30 % от рекомендуемой нормы потребления (РНП) железа. Контролем служил образец без внесения добавок. Установлено, что добавление ЦАЖК и Ре304 существенно не повлияло на режимы приготовления, структурно-механические и физико-химические свойства теста. Массовая доля влаги и кислотность у различных образцов хлеба не отличались и соответствовали требованиям ГОСТ. Железо существенно не повлияло на внешний вид готового хлеба и характеристики мякиша. При выпечке по рецептуре № 1 вкус и запах хлеба соответствовали данному виду изделия, без постороннего привкуса и запаха. Основные показатели качества этого хлеба сведены в табл. 3.

Таблица 3 - Влияние сульфата железа и цитрата аммония-железа на показатели качества модельных образцов пшеничного хлеба, выпеченного по рецептуре № 1_

Наименование Значение показателей качества

показателей Контроль FeS04, 30 % от РНП ЦАЖ, 30 %

Подъемная сила в конце брожения, мин 4,0 2,0 4,0

Подъемная сила после расстойки, мин 2,0 4,0 3,0

Кислотность хлеба, град 1,2 1,2 1,2

Пористость хлеба, % 74,0 72,0 74,0

Сжимаемость мякиша, ед.приб. 24,0 20,0 23,0

Удельный объём формового хлеба, см"7г 2,7 2,7 2,9

Формоустойчивость (H/D) подового хлеба 0,54 0,54 0,56

При выпечке по второй рецептуре добавление железа не оказало заметного влияния на удельный объём и формоустойчивость готового хлеба.

Таблица 2 - Рецептуры хлеба из пшеничной муки высшего сорта

Наименование сырья Расход сырья, кг

рецептура 1 рецептура 2

Мука пшеничная хлебопекарная b.c. 100 100

Дрожжи хлебопекарные инстантные - 1,2

Дрожжи пресованные 1,5 -

Соль поваренная пищевая 1,3 1,5

Сахар-песок - 1,0

Маргарин - 1,0

Вода питьевая 62,8 По расчёту

Пищевая добавка По расчёту По расчёту

Однако хлеб, обогащенный железом, имел сжимаемость мякиша на 7-8 % больше, чем у образца без железа. Внесение ЦАЖК увеличило относительную пластичность готового хлеба на 4 %, a FeS04 - на 6 % относительно контроля. Вкус и аромат хлеба с ЦАЖ не отличался от контроля, однако хлеб с добавлением сульфата железа имел слабый посторонний привкус и запах.

При изучении влияния различных дозировок ЦАЖК (30 %, 60 % и 120 % от РНП железа) на показатели качества хлеба, выпеченного по второй рецептуре, установлено, что внесение этой пищевой добавки в количестве 30 % и 60 % практически не влияет на вкусоароматический профиль хлеба, но поскольку с увеличением дозировки ЦАЖК вкус и аромат хлеба становились менее выраженными, было принято решение использовать для обогащения такое количество добавки, которое соответствует 30 % от рекомендуемой нормы потребления железа. При дозировках 30 %, 60 % и 120 % не отмечено значительного изменения внешнего вида, цвета и реологических характеристик хлеба. На представлены объём и обогащенного хлеба. Из следует, что оптимальной является 30 % железа хлеба.

готового рис. 5 удельный пористость железом графиков для ЦАЖ дозировкой от РНП в 200 г готового

Контроль 30% Ре 60% Ре 120% Ре * 'Удельный объём; Пористость

Рисунок 5 - Удельный объём и пористость формового хлеба, выпеченного с использованием ЦАЖ в дозировке, соответствующей 30 %, 60 % и 120 % от РНП железа

Контроль А.К. ЦАЖ ЦАЖ+А.К.

Рисунок 6 -Формоустойчивость (H/D) подового хлеба, выпеченного с использованием аскорбиновой кислоты (А.К.) в дозировке 5 г на 100 кг муки и ЦАЖ в дозировке, соответствующей 30 % от РНП железа

Будучи металлом переменной валентности, железо является активатором окислительных

процессов и может проявлять свойства хлебопекарного

улучшителя окислительного

действия. С целью изучения влияния железа, магния, аскорбиновой кислоты и их комбинаций на показатели качества хлеба, ЦАЖК и лактат магния вносили в количестве, соответствующем 30 % от рекомендуемой нормы потребления Бе и аскорбиновую кислоту - в соответствии с рекомендуемой дозировкой (5 г на 100 кг муки).

Результаты экспериментов представлены на рис. бив табл. 4.

Таблица 4- Влияние лактата магния, ЦАЖ и аскорбиновой кислоты на показатели качества модельных образцов пшеничного хлеба (рецептура 2)_

Наименование показателя процесса Значение показателей качества пшеничного хлеба

Контроль Лактат магния Лактат магния + А.К. Лактат магния + ЦАЖ + А.К.

Удельный объём, CM'Vr 4,5 4,5 5,2 5,4

H/D (формоустойчи-вость) 0,46 0,44 0,58 0,56

Кислотность, град. 1,8 1,8 1,5 1,6

Пористость, % 82 85 86 86

Установлено, что добавление лактата магния, ЦАЖ и аскорбиновой кислоты существенно не повлияло на режимы приготовления, структурно-механические и физико-химические свойства теста. Совместное внесение ЦАЖ (30%от РНП) с аскорбиновой кислотой (5 г на 100 кг муки) увеличивает удельный объём готового хлеба на 5 %, а формоустойчивость - на 46 %. Наилучшие результаты достигаются при совместном внесении лактата магния с ЦАЖ и аскорбиновой кислотой. При этом удельный объём готового хлеба увеличивается на 20 %, а формоустойчивость - на 22 %. Хлеб становится более мягким, а хлебный запах - интенсивно выраженным.

Исследования влияния ЦАЖ на показатели качества и срок годности обогащённых сокосодержащих напитков

В напитки вносили ЦАЖК и сульфат железа в количестве, соответствующем 20 %, 30 % и 40 % от рекомендуемой нормы потребления (РНП) железа (15 мг/сут). Расчёт проводился на 400 см3 напитка.

Установлено, что внесение ЦАЖК в дозировке 20 % и 30 % от суточной потребности организма в железе практически не влияет на вкусоароматический профиль напитков. В образцах напитков с сульфатом железа явный металлический привкус ощущается уже при содержании железа 20 % от РНП.

В процессе хранения экспериментальных образцов периодически контролировали микробиологические показатели и стойкость по появлению мутности и изменению цвета.

Оптическую плотность измеряли при двух длинах волн: 440 нм (рис. 7) - характеризует неферментативное потемнение и 490 нм - максимум поглощения. В целом можно сделать вывод о том, что обогащение сокосодержащих напитков железом не сокращает их срок годности по сравнению с аналогичными напитками без добавления железа. Использование ЦАЖ, в отличие от сульфата железа, не ухудшает вкусовых характеристик обогащённых напитков.

Рисунок 7 - Изменение оптической плотности (О) напитков из сиропа "Лесная ягода" при длине волны 440 нм

Изучение влияния железо-, магний- и кальцийсодержащих пищевых добавок на технологические и органолептические показатели молочных

продуктов

В образцы сухого обезжиренного восстановленного молока вносили цитрат аммония-железа в количестве 20 %, 30 %, 40 % от рекомендуемой суточной потребности (20 мг Бе в 200 см3 молока), а четвёртый образец готовили для контроля (молоко без добавок). ЦАЖ вносили в молоко до пастеризации, тщательно перемешивали и нагревали при температуре от 80 °С до 85 °С в течение 10 мин. После охлаждения до температуры 40±2 °С во все образцы вносили закваску на основе термофильного стрептококка в количестве 3 %. Динамика кислотонакопления в образцах кисломолочных продуктов, обогащенных ЦАЖ, представлена на рис. 8.

В Результате исследованя влагоудерживающей способности кисломолочных продуктов было установлено, что для образцов, обогащённых железом в форме ЦАЖ, отделение сыворотки при центрифугировании в среднем составляет 3,63 %, а для контрольного образца - 4,50 %.

С учётом комплекса показателей для обогащения кисломолочных продуктов

целесообразно вносить 20 % от рекомендуемой суточной нормы потребления железа.

При исследования молочных сгустков выявлено отсутствие негативного влияния цитрата аммония-железа на процесс сквашивания, органолептические и физико-химические свойства кисломолочного продукта.

С целью выбора дозы внесения солей магния и изучения их влияния на показатели качества обогащаемого продукта проведена серия экспериментов, в которых лактат магния и цитрат магния вносили в количестве от 20 % до 40 % от рекомендуемой нормы потребления магния (400 мг/сут) в 200 см продукта.

Для изучения их влияния на процесс сквашивания с использованием йогуртовой закваски готовили образцы с внесением этих добавок в момент заквашивания в растворённое в воде сухое обезжиренное молоко, пастеризованное (г=92±2 °С, выдержка 5-8 мин) и охлаждённое до температуры заквашивания. Отмечено, что образование сгустков произошло на 5-ом часу сквашивания. Образцы с цитратом отличались более интенсивной кислотонакопительной способностью относительно контроля, а образцы с лактатом на начальных этапах сквашивания ускоряли этот процесс, но в дальнейшем немного тормозили его и были максимально приближены по этому показателю к контрольному образцу. Опытные образцы обладали высокими

4,5 5 Интервал, ч

Ш 20%; ■ 30%; В 40%; & Контроль

Рисунок 8 - Динамика кислотонакопления в сквашиваемом молоке, обогащенном ЦАЖ (% от РНП железа)

вкусовыми достоинствами, хорошими структурно-механическими показателями и высокой влагоудерживающей способностью. Наилучшие результаты достигаются при использовании лактата магния, вносимого в момент заквашивания в количестве, соответствующем 25 % от рекомендуемой суточной нормы потребления магния в 200 см3 продукта.

Для выявления совместного влияния ЦАЖ и лактата кальция на органолептические и технологические свойства напитков из творожной и подсырной сыворотки минеральные добавки вносили в количествах, соответствующих 50/22 % и 75/33 % от РНП соответственно железа/кальция в 200 см3 напитка.

Установлено, что внесение минеральных добавок существенного влияния на плотность и титруемую кислотность напитков не оказало. Доза минеральных веществ, рассчитанная на удовлетворение 75 % суточной потребности в железе, отрицательно повлияла на вкус и запах творожной сыворотки (горький вкус и неприятный запах). Подсырная сыворотка как сырьё оказалась непригодной для производства напитка, так как обладала низкими вкусовыми качествами.

По совокупности показателей наиболее целесообразным является обогащение творожной сыворотки, минеральной добавкой, соответствующей 50 % от РНП железа и 22 % от РНП кальция.

ВЫВОДЫ

На основании теоретических и экспериментальных исследований решена задача создания технологий индивидуальных импортозамещающих пищевых добавок Е329, Е381 и комплексных добавок с их использованием. Обоснована целесообразность применения этих добавок для обогащения пищевых продуктов ценными минеральными веществами.

1. Выявлены основные теоретические закономерности для создания технологий цитрата аммония-железа и лактата магния и их применения в пищевых системах с целью решения технологических задач и обогащения продуктов минеральными веществами.

2. На основе изучения потенциальных источников сырья и влияния различных факторов (рН, t°, продолжительности процесса получения, соотношения компонентов и последовательности их введения) экспериментально обоснованы режимы получения пищевых добавок цитрата аммония-железа коричневого и L-лактата магния и разработаны их технологии (ТИ 109-00334557-2007,ТИ 118-00334557-2009).

3. Установлены требования к показателям качества и безопасности синтезированных добавок Е381 и Е329 (ТУ 9199-077-00334557-2007, ТУ 9199084-00334557-2009), которые соответствуют Директивам- ФАО/ВОЗ, требованиям Регламента ЕС на пищевые добавки (COMMISSION REGULATION (EU) № 231/2012 от 09.03.2012) и Техническому регламенту Таможенного союза (TP ТС 029/2012).

4. Показано, что внесение добавок Е329 и Е381 не ухудшает потребительских свойств пшеничного хлеба, приготовленного по типовой рецептуре. Внесение пищевой добавки ЦАЖ в дозировке 30 % и 60 % от

суточной потребности организма в железе (15 мг Ре в 200 г хлеба) не влияет на внешний вид, цвет и вкусоароматический профиль готового хлеба. Установлено, что внесение пищевой добавки лактата магния в дозировке 30 % от суточной потребности организма в магнии (400 мг в 200 г хлеба) улучшает вкусоароматический профиль хлеба из пшеничной муки.

5. Доказано, что ЦАЖ и лактат магния целесообразно использовать совместно с улучшителями окислительного действия (аскорбиновая кислота) в рецептурах хлеба из пшеничной муки. Совместное внесение ЦАЖ (30 % от РНП) с аскорбиновой кислотой (5 г на 100 кг муки) увеличивает удельный объём готового хлеба на 5 %, при этом хлебный запах становится более интенсивно выраженным. Наилучшие результаты достигаются при совместном внесении лактата магния с ЦАЖ и аскорбиновой кислотой. При этом удельный объём готового хлеба увеличивается на 20 %, а формоустойчивость - на 22 %; возрастает интенсивность хлебного запаха.

6. Установлено, что в отличие от сульфата железа внесение пищевой добавки ЦАЖ в количестве 20 % и 30 % от суточной потребности в железе практически не влияет на вкусоароматический профиль напитков. Горьковато-вяжущий металлический привкус железа проявляется только при внесении ЦАЖ в количестве более 40 % от суточной потребности, в то время как в образцах с сульфатом железа явный металлический вкус ощущается уже при содержании железа менее 20 %.

7. Обоснована рецептура сывороточного напитка обогащённого железом и кальцием, расширяющая сферу использования вторичного молочного сырья. Употребление этого напитка в количестве 200 см позволит удовлетворить суточную потребность организма взрослого человека в железе на 50 % и в кальции - на 22 %.

8. Установлено, что внесение ЦАЖ в молоко до пастеризации не оказывает существенного влияния на процесс сквашивания. В результате исследования динамики кислотонакопления в образцах с разной дозой обогащающей добавки (20 %, 30 % и 40 % от суточной потребности в железе) установлено, что интенсивность кислотонакопления в образцах с добавкой мало отличается от контрольного образца без добавки. Отработаны технологические приёмы обогащения железом в форме ЦАЖ творога, йогурта и напитков на основе творожной сыворотки, употребление которых в количестве соответственно 200 г и 200 см3 обеспечивает организм человека до 30 % от суточной потребности в этом микронутриенте.

9. Разработаны рекомендации по применению ЦАЖ и лактата магния для обогащения хлебобулочных изделий, сокосодержащих напитков и кисломолочных продуктов ценными микронутриентами - железом и магнием (РД 090-00334557-2008, РД 091-00334557-2008, РД 111-00334557-2012).

10. Разработан композиционный состав и технология получения комплексной пищевой добавки, содержащей хорошо растворимые и эндогенно совместимые ингредиенты: ЦАЖ и лактат магния (ТИ 113-00334557-2008). Установлены требования к показателям качества и безопасности, разработана

техническая документация на комплексную пищевую добавку, содержащую ценные нутриенты Ре и (ТУ 9199-082-00334557-2008).

11. При объёме производства цитрата аммония-железа 76,0 т/год ожидаемый экономический эффект составит: 61,2 млн руб/год; для лактата магния при объёме производства 200 т/год - 24 млн руб/год.

Применение продукции обогащенной ЦАЖ, лактатом магния и лактатом кальция имеет большое социальное значение.

ОСНОВНЫЕ ПУБЛИКАЦИИ АВТОРА ПО ТЕМЕ ДИССЕРТАЦИИ

1. Новинюк Л.В., Кукин М.Ю., Евелева В.В. Использование цитратов и лактатов для обогащения пищевых продуктов минеральными веществами / Сборник научных трудов международной научно-практической конференции «Современные технологии переработки сельскохозяйственного сырья для производства конкурентоспособных пищевых продуктов», Волгоград, 26-27 июня2007.-С. 243-245.

2. Кукин М.Ю., Сергачёва Е.С. Влияние цитрата аммония-железа на качество обогащенного хлеба из пшеничной муки / Сборник материалов X международной конференции молодых учёных «Пищевые технологии и биотехнологии», Казань, 12-15 мая 2009. - С. 70.

3. Пат. № ГЩ2355191 Россия. Способ получения железосодержащей пищевой добавки / Новинюк Л.В., Кукин М.Ю. Заявл. 17.10.2007, опубл. 20.05.2009.

4. Пат. № 1Ш2402241 Россия. Способ получения пищевой добавки - лактата магния / Новинюк Л.В., Кукин М.Ю. Заявл. 09.07.2009, опубл. 27.10.2010.

5. Новинюк Л.В., Кукин М.Ю., Никифорова Т.А., Новицкая И.Б. Технологические аспекты получения железообогащающей пищевой добавки Е381 // Хранение и переработка сельхозсырья. 2010. № 8. - С. 56-57.

6. Новинюк Л.В., Кукин М.Ю. Соли лимонной и молочной кислот для обогащения пищевых продуктов Ре и М£ // Пищевая промышленность. 2011. №2.-С. 22-23.

7. Кукин М.Ю., Никифорова Т.А. Физико-химические свойства и получение пищевой добавки Е329 - лактата магния // Известия вузов. Химия и химическая технология. 2011. Т. 54, № 4. - С. 86-89.

8. Новинюк Л.В., Кукин М.Ю. Инновационные технологии получения нутриентов, обогащающих пищевые продукты // Пищевая промышленность.

2011. №9.-С. 38-39.

9. Новинюк Л.В., Кукин М.Ю., Кудрявцева Т.А. Использование солей лимонной и молочной кислот для обогащения пищевых продуктов железом и магнием / Инновационные технологии пищевых добавок. Юбилейный сборник научных трудов; ГНУ ВНИИ пищевых ароматизаторов, кислот и красителей Россельхозакадемии. СПб, 2011. - С. 145-152.

10. Кудрявцева Т.А., Забодалова Л.А., Новинюк Л.В., Кукин М.Ю. Кисломолочный продукт, обогащенный магнием // Молочная промышленность.

2012.№2.-С. 65-66.

Подписано в печать .1 формат 60x84 1/16

Усл. печ. л. /: 2 5. Печ. л.1 О Тираж 80' экз. Заказ N9 8?-

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

Государственное научное учреждение Всероссийский научно-исследовательский институт пищевых ароматизаторов, кислот и красителей Российской академии сельскохозяйственных наук (ГНУ ВНИИПАКК Россельхозакадемии)

04201 357834 На правах рукописи

КУКИН МИХАИЛ ЮРЬЕВИЧ

РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИЙ ЦИТРАТА АММОНИЯ-ЖЕЛЕЗА, ЛАКТАТА МАГНИЯ И КОМПЛЕКСНЫХ ПИЩЕВЫХ ДОБАВОК И ИХ ПРИМЕНЕНИЕ В ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТАХ

Специальность: 05.18.07 - Биотехнология пищевых продуктов и биологических активных веществ

Диссертационная работа на соискание учёной степени кандидата технических наук

Научный руководитель - доктор технических наук, профессор Никифорова Т.А.

Санкт-Петербург 2013

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.............................................................................. 5

ГЛАВА 1 ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР.............. 10

1.1 Пищевые добавки в современных технологиях переработки сельскохозяйственного сырья........................................................ 10

1.2 Цитратсодержащие добавки - добавки с полифункциональными свойствами............................................................................... 11

1.3 Применение лактатсодержащих добавок в пищевых

технологиях.............................................................................. 17

1.4 Комплексные пищевые добавки и их использование в современных технологиях.............................................................................. 22

1.5 Обогащение пищевых продуктов минеральными веществами.......... 26

1.5.1 Обогащение пищевых продуктов железом............................... 31

1.5.2 Обогащение пищевых продуктов магнием............................... 42

1.6 Изучение различных способов получения цитрата аммония-железа... 48

1.7 Изучение различных способов получения лактата магния................ 51

ГЛАВА 2 ОБЪЕКТЫ И МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ............................... 55

2.1 Объекты исследований........................................................... 55

2.2 Методы исследований............................................................ 56

ГЛАВА 3 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ЦИТРАТА АММОНИЯ-

ЖЕЛЕЗА................................................................................... 60

ГЛАВА 4 РАЗРАБОТКА ТЕХНОЛОГИИ ЛАКТАТА МАГНИЯ............ 69

ГЛАВА 5 КОМПЛЕКСНЫЕ ПИЩЕВЫЕ ДОБАВКИ НА ОСНОВЕ

СОЛЕЙ ЛИМОННОЙ И МОЛОЧНОЙ КИСЛОТ................................ 86

ГЛАВА 6 ВЛИЯНИЕ ИНДИВИДУАЛЬНЫХ И КОМПЛЕКСНЫХ ПИЩЕВЫХ ДОБАВОК, СОДЕРЖАЩИХ ЖЕЛЕЗО, МАГНИЙ И КАЛЬЦИЙ, НА ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЕ И ОРГАНОЛЕПТИЧЕСКИЕ ПОКАЗАТЕЛИ ПИЩЕВЫХ ПРОДУКТОВ...................................... 92

6.1 Изучение влияния индивидуальных и комплексных пищевых добавок, содержащих железо и магний, на технологические и органолептические показатели хлеба из пшеничной муки высшего сорта 92

6.2 Исследование влияния цитрата аммония-железа на показатели качества и срок годности обогащенных сокосодержащих напитков........ 126

6.3 Изучение влияния железо-, магний- и кальцийсодержащих пищевых добавок на технологические и органолептические показатели молочных продуктов................................................................................ 138

6.3.1 Разработка рекомендаций по применению цитрата аммония-

железа для обогащения кисломолочных продуктов железом................. 138

6.3.2 Изучение влияния цитрата аммония-железа на биотехнологические свойства и органолептические показатели молочных сгустков..................................................................... 140

6.3.3 Изучение влияния органических солей магния на потребительские свойства кисломолочного продукта......................... 143

6.3.4 Изучение совместного влияния цитрата аммония-железа и

лактата кальция на потребительские свойства напитка из сыворотки...... 150

ВЫВОДЫ................................................................................ 155

СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННОЙ ЛИТЕРАТУРЫ.............................. 158

ПРИЛОЖЕНИЯ........................................................................ 181

Перечень условных обозначений

в.с. - высший сорт

ДСП - допустимое суточное поступление ед. приб. - единица измерения прибора РНП - рекомендуемая норма потребления ЦАЖ - цитрат аммония-железа ЦАЖ3 - цитрат аммония-железа зелёный ЦАЖК - цитрат аммония-железа коричневый

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность работы. Доктрина продовольственной безопасности страны, принятая в январе 2010 года, устанавливает в качестве стратегической цели формирование в РФ основ и индустрии здорового питания. В качестве одной из приоритетных задач определено увеличение производства обогащенных, диетических и функциональных пищевых продуктов. Разработка рецептур таких видов продукции должна быть сопряжена с использованием различных ингредиентов, обогащающих добавок, микронутриентов и отдельных биологически активных компонентов, дефицит которых в питании россиян подтверждён результатами исследований состояния здоровья населения авторитетными организациями.

Многолетние исследования НИИ питания РАМН однозначно свидетельствуют о недостаточном потреблении значительной частью населения России таких минеральных веществ как железо, кальций, магний.

Организм человека эти микронутриенты не синтезирует и должен получать их в готовом виде с пищей, в количествах, соответствующих физиологическим потребностям.

При обогащении пищевых продуктов важна степень усвоения нутриентов, их влияние на органолептические и другие показатели, определяющие целесообразность их применения, в том числе необходимо учитывать растворимость, как один из показателей технологичности добавки.

В России для обогащения пищевых продуктов железом в основном используется сульфат двухвалентного железа и восстановленное железо в виде порошка. Ионы железа являются катализаторами процессов свободнорадикального окисления, поэтому хорошо растворимый сульфат железа вызывает нежелательные изменения в обогащаемом продукте (прогоркание липидов, разрушение витаминов, искажение цвета и др.).

Нерастворимое в воде восстановленное железо лишено этого недостатка, но при его использовании очень трудно добиться равномерного распределения железа по всему объёму продукта. Кроме того, восстановленное железо имеет низкую биодоступность.

Применяемые в настоящее время для обогащения хорошо растворимые соли магния (хлориды, сульфаты) имеют неприятный горький вкус, что влияет на органолептические показатели готового продукта. Карбонат и цитрат магния не имеют ярко выраженного вкуса, но плохо растворяются в воде, что затрудняет их использование.

Поэтому для обогащения пищевых продуктов железом и магнием наиболее целесообразно использовать соединения, обладающие хорошей растворимостью в воде, более высокой по сравнению с другими солями биодоступностью и не оказывающие негативного воздействия на вкусовые характеристики продукта. Таким требованиям в полной мере отвечают соли лимонной и молочной кислот, а именно цитрат аммония-железа и лактат магния. Кроме того, эти соединения, относящиеся к классу регуляторов кислотности, могут выполнять в пищевой системе и технологические функции, что не менее важно при производстве пищевой продукции.

В России пищевая добавка Е381 (цитрат аммония-железа) и пищевая добавка Е329 (лактат магния) ранее не производились и в настоящее время не производятся. Сведения о промышленной технологии их получения в открытых источниках отсутствуют. В связи с этим возникла необходимость разработки отечественной технологии их получения.

Поскольку потребительский спрос на продукты оздоровительного действия постоянно возрастает, то создание продуктов питания, соответствующих заданным критериям медико-биологической ценности, остаётся актуальной темой для технологов.

Необходимо принять во внимание, что соединения железа и магния входят / могут входить и в комплексные пищевые добавки. В этом случае

цитрат аммония-железа (ЦАЖ) и лактат магния являются сырьём для их получения.

Таким образом, разработка технологий цитрата аммония-железа и лактата магния и их освоение промышленностью дают возможность решить в отношении данных ингредиентов вопросы не только обеспечения пищевой промышленности России отечественными ингредиентами, необходимыми для выпуска функциональных продуктов, но и импортзамещения.

Научная новизна.

— на основе установленных закономерностей синтеза разработаны технологии пищевых добавок цитрата аммония-железа и лактата магния, которые позволяют получать соединения полностью соответствующие международным требованиям, предъявляемым по качеству и безопасности к добавкам Е381 и Е329;

— разработаны рецептуры и технологии комплексных пищевых добавок на основе цитрата аммония-железа и лактата магния;

— обоснована и экспериментально подтверждена целесообразность обогащения хлеба из пшеничной муки, сокосодержащих напитков и кисломолочных продуктов железом, магнием и кальцием в форме цитрата аммония-железа, лактата магния и лактата кальция;

— выявлено, что указанные выше пищевые добавки при внесении их в количествах, соответствующих физиологическим потребностям организма, не оказывают негативного воздействия на технологические и органолептические характеристики обогащаемых ими пищевых продуктов.

Новизна технологических решений подтверждена патентами на изобретения: № 1Ш2355191 "Способ получения железосодержащей пищевой добавки", № Яи2402241 "Способ получения пищевой добавки - лактата магния".

Практическая значимость.

— разработаны технологии и техническая документация на производство индивидуальных и комплексных пищевых добавок на основе солей лимонной и молочной кислот (ТИ 109-00334557-2007, ТУ 9199-07700334557-2007; ТИ 110-00334557-2007, ТУ 9199-078-00334557-2007; ТИ 11800334557-2009, ТУ 9199-084-00334557-2009; ТИ 103-00334557-2006; ТИ 11300334557-2008, ТУ 9199-082-00334557-2008; РЦ 236-00334557-2008);

— разработана рецептура сокосодержащего напитка и рекомендации по применению цитрата аммония-железа для обогащения кисломолочных продуктов и сокосодержащих напитков железом (РЦ 244-00334557-2008; РД 090-00334557-2008, РД 091-00334557-2008);

— разработаны методические рекомендации по применению пищевых добавок - цитрата аммония-железа коричневого и лактата магния для обогащения хлебобулочных изделий железом и магнием (РД 111-003345572012);

— проведены промышленные апробации с положительными результатами разработанных технологий и рецептур индивидуальных и комплексных пищевых добавок (ОАО «Аромарос-М», ООО «ИНПАКК»), подтверждённые актами о внедрении результатов работ. В Международном учебном центре хлебопечения при НИУ ИТМО проведены опытно-промышленные испытания индивидуальных и комплексных пищевых добавок.

Основные положения, выносимые на защиту.

1. Закономерности синтеза и результаты теоретического и экспериментального обоснования технологических режимов получения индивидуальных пищевых добавок Е381 и Е329.

2. Экспериментальный подбор и обоснование минеральных компонентов, входящих в комплексные пищевые добавки на основе цитрата аммония-железа и лактата магния.

3. Результаты экспериментальных исследований, касающиеся изучения влияния разработанных пищевых добавок на физико-химические и органолептические показатели обогащенных ими продуктов.

Апробация работы. Основные положения, изложенные в диссертационной работе, были доложены на III международной научно-практической конференции "Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке" (С-Пб, 13-15 ноября 2007); на IV научно-технической конференции "Низкотемпературные и пищевые технологии в XXI веке" (СПб, 25-27 ноября 2009); на конференции профессорско-преподавательского состава СПбГУН и ПТ (С-Пб, 9 февраля 2010); на Учёных советах ГНУ ВНИИПАКК 2006-2012 г.; на презентационной сессии проекта Роснано (^айВаБе» 27 сентября 2012 г. (V Петербургский Международный Инновационный форум в Ленэкспо).

Публикации. По материалам диссертации опубликовано 32 работы, в том числе 4 в изданиях, рекомендованных ВАК РФ.

Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, обзора литературы, описания материалов и методов исследований, изложения полученных результатов и их обсуждения, выводов, списка литературы и приложений. Основное содержание работы изложено на 110 страницах машинописного текста, содержит 45 таблиц и 22 рисунка. Библиография включает 222 наименования работ, из них 30 зарубежных авторов.

ГЛАВА 1 ИНФОРМАЦИОННО-АНАЛИТИЧЕСКИЙ ОБЗОР

1.1 Пищевые добавки в современных технологиях переработки сельскохозяйственного сырья

Созданию конкурентоспособных продуктов питания высокого качества способствует широкое использование пищевых добавок, которые выполняют технологические функции и улучшают органолептические характеристики готовых продуктов.

Согласно ГОСТ Р 52499-2005 пищевые добавки - это вещество или смесь веществ, не употребляемых человеком непосредственно в качестве пищи, преднамеренно вводимые в пищевой продукт в процессе его производства с технологической целью, включая придание ему определённых органолептических свойств и сохранение качества и безопасности в течение установленного срока годности или хранения [10, 48, 49, 159]. Вещества, повышающие пищевую ценность продуктов (например, витамины, микро- и макроэлементы, аминокислоты и др.) не относятся к пищевым добавкам.

Перечень пищевых добавок, разрешённых к применению на территории Российской Федерации, определяется "Гигиеническими требованиями по применению пищевых добавок " СанПиН 2.3.2.1293-03 [159], которые периодически пересматриваются и уточняются.

Максимально допустимые уровни по каждой пищевой добавке и по каждому пищевому продукту (сырью) определяет Минздрав РФ, исходя из представлений о длительности поступления добавки с пищей в организм человека и результатов экспериментов на животных. Таким образом, устанавливается допустимое суточное поступление (ДСП). В Приложении 7 СанПиН 2.3.2.1078-01 приведён полный перечень пищевых добавок (исключая ароматизаторы), не оказывающих вредного воздействия на

здоровье человека при использовании в пищевых продуктах, тем не менее, для целого ряда пищевых добавок максимально допустимые уровни содержания в тех или иных продуктах не определены [158].

Все пищевые добавки можно разделить на 4 группы: вещества, улучшающие цвет, аромат и вкус продуктов; вещества, регулирующие консистенцию; вещества, способствующие увеличению сроков годности; вещества, ускоряющие и облегчающие ведение технологических процессов. Комиссия ФАО/ВОЗ по Codex Alimentarius выделяет 24 функциональных класса пищевых добавок [48, 194].

Для обогащения целесообразно использовать минеральные вещества в форме цитратов и лактатов, поскольку, будучи биодоступными, эти соли помимо обогащения могут выполнять и технологические функции. Так, согласно СанПиН 2.3.2.1293-03, пищевые добавки Е327 - лактат кальция и Е329 - лактат магния могут выполнять технологические функции синергистов антиокислителей, а также уплотнителей (растительных тканей), регуляторов кислотности и эмульгирующих солей. Цитрат аммония-железа зелёный (Е381) - антислёживающий агент.

Российский рынок пищевых добавок характеризуется доминированием импортной продукции, поэтому разработка отечественных конкурентоспособных технологий пищевых добавок является актуальной задачей, способствующей развитию, как индустрии пищевых добавок, так и пищевой промышленности в целом [52].

1.2 Цитратсодержащие добавки - добавки с полифункциональными свойствами

Лимонная кислота и её соли (цитраты натрия, калия, кальция, магния, аммония-железа) относятся к классу пищевых добавок - регуляторов

кислотности [51, 194]. Вместе с тем, лимонная кислота и её соли проявляют полифункциональные свойства и при производстве пищевых продуктов используются в качестве эмульгаторов, стабилизаторов цвета и консистенции, антиоксидантов, комплексообразователей,

влагоудерживающих агентов, усилителей вкуса, аромата и цвета [160].

Одним из важнейших факторов, определяющим широкое применение лимонной кислоты и её солей, является безопасность для здоровья. Большое значение она имеет как участник жизненно важных метаболических процессов цикла Кребса. Во многом с этим связана способность лимонной кислоты и её солей позитивно физиологически воздействовать на организм человека и улучшать обменные процессы. Согласно гигиеническим нормативам допустимое суточное поступление (ДСП) в организм лимонной кислоты и цитратов не ограничено, а уровень внесения их в пищевые продукты определяется технологией [159].

К ценным свойствам относится способность лимонной кислоты и её солей образовывать комплексные соединения с тяжёлыми металлами и радионуклидами и выводить их при этом из организма человека [146].

Лимонная кислота и её соли препятствуют прогорканию (окислению) жиров и жиросодержащих продуктов и, тем самым, повышают стойкость при хранении мясных, молочных и других продуктов с липидным составом [62].

Перечисленные выше свойства позволяют применять лимонную кислоту и цитраты в различных отраслях пищевой промышленности, в том числе при производстве кондитерских и мучных изделий, масложировой, молочной, сыродельной, мясной и алкогольной продукции, пива и безалкогольных напитков, продуктов переработки плодов и овощей для подкисления, регулирования рН, консервирования, предотвращения развития �